Максимальный комфорт в разнотипных помещениях достигается благодаря интересным современным решениям, которые позволяют организовать горячее водоснабжение как в комплексе с другими инженерными системами, так и по отдельности. Данный материал создан для ознакомления читателя с решением, дающим возможность организовать комфортный энергоэффективный микроклимат в помещении. В частности, это касается газоприводной мультизональной климатической системы AISIN, которая также называется GHP (Gas Heat Pump).
В течение последних нескольких лет развитие климатических систем происходило с учетом значительных количественных и качественных темпов. Подобная тенденция связана с многими обстоятельствами. В первую очередь рыночному росту способствовало технологическое развитие сегмента кондиционеров, жесткие ограничения, а также строгие требования, предъявляемые к многим государствам. Таким образом, инженерное оборудование становилось более энергоэффективным, так как соблюдение норм регулировалось на государственном уровне. На рынок выходили новые производители, заостряющие и без того напряженную конкурентную борьбу. В результате цивилизованная конкуренция привела к уменьшению стоимости инженерного оборудования и прогрессированию многих бизнес-проектов.
В данное время инженеры крупных компаний-производителей климатической техники работают над изменением концептуальных подходов к профильным задачам. Данные изменения коснутся не только климатических систем, а и систем по обеспечению зданий горячим водоснабжением. Изначально будут затронуты такие аспекты, как энергопотребление, учетная система, а также расход энергоносителей и прочих ресурсов. Зачастую начальные стадии разработки проектов сопровождаются ресурсными проблемами. В итоге разработчики получают возможность оптимизировать проектные решения, пренебрегая установленными стандартными и отработанными схемами.
Оптимизация инженерных систем характеризуется индивидуальным подходом к каждому проекту. Суть каждого такого подхода заключается в том, что проектируемый объект рассматривается на наличие основных и дополнительных ресурсов. Это касается воды, тепла, холода, электричества, газа, а также финансовых ресурсов, без которых невозможна реализация проекта. Во время оценки решений акцент делается не только на самом энергетическом ресурсе, но и на стоимости его транспортировки до потребительского пункта.
Вышеописанное подтверждает то, какими подходами руководствуются крупные производители инженерных систем с высокой энергетической эффективностью. Отметим, что правильное понимание заключается в целесообразности периодического объединения нескольких решений для достижения максимального результата. При этом подобные решения должны быть взаимозаменяемыми, так как при выборе подходов не стоит пренебрегать неравномерностью нагрузок, широким диапазоном атмосферных температур и границами сезонного фактора.
Описание GHP-системы
GHP система AISIN является интересным современным решением, направленным на создание комфортных условий пребывания в обслуживаемом помещении. Главной особенностью газоприводной мультизональной климатической системы являются высокие показатели энергоэффективности.
В конструкционном плане сущность GHP системы заключается в использовании двигателя внутреннего сгорания для приведения в действие воздухонагнетателя. Напомним, что классическая технология VRF предполагает использование для решения такой задачи электрического мотора.
Принципиальная схема GHP-системы
Теперь нам необходимо выяснить, какие изменения коснулись существующей технологии VRF. Как и говорилось ранее, основные изменения связаны с приводом компрессора, которым является силовой агрегат, работающий на газообразном топливе или газообразной смеси. Если сравнивать электрическую мультизональную систему с газовой, последняя имеет другую энергетическую базу, используемую в качестве привода. Новинка не обходится без электрической энергии, однако потребность в ней сократилась в несколько раз (особое исполнение предполагает уменьшение такой потребности в сто раз) по сравнению с электроприводной системой. Логичным является предположение об использовании газоприводной системы в тех местах, где электрические мощности имеют ограниченный потенциал или их доставка требует значительных финансовых затрат. При этом даже случаи отсутствия дефицита электрической энергии являются выигрышными для газоприводных климатических систем, так как их применение сопровождается высокой энергоэффективностью.
В качестве примера можно привести Рязанскую область, где электрическая энергия для коммерческого использования оценивается примерно в 4,6 рубля за киловатт. При этом кубический метр газа стоит 4-5 тысяч рублей. Нашим условием будет приравнивание стоимости кубического метра газа к цене на киловатт-час электричества. При рассмотрении системы, номинальная холодопроизводительность которой равна 56 киловаттам, можно обнаружить, что внешний блок VRF системы потребляет 16,8 киловатта электричества (с учетом номинальных условий), а внешний блок газоприводной климатической системы, в которой установлен генератор, потребляет чуть больше 3,5 кубометров газа и 100 ватт электрической энергии. Из этого можно сделать вывод, что на работу системы с газовом приводом расходуется почти в 4,7 раза меньше электричества. Что касается безгенераторной GHP системы, ее эффективность увеличивается почти в 4,4 раза. Отметим крайность приведенных показателей, так как на работу системы также влияет ее загрузка и температура окружающей среды. Однако данные особенности оказывают минимальное воздействие на общее представление картины. Также на расходование газообразного топлива влияют эксплуатационные условия. При этом все вышеперечисленное не ставит под прямую зависимость фактическое энергопотребление.
Для полноты раскрытия темы эффективности требуется рассмотрение дополнительной особенности функционирования двигателя системы с газовым приводом. Ситуация обстоит таким образом, что работа силового агрегата сопровождается выделением тепловой энергии, утилизируемой через радиатор, который установлен возле конденсатора внешнего блока. Однако положительная температура внешней среды дает нам возможность использовать выводимую теплоту. В процессе ее утилизации можно организовать уменьшение нагрузки на тепловое оборудование, участвующее в подготовке горячей воды. Какое количество тепловой энергии нам необходимо? На данную величину влияет типоразмер внешнего блока, поэтому она может составлять в диапазоне 15-30 киловатт. В итоге мы располагаем тепловым источником с температурным режимом около 65-75 градусов Цельсия со знаком плюс, расход которого составляет 2,3-3,9 кубических метров в час.
В вышеуказанном примере по функционированию агрегата говорилось о режиме охлаждения. Теперь необходимо рассмотреть режим обогрева, который характеризуется значительными отличиями. Газоприводная климатическая система предусматривает наличие трех алгоритмов работы во время обогрева. Запуск первого происходит, если уличная температура составляет как минимум 6 градусов Цельсия со знаком плюс. Данная процедура заключается в проведении аналогии с классическим воздушным тепловым насосом, который работает на обогрев. Следует отметить, что данный режим также может использовать сбросную теплоту, полученную в результате функционирования мотора, с параллельным получением воздушного отопления и одновременной подготовкой горячей воды.
Для понимания двух остальных алгоритмов функционирования необходимо рассмотрение рабочего режима в условиях минусовых температур. Подходящей анализируемой температурой будет любое отрицательное значение ниже двух градусов Цельсия. Такую работу газоприводной системы GHP нельзя сравнивать с электрической мультизональной VRF-системой. Причиной тому является наличие в первой дополнительного пластинчатого испарителя «фреон-антифриз». Подобная ситуация предполагает использование в качестве испарителя вышеуказанного агрегата, а не конденсатора внешнего блока. Таким образом, наружный воздух не оказывает влияния на работу системы, исключая ее позиционирование в качестве воздушного теплового насоса. Исходя из этого можно сделать вывод, что уменьшающаяся температура окружающей среды не снижает тепловую производительность системы. Помимо этого, эффективность увеличивается за счет того, что внешний блок не оборудован вентиляторами.
В данном режиме гарантируется стабильная тепловая производительность до того момента, пока наружный воздух не охладится до температуры 20 градусов Цельсия с отрицательным значением. Нужно сказать, что 20-градусный порог не является критическим. Данная температура является гарантом оптимальной производительности. При этом система может функционировать и в более суровых климатических условиях.
В третьем режиме функционирования (на обогрев), который является промежуточным, допускается задействование как конденсатора внешнего блока, так и дополнительного испарителя. Температура окружающего пространства может составлять от двух градусов Цельсия со знаком минус до четырех градусов Цельсия с положительным значением.
Рассмотрев режимы работы климатической системы с газовым приводом, можно подвести итог, что она похожа на электрическую VRF-систему, однако уникальные особенности делают систему GHP AISIN более предпочтительной и эффективной.
Работа в режиме мультизональной системы
Работа в режиме чиллера
Производство горячей воды
Знакомство с типами газоприводных систем
Существует три типа внешних блоков, используемых в климатических системах с газовым приводом. К первому типу принадлежат системы «тепло-холод». Для второго типа характерны системы «тепло-холод», в которых установлен генератор электрической энергии. Производительность обоих типов блоков может составлять в пределах 45-85 киловатт. Отметим возможность функционирования в едином контуре двух разнотипных внешних блоков. Также допускается любая комбинация оборудования с целью увеличения производительности системы до 140 киловатт. Однако интеграция блоков с оборудованием мощностью 85 киловатт не представляется возможной. К последнему типу относят трехтрубную систему с рекуператором тепла, которая может отдавать в пределах 45-71 киловатта. Объединение таких блоков в единый комплекс является недопустимым.
Использование наружного блока, мощность которого равна 56 киловаттам, возможно в качестве компрессорно-конденсаторной установки, охлаждающей воздух в центральных системах кондиционирования воздуха. В данной ситуации требуется наличие дополнительного комплекта обвязки, который позволяет соединить центральный кондиционер с испарителем.
Если говорить о внутренних блоках, которые потребляют теплоту и холод, они предлагаются в широком диапазоне и имеют различную мощность. Это способствует решению большинства задач, которые должна выполнять климатическая система. Внутренние блоки характеризуются незначительным уровнем шума, оптимальными размерами, комфортным распределением воздушной массы, а также дизайнерским разнообразием.
Системы с теплообменниками «фреон-вода»
Несомненно, одним из самых интересных решений является система «фреон-вода», в основу которой заложены теплообменные блоки. Рынок насыщен моделями, которые, работая на охлаждение, могут выдавать в пределах 25-71 киловатта мощности. При этом комфортное кондиционирование предполагает температуру воды порядка 5-15 градусов Цельсия с положительным значением. Технологическое охлаждение может проходит с использованием охладителя, который способствует получению хладоносителя температурой до 15 градусов Цельсия со знаком минус. Подобные системы являются реверсивными, поэтому их функционирование дает возможность подготавливать воду для горячего водоснабжения, температура которой составляет в диапазоне 25-55 градусов Цельсия со знаком плюс. Кроме того, они позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию для отопления помещений с задействованием воздушных насосов.
Теплообменный блок фреон-вода
Теплообменные блоки таких систем могут располагаться вблизи потребителя. Этому способствуют достаточно габаритные размеры теплообменников.
Управление GHP системами
Отдельное внимание следует уделить системам управления газоприводными системами. В данном аспекте GHP нет равных по технологичности и универсальности. Устанавливая автоматику на подобные системы, можно столкнуться с простыми и доступными устройствами индивидуальной манипуляции системой, управлением на «сухих» контактах, а также центральными системами контроля и отслеживания микроклиматических параметров. В данное время для управления GHP могут использоваться мобильные устройства, подключенные к интернету. Выбирая ту или иную систему, необходимо правильно сформулировать задачи, которые она будет выполнять.
В данном материале мы рассказали о способе производства холода в случае дефицита электричества. При этом нужно отметить существование и других непривычных схемных решений, которые активно используются в развитых странах.
На основе материалов из журнала "АВОК"
