Как работают мультизональные системы

Один из критериев, которому должно соответствовать современное здание – энергоэффективность. В части кондиционирования объектов эта задача решается путем монтажа мультизональных систем. Рассмотрим, какие системы бывают, и как они работают.

Из чего состоит мультизональная система кондиционирования (МСК)

МСК относится к наиболее совершенным системам. Состоит из нескольких внешних элементов (или одного) и внутренних модулей. Количество внутренних модулей достигает нескольких десятков. Это кассетные блоки, канальные, настенные, потолочные. Для каждого внутреннего прибора предусмотрен пульт управления (ПУ). Дополнительно приборы можно подключить к центральному ПУ. С центрального ПУ выполняется управление всеми внутренними приборами.

Внешний блок МСК монтируется на крыше или на техническом этаже и соединяется с внутренними модулями через единую трубопроводную систему. Мощность внутренних блоков МСК может составлять от 2 до 18 кВт. Это позволяет создать оптимальный микроклимат в каждой зоне.

Хладагент в СК циркулирует по 2 или 3 центральным трубопроводным путям:

Двухтрубные МСК

Если МСК двухтрубная, все внутренние приборы могут обеспечивать или одновременное охлаждение, или одновременный обогрев. Вторая труба подает из внешнего блока хладагент в газообразном (работа на обогрев) или жидком (работа на охлаждение) состоянии.

Трехтрубные МСК

Поступление рабочей среды к внутренним блокам выполняется по двум трубкам. По одной подается в газообразном состоянии, а по другой – в жидком. В трехтрубных системах кондиционирования возможна независимая работа внутренних модулей в разных режимах.

Для обозначения МСК применяется две аббревиатуры:

• VRF;
• VRV.

Фактически МСК является улучшенной версией традиционной мульти-сплит системы.

Где монтируются

Установка VRF-систем выполняется:

• в зданиях административного назначения;
• в больницах, лечебно-профилактических и медцентрах;
• в развлекательных центрах;
• в коммерческих зданиях;
• в офисах;
• на производственных предприятиях;
• в кафе, ресторанах, крупных точках общепита, сетях быстрого питания;
• в логистических центрах;
• в гостиницах;
• в образовательных центрах;
• в больших жилых объектах.

Чем отличаются МСК от традиционных сплит-систем?

Особенности мультизональных кондиционеров:

• Более эффективное обслуживание нескольких внутренних модулей одним наружным. Достигается большой длиной межблочных коммуникаций. Потери мощности минимальны.
• Можно подключить до нескольких десятков внутренних модулей к одному наружному. Благодаря этому фасадная часть здания не перегружена внешними блоками. У традиционных сплит-систем, в отличие от МСК, количество внутренних блоков, которые могут быть подключены к одному внешнему, как правило, не превышает 4-х штук.
• Монтируются на объектах, где в каждой зоне должна поддерживаться своя заданная температура. Для каждого внутреннего модуля могут быть заданы свои параметры работы. Например, в одной зоне внутренний блок может работать на обогрев, а в другой на охлаждение.
• Если один из наружных блоков мультизональной системы кондиционирования ломается, то она продолжает работать, в отличие от сплит-системы.
• МСК более устойчивы к аварийным ситуациям, так как при поломке одного из внешних модулей нагрузка перераспределяется на другие. Это важно для определенных категорий объектов (больницы, медцентры, рестораны и др.).  
• Функция самодиагностики позволяет выявлять неисправности и оперативно их устранять.
• Внутренние блоки МСК позволяют наиболее тонко задавать параметры температуры – до ±0,5 °С.
• VRF-системы позволяют разрабатывать решения в части создания оптимального микроклимата на объекте. Эта задача решается путем объединения кондиционирования, обогрева, а также вентиляции.
•  Для удобства обслуживания VRV-систем, внешние модули могут быть установлены не только на крыше здания, но также в подвальном помещении или на техническом этаже. Это возможно благодаря большой длине коммуникаций.
• МСК относятся к наиболее энергоэффективным, что позволяет снизить потребление электроэнергии.
• МСК может быть легко расширена в случае необходимости. Эта задача решается благодаря единой системе трубопроводов, к которой подключаются внутренние и внешние блоки.
• VRF-системы, в отличие от сплит-систем, характеризуются низким уровнем шума, что не создаст проблем для офисов или жилых объектов, которые расположены поблизости.

Принцип работы VRF-системы

Функция охлаждения или обогрева воздуха в кондиционерах происходит благодаря фазовым переходам хладагента (фреона). Когда он переходит из газообразного состояния в жидкое, то выделяется тепловая энергия. Благодаря этой энергии происходит обогрев помещения. Чтобы охладить помещение, должен быть запущен процесс перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное.  

Рассмотрим упрощенно, как работает МСК:

• Хладагент в газообразном состоянии, который поступает от внутренних модулей, всасывается компрессорными установками одного из наружных блоков.
• Далее происходит сжатие хладагента до 15–25 атм, что приводит к повышению его температуры.
• Следующий этап – подача разогретого хладагента в теплообменник конденсатора наружного модуля.
• В теплообменнике конденсатора хладагент, температура которого при сжатии была повышена до +70 ÷ 100 °С. С помощью мощного осевого вентилятора он охлаждается воздухом или водой (в зависимости от типа оборудования). Охлаждение фреона выполняется до показателей на 10 ÷ 20 °С выше температуры воздуха. В результате этого процесса хладагент, который находился в газообразном состоянии, конденсируется и превращается в жидкость.
• Следующий этап – транспортировка хладагента в жидком состоянии по трубопроводным путям СК и подача в расширительные вентили электронного типа (ЭРВ) внутренних модулей. Подача рабочей среды выполняется через разветвители.
• В расширительных вентилях температура и давление поступающего фреона падает. Причина – резкое увеличение сечения.
• Далее рабочая среда СК поступает в испаритель внутреннего модуля. В этой части оборудования выполняется ее нагрев до температуры кипения, после этого она снова переходит в газообразное состояние. 
• Хладагент возвращается в наружный модуль и процесс повторяется.

Мы видим, что в мультизональной СК есть две области:

• область высокого давления, которая расположена до ЭРВ внутренних модулей;
• область низкого давления, которая расположена после ЭРВ внутренних модулей.

В каждом помещении (расположены в одном здании) может быть своя тепловая нагрузка. Кроме того, она может меняться в течение суток в зависимости от специфики эксплуатации. Поэтому меняется и количество холода, которое необходимо. 

Чтобы упростить регулирование температуры, внутренние модули комплектуются автоматикой. Она отвечает за объемы поступающего в испаритель хладагента. Автоматика может как уменьшать, так и увеличивать пропускное сечение терморегулирующего вентиля.

В наружный блок МСК также интегрирована автоматика. Благодаря этому в контроллер поступает информация от автоматизированных систем управления внутренних устройств. После изучения данных о работе системы, контроллер корректирует параметры производительности компрессора.

VRV и VRF системы: в чем разница?

Существенной разницы между этими системами нет. В обоих случаях используется общая трубопроводная магистраль с разветвителями, а также электронными вентилями. Право применения аббревиатуры VRV (Variable Refrigerant Volume) закреплено за компанией Daikin, которая ее придумала.

Другие производители используют аббревиатуру VRF (Variable Refrigerant Flow). В их числе Toshiba, Mitsubishi Electric, Mitsubishi Heavy Industries, а также Sanyo, японский концерн Fujitsu General и другие.

Оборудование разных производителей отличается незначительно. Основные отличия в длине трубопроводных магистралей, количестве внутренних и наружных модулей, а также производительности и некоторых других параметрах.

Обслуживание мультизональных кондиционеров

В регулярном техобслуживании нуждаются как обычные сплит-системы, так и мультизонального типа. Особенность таких кондиционеров – большая протяженность фреоновой магистрали, а также сравнительно большой объем транспортируемой рабочей среды (хладагента).

Например, чтобы выполнить перезаправку блока, мастер предварительно откачивает хладагент, проводит чистку и вакуумирование. Только после этого закачивается новый фреон. Для проведения работ необходим специальный инструмент. Обычный бытовой не подходит.

Все работы проводятся в соответствии с утвержденным регламентом. Обслуживание VRV и VRF-систем включает:

• проверку заземления;
• контроль ключевых элементов системы;
• регулировку режимов работы;
• корректировку температурных режимов работы;
• мониторинг параметров рабочего тока, а также напряжения в процессе работы системы;
• проверку герметичности оборудования;
• замену фильтров;
• очистку комплектующих от грибков, а также проведение дезинфекции;
• дозаправку хладагента (если необходимо);
• другие операции.

Рекомендуется проводить техобслуживание таких систем кондиционирования поквартально или минимум 1 раз каждые 6 месяцев. Рекомендуемый график проведения профилактических работ – после зимней эксплуатации, а также перед началом летнего сезона. Также тестировать работоспособность оборудования необходимо после длительного простоя оборудования.

Основная цель проведения ТО – повышение эффективности работы мультизональной СК. Также регулярные проверки оборудования позволяют снизить риск внезапного выхода из строя и возникновение более серьёзных поломок.

Расчет и подбор оборудования VRF-систем

Чтобы мультизональное кондиционирование безупречно работало, система должна быть грамотно спроектирована. При этом учитываются требования СЭП, СНиП, а также пожарной безопасности.

Команде инженеров предстоит:

• провести расчет тепловыделений каждой зоны на объекте;
• рассчитать количество используемых внутренних, а также внешних модулей;
• подобрать тип оборудования, производительность, а также места установки;
• разработать схему прокладки фреоновых магистралей;
• разработать схему прокладки дренажных магистралей, а также выполнить их гидравлический расчет;
• спроектировать и рассчитать энергопитание;
• спроектировать систему управления.

До начала проектирования канальной VRF-системы или системы любого другого типа, составляется техзадание. Задача инженеров на этом этапе – изучить поэтажную планировку объекта, а также параметры и характеристики уже эксплуатируемых инженерных сетей, включая СЭС.

В каждой зоне объекта выполняются тепловые замеры. Эти процедуры позволяют подобрать внутренние блоки оптимальной производительности. Кроме того, вычисляется общая максимальная тепловая нагрузка, определяются места, в которых будет выполняться монтаж внешних модулей, а также внутренних блоков. Также оценивается возможность полноценного использования автоматической системы управления СК и возможность ее расширения в будущем путем установки дополнительных блоков.   

После выполнения всех необходимых расчетов начинается этап разработки принципиальной схемы проектируемой СК. Также подготавливаются рабочие чертежи, составляется список основного и вспомогательного оборудования, расходных материалов.

Выбор внутренних блоков VRF-систем выполняется с учетом назначения конкретного помещения на объекте. В числе других параметров:

• максимально допустимая температурная нагрузка;
• шумовые характеристики;
• степень равномерности распределения потока воздуха.

Например, в некоторых помещениях установка внутренних модулей кассетного типа выполняется для обеспечения наиболее равномерного распределения воздуха. Настенные блоки аналогичной мощности с этой задачей справляются хуже.

Фактическая мощность большинства моделей отличается от заявленной в паспорте. Связано это с тем, что не вся продукция ориентирована на российский климат. Отклонения могут достигать 15-25%.

При выборе внешних модулей учитывается показатель общей производительности подсоединяемых внутренних. Расчет мощности выполняется с учетом одновременной работы всех блоков. В распоряжении инженеров данные о:

• прогнозируемой тепловой нагрузке (общей);
• проектной температуре воздуха на улице;
• протяженности трубопроводной магистрали системы;
• перепаде высот между внутренними и внешними модулями.  

Перепаду высот уделяется особое внимание. Большим считается перепад более 15 метров между внешними и внутренними блоками. Это может привести к неравномерности поступления фреона к внутренним модулям. Эта проблема решается путем принятия производительности внешнего блока равной суммарной мощности внутренних модулей.

Другой параметр – длина трубопроводной магистрали, а точнее превышение стандартных значений. Чем они выше, тем ниже производительность внутренних модулей. Поэтому при расчете производительности внешнего блока обязательно учитывается длина труботрассы. Для этого применяется поправочный коэффициент.

Однако производительность внешнего модуля может быть принята на 10-30% ниже суммарных значений всех подключаемых к нему внутренних блоков. Причина – неодновременность теплоизбытков каждой зоны на объекте. Кроме того, фактическая мощность внешних модулей, как правило, выше значений, которые указаны в паспортах.

При выборе типоразмера внешнего модуля важно руководствоваться выгодой. Например, инженеры определили, что на объекте должен быть установлен внешний модуль мощностью 250 кВт. Не обязательно приобретать один блок требуемой производительности. Как с технической, так и экономической точки зрения, оптимальным решением может быть монтаж двух блоков мощностью по 125 Квт каждый. Выбор места их установки зависит от шумовых характеристик, а также параметров техпомещения.

При выборе труб для мультизональной СК учитывается мощность внутренних устройств. От этого зависит их диаметр. В числе другого оборудования, которое необходимо для монтажа трубопроводной магистрали СК – собирающие коллекторы и разветвители. Они подбираются с учетом характеристик трубопроводной магистрали, по которой будет транспортироваться хладагент.  

Масса рабочей среды в системе может достигать нескольких десятков килограммов, поэтому необходимо при проектировании СК проверить все участки на объекте на аварийную концентрацию фреона. Основная задача инженеров – исключить отравление людей, находящихся в здании (в случае разгерметизации трубопроводной магистрали).  

Чтобы снизить риски, монтируется не один, а несколько независимых контуров. Таким способом удается уменьшить объем хладагента в каждом из них. В случае повреждения одного контура, концентрация опасного вещества в воздухе будет существенно ниже.

Есть список стандартных работ по расчету, а также проектированию мультизональных СК, но важно помнить, что каждый проект уникален. Расчеты и подбор оборудования выполняются с учетом особенностей объекта, возможности масштабирования в будущем, а также других параметров по запросу заказчика.

Мультизональные кондиционеры Fujitsu (Япония)

У мультизональных систем кондиционирования Fujitsu широкая область применения. Они устанавливаются в частных домах, многоэтажных зданиях, офисах, гостиницах, точках общественного питания и других объектах.

В числе важных характеристик оборудования – малошумность и эффективность кондиционирования воздуха. Эти задачи были решены путем оснащения блоков:

• продуманной системой инверторного управления;
• мощным электродвигателем вентилятора постоянного тока;
• осевым вентилятором большего диаметра;
• увеличенной рабочей поверхностью теплообменника;
• надежным теплообменником предохранителя;
• двухроторным компрессором постоянного тока.

VRF-системы компании General Fujitsu занимают лидирующие доли рынка в Польше, Канаде, Испании, Греции и других странах. Бренд активно использует свои разработки в сфере производства суперкомпьютеров и электронных компонентов при выпуске линейки климатического оборудования. СК производства Fujitsu дополняются надежными системами диагностики, управления, а также автоматизации.

Системы кондиционирования Haier (Китай)

Климатическое оборудование компании Haier – это точность поддержания температуры, а также бесшумность работы. Оно сочетает простоту монтажа и эксплуатации с отличными техническими характеристиками.

В линейке бренда эффективные мультизональные СК для офисных и административных зданий, магазинов, ресторанов, коттеджей, а также других объектов. Максимальная суммарная длина трассы – 300 м, а максимальная длина трубопроводной магистрали между наружным и внутренним модулем – 150 м, что позволяет устанавливать климатическое оборудование практически в любом удобном месте.

Для управления всеми типами блоков могут использоваться как индивидуальные пульты управления, так и единый центральный пульт. Также оборудование может быть подключено к системам управления зданием. Компания поставляет:

• настенные блоки;
• кассетные 4-поточные;
• кассетные 2-поточные;
• канальные низконапорные супертонкие;
• канальные низконапорные;
• канальные средненапорные;
• напольные;
• универсальные.

Мультизональные системы Haier комплектуются надежными компрессорами Mitsubishi Electric. Оборудование соответствуют классу «А» по требованиям Европейского стандарта Eurovent. Уровень энергоэффективности (EER) равен 3,9.