Энергосберегающие технологии в современных VRF-системах

0
119

Рождение и бурное применение систем VRF являются закономерным этапом технического прогресса и предопределено их высокой энергоэффективностью. Предпосылки для создания VRF систем появились задолго до их изобретения.

Из теории холодильных машин было давно и широко известно, что самыми энергоэффективными холодильными системами являются системы непосредственного охлаждения, однако не было технологий, которые позволяли создать фреоновые системы с большим количеством испарителей (внутренних блоков) на большом удалении от компрессорно-конденсаторного агрегата (наружного блока).

С другой стороны, человечество стало осознавать опасность глобальных экологических проблем и с каждым годом вводит все более жесткие ограничения к потреблению электрической энергии всеми электрическими приборами, включая кондиционеры. В связи с этим, энергоэффективность кондиционеров является определяющим параметром для их совершенствования.

В 1982 году в мире кондиционирования произошла научно-техническая революция, обусловленная изобретением системы VRV японской корпорацией DAIKIN, которая открыла эру применения систем непосредственного охлаждения в центральных системах кондиционирования. Время подтвердило важность этого изобретения и его широкое использование. Благодаря ему в настоящее время многие известные компании производят системы VRF, которые приведены в нашем обзоре.

Мультизональные системы кондиционирования дорабатываются ежегодно: компрессоры, теплообменники, вентиляторы, алгоритмы управления — всё подлежит оптимизации и усовершенствованиям, направленным на повышение энергоэффективности системы в целом. Рассмотрим основные нововведения последних лет.

Технология VRT (Variable Refrigerant Temperature) переменной температуры кипения и конденсации

Технология VRT также была изобретена (запатентована) компанией DAIKIN в 2012 году. Эта технология в настоящее время является «визитной» карточкой систем VRV компании DAIKIN и является стандартной встроенной функцией всех типов систем VRV.

Со временем, подобные функции появились и у VRF — систем других брендов, но на сегодняшний день реализация технологии переменной температуры хладагента продолжает оставаться наиболее гибкой и комплексной именно у компании Daikin.

Для выбора значений целевой температуры кипения (или конденсации хладагента — VRT работает и в режиме охлаждения и обогрева, в отличие от многих других подобных решений) применяется сложная логика, принимающая во внимание условия на и на улице и в помещении, а также динамику их изменения. В памяти системы заложено большое количество паттернов, действуя по которым система достигает нужных значений температуры за минимальное количество времени. Создание таких паттернов стало возможным благодаря анализу огромного массива данных эксплуатации реально работающих систем, накопленного на протяжении 30 лет существования VRV Daikin.

У технологии VRT есть два выдающихся преимущества:

  1. Повышение энергоэффективности на 28% (по сравнению с системами Daikin предыдущего поколения) .
  2. Более комфортное значение температуры воздуха на выходе из внутреннего блока.
Рис. 1. Примеры режимов работы технологии VRT в Daikin VRV IV и их особенности

Кроме этого, в распоряжении пользователя имеются широкие возможности подстройки работы технологии VRT в зависимости от потребностей проекта — всего 8 различных режимов. Целевые значения температуры кипения и конденсации могут повышаться или понижаться пользователем, также возможно настраивать диапазон регулирования и тем самым менять скорость достижения нужных параметров воздуха в помещении. Также остается возможность работать с фиксированными значениями температуры хладагента, задавая их различные уровни.

В настоящее время многие производители внедрили в свои системы VRF подобные технологии, а некоторые еще и улучшили их. Так, наружные блоки CITY MULTI серии YNW допускают 3 способа изменения целевой температуры кипения:

  1. Установка фиксированного значения;
  2. Автоматическое повышение температуры кипения хладагента при приближении температуры в помещениях к целевым значениям – система управления динамически изменяет температуру кипения хладагента в зависимости от нагрузки на VRF-систему: при снижении нагрузки температура кипения повышается с целью снижения электропотребления.
  3. Управление внешним сигналом. Например, система контроля влажности собирает информацию с датчиков, анализирует данные и передает на наружный блок команду увеличить температуру кипения хладагента при низкой влажности воздуха в помещениях.

Рассмотрим также принцип работы VRT на примере оборудования HITACHI (официальный дистрибьютор VRF HITACHI в России — компания United Elements Group). Если температура в помещении достигла оптимума, то людей в помещении нет смысла “замораживать” холодным потоком воздуха. Алгоритм автоматически повышает температуру кипения хладагента (см. рис. 2). И наоборот, если тепловая нагрузка возросла, температура кипения хладагента снизится.

Рис. 2. Интеллектуальное изменение температуры кипения хладагента в VRF HITACHI

Новые компрессоры

Наиболее энергоемким элементом любого кондиционера является компрессор. Поэтому основные усилия инженеров направлены на оптимизацию его конструкции и алгоритмов работы.

В наружных блоках VRF-системы премиального уровня CITY MULTI G7 от Mitsubishi Electric применены новые спиральные компрессоры, отличающиеся меньшим перетоком хладагента из зоны высокого давления в зону низкого (см. рис. 3).

В обычных компрессорах этот переток возникает из-за небольшого зазора между спиралями. Инженеры Mitsubishi Electric запатентовали опорный подшипник с противовесом, который компенсирует центробежную силу, возникающую в процессе движения спирали, что позволило уменьшить технологические зазоры между спиралями и их толщины.

Кстати, компрессоры Mitsubishi Electric используются и в VRF-системах HISENSE (официальный дистрибьютор в России — компания “БРИЗ Климатические системы”).

Рис. 3. Схема работы нового спирального компрессора Mitsubishi Electric

В мультизональных системах кондиционирования Daikin VRV IV используются спирали компрессора из нового сплава, который обеспечивает более высокую прочность и износостойкость этих основных деталей, увеличивая надежность и срок эксплуатации.

Рядом разработок могут похвастаться и в HITACHI. В компрессорах новых мультизональных систем кондиционирования SET FREE SIGMA внедрено сразу 13 модифицированных комплектующих (см. рис. 4). Всё вместе привело к увеличению эффективности компрессора на 4,6% по отношению к прошлым моделям кондиционеров.

Рис. 4. Новые комплектующие в компрессорах HITACHI позволили повысить эффективность компрессора на 4,6%

Из других новшеств: производители стали обращать внимание на шум наружных блоков. Не внутренних (тут всё более менее понятно — все стремятся к реализации “ночного режима” на уровне слышимости человека 20-22 дБ), а именно наружных. Для этого приходится работать не только с начинкой, но и с корпусом компрессора, а также покрывать изделие шумопоглощающими чехлами.

Работа при неполной нагрузке

Целый ряд модификаций связан с тем, что системы кондиционирования рассчитывают на максимальные теплопритоки, а в реальности большую часть времени они работают при неполной нагрузке. Подобные режимы работы изучаются уже много лет, и ежегодно в работу климатического оборудования вносятся коррективы, направленные на повышение эффективности именно в этих ситуациях.

Например, специалисты Mitsubishi Electric обратили внимание на тот факт, что объем полостей сжатия в спиральном компрессоре всегда одинаков, хотя нагрузка разная. Из-за этого возможно повышение давления нагнетания. Этого удалось избежать за счет внедрения двух дополнительных клапанов на стороне нагнетания (см. рис. 5).

Рис. 5. Дополнительные клапаны на стороне нагнетания в компрессорах Mitsubishi Electric

В HITACHI добились более точной настройки системы на нужную холодильную мощность за счет снижения шага изменения частоты вращения компрессора до 0,1 Гц. Логика новшества проста: чем более точно поддерживается производительность компрессора, тем точнее поддерживается температура в помещении.

Компрессоры Daikin новейшей серии K, применяемые во всех полноразмерных VRV текущей линейки оснащаются технологией регулирования силы сжатия спиралей, что позволяет значительно уменьшить количество перетечек со стороны высокого на сторону низкого давления при частичной загрузке.

Оптимизация конденсаторов

Как известно, совершенство климатической техники на сегодня составляет порядка 8-9%, и наиболее “далекими от идеала” элементами в холодильном контуре являются теплообменники. Таковых в система два — испаритель и конденсатор. Сегодня наибольшие усилия производителей направлены на оптимизацию последних.

Собственно, причина неэффективности теплообмена сводится к тому, что невозможно сделать теплообменник бесконечной длины, чтобы разница температур между нагревающим и нагреваемым потоками достигла нуля. Но никто не мешает разумно увеличить площадь теплообменника, особенно если это удается сделать внутри того же корпуса наружного блока.

Именно так и поступили в HITACHI, придав ему Σ-образную форму. Это позволило увеличить площадь теплообменника в среднем на 10% и несколько повысить холодильный коэффициент системы в целом.

В HISENSE предложили изменить форму ламелей (ребер) теплообменника для увеличения коэффициента теплопередачи и площади теплообмена (см. рис. 6). Эта разработка применена в наружных блоках HI-FLEXI SX. Заодно удалось сократить время оттайки теплообменника в зимнее время года и избежать длительных пауз при работе на обогрев.

Рис. 6. Микроканальные теплообменники в VRF HISENSE

В CITY MULTI G7 от Mitsubishi Electric перешли к четырехстороннему теплообменнику (см. рис. 4) вместо привычного трехстороннего. Причем разместили его в верхней части блока ближе к вентилятору. Это позволило не только повысить эффективность процесса конденсации, но и снизить уровень шума, габариты и количество хладагента в системе.

Четырехсторонний теплообменник применяется и в системе VRV IV компании Daikin, представлено это решение было еще в самых первых системах серии в 2012 году. Помимо формы, особенностью теплообменников Daikin является использование уменьшенного шага ребер в 1.2 мм и трубок уменьшенного диаметра. Это позволило с одной стороны создать теплообменник максимальной площади в минимальных габаритах, с другой — уменьшить заправку хладагентом, которая у систем Daikin сегодня является наименьшей в отрасли (заводская заправка + дозаправка на длину трассы).

Рис. 7. Четырехсторонние теплообменники в VRF-системе CITY MULTI G7 от Mitsubishi Electric

Помимо этого, производители уделяют большое внимание алгоритмам управления VRF. В конечном счете, как бы хороша ни была техническая часть, плохо настроенный алгоритм нивелирует все её преимущества.

Mitsubishi Electric уделяет огромное внимание контролю качества, гарантируя исключительную надежность своего климатического оборудования. Значительные инвестиции делаются в разработку технических решений, создающих дополнительные защитные механизмы и снижающих риск ошибок в процессе монтажа и эксплуатации.

Более того, с 1 апреля 2021 в России действует новая программа «МЕ сервис», в рамках которой проводится бесплатный контроль пуско-наладочных работ на объектах CITY MULTI, что является дополнительной гарантией правильного монтажа. Подробнее о программе можно узнать здесь.

Здесь же отметим качество монтажа, наладки и последующего технического обслуживания системы. Работает тот же принцип: система может быть сколь угодно грамотно спроектирована и подобрана, но фатальные ошибки монтажников или отсутствие последующего сервиса сведут усилия инженеров на ноль. За проектированием, монтажом, наладкой и сервисом VRF-систем можно обратиться к компаниям-членам АПИК.

Предыдущая статьяИнтересные особенности ID диаграммы
Следующая статьяВ Нижнем Новгороде из-за жары вырос спрос на кондиционеры в 3,5 раза

Решение года