Регуляторы постоянного расхода CAV


Технический обзор рынка

Регуляторы постоянного расхода CAV (Constant Air Volume) появились на отечественном рынке вентиляционного оборудования относительно недавно и во многих компаниях еще только входят в стандартную практику проектирования и сооружения систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Имея ограниченный бюджет строительства, достаточно сложно понять и обосновать экономическую целесообразность использования регуляторов постоянного расхода воздуха. Действительно, в большинстве случаев регулятор CAV не является необходимым компонентом вентиляционной сети. Ведь можно спроектировать систему без регуляторов CAV и выполнить балансировку традиционными способами, используя канальные ручные клапаны, диафрагмы, регуляторы-­заслонки на воздухораспределительных устройствах и дешевую рабочую силу.

В то же время использование регуляторов дает целый ряд преимуществ для всех участников рынка и позволяет заказчику получить принципиально более качественный результат, который компенсирует увеличение расходов на оборудование. В данном случае формула успеха регуляторов CAV достаточно простая: повышение качества проектирования плюс повышение качества пусконаладочных работ и, как результат, гарантированная надежность и стабильность системы распределения воздуха.

Применение регуляторов CAV на этапе проектирования и расчета системы позволяет существенно снизить время, необходимое для выполнения расчетов вентиляционной сети. Даже при использовании автоматизированного программного обеспечения типа MagiCAD применение регуляторов CAV позволяет быстро получить правильный расчет вентиляции без предупреждений о том, что система или ее отдельные участки не сбалансированы. При этом очень важно и то, что внесение отдельных изменений в уже сделанный проект вентиляции не составит значительного труда (а значит, несущественно увеличит сроки и стоимость проектирования), так как появление дополнительных воздуховодов и пере­распределение расходов не потребует повторного расчета всей сети.

Использование регуляторов CAV намного облегчает и ускоряет проведение пусконаладочных работ в системах вентиляции. Проектные значения расходов воздуха задаются при помощи настроечной шкалы на корпусе регулятора, поэтому дальнейшая сложная и долгая балансировка воздуховодов не требуется. В результате затраты труда и времени на проведение пусконаладочных работ будут значительно ниже, а система лучше и надежнее.

И наконец, использование в системе регуляторов CAV гарантирует ожидаемый результат для заказчика и конечного пользователя, поскольку в этом случае заказчик получает надежную, гибкую и самобалансирующуюся систему вентиляции, которая точно обеспечивает заданный воздухообмен в помещениях. Своевременное решение застройщика о применении в проекте регуляторов CAV позволит избежать такой распространенной ситуации, когда служба эксплуатации регулярно ходит по зданию со стремянкой и пытается хоть как-то наладить воздухообмен в ответ на постоянные жалобы пользователей на плохую вентиляцию. А проведение модернизации вентиляционной системы, например в связи с переносом рабочих мест, изменением планировки помещений или расположением оборудования, не вызовет никаких затруднений, связанных с повторной балансировкой всей вентиляционной сети, выполнить которую на эксплуатируемом объекте с традиционной вентиляционной сетью зачастую технически невозможно.

Конструктивно регулятор CAV (рис. 1) представляет собой автономный механический клапан, который монтируется на участке воздуховода и работает в режиме самобалансировки, причем подключение к внешнему источнику электропитания не требуется.

В зависимости от величины давления в воздушной сети регулятор CAV создает дополнительное аэродинамическое сопротивление так, чтобы обеспечить заданный расход через воздуховод, в котором он установлен. Чем выше давление воздуха в сети перед регулятором, тем выше будет и сопротивление регулятора, и наоборот — при снижении давления регулятор снижает свое сопротивление. Механизм самобалансировки при этом обеспечивает постоянный расход воздуха независимо от любых колебаний давления.

Несмотря на название «регулятор», по своей сути все регуляторы CAV являются ограничителями расхода, то есть они работают таким образом, что не пропускают через себя объем воздуха, превышающий значение, установленное на регулировочной шкале устройства. Если максимальный доступный расход воздуха в системе ниже заданного, то регулятор CAV находится в максимально открытом положении. Нужный расход воздуха на регулировочной шкале устройства устанавливается вручную при проведении пуско-наладочных работ, но может быть легко изменен в процессе эксплуатации системы, в том числе при проведении перепланировок, модернизации и реконструкции здания. Некоторые производители оборудования предлагают опционально установку сервопривода на регулятор CAV. Такой сервопривод обычно предназначен для перенастройки регулятора между двумя фиксированными режимами работы с различными объемами подаваемого воздуха в процессе эксплуатации системы. Например, дневной и ночной режимы для офисных помещений или режимы максимальной и минимальной загрузки для переговорных комнат или гостиничных номеров.

Модельный ряд и варианты исполнения

Регуляторы CAV выпускаются для монтажа в круглых и прямоугольных воздуховодах. На корпусе регулятора находится регулировочная шкала, с помощью которой механизм самобалансировки настраивают на требуемый расход воздуха.

Для круглых каналов выпускаются регуляторы стандартных типоразмеров — от 80 до 400 мм, что соответствует расходам воздуха от 15 до 5200 м^3/час. Модельный ряд регуляторов CAV для прямоугольных каналов начинается от самых маленьких типоразмеров 200×100 мм и заканчивается типоразмером 600×600 мм, что позволяет контролировать расход воздуха до 12 000 м^3/час. Для больших расходов воздуха прямоугольные регуляторы CAV устанавливают параллельно. Максимальное избыточное давление в воздуховодах перед регулятором большинства производителей может достигать 1000 Па, поэтому монтировать регуляторы можно практически в любом месте воздухораспределительной сети.

Для самобалансировки отдельных воздуховодов с небольшими расходами воздуха и точного распределения воздуха между отдельными воздухораспределительными каналами используются простые регуляторы постоянного расхода, которые обычно называются «ограничители расхода». Это более дешевые и компактные устройства, которые устанавливаются прямо внутрь стального воздуховода размером от 100 до 250 мм и не нуждаются в дополнительном пространстве. Требуемый расход воздуха должен быть установлен на шкале ограничителя расхода в процессе монтажа, так как доступ к устройству отсутствует. Максимальное избыточное давление воздуха перед ограничителем расхода не должно превышать 250–300 Па, поэтому ограничители устанавливают на конечных участках вентиляционной сети, в непосредственной близости к конечным воздухораспределительным устройствам.

Механизм самобалансировки

Основой любого регулятора CAV является механизм самобалансировки. Именно конструкция этого механизма определяет точность поддержания заданного расхода воздуха, уровень шума, минимальное сопротивление регулятора, диапазон расходов и других параметров. На рынке существуют различные конструкции механизма самобалансировки, которые в значительной степени определяют стоимость и технические характеристики регуляторов CAV.

Для ограничителей расхода воздуха многие производители используют механизм самобалансировки на основе силиконовой регулировочной мембраны, которая изменяет свой объем в зависимости от давления воздуха в воздуховоде, тем самым увеличивая или уменьшая живое сечение для прохода воздуха (рис. 2).

В ограничителях расхода также применяется механизм самобалансировки, в котором в зависимости от требуемого расхода воздуха при настройке перекрывается часть сечения регулятора. Самобалансирующаяся заслонка с пружиной автоматически перекрывает оставшуюся часть сечения в зависимости от давлений в воздуховоде (рис. 3).

Для больших регуляторов круглого и прямоугольного сечений используются два основных варианта конструкции механизма самобалансировки: механизм со шкалой, расположенной сбоку корпуса регулятора (см. рис. 1), и механизм с настройкой в виде штуцера под шестигранный ключ (рис. 4). Обычно шкала настройки, расположенная сбоку регулятора, имеет градуировку расхода в м^3/час, что более удобно при выполнении пусконаладки и эксплуатации агрегатов.

Как правило, заслонка регулятора выполняется из легкого алюминия, а механизм самобалансировки состоит из пластиковых рычагов и трансмиссии, стальной пружины и силиконовых гасителей колебаний, которые необходимы для предотвращения авто­колебательных процессов.

Более подробно вариант конструкции механизма самобалансировки можно рассмотреть на примере регуляторов CAV компании ТРОКС. Для всех регуляторов этой фирмы используется свой собственный механизм самобалансировки на основе подпружиненной заслонки, за которой располагается надуваемая потоком воздуха подушечка. Она выполняет функцию гасителя колебаний, делая более стабильными механизм и функцию усилителя давления потока, обеспечивая высокую точность регулирования [1].

Акустические характеристики

На ряде объектов акустическим характеристикам системы вентиляции придается очень большое значение, тогда как регулятор CAV устанавливается в потоке воздуха и генерирует дополнительный аэродинамический шум. Уровень шума зависит от того, какое дополнительное сопротивление создается для самобалансировки. Чем больше дополнительное сопротивление создает регулятор, тем больше уровень генерируемого шума. Точные значения уровня шума от регулятора можно получить с помощью программы подбора или таблиц шумовых характеристик в каталогах производителей оборудования.

Регулятор CAV генерирует шум в двух направлениях: шум в окружение через корпус устройства и шум в воздуховод. Для снижения уровня шума в окружение выпускаются регуляторы в шумоизолированном корпусе. Для снижения уровня шума в воздуховод используются дополнительные канальные шумоглушители.

Пространство для установки регулятора CAV в воздуховод

Еще одним важным параметром при выборе регулятора является пространство, которое требуется для его установки в воздуховоде. Регуляторы CAV имеют компактный корпус, длина которого у различных производителей составляет от 300 до 500 мм, что само по себе немного. Но кроме длины корпуса установка регулятора требует наличия дополнительного прямого участка воздуховода до регулятора, а для некоторых моделей и после регулятора. Это нужно для стабилизации потока воздуха и обеспечения требуемой точности регулирования. В любом случае не рекомендуется устанавливать регулятор сразу после поворотов, ответвлений, сужения или других элементов вентиляционной сети, например сразу после противо­пожарных клапанов.

Длина прямого участка зависит от места установки регулятора, а подробные указания приводятся в каталогах производителей (рис. 5). Если не обеспечить свободное пространство необходимой длины, точность самобалансировки значительно снизится и регулятор CAV не будет выполнять своей основной функции.

Минимальное аэродинамическое сопротивление

Даже при полностью открытом положении регулирующей заслонки регулятор CAV создает определенное аэродинамическое сопротивление в воздуховоде, которое должно быть учтено при проектировании системы. В зависимости от конструкции регулятора его минимальное сопротивление либо указывается в каталоге как фиксированная величина и не зависит от выбранного расхода воздуха, либо минимальное сопротивление зависит от скорости воздуха и указывается в каталогах как функция от выбранного расхода воздуха.

Рабочий диапазон расходов воздуха

Каждый типоразмер регулятора CAV имеет свой рабочий диапазон расходов воздуха. Минимальная граница этого диапазона — глубина регулирования — ограничивается чувствительностью механизма регулятора. Как правило, она соответствует скорости движения воздуха 2–3 м/c. Но для современных энерго­эффективных систем вентиляции производители выпускают новые модели регуляторов, которые могут работать даже при скоростях воздуха от 0,7 м/c. Максимальная граница определяется генерируемым аэродинамическим шумом и прочностью механизма самобалансировки и соответствует скорости воздушного потока 8–10 м/c. Чем шире рабочий диапазон регулятора, тем удобнее его использовать при проектировании и эксплуатации системы.

Точность работы регулятора

Единого стандарта для тестирования точности работы регуляторов не существует, и производители предоставляют информацию в каталогах на свое усмотрение. Поэтому вопрос о точности работы регуляторов достаточно неоднозначный. Достоверность информации во многом зависит от репутации производителя и требований рынка. Например, каталоги компаний, ориентированных на продажи в Западной Европе, содержат значительно больше информации по вопросу точности регулирования по сравнению с продукцией, предназначенной для стран Восточной Европы. В то же время стоимость продукции для стран Восточной Европы может быть значительно меньше.

В любом случае механизм самобалансировки любого регулятора CAV устроен таким образом, что его точность и стабильность будут максимальными при работе с расходом воздуха, близким к номинальному (максимальному) значению. Для того чтобы добиться наилучшей точности поддержания заданного расхода, рекомендуется выбирать регулятор в диапазоне 70–100% его максимальной производительности. Еще одним важным условием обеспечения точности работы регулятора является строгое соблюдение требований по наличию прямого участка для стабилизации потока воздуха перед регулятором.

Как показывает практика применения регуляторов CAV, реальная точность регулирования, которую можно ожидать от регулятора, составляет около 3–6% заданного расхода, что соизмеримо с точностью измерения расхода по стандартным методикам и в большинстве случаев является вполне достаточным в системах с постоянным расходом воздуха. В тех случаях, когда требуются более высокая точность регулирования и гарантии стабильного поддержания расхода, рекомендуется использовать автоматические регуляторы переменного расхода VAV на базе электронных контроллеров.

Варианты применения регуляторов CAV

В зависимости от бюджета проекта и требований к надежности и качеству работы системы вентиляции регуляторы CAV могут применяться как в системах вентиляции с постоянным расходом, совместно с традиционными вариантами балансировки сети, так и в системах с переменным расходом воздуха для снижения общей стоимости оборудования. Кроме того, существует целый ряд задач, которые просто невозможно реализовать без применения регуляторов CAV или более дорогой альтернативы — регуляторов переменного расхода воздуха VAV. Вот основные из них:

  • требуется обеспечить постоянный расход воздуха на отдельных участках вентиляционной сети независимо от изменения рабочих параметров всей системы;
  • обеспечить стабильную подачу и (или) вытяжку контролируемого объема воздуха в помещениях, в которых требуется гарантированный дисбаланс, в том числе для поддержания избыточного давления или разряжения;
  • обеспечить постоянный расход воздуха на основных ответвлениях от магистрального воздуховода, например на поэтажных магистралях;
  • обеспечить постоянный расход воздуха через комнатные фильтрующие блоки с фильтрами высокой эффективности HEPA;
  • ограничить максимальную производительность в простых канальных приточных и вытяжных системах;
  • ограничить максимальный объем вытяжного воздуха, удаляемого через местные отсосы периодического действия;
  • выполнить модернизацию отдельной ветви системы вентиляции, не нарушая работы системы в целом;
  • гарантированно обеспечить постоянный объем (или ограничить максимальный объем) свежего и (или) рециркуляционного воздуха, поступающего в камеру смещения в системах центрального кондиционирования с рециркуляцией.

Обзор рынка оборудования

На первый взгляд на рынке достаточно много поставщиков и производителей оборудования, которые анонсируют в своем модельном ряду регуляторы CAV, а также регуляторы переменного расхода VAV. Но производство механизма самобалансировки — достаточно сложная техническая задача, и для многих нецелесообразно самостоятельно заниматься выпуском данной продукции. При этом каждая компания хочет предложить своим клиентам полный ассортимент оборудования для систем вентиляции. В этом случае используются два варианта. Поставщики и небольшие производители оборудования предлагают регуляторы CAV, произведенные третьими компаниями под своей торговой маркой. Некоторые фирмы совершенно не скрывают данный факт, а для других такое предположение подтверждает полная идентичность технических характеристик продукции с каталогами других компаний. И второй вариант, когда компания включает в свой модельный ряд простые ограничители расхода с максимальным давлением 200–300 Па и диаметрами до 250 мм, а для больших перепадов давления в круглых и прямоугольных каналах предлагает своим лояльным клиентам использовать самые простые регуляторы VAV для решения задач поддержания постоянного расхода.

В таблице 1 приведен список компаний, которые позиционируются как поставщики и производители регуляторов CAV — VAV, и приведен краткий обзор предлагаемого этими компаниями модельного ряда регуляторов CAV. Компании найдены в Интернете через поисковый запрос «Регулятор переменного расхода воздуха» и отобраны среди участников недавно прошедшей выставки «МИР КЛИМАТА — 2019».

Как видно из таблицы, не все компании, которые анонсируют регуляторы CAV, могут предоставить полный модельный ряд оборудования.

Пример выбора регулятора CAV

Для более детального сравнения технических характеристик регуляторов CAV различных производителей рассмотрен выбор регулятора для прямоугольного воздуховода (рис. 6) сечением 400×300 мм на расход воздуха 3500 м^3/час. При этом скорость воздуха в сечении регулятора будет 8,1 м/c, что близко к максимальной для данного типоразмера. Выбранные модели регуляторов и их основные технические параметры приведены в таблице 2, дополнительно указаны основные параметры всего модельного ряда регуляторов, такие, как доступные типоразмеры, диапазоны расходов воздуха, варианты исполнения, и прочие.

Основные типоразмеры и характеристики модельного ряда различных производителей достаточно схожи, но есть незначительная разница между значениями минимального и максимального расхода.

Что касается точности регулирования, то в каталогах производителей можно увидеть отдельно точность шкалы настройки и точность самого регулятора. Часть производителей указывают точность регулятора в зависимости от выбранного расхода, а у других она является постоянной величиной для всего диапазона регулирования. Самая высокая точность регулирования в рабочем диапазоне указана в каталогах Sсhako и Hidria — от 5 до 10% в зависимости от расхода. При этом точность работы регулятора при заданном расходе 3500 м^3/час по каталогам можно определить только для четырех компаний: TROX и Schako заявляют точность регулятора 6%, а LTG и Systemair — 10%.

В зависимости от конструкции механизма само­балансировки минимальное сопротивление регулятора указано как функция от расхода/скорости «=f(V)» или как фиксированная величина. Для некоторых моделей минимальное сопротивление может быть достаточно высоким — 120–140 Па, так как в данном примере регуляторы выбраны для расхода воздуха, близкого к максимальному.

Наименьший шум будут генерировать регуляторы компаний TROX и Systemair — 47 и 49 дБ(А) соответственно — уровень звуковой мощности в окружение, указанный в каталогах.

Пространство для монтажа определяется не только длиной корпуса регулятора, но и требованиями по минимальной длине прямых участков до и после регулятора. Как видно из таблицы, для правильного монтажа большинства регуляторов CAV сечением 400×300 мм необходимо обеспечить прямой участок воздуховода длиной не менее 1000–1350 мм. Но у некоторых производителей информация о необходимости наличия прямого участка в каталогах полностью отсутствует, хотя это не означает, что такое пространство не требуется. У иных производителей информацию о прямых участках можно найти только в инструкции по монтажу. Это очень неудобно, ведь на этапе проектирования, когда принимается решение о трассировке воздуховодов и выборе места расположения регуляторов, проектировщики пользуются только каталогами, а на объекте, когда сеть воздуховодов уже смонтирована по проекту, выполнить монтаж регулятора по инструкции оказывается просто невозможно.

Все рассмотренные производители предлагают стандартное исполнение регуляторов в корпусе из оцинкованной стали и регуляторы в шумоизолированном корпусе. Кроме того, некоторые компании выпускают регуляторы с покрытием корпуса порошковой краской, которая устойчива при обработке дезинфицирующими растворами. Такие регуляторы могут использоваться в чистых помещениях фармацевтической промышленности. Регуляторы из нержавеющей стали стандартно могут предложить только компании Schako и LTG, а компания TROX дополнительно производит регуляторы во взрывозащищенном исполнении с маркировкой EX.

Выводы

В настоящее время на рынке присутствует достаточно ограниченное число предложений в данном сегменте продукции, что, в свою очередь, обусловливает относительно высокую стоимость регуляторов CAV, но в то же время препятствует более широкому распространению и внедрению регуляторов в практику проектирования и сооружения систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

В основном решения об использовании регуляторов принимаются в случаях крайней необходимости для специфических задач, которые технически не могут быть реализованы без использования регуляторов. Кроме того, имеет место практика применения регуляторов CAV в качестве более дешевой альтернативы регуляторам переменного расхода воздуха VAV. Конечно, такая практика идет в ущерб точности поддержания заданных параметров, усложняет эксплуатацию объекта и приводит к снижению сроков службы оборудования, но желание сократить капитальные затраты зачастую превалирует.

В существующей ситуации дальнейшие перспективы совершенствования и разработки новых, более точных и дешевых в производстве механизмов автобалансировки могут создать хороший потенциал для развития рынка регуляторов CAV в будущем.

Литература

1. Волков В. А. Аэродинамическая балансировка воздушной сети с использованием CAV-регуляторов // ABOK. 2011. № 2.

Виталий Алексеевич Волков, кандидат технических наук, эксперт по системам вентиляции

Предыдущая статьяТехнологии, применяемые в современных компрессорах
Следующая статьяМировые новости, №115

Решение года