Методика подбора сплит-системы от компании DAICHI

Рис. 1

Выбирая сплит-систему, проектировщик должен определить тепловую нагрузку на кондиционер и найти оборудование с превышающей ее холодопроизводительностью, соответствующее заданным температурным условиям. Со стороны задача кажется несложной, однако это совсем не так.

Кондиционер – устройство многорежимное. В процессе его работы могут изменяться температура и влажность воздуха как снаружи, так и внутри помещения. Разработчики постоянно совершенствуют технику, делая возможным ее применение в самых разных условиях.

Результаты конструкторского труда представляются производителем в виде температурных диапазонов применения (рис. 1) и таблиц технических характеристик (таблица 1).

Для режима охлаждения температура наружного воздуха представлена по сухому термометру.

Рабочий диапазон ограничен предельно допустимыми для данной модели кондиционера значениями температур (давлений) конденсации холодильного агента. Ограничение по температуре воздуха в помещении вызвано тем, что она сильно влияет на количество тепла, поступающее на испаритель внутреннего блока (тепловую нагрузку), а холодильный контур может надежно работать только в ограниченном диапазоне нагрузок. Поскольку нагрузкой для него является не только явное, но и скрытое тепло (теплота конденсации паров воды из воздуха помещения), границы применения приводятся по влажному термометру.

На первом этапе температурный диапазон, заданный заказчиком, сравнивается с теми, что определены производителем техники.

Рис. 2

Для кондиционера нанесем область рабочих параметров воздуха в помещении в i-d диаграмме (рис. 2). Границы области определяются линиями минимальной и максимальной температуры по влажному термометру, линиями минимальной и максимальной температур по сухому термометру (область устанавливаемых на пульте управления температур) и линией 80% влажности (задается производителем техники как максимально допустимый уровень влажности воздуха в кондиционируемом помещении).

Получив на i-d диаграмме рабочую область параметров внутреннего блока и убедившись в соответствии их заданию, можно переходить к определению холодопроизводительности оборудования.

На рисунке 2 линии энтальпий влажного воздуха, соответствующие табличным значениям температур мокрого термометра, выделены красным цветом. Это линии постоянной полной холодопроизводительности.

Значения явной холодопроизводительности приводятся в таблицах для конкретного сочетания температур по влажному и сухому термометрам. Соответственно, полная информация (явная и полная холодопроизводительности) представлена только для линии 50% влажности.

Относительная влажность воздуха в кондиционируемом помещении зависит как от кондиционера, так и от посторонних поступлений тепла и влаги. Для рабочей области параметров она может изменяться от 10 до 80%. Явную холодопроизводительность в любой точке рабочего диапазона можно определить, используя имеющуюся техническую информацию и теоретическую модель, описывающую работу кондиционера.

В данной работе мы опирались на рекомендации японской корпорации DAIKIN по анализу технических характеристик кондиционеров для условий, отличающихся от табличных значений. Принятое при этом единственное допущение можно сформулировать так: при одинаковой полной холодопроизводительности кондиционера, независимо от соотношения скрытого и явного тепла, поступающего на теплообменник внутреннего блока, его эффективность (байпас-фактор) остается неизменной.

Математически это можно выразить формулой:

SHC = SHC₅₀ + G×C_p× (1- BF)× (EDB – EDB₅₀),

где: SHC₅₀ – явная холодопроизводительность при температуре влажного термометра в условиях относительной влажности 50%, кВт,

G – массовый расход воздуха, кг/с,

Cp – теплоемкость воздуха, кДж/кг,

BF – байпас-фактор,

EDB – температура воздуха по сухому термометру, °С,

EDB50 – температура по сухому термометру при заданной температуре влажного термометра и относительной влажности 50%, °С.

Рис. 3

Рис. 4

Таким образом можно получить характеристики оборудования для всей области рабочих параметров. Форму представления характеристик также можно выбрать привычной, удобной для анализа возможности применения оборудования. Для расчетных условий по наружному воздуху мы представляем зависимости полной и явной холодопроизводительностей кондиционера от относительной влажности воздуха в помещении при заданной постоянной температуре (рис. 3). Из графика видно, что не только явная, но и полная холодопроизводительность кондиционера существенно зависит от относительной влажности воздуха в помещении.

Неменьший интерес для практического применения представляет возможность определять все параметры процесса обработки воздуха во внутреннем блоке, используя понятие байпас-фактора.

Также возможно определить и соотношение удаляемых кондиционером тепла и влаги – луч процесса (рис. 4), что позволяет рассчитывать влажность воздуха, которая установится в кондиционируемом помещении при работе оборудования.

Считать эти и другие характеристики, строить графики вручную крайне утомительно. Поэтому нами была разработана компьютерная программа “Влажность”, позволяющая упростить эту работу.

Для работы с программой необходимо задать характеристики кондиционера (таблица 2). Они представляют собой “выборку” из таблицы 1 (4 строки по температуре наружного воздуха и 4 столбца по показаниям влажного термометра в помещении), расход воздуха, байпас-фактор и минимальную температуру поверхности теплообменника внутреннего блока.

Последний параметр позволяет учесть влияние работы систем по предотвращению замораживания внутреннего блока. Температура срабатывания системы защиты указывается производителем кондиционера. Если эта информация отсутствует, программа считает ее равной нулю.

Для желающих разобраться с методикой подробнее в электронном приложении к журналу “МИР КЛИМАТА” №49 мы разместили программу и описание алгоритма ее работы.

Используя программу, мы получим значения полной и явной холодопроизводительностей, расчетные значения температур воздуха на выходе из внутреннего блока и поверхности теплообменника, зависимости луча процесса обработки воздуха во внутреннем блоке кондиционера от относительной влажности воздуха в помещении.

Для подбора оборудования DAIKIN предлагает определять поступление тепла в помещение как сумму теплопоступлений через ограждающие конструкции, световые проемы, с вентиляционным воздухом и внутренними тепловыделениями от оборудования и людей. В DAICHI по методике расчета теплопоступлений DAIKIN разработана программа “Тепло 2”.

Обычно при расчете теплопоступлений относительную влажность воздуха принимают равной 50%. В реальности же она может составлять от 35 до 55%, что означает изменение величины теплопоступления на 5-25%.

Разрешить эту неопределенность можно, только совместно решая задачи расчета тепло-влагопоступлений в помещение и удаления тепла и влаги кондиционером. Последовательность шагов при этом будет следующей:

1. По расчетным значениям температур наружного воздуха и воздуха в помещении, а также произвольной относительной влажности воздуха в помещении φ_пом^нач, пользуясь методикой DAIKIN, мы определяем полные и явные теплопоступления (Q_полн и Q_явн), луч процесса в помещении ε_пом.
2. По найденному значению луча процесса в помещении ε_пом при принятых расчетных значепниях температур, используя описанную выше методику расчета характеристик кондиционера, определяются значения холодопроизводительностей кондиционера и относительная влажность воздуха в помещении, при которой наступает баланс по поступающему и удаляемому из помещения теплу и влаге (φ_пом^равн).
3. Поскольку первоначально принятое значение относительной влажности воздуха φ_пом^нач не совпадает с найденным φ_пом^равн, делаем несколько последовательных приближений, пересчитывая полные Q_полн^уточ, явные теплопоступления Q_явн^уточ и луч процесса в помещении ε_пом^уточ.
   В результате расчетов определяется относительная влажность воздуха в помещении и соответствующее этим параметрам значение холодопроизводительности кондиционера, степень его загрузки, энергоэффективность.

Приведенная в данной статье методика подбора сплит-системы позволяет обоснованно подойти к выбору оборудования для нестандартных условий применения, анализировать работу оборудования в помещениях с отличными от нормативных тепло- или влаговыделениями, где традиционные рекомендации приводят к значительным погрешностям.

Возможности программы “Влажность” на конкретных примерах подбора и сравнения оборудования мы рассмотрим в последующих номерах журнала “МИР КЛИМАТА”.

Штейн А.С., к.т.н., директор Учебного центра компании DAICHI,

Новосельцев И.А.,ведущий специалист компании DAICHI