Существует два основных типа бытовых мультизональных систем. Система с переменным расходом хладагента представляет собой один центральный блок (центрального кондиционера), оснащенный электронной системой контроля и рядом автоматических дроссельных воздушных клапанов. Многозональная Сплит система кондиционирования состоит из ряда внутренних фанкойлов, которые обслуживает один внешний блок, балансирующий составляющие холодильного цикла системы. В первом случае кондиционерный блок работает по принципу однозонального оборудования. Во втором случае конструкция внешнего блока специально предназначена для зонального контроля. Самые простые примеры обоих типов установок показаны на рис. 12 и 13.
Система кондиционирования с переменным расходом (VAV)- Расход воздуха контролируют автоматические дроссельные воздушные клапаны, которые работают от местного термостата.
- Работа центрального оборудования контролируется микропроцессором, который управляет работой зональных термостатов.
- Расход воздуха центробежного вентилятора может быть постоянным, однако поддержание заданного расхода воздуха в системе обеспечивается модулирующими клапанами, установленными в байпас-каналах.
- Pасход центробежного вентилятора может изменяться при условии, что скорость компрессора и вентилятора автоматически синхронизируется с нагрузкой.
Бесканальная Сплит система- На сегодняшний день на рынке представлены системы, работающие только на холод, а также тепловые насосы.
- К внешнему блоку могут подключаться от двух до пяти внутренних блоков. (Количество подключаемых внутренних блоков зависит от производителя).
- Обычно канальные системы кондиционирования не используются в сочетании с лучистыми системами и плинтусным отоплением.
- Производительность внутренних блоков регулируется зонально с помощью комнатных или зональных термостатов.
- Микропроцессор центрального блока контролирует рaботу зональных термостатов и расход хладагента.
Контроль расходаЕсли система с переменным расходом теплоносителя оснащена компрессороми вентилятором с регулируемой частотой вращения, их производительность может изменяться в соответствии с изменениями нагрузки. Это исключает необходимость использования байпасного канала. Если внутренние блоки оснащены регулятором скорости, расход хладагента регулируется в соответствии с внутренними нагрузками (присущими внутренним блокам). В обоих случаях контроль расхода хладагента повышает уровень комфорта, снижает эксплуатационные расходы, позволяет подбирать оборудование в широком диапазоне мощностей.
Контроль работы и безопасности системыКонтролирующие устройства и системы безопасности мультизональной системы подобны однозональным системам. Однако существуют и некоторые отличия, характеризующие многозональные системы. Системы с переменным расходом оснащены специальными контроллерами, координирующими работу зональных термостатов, регулирующих клапанов и центрального оборудования. Мультисплит система оснащена контроллерами, координирующими работу зональных термостатов, фанкойлов и центрального оборудования.
Показатели эффективностиТрадиционные показатели эффективности SEER, HSPF, AFUE предназначены для сертификации однозональных систем и, следовательно, не применимы к многозональным. При наличии более описательных идентификаторов следует принимать во внимание разнообразие нагрузок и стратегий контроля set up, set back.
Исходя из этого, многозональные системы на 10-40 % (в зависимости от принципа регулирования) более эффективны, чем однозональные системы. Также следует отметить, что в мультизональных системах существует возможность снижения суммарной расчетной нагрузки, если условия комфортности для каждой комнаты определяются количеством людей в помещении.
Комбинированное топливное отопительное оборудованиеКомбинированные топливные отопительные системы обычно представляют собой сочетание воздушного теплового насоса с печью, работающей на природном топливе. В этом случае обе части системы производятся независимо. Также независимо осуществляется подбор мощности оборудования, т.е. мощность теплового насоса должна удовлетворять условиям расчетной нагрузки по охлаждению, а печи — условиям расчетной тепловой нагрузки.
Также существует гибридная система, соединяющая в одном блоке оба типа оборудования. В такой установке может возникнуть необходимость использования дополнительных резистивных тепловых спиралей в камере обработки воздуха внутреннего блока (в зависимости от размера тепловой и холодильной нагрузок) и особых рекомендаций производителя по инсталляции оборудования.
Установка комбинированных отопительных систем на природном топливе является оправданной в том случае, когда стоимость природного топлива дешевле в сравнении с электроэнергией.
Это отражает низкая экономическая точка равновесия (-1 °С или ниже), которая определяется как внешняя температура, соответствующая равным эксплуатационным расходам для обоих видов топлива. И наоборот, не рекомендуется использовать комбинированную систему отопления на природном топливе, если точка экономического равновесия достаточновысокая. Например,
график 14 демонстрирует условия, при которых не выгодно использовать систему комбинированного отопления топливом.
Следует отметить, что низкая точка экономического равновесия сама по себе означает только то, что общие затраты на топливо могут быть снижены. Она не дает представление о том, достаточно ли велико это снижение для оправдания дополнительных расходов, связанных с установкой комбинированной системы топливного отопления. Концепция балансировочной точки применима и в этом случае. Это значит, что когда внешняя температура воздуха ниже точки теплового равновесия, но выше точки экономического равновесия, печь должна обеспечить дополнительное количество тепла.
ПечиГазовые, жидкотопливные (масляные) и пропановые печи производятся в низком и высоком исполнении корпуса, с нижним и горизонтальным подведением потока, что обеспечивает удобство размещения системы и подключения подающей и возвратной магистралей. Печи также классифицируются в соответствии с источником воздуха для сгорания, а также по типу вентиляции, уровню эффективности и состоянию газа в теплообменнике (конденсирующийся или сухой).
Воздух для горенияАтмосферные горелки забирают воздух для горения из окружающего пространства. Это означает, что такой тип горелки следует устанавливать в помещение с хорошим уровнем инфильтрации, со специальными отверстиями в стенах, обеспечивающими вентиляцию, или в комнате, вентилируемой механически. Некоторые печи оснащены вентиляторами, которые обеспечивают движение воздуха через камеру сгорания. Если воздух нагнетается в камеру сгорания при помощи вентилятора, такие системы называют системами с принудительной тягой, электрической горелкой, принудительным сгоранием, или системы со сгоранием (с топкой) под давлением. Если вентилятор удаляет воздух из камеры сгорания, такая система называется системой с форсированной тягой, принудительной вентиляцией или электровентиляцией. Однако такая система также в некоторой степени забирает воздух для сгорания из помещения, что требует установки механической вентиляциив случае, если инфильтрации недостаточно.
Система вентиляцииСуществуют два типа вентиляции: с натуральной и принудительной тягой. Если печь оснащена вентилятором, он может создавать как положительное, так и отрицательное давление. Дополнительными факторами, классифицирующими систему вентиляции, являются температура топочных газов и способность отходящих (вентилирующихся) газов к конденсации.
Технические данныеДля выбора мощности печи необходимо руководствоваться техническими данными, предоставляемые производителем. В технических таблицах указана входящая и выходящая мощности непрерывно работающей системы, в условиях полной нагрузки; допустимые повышения температуры в теплообменнике, а также показатель AFUE (годовая эффективность использования топлива) (см.
табл. 7).
Выходная производительность печи должна быть равной или превышать значение расчетной тепловой нагрузки, а повышение температуры теплообменника должно находиться в диапазоне, предписанном производителем.
Следует отметить, что технические характеристики центробежного вентилятора и падения давления на теплообменнике (см.
табл. 7, 8) также важны, как и значения теплопроизводительности, так как производительность вентилятора должна быть совместима с параметрами воздуховодов и оборудованием, установленным в них.
В случае когда печь оснащают охладительным контуром, зачастую ее работа характеризуется адекватной теплопроизводительностью и производительностью вентилятора. (Если нагрузка по охлаждению значительно превышает тепловую нагрузку, печь с адекватной теплопроизводительностью не всегда сможет обеспечить необходимый объем воздуха для охлаждения).
Ограничения мощности
По возможности, избыточная производительность печи не должна превышать 40 %.
Контроль работы и безопасности системыКонтролирующие устройства и системы безопасности печей включают устройства, которые мониторят и регулируют и работу топки, вентиляционной системы, контролируют повышение температуры и работу двигателя вентилятора.
ЭффективностьЭффективность печи характеризует показатель AFUE (показатель эффективности годового использования топлива). Этот показатель определяет среднюю сезонную эффективность, выраженную отношением годовой выходной мощности к годовой потребляемой мощности горелки. Он не включает потребляемую мощность вентилятора и систем контроля.
При расчете величины AFUE принимали во внимание снижение эффективности вследствие цикличности работы системы во время отопительного сезона, который, предположительно, состоит из 5200 тепловых градусодней, а избыток теплопроизводительности системы составляет 70 %. Согласно исследованиям, проводимым в Брукхевенской национальной лаборатории, на «циклическую» эффективность системы незначительно влияет завышенная производительность. Это значит, что публикуемые показатели AFUE приблизительно применяются к другим комбинациям погодных условий и избыточной производительности. Однако четко не указывается диапазон приложений.
КотлыКотлы могут работать как на природном топливе (природный газ, жидкое топливо или пропан), так и на электроэнергии (калориферы). Также котлы классифицируются по состоянию газа в теплообменнике (стандартные и конденсационные), источнику воздуха для сгорания, типу вентиляции и по уровню производительности.
Воздух для горенияКотлы, оснащенные атмосферными горелками, следует располагать в помещении с достаточным уровнем инфильтрации, что обеспечивает необходимый объем воздуха для горения. Если инфильтрации недостаточно, помещение должно вентилироваться с помощью естественной или принудительной вентиляции.
Некоторые системы оснащены вентилятором, который забирает воздух из окружающей среды и направляeт его в камеру сгорания. Вентилятор может устанавливаться как со стороны входа (приточная тяга), так и выхода (вытяжная тяга) из теплообменника. Однако, несмотря на конструкционные особенности, система должна быть оснащена вентиляционными отверстиями или вентилироваться с помощью принудительной вентиляции, если инфильтрация не может обеспечить необходимый объем воздуха для сгорания.
В случае установки системы прямоточной вентиляции процесс горения должен быть изолирован от внешней среды. То есть в данном случае инфильтрация, обеспечение искусственной или принудительная вентиляция не требуются для обеспечения безопасной работы оборудования, а необходима в других целях.
Система вентиляцииСистема вентиляции может быть как естественная, так и принудительная. Вентилятор (в случае его использования) может создавать как позитивное, так и негативное давление в системе. Температура продуктов сгорания и возможность конденсации являются дополнительными факторами, которые классифицируют систему.
Технические данныеВыбирая мощность котла, следует руководствоваться данными, предоставляемыми производителем. В табл. 8 приведены данные по входной и выходной производительности непрерывно работающей системы в условиях полной нагрузки. Кроме того, предоставляются данные по чистой расчетной производительности I-B-R и значение AFUE.
Ограничения мощностиВыходная мощность котла должна быть равной или превышать значение расчетной тепловой нагрузки дома, а также нагрузки, связанной с потерями на магистралях. При использовании показателя I-B-R мощность можно выбирать по значению расчетной нагрузки здания. В этом случае нет необходимости проводить расчеты по магистрали, так как значение I-B-R приводится с учетом снижения выходной мощности котла на 15 %, что, согласно законам гидравлики, уравнивает потери на магистрали. (Потери на магистрали равны нулю, если она установлена в отапливаемом пространстве).
Не следует завышать мощность котла в целях уравновешивания пиковых нагрузок. Согласно исследованиям, при завышении мощности котла не происходит значительного уменьшения цикла нагрева. Выходная мощность котла не должна превышать расчетную тепловую нагрузку более чем на 40 %.
Температура выходящей водыКотлы низкого давления способны нагревать воду в диапазоне 48,8- 121,1 °С. В этом диапазоне расчетная температура приложения зависит от температур, по которым выбирают доводчики. Температура подающейся воды не должна быть ниже 48,8 °С из-за конденсации в отработанных газах, а также вторичного поглощения воздуха водой котла. При температуре подающейся воды выше 121,1 °С рабочее давление котла должно превышать 30 PSI.
Повышение и падение температурыПовышение температуры воды (TR) в котле зависит от выходной тепловой мощности (BTUH) и расхода воды GPM, циркулирующей через котел. Это повышение температуры можно рассчитать по нижеприведенному урaвнению: TR = выходящая BTUH/(500 . GPM).Повышение температуры воды в котле ограничено возможностью теплового удара. Чугунные котлы выносят повышение температуры на 25-30 °C. Стальные котлы менее устойчивы к тепловому удару и не выносят повышение температуры более чем на 20 °C.
Также следует отметить, что повышение температуры воды в котле и понижение температуры воды в доводчиках взаимосвязано. Если расчетные условия допускают повышение температуры воды в котле, падение температуры воды на терминале (доводчике) определяется по вышеупомянотому уравнению. В этом случае выходящая тепловая мощность является тепловой мощностью доводчика, а GPM — расходом воды. Также на отношение повышения температуры воды в котле и падения ее температуры на доводчиках влияет особенность проектировки трубных контуров.
Последовательное подключение вторичных контуровНа рис. 15 показана простейшая схема последовательного подключения магистралей. В этом случае расход воды через котел составляет 6 GPM, суммарная нагрузка котла равна 60 тыс. BTUH(17,5 kW). Это означает, что, согласно вышеприведенному уравнению, повышение температуры на котле составит 20 °С.
Это уравнение можно также использовать для вычисления падения температуры на каждом теплообменнике (потери на магистралях не учитываются в целях простоты). Какпоказано на
рис. 15, при «последовательном» подключении контуров наблюдается постоянное падение температуры по направлению течения потока. Общее падение температуры через все теплообменники равно 20 °С. Параллельная подводка магистралей позволяет поддерживать постоянную температуру воды на входе в каждый теплообменник, а также контролировать расход теплоносителя через теплообменник.
Параллельное подключение вторичных магистралейНа
рис. 16 показана та же система, однако с параллельным подключением вторичных магистралей.
В этом случае, согласно уравнению, падение температуры на каждой спирали должно быть равным повышению температуры в котле, что составляет 20 °С. Это значит, что расход теплоносителя в системе с семи теплообменниками не будет соответствовать расходу котла в 6 GPM. Расход теплоносителя на теплообменниках можно вычислять по вышеприведенному уравнению (
рис. 16). Такой способ проектировки обеспечивает одинаковую температуру воды на входе в каждый теплообменник, а суммарное значение расхода всех теплообменников равно значению расхода котла, что составляет 6 GPM.
Однако параллельное подключение позволяет независимо устанавливать значение падения температуры и расход теплоносителя на теплообменниках. На
рис. 17 показана ситуация в случае падения температуры на двух последних теплообменниках на 10 градусов. При этом расход котла будет снижен до 5,6 GPM, что приведет к повышению температуры теплоносителя в котле на 21,4 °С, что немного превышает требуемое значение для стального котла.
На
рис. 17 также показано, что достижение оптимального соотношения между падением температуры на теплообменнике и повышением температуры котла может обеспечить установка байпасной магистрали. Расчеты не приводятся, однако, в случае байпаcирования теплоносителя при температуре 82,2 °С и расходе 0,4 GPM, повышение температуры в котле и снижение на первых пяти теплообменниках будет равно требуемым 20 °С, а на двух последних — 30 °С.
Падение давления со стороны подачи теплоносителяНекоторые гидравлические системы работают по принципу гравитации, однако работа большинства современных систем осуществляется с помощью циркуляционного насоса. В этом случае выбор производительности насоса основывается на значении падения давления в системе со стороны подающейся в котел воды. Обычно эти данные предоставляют производители котельного оборудования.
Система защиты и управленияРаботу котла контролируют системы, которые наблюдают и управляют системой сжигания топлива и вентиляции и, в соответствии с температурной границей, переключают и закрывают перепускные клапаны. Система со стороны подачи воды должна быть оснащена запорным клапаном и сливным краном. В случае если в стандартный комплект поставки котла от производителя не входят важные составляющие системы контроля, их следует заказывать как вспомогательное комплектующее.
ЭффективностьЭффективность котла определяется показателем AFUE. Этот коэффициент показывает среднюю сезонную производительность, выраженную как отношение годовой выходной мощности к годовой потребляемой мощности горелки. Не принимается во внимание электропотребление насоса, мотора горелки, контроллеров или автоматических регуляторов.
Гидравлические доводчикиПлинтусное отопление является наиболее распространенным типом гидравлического доводчика. Также популярными являются настенные конвекторы, радиаторы, воздухонагреватель с принудительной циркуляцией воздуха или камера обработки воздуха, оснащенная теплообменником горячей воды. Также можно дополнительно установить контур напольного отопления.
Воздушная модель, вызванная подъемной силой воздухаПо определению, конвективные системы не используют центробежный вентилятор или канальную систему распределения воздуха для создания движения воздуха в рабочей зоне. Обычно движение воздуха, создаваемое этим типом оборудования, характеризуется воздушными потоками, исходящими из решетки плинтусного или настенного конвектора. Эти потоки, как правило, в кольцеобразной форме, поднимаются вверх по стене или вдоль поперечного сечения помещения. Такая модель воздушной циркуляции обеспечивает комфорт, так как нагревает пол и сводит температурную ярусность пол-потолок к 2 °С.
ТеплопроизводительностьТеплопроизводительность конвективной системы или вентиляторного воздухонагревателя зависит от температуры подачи воздуха, температуры воды (входящей или средней) и расхода воды со стороны подачи. В
табл. 9 указаны технические характеристики плинтусных конвекторов и фанкойлов. Данные по теплопроизводительности плинтусных конвекторов указаны на фут (метр) площади.
Температура водыМощность доводчика варьируется в широких пределах в зависимости от температуры воды. В зависимости от особенностей проектировки по отношению к температуре подающейся воды, повышению температуры в котле и падению температуры в контурах эта температура может варьироваться от 48,8 до 121,1 °С.
РасходМожно подобрать доводчики для любого расхода, которые не противоречат допускаемому повышению температуры котла. Обычно значение расхода варьируется в пределах 1-4 GPM.
Производительность, расход и падение температурыЗначение теплопроизводительности, расхода и падения температуры со стороны подачи воды зависят друг от друга. Зная две величины, можно вывести третью, используя вышеуказанное уравнение.
Падение давления со стороны подачи водыПри выборе мощности насоса следует опираться на значение падения давления теплоносителя со стороны подачи. Эта информация обычно предоставляется производителем в технических данных.
Падение давления со стороны подачи воздухаВ случае поставки фанкойла в виде единого блока информация о падении давления на теплообменнике не требуется. Однако эта информация важна в случае установки дополнительной спирали горячей воды в камере обработки воздуха кондиционера или в воздуховоде.
Производительность вентилятораПри использовании моноблочной установки с принудительной подачей воздуха производитель обычно предоставляет значения для «свободно доставляемых» расхода CFM для каждой скорости вентилятора. Никакой более информации не требуется, если система не предназначена для канального исполнения. В случае канального использования производитель обязан предоставить данные по центробежному вентилятору, где указано отношение расхода со стороны подачи воздуха (CFM) к сопротивлению воздуховодов (IWC).
Выбор мощности системыЕсли система оснащена многоскоростным вентилятором, при выборе мощности системы следует руководствоваться (опираться) на среднюю скорость.
РазмещениеВ целях компенсации потока холодного воздуха, который поступает через окна, конвективные системы следует устанавливать под окнами. Если вся система не помещается под окном или в комнате нет окон, систему нужно размещать вдоль внешней стены. Если помещение имеет продолговатую форму, производительность должна быть распределена (непрерывно или частично) вдоль всей длины внешней стены. В многоэтажных зданиях система, установленная в лестничном пролете, предотвратит каскадирование холодного воздуха.
Регулирование производительностиТеплопроизводительность системы или трубного контура можно регулировать путем включения и выключения насоса, при помощи двухходового (дроссельного или отсечного), а также трехходового клапана (байпасного (перепускного) или смесительного). Если в системе используется многоскоростной вентилятор, производительность можно варьировать путем изменения скорости его вращения. Кроме того, производительность можно контролировать путем изменения температуры выходящей из котла воды. В конвективных системах производительность можно контролировать с помощью терморегулирующего клапана.
ТеплопроизводительностьТеплопроизводительность конвектора, фанкойла или теплообменника со стороны подачи воздуха зависит от электропотребления резистивного элемента, что может исчисляться в ваттах на фут площади или в ваттах, в зависимости от системы. (Один ватт равен 3,413 BTUH тепловой мощности).
Спираль электрического сопротивленияСистема электрического отопления может включать системы плинтусного обогрева, настенные конвекторы, фанкойлы или теплообменник в канальном исполнении, или как часть воздухообрабатывающей камеры кондиционера. Также кабели электрического сопротивления могут устанавливаться в полу или монтироваться в потолок.
Модель воздушного движения, вызванного подъемной силой воздухаЕсли плинтусные или настенные конвекторы установлены на внешней стене близко к полу, будет наблюдаться вихревое движение потока вверх по стене и через поперечное сечение комнаты. Такая модель воздушной циркуляции обеспечивает комфорт на уровне пола и сводит к минимуму температурную ярусность пол-потолок (к 2 °С).
Падение давления со стороны подачи воздухаЕсли фанкойл является автономной системой, информации о падении давления со стороны подачи воздуха не требуется. Однако в случае установки электрической нагревательной спирали в камере обработки воздуха или в воздуховоде такая информация обязательна.
ЭффективностьПри условии, что система установлена в кондиционируемом пространстве, коэффициент производительности (COP) калорифера равен 1, что соответствует значению HSPF, равному 3,413 BTUH/ватт. Если электропечи или котел устанавливаются вне кондиционируемого пространства, значение COP будет меньше 1 (однако обычно больше 0,9) вследствие теплопотерь через обшивку или корпус.
Блочная система доводкиБлочные доводчики могут использоваться для обогрева или охлаждения помещения. Автономные местные кондиционеры (PTAC) могут работать как на охлаждение, так и на обогрев (в случае установки электрической спирали или спирали горячей воды). Блочные тепловые насосы (PTHP) обычно оснащены электрической нагревательной спиралью, также иногда используется спираль горячей воды. PTAC также способны обеспечивать подачу внешнего воздуха, которая обычно равна 20-25 % расхода вентилятора.
Системы PTAC относительно недорогие. Они не требуют подводки воздуховодов, однако требуют тщательного внутристенного монтажа. (В случае установки подающего воздуховода его сопротивление не должно превышать 0,10 дюйма водяного столба, при расчетном расходе системы). Новые модели обладают улучшенной производительностью, и осуществляют тщательный контроль температуры и влажности. Однако недостатком таких систем являются ограниченная фильтрационная способность (потенциал), шумность в пределах помещения, а свободно подаваемый через решетку приточный воздух остается неочищенным.
Системы контроляВ комплекте с кондиционером производители обычно поставляют устройства контроля системы. Система контроля охлаждения включает встроенный или удаленный термостаты, переключатели, которые позволяют пользователю выбиратьнеобходимый режим: вкл./выкл., вентиляторный режим, cool high, cool low. Также включает ручку или регулятор, позволяющие регулировать вентиляционное отверстие или шибер подачи внешнего воздуха. Если кондиционер также работает на тепло, система контроля включает дополнительные переключатели режимов обогрева. Система защиты и управления обычно включается в стандартный пакет поставки.
Оценка эффективностиЭффективность PTAC характеризуется показателями EER и COP. Это безразмерные величины, которые показывают отношение выходной к входной мощности системы. Так как эти значения предполагают постоянную работу системы при полной нагрузке, они не отражают сезонную эффективность системы. Также эти величины касаются ряда специфических рабочих условий (температуры внутреннего и внешнего воздуха по сухому и мокрому термометру).
