Мультизональные системы кондиционирования: технологии наших дней

Если сравнить конструктивные особенности мультизональных систем кондиционирования, используемых в настоящее время, с первыми устройствами, то первые, безусловно, ушли намного вперед. В данной статье проведен обзор последних разработок в области VRF-систем.

Усовершенствования данных систем осуществляются ежегодно в таких направлениях:

  • происходит оптимизация холодильного контура;

  • модернизируются компрессоры и теплообменники;

  • расширяется диапазон режимов работы;

  • увеличивается производительность наружных блоков и системы в целом;

  • уменьшается потребление электроэнергии оборудованием.

Компрессоры: какой самый эффективный

Компрессор является основным узлом в конструкции любой холодильной установки, а также элементом, который потребляет основное количество электроэнергии. Компрессор – самое конструктивно сложное устройство, и как результат – наиболее дорогостоящее.

Что касается основных технологий производства компрессоров, то они не подвергаются изменениям, так как отработаны на протяжении многих лет. А незначительные конструктивные изменения осуществляются беспрерывно.

Специалисты Toshiba в VRF-системах IX поколения SMMS-e представили двухроторный компрессор постоянного тока, который обладает широкимскоростным рядом вращения вала. Новые устройства имеют более высокую производительность, так как оснащены цилиндрами, в которых рабочий объем увеличен до 64 см3.

Чтобы разделить потоки хладагента, имеющие разное давление в роторных компрессорах, применяется разделительная пластина. Компания Toshiba использует для таких пластин алмазоподобное покрытие. Во время создания устройства инженеры особое внимание обратили наточкисоприкосновения разделительной пластины и ротора компрессора. Показатель эффективности работы системы увеличивается, благодаря более плотному прилеганию названных точек и процентному уменьшению перетечек (рисунок 1).

104 mulizon 01

Системы MULTI V5, которые производит компания LG, оборудованы инверторным компрессором пятого поколения. Он имеет диапазон частоты вращения 10 - 165 герц вместо 15–150. Если система загружена частично, такое расширение диапазона дает возможность увеличить результативность работы оборудования. В данных компрессорах применяются подшипники, изготовленные из полиэфирэфиркетона. Этот материал был позаимствован из авиапромышленности. Его использование в климатической технике положительно сказалось на продолжительности эксплуатации оборудования без применения дополнительных смазочных материалов. Чтобы предупредить поломку вследствие отсутствия масла для смазки, оборудование было оснащено Smart Oil Control - функциейкоторая помогает определить в реальном времени уровень смазывающего вещества. Данная функция включает режим возврата масла лишь в том случае, если возникает такая необходимость. Более того, если смазки недостаточное количество или осуществлен ее некорректный возврат в картер компрессора, происходит остановка работы устройства.

Наружные блоки MVS FDC, которые производит компания Dantex, также оборудованыинверторными компрессорами, осуществляющими работу от двигателей постоянного тока. Специалисты Dantex утверждают, что это способствует уменьшению потребления электроэнергии до 25% в зависимости от того, в каком режиме работает система. Компрессоры Dantex имеют еще один «плюс» - они оснащены 5-тиступенчатой системой, которая регулирует уровень масла. Предусмотрено, что на выходе из компрессора будет происходить отделение масла от хладагента, а также распределение смазочного вещества между всеми блоками и компрессорами (рис. 2).

104 mulizon 02

Чтобы получить экономию электроэнергии,специалисты Mitsubishi Electric внедрили специальную технологию, при которой подогрев компрессора систем City Multi G6 осуществляется при помощистаторных обмоток электродвигателя компрессора. Тогда как обычно процесс прогрева выполняетобмотанный вокруг картера греющий кабель или лента.

При этом применяются инверторные компрессоры с широтно-импульсной модуляцией с перемодуляцией. При данной технологии производства происходит рост выходного напряжения инвертора при высокой частоте вращения приводного электродвигателя устройства. Конструктивное исполнение компрессоров – спиральное, имеющее оптимизированную форму спиралей. Обетехнологии в совокупности вносят свои положительные моменты в экономный режим работыоборудования City Multi G6.

Если обратить внимание на внешний вид спиралей компрессоров оборудования Daikin Hi-VRV, то они на 20% выше и на половину тоньше в сравнении со своимипредшественникамиНовая примененная технология – тиксолитье (литье из материала, находящегося в полурасплавленном состоянии) дала возможность не только сохранить прочность изделия, но и увеличить ее.

Теплообмен: как достигается эффективность

Теплообменные аппараты в системах кондиционирования считаются вторыми по важности элементами. Хотя их конструкция не имеет движущихся частей и на них не затрачивается электроэнергия, однако данные устройства оказывают существенное влияние на работу любого холодильного прибора.

Разность температурных показателей между поступающим воздушным потоком и хладагентом в классическом теплообменнике составляет приблизительно 10 °C. Если данную величину изменить на 1°C, то эффективность работы кондиционера сразу же изменится на 3% - таковы физические процессы, протекающие в холодильных системах. Исходя из сказанного, становится понятно, что особое значение отводится правильному выбору теплообменных конструкций, их проектированию, моделированию и отработке технологии их производства.

Новое конструктивное решение оребрения трубчато-ребристых теплоообменников VRF-систем, которые производит компания Dantex,имеет такие положительные моменты: увеличеннаяповерхность теплообмена и уменьшенное аэродинамическое сопротивление. Чтобы повыситьэффективность теплообмена, инженерами было предложено нанести гидрофильное покрытие на оребрение, а внутри трубок выполнить насечки. А так как изменены и размеры трубок, то процесс конденсации хладагента протекает более быстро (рис. 3).

104 mulizon 03

Устройства Toshiba SMMS-e оснащены новым трехрядным теплообменником. Его секцииустановлены в наружном блоке по четырем сторонам. Инженеры смогли увеличить площадь теплообменника на 13%, благодаря замене двухрядной конструкции на трехрядную. А расположение секций с четырех сторон создает равномерный обдув теплообменника, что увеличивает его эффективность.

В конструкции теплообменников указанной компанииприменены трубки, которые имеют меньший диаметр в сравнении с предыдущими аналогами, а конденсатор разделен на две части. Это очень удобно, так как может использоваться только одна секция, если нагрузка на кондиционер неполная.

Чтобы уберечь теплообменники LG MULTI V5 от негативного воздействия агрессивных веществ (к примеру, песка, соли) и загрязнений промышленного вида, на них наносится сертифицированное черное покрытие, имеющее двойную защиту и антикоррозионные свойства (рис. 4). Как и в конструкциях Toshiba SMMS-e, так и в устройствах LG MULTI V5 конденсатор наружного блока четырехсторонний.

104 mulizon 04

Трехрядные теплообменники, располагающиеся с четырех сторон, применяются и в наружных блоках мультизональных систем Daikin Hi-VRV. Такая конструкция позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление движению хладагента, в то время как дополнительное оребрение позволяет увеличить теплообменную площадь на 50%.

Системы City Multi G6, которые производит Mitsubishi Electric, имеют переменный расход хладагента, а теплообменники оснащены  трубками плоского сечения из алюминияСпециалистыкомпании утверждаютчто конструкция способствует повышению эффективности теплообмена и стойкости к коррозии теплообменного устройства.Сопротивление коррозии достигается благодаря отсутствию меди, которая в сочетании с алюминием образует гальваническую пару. При этом внутри плоских трубок выполнено оребрение, в результате чего увеличивается площадь контактнойповерхности хладагента и теплообменника, что улучшает теплообменный процесс (рис. 5).

104 mulizon 05

Специалисты Mitsubishi Electric также отметили: количество проходящего воздуха через условнуюединицу площади теплообменника изменяется в зависимости от высоты наружного блока и имеетмаксимальное значение в верхней точке конденсатора, которая находится возле вентилятора.Инженеры компании решилипоменять схему движения хладагента в наружном блоке таким образом, чтобы трубки, нагреваемые компрессором, располагались в верхнем отделе конденсатора, а это будет способствовать их более быстрому охлаждению. Одновременно в нижней части конденсаторарасширяется зона переохлаждения сконденсированного хладагента.

Специалисты компании Daikin также решили изменить расположение трубок в конденсаторе. Основной целью, поставленной инженерами, было предотвратить передачу тепла, выделяемого хладагентом после компрессора в начале теплообменника к охлажденной жидкости в конце него. Новое технологическое исполнение теплообменника было названо E-pass и, исходя из данных компании, имеет на 3% большую эффективность в сравнении с предыдущими конструкциями.

Температура воздуха в помещении: как контролируются показатели

Разные компании-производители борются и за поддержания заданного температурного режима в помещениях. Мультизональные системы кондиционирования способны одновременно обслужить до 80 помещений. При этом некоторые из них функционируют в более выгодных условиях, к примеру, наличие дополнительных настроек на пульте управления системой, короче расстояние до охлаждаемого помещения и др. Правильное и грамотное распределение поступающего охлажденного воздуха – одна из функций VRF-системы.

В оборудовании компании LG MULTI V5 предусмотрена функцияDual Sensing Control, при помощи которой осуществляется одновременный контроль температуры и влажности. Это дает возможность контролировать основные показатели, чтобы выполнять более эффективное охлаждение или нагреввоздуха в помещении, а также обеспечивать охлаждение без резких температурных перепадов.

Кондиционерные устройства, производимые Mitsubishi Electric City Multi G6, оснащены функциейизменения температуры кипения хладагента. Показательзависит от тепловой нагрузки. При неполной загруженности системы кондиционирования температура кипения самопроизвольноповышается. Осуществляется это за счет того, что частота вращения вала компрессора уменьшается.Такой режим работы для последнего - наиболее эффективный.

Специалисты компании Toshiba утверждают«умная» система управления, которую они разработали, гарантирует поддержание в каждом помещении заданного температурного режима. Он не будет зависеть от вида внутренних блоков, расстояния до кондиционера и перепада высот (рисунок 6). Происходит это за счет того, что осуществляется бесперебойный контроль показаний датчиков, отвечающих за расход хладагента и изменения проходного сечения в регулировочных вентилях.

104 mulizon 06

В VRF-системах, разработанных специалистами Dantex, заложена технология, при которой работа блоков в ночное времяосуществляется бесшумно. Благодаря данной разработке можно изменятькакнагрузку, так и параметры шума в зависимости от времени функционирования. А функция оттайкивключается только тогда, когдаэтого требуют установленные параметры, что не допускает ненужного расхода электроэнергии.

Общая мощность VRF-систем и длина трасс

Что касается необходимости увеличения мощности систем кондиционирования, то мнения специалистов по этому вопросу не совпадают. Одна группа утверждает, что современные VRF-системы могут обеспечить охлажденным воздухом даже помещения, имеющие значительные площади. При этом одна система способна обслуживать намного большую площадь, чем предыдущие поколения мультизональных установок. Другие специалисты уверены, что увеличение мощности системы повлечет за собой уменьшение энергоэффективности, а также общей гибкости системы. Однако современные производители продолжают наращивать холодопроизводительность установок.

Сравним показатели допустимой мощности одного наружного блока кондиционеров разных производителей.

Компания

Максимальная мощность 1 наружного блока

ToshibaSMMS-e

16,18 кВт

Daikin VRV IV

14,71 кВт

Mitsubishi Electric City Multi G6

14,71 кВт

LG MULTI V5 

19,12 кВт

Показатели длины допустимых трасс и перепадов высот VRF-систем

Компания

Общая длина фреонопровода

Самый длинный участок от наружного блока

Максимальный перепад высот

ToshibaSMMS-e

1 км

 

90 м – между наружными и внутренними блоками; 40 м – между внутренними (по данным компании названные параметры являются лучшими в отрасли)

Daikin Hi-VRV

1 км

165 м

90 м – от наружных до внутренних блоков; 30 м – между внутренними

Mitsubishi Electric City Multi G6

1 км

165 м

50 м (можно увеличить до 90 м при определенных условиях)

Dantex

1 км

175 м

90 м

 

Показатели допустимых наружных температур

На сегодняшний день почти все компании информируют о том, что расширили ряд показателей наружных температур, при которых возможна работа мультизональных кондиционеров.

Наружные блоки в основном монтируются на покрытиях черного или темного цвета, к примеру, на асфальте или на крыше строений. Такие условия способствуют повышению реальной температуры воздуха, который обдувает конденсатор. И тут возникает много вопросов. Какая будет температура конденсации? Не выйдет ли холодильный контур системы мз строя при таких условиях работы?

Внешние блоки VRF-систем иногда располагают на балконах, в технических комнатах или вкоридорах, у которых есть выход на улицу, а также в автостоянках, расположенных под землей. При таких условиях движение наружного воздуха затруднено. А это также будет провоцировать увеличение температурных показателей конденсации.

Также есть объекты, в которых совмещаются названные два фактора.

Для надежности функционирования системы кондиционирования ее проектируют, учитывая возможность наличия сложных климатических условий. Так, VRF-система от компании Toshiba SMMS-e выдерживает температуру от -25 °C до +46 °C. А блоки серии MVS FDC компании Dantexспособны функционировать при температурных показателях от -20 °C до +48 °C. СпециалистыMitsubishi Electric City Multi G6 применили новые теплообменники, что позволило повыситьмаксимальную температуру наружного воздуха с +46 °C до +52 °C в режиме охлаждения

Особые функции

Каждая VRF-система имеет свои особенные функции. Рассмотрим их подробнее.

  1. Системы Daikin Hi-VRV имеют алгоритм проверки герметичности контура хладагента. Есть иавтоматическая заправка: чтобы не производить расчет массы дополнительного хладагента и заправку с применением весов, нужно всего лишь подсоединить баллон с хладагентом к наружному блоку.Заправка осуществится автоматически.

  2. Чтобы упростить проектирование и установку, специалисты компании Daikin разработали REFNET (стандартную систему трубопровода), которая представляет собой комплекс медныхразветвителей, коллекторов и тройникова также теплоизолирующих изделий для них, точно подходящих для выполнения всех соединений во время сборки системы. Подвести трубопроводов можно к наружному блоку с четырех сторон.

  3. Наружные блоки Mitsubishi Electric City Multi G6 имеют новый направляющий аппарат осевого вентилятора, повышающий на выходе статическое давление воздуха.

  4. Системы Toshiba SMMS-e имеют специальную программу для мобильных телефонов на базе Android. Это дает возможностьосуществить полную диагностику устройств. Связь телефонного аппарата с оборудованием производится по протоколу NFC. Вентили, которые отвечают за регулировку подачи хладагента во внутренние блоки, созданы так, чтобывозникающий шумовой эффект был снижен.

  5. Наружные блоки Dantex MVS FDC располагаютподвешенной на навесах панелью управления. Она легко поворачивается для осуществления удобного доступа на угол до 150°. Пульт центрального управления можно подключать со стороны внутренних и наружных блоков.

  6. LG Multi V5 оснащены лопастями вентиляторов, которые имеют особую форму: кромка лопасти - как плавники горбатого кита, профиль лопасти - вид ракушки гребешка. В системезаложены функции, при помощи которых производится анализ погодных условий, а также адаптация к ним.

Подводим итоги

Может создаться впечатление, что 2% эффективности совершенно не стоят тех усилий, которые затратили специалисты компаний. Однако это не совсем правильно, ведь каждая созданная технология, которая дает даже самую малую возможность иметь какое-либо преимущество, ежедневно функционируя, создает условия для опережения производителей-конкурентов.

Из данной статьи становится понятно, что создатели конкурируют на уровне микротехнологий, усовершенствуя каждую составную часть системы.

К примеру, при отточенном технологическом процессе изготовления спирального компрессора внимание инженеров переключается на профилирование спиралей и их покрытия. В том случае, еслиобщая компоновка теплообменника не требует усовершенствованияспециалисты занимаютсясечением и профилем трубок, частотой, толщиной и профилем ребер.

Все эти, на первый взгляд, мелкие инженерные решения в совокупности дают возможность иметь преимущества перед конкурентами. В каждом отдельном случае можно подобрать наиболее оптимальную систему кондиционирования для определенного объекта. А в задачи специалистов входит осуществление компетентного анализа, который раскроет все положительные стороны любой из систем.