Разбираемся в типах систем кондиционирования

Архитекторам полезно разбираться в типах систем кондиционирования, знать их преимущества и недостатки, чтобы легче принимать решения, а также понимать, о чем говорят инженеры. Как обычно, будем все сводить к простоте.

Принцип работы всех систем кондиционирования

Потратьте несколько минут на понимание этого принципа, и все встанет на свои места. Все системы кондиционирования (кроме экзотических) работают на фреоне. Этот газ имеет ценное свойство – он значительно меняет свою температуру в зависимости от давления: при низком давлении он становится ледяным, а при высоком – очень горячим.

Если холодную часть фреонового контура поместить в помещение, а горячую – на улицу, и прогонять с помощью вентиляторов воздух, то мы сможем перекачивать тепло из помещения на улицу, разве нет?

Кстати говоря, поглощенное из помещений тепло можно сбрасывать не только в атмосферу. Наружный теплообменник можно опустить в озеро или зарыть в землю. Такие системы тоже существуют, но редки.

Рис. Схема работы сплит системы

Рассмотрим, как работает сплит система. Компрессор (фактически это насос, сжимающий газ), который установлен в наружном блоке, сжимает фреон, при этом его температура поднимается до +80…+90 градусов и тепло, «выкаченное» из помещения, передается уличному воздуху с помощью вентилятора.

Также в наружном блоке установлено устройство понижения давления (специальный клапан), после которого фреон опускается до температуры +5…+7 градусов и подается во внутренний блок. Там ледяной фреон охлаждает воздух помещения, при этом нагреваясь до +15…+20 градусов, и возвращается к компрессору. И так по кругу.

В любой системе кондиционирования, как минимум, есть эти четыре устройства:

Запомним эти компоненты и потренируемся их видеть в разных системах.

Сплит система

В наружном блоке установлен компрессор, клапан понижения давления и уличный теплообменник (и, конечно, вентилятор). А во внутреннем – лишь охлаждающий теплообменник (и вентилятор).

Рис. ­ Между наружным и внутренним блоком проложен фреоновый контур, а также сигнальный кабель, по которому происходит обмен информацией между блоками

Главный недостаток сплит систем – жесткие ограничения на длину трассы между блоками, обычно она составляет 15-20 метров. В эту длину входят все подъемы и опуски, а также обход препятствий. Поэтому далеко не всегда наружный блок можно разместить на общем техническом балконе. Лучшее место для него – корзина под окном.

Мульти сплит система

В наружном блоке этой системы установлен компрессор и столько клапанов снижения давления, сколько внутренних блоков.

Рис. Мульти сплит система – от наружного блока отходит столько контуров, сколько внутренних блоков. По фото видно, что в квартире установлены три внутренних блока

Главный недостаток сплит систем (малая длина трассы) распространяется и на мульти-сплит системы:

VRF/VRV система

Проясним термины «VRV» и «VRF». Это одно и то же, разница между ними не техническая, а юридическая. Оба термина означают «регулируемый расход фреона». Но «VRV» – это торговая марка японской компании Daikin, поэтому аббревиатуру может использовать только этот производитель. Остальные заводы пользуют слово «VRF».

Длины трасс у VRF значительно больше, чем у сплит-систем, но ограничения все же есть и меняются от производителя к производителю. Усреднено их можно принять такими:

• Перепад высот от наружного блока до самого нижнего внутреннего блока – 70 м;
• Перепад высот от самого нижнего до самого верхнего внутреннего блока – 30 м;
• Максимальная длина от наружного блока до самого дальнего внутреннего блока – 165 м.

Лучшее использование VRF систем – это горизонтальная разводка, когда наружный блок обслуживает один этаж.

Рис. VRF система отличается от мульти сплит систем тем, что в VRF системе один фреоновый контур вне зависимости от того, сколько установлено внутренних блоков. Клапан понижения давления находится в каждом внутреннем блоке, а не в наружном, как в сплит системах

Чиллер-моноблок

Если фреоновый теплообменник опустить в бак с водой, то фреон будет охлаждать не воздух, а воду. В этом и состоит смысл чиллера. (см. рис. ®) Ледяная вода из «бака» подается к фанкойлам насосом. Конечно, в настоящем чиллере не используется обычный бак. Передача холода от фреона воде выполняется с помощью так называемых трубчатых теплообменников.

Рис.® Трубчатый теплообменник. Сверху две трубы – подключение воды, с торца – подключение фреоновых контуров

Получаем такую схему чиллера-моноблока:

В корпусе этого чиллера установлен компрессор, клапан понижения давления, уличный теплообменник с вентилятором, а также трубчатый теплообменник фреон-вода. Отдельно устанавливается насосная станция, которая подает воду к фанкойлам.

Чиллер (водяного охлаждения) с драйкулером

Продолжаем усложнять систему. Если чиллер-моноблок разрезать еще на две части, оставив уличный теплообменник с вентилятором на улице, а компрессор и трубчатые теплообменники перенести в помещение, мы получим чиллер и драйкулер.

Если чиллер-моноблок сам находится на улице и сразу передает тепло воздуху, то в нашем варианте тепло от чиллера сначала передается антифризу (обычно это пропиленгликоль), который насосами подается в драйкулер, где и происходит передача тепла уличному воздуху.

В чиллере водяного охлаждения два трубчатых теплообменника: фреон-антифриз для драйкулера и фреон-вода для фанкойлов.

Рис.® Чиллер водяного охлаждения. Хорошо видны два трубчатых теплообменника, а также компрессор

Драйкулер (сухой охладитель) – устройство, предназначенное для охлаждения антифриза путем обдува уличным воздухом теплообменника с этой жидкостью. Очевидно, что если на улице +35, то жидкость не охладится ниже этой температуры.

Рис. Слева - V образный драйкулер, справа – плоский. Функционально они ничем не отличаются, оба состоят из теплообменника (ов) и вентиляторов. В плоском – один теплообменник, а в V образном – два, расположенных наклонно. Это и позволяет ему занимать меньше площади кровли

Зачем так усложнять систему? Чиллеры-моноблоки более шумные (из-за наличия компрессора) и габаритные, их не всегда можно расставить на кровле, как это требуется, поэтому для объектов с высокой архитектурой бывает разумнее использовать более дорогой вариант с драйкулерами. В этом случае шумный компрессорный агрегат находится в техническом помещении (чиллер), а на улице расставляются драйкулеры различного внешнего вида и размеров.

Водяная VRF с драйкулером

Эта система довольно продвинутая и приобретает популярность на сложных объектах. Наружный блок традиционной VRFсистемы делится еще на две части – в техническом помещении устанавливается блок с фреоновым компрессором, а также с теплообменником фреон-антифриз, а на улице – драйкулер, в который поступает горячий антифриз. В этом состоит схожесть системы с предыдущим вариантом.

На участке от наружного блока водяной VRF до внутренних блоков эта система ничем не отличается от традиционной VRF – ко всем внутренним блокам подходят медные трубки, по которым циркулирует фреон.

Зачем так усложнять? У традиционной VRF системы есть недостаток – ограничение на длины фреонопроводов от наружных до внутренних блоков. Поэтому не всегда возможно разместить наружные блоки, скажем, на кровле. В этом случае и помогает водяная VRF, ее наружные блоки устанавливаются в техническом помещении ближе к внутренним блокам, а драйкулер вполне может стоять хоть на кровле небоскреба.

Рис. Наружный блок VRF системы устанавливается в техническом помещении, от него отходит два «комплекта» труб – к драйкулеру и к внутренним блокам. Если традиционный наружный блок VRF охлаждается уличным воздухом напрямую, то водяная VRF использует посредника – контур с антифризом

Драйкулер или градирня?

В конце хотим внести ясность в два похожих понятиях: драйкулер и градирня. Задача у них одинакова – охладить антифриз, который поступает от чиллера или водяной VRF.

Драйкулер (от англ. drycooler) – это сухой охладитель, в котором охлаждение жидкости (обычно антифриза) в теплообменнике производится только с помощью потоков уличного воздуха, создаваемых вентиляторами.

Градирня (от нем. gradieren) – это «мокрый» охладитель, в котором охлаждение жидкости (антифриза) в теплообменнике производится не только с помощью потока воздуха, но и с помощью разбрызгивания воды на этот теплообменник. Мелкие капли воды ускоряют процесс охлаждения.

Рис. В градирне процессу охлаждения способствует разбрызгиваемая вода

Градирня эффективней драйкулера и логично было бы использовать именно ее, если бы не существенные недостатки. Градирня имеет большие габариты (в особенности по высоте), шумит и требует значительного расхода воды. Поэтому градирни используются, преимущественно, для мощных систем кондиционирования и только, если архитектуры найдут им место.

Рис. Слева – мощные градирни. Справа – множество драйкулеров

Вывод

Не придумана еще система кондиционирования, которая удовлетворила бы всех заказчиков. На каких-то объектах существуют жесткие ограничения по шуму, где-то не хватает электроэнергии, где-то нет возможности разместить технический этаж и т.п.

Искусство архитектора и инженера состоит в том, чтобы найти баланс между преимуществами и недостатками, который позволит выбрать подходящий для конкретного объекта вариант.