VRV/VRF системи за климатизация

Част I. Предлагат възможност за едновременно производство на топлина и студ в различни помещения на една сграда

Системите за климатизация, познати като VRV или VRF, макар и сравнително нови като решение, бързо заемат все по-голям дял от пазара на климатична техника. Те все по-често са предпочитано решение пред други, добре познати и традиционно използвани системи за климатизация. С какво VRV/VRF системите превишават възможностите на други решения за климатизация, какви са основните им предимства, реална ли е възможността в редица приложения наложили се климатични системи да бъдат успешно заместени от VRV/VRF системи разговаряме с доц. д-р инж. Ивайло Банов, председател на националната професионална секция по ”Отопление, вентилация, климатизация, хладилна и сушилна техника, топлоснабдяване и газоснабдяване” към Камарата на инженерите в инвестиционното проектиране и ръководител на катедра “Топлинна и хладилна техника” в ТУ-София.
Разговорът ни с доц. Банов стартира със същността на абревиатурите VRV и VRF.

Има ли разлика между VRV и VRF
VRV (Variable Refrigerant Volume) и VRF (Variable Refrigerant Flow) са две климатични системи с много сходни принцип на действие, възможности и характеристики. Дали разликата е само в търговското наименование или става въпрос и за конструктивни различия бе първият въпрос, с който се обърнахме към доц. Ивайло Банов.
“Освен като VRV и VRF тези климатични системи са познати и като мултисплит и дори мултисити. Принципно, VRV и VRF системите не се различават съществено. Разликата между тях и останалите климатични системи е, че те са с променлив дебит или променлив поток на хладилния агент. Точно това означават и абревиатурите. При масово използваните климатични системи, дебитът на хладилния агент, преминаващ през компресора, се запазва постоянен, докато при VRV и VRF системите той е променлив”, заяви г-н Банов. “На практика VRV/VRF системите са мултисплит системи. Мултисплит означава наличие на едно външно и няколко вътрешни тела, които могат да достигнат до няколко десетки - двадесет, тридесет и т.н. Всички те се включват към едно или група от външни тела”, поясни той, като отбеляза, че климатични системи от тип мултисплит могат да работят с постоянен поток.

С какво VRV/VRF се различават от традиционните климатични системи
Известно е, че всеки климатик е хладилна машина. Като принцип на действие климатикът и хладилната машина не се различават. “Това важи и за VRV/VRF системите. Те са хладилни машини, които могат да работят както в хладилен цикъл, така и в термопомпен цикъл, в зависимост от сезона и от необходимостта от студ или топлина”, потвърди доц. Банов. Основни техни елементи са компресор, топлообменен апарат, изпълняващ ролята на изпарител, топлообменен апарат в ролята на кондензатор и регулиращ вентил, който се използва за дроселиране на налягането - от високо към ниско. “Основните елементи на една обикновена хладилна машина присъстват и в конструкцията на VRV/VRF системата. Всички изброени елементи са свързани в точно определена последователност, за да се осигури работа на машината по обратния цикъл на Карно”, коментира Ивайло Банов.
В отговор на въпроса какво е специфично в конструкцията на VRV/VRF системите, той посочи: “Това е автоматиката, която задължително присъства, както и трипътните и четирипътните вентили, които променят посоката на движение на хладилния агент, при изпълнение на обратния цикъл на Карно”. В конструкцията на VRV/VRF системите се включват още електромагнитни клапани, предназначени за включване или изключване на един или друг поток. Във външното тяло е разположен промишлен компютър, чрез който се следи работата на всички вътрешни тела, независимо от техния брой, който в някои случаи може да превишава тридесет и дори четиридесет. “Външното тяло следи цялостната работа на климатичната система. В него непрекъснато постъпва информация кое тяло в какъв режим работи, какъв дебит му е необходим, каква е температурата в помещението, както и каква е предварително зададената температура”, отбеляза доц. Банов.

Вътрешните тела поддържатразличен режим на работа
Благодарение на променливия дебит на хладилния агент, вътрешните тела на VRV/VRF системите могат да работят в различен режим по едно и също време, например, едната част в режим на отопление, а другата част - в режим на охлаждане. При традиционно използваните климатични системи като цяло, както и при мултисплит системите с постоянен поток, всички вътрешни тела работят в един и същ режим - отопление или охлаждане.
Известно е, че процесът, който протича при работа на климатика в режим на охлаждане, преминава през няколко етапа. Хладилният агент в изпарителя се изпарява при ниско налягане. Необходимата енергия за протичане на този процес се взема от средата, която подлежи на охлаждане. Получените пари постъпват в компресор, в който хладилният агент се сгъстява, в следствие на което се повишават неговото налягане и температура. Получените прегрети хладилни пари постъпват в кондензатор, в който кондензират и отдават енергията на фазов преход от парна към течна фаза. “Тази енергия се отнема чрез въздух, който през външната повърхност обтича топлообменния апарат или чрез някакъв друг вид флуид, например вода”, допълни Ивайло Банов. Втечненият хладилен агент преминава през дроселиращ вентил, при което налягането му се понижава до налягането на изпарение и цикълът се завърта.

Реализират се икономии на енергия
През студените месеци на годината, когато е необходимо помещението да бъде отоплявано и машината работи в термопомпен цикъл, се използва топлината, получена от кондензатора. “В този случай полученият студ се изхвърля в атмосферата”, информира доц. Банов. Двата топлообменни апарата - изпарител и кондензатор, са разположени във вътрешното и външното тяло, където се намира и компресорът. “Когато се говори за системи с променлив дебит следва да се има предвид, че топлообменният апарат, който е монтиран към външното тяло в редица случаи се изключва. Естествено, това води до икономия на енергия”, допълни той.
В отговор на въпроса как се постига икономията на енергия доц. Банов коментира: “Икономията на енергия при VRV/VRF системите се дължи на възможността да се променя дебитът на хладилния агент. Когато в едно помещение е необходимо да се произведе студ, на практика това означава, че от него се отнема топлина. Тя би могла да се предаде, чрез вътрешните тела в други помещения, които в същия момент имат нужда от отопление. При това положение, топлообменният апарат, който се намира във външното тяло и изпълнява ролята на кондензатор при работа в летен режим и изпарител при работа в зимен режим не функционира, т.е. той се изключва от системата. На практика, една част от вътрешните тела изпълняват ролята на изпарител, а другите на кондензатор”.

Пет са режимите на работа на VRV/VRF системите
Освен двата основни работни режима - отопление и охлаждане, VRV/VRF системите поддържат още три варианта на работа, при които климатичната система функционира едновременно и в двата режима, като една част от помещенията се загрява, а друга част се охлажда. “Когато част от вътрешните тела изпълняват ролята на изпарители и охлаждат помещенията, хладилната машина произвежда топлина, която обикновено се изхвърля от кондензатора в околната среда. Останалите вътрешни тела изпълняват ролята на кондензатори и загряват тази част от помещенията, които в същия момент се нуждаят от отопление. Например, помещения със северна ориентация”, коментира Ивайло Банов. “По този начин  се поема част от кондензаторната мощност и част от топлообменната повърхност на топлообменника във външното тяло става излишна. Част от топлообменниците изключват и вътрешното тяло плюс външното тяло вече играят роля на кондензатор”, допълни той.
Доц. Банов посочи следните три варианта на разпределение: “Единият е, когато по-голямата част от  вътрешните тела изпълняват ролята на изпарители, а по-малката част с топлообменника във външното тяло - на кондензатор. Възможен е и обратният случай, при който по-голямата част от вътрешните тела работят в режим на отопление, а само едно или няколко тела функционират в режим на охлаждане. В подобни случаи телата, работещи в режим на охлаждане, се комбинират с външното тяло и изпълняват ролята на изпарител, а останалите вътрешни тела - ролята на кондензатор”.
Третият случай, т.е. петият възможен режим на работа, е т.нар. heat recovery или топлинно припокриване. “Това означава, че произведеният студ плюс мощността на компресора са равни на произведената топлина. Този баланс съществува винаги, но тогава, когато част от помещенията имат необходимост от охлаждане, а друга част - от загряване, и тези необходимости са точно равни на студовата и на кондензаторната мощност, то външните тела на практика изключват и хладилният цикъл се затваря между вътрешните тела и компресора.”, допълва Банов.

Дву- и тритръбна система
Свързването на външните и вътрешните тела на VRV/VRF системите се осъществява посредством обща тръбна мрежа, през която циркулира хладилният агент. Тръбната мрежа би могла да бъде изградена като дву- или тритръбна система.
“Когато говорим за VRV/VRF система, два са начините на свързване на вътрешното към външното тяло. При повечето системи, за да се осигури независимата работа на вътрешните тела, свързването се осъществява по тритръбна система, заяви доц. Банов, допълвайки: “На пазара се предлагат и системи, при които независимата работа на вътрешните тела би могла да се поддържа и по двутръбна система”.

Защо се използва леден акумулатор на студ
В някои модификации на VRV/VRF системите се използва леден акумулатор за студ. Той позволява изравняване на денонощните колебания на топлинните товари и изпълнява функцията преохлаждане на хладилния агент преди дроселирането. По този начин се повишава ефективността на хладилния цикъл. “Ако броят на климатизираните помещения е голям, динамичната промяна на режима в част от тях или моментното повишаване на топлинното натоварване налага системата да реагира веднага. Като се има предвид, че системата е инертна е необходимо време, през което компресорът да включи, да произведе необходимия студ, да го изпрати до тялото и т.н. Когато се използва акумулатор на студ, той веднага може да бъде използван като буфер”, коментира доц. Банов. “Натоварванията от нулева до максимална мощност или от някаква мощност до максималната възможна, представляват динамични промени в работата на системата. Всяка такава промяна води до износване. Ако системата работи с по-плавни промени на натоварването, вероятността от поява на механична авария е много по-малка. Именно това е целта на акумулатора на студ - да поема тези моментни натоварвания”, отбеляза доц. Банов.

VRV/VRF системите използват скрол компресори
Като характерна особеност на VRV/VRF системите доц. Банов посочи и въвеждането на т.нар скрол компресори, които заместват използваните до момента бутални компресори. “Прилагането на скрол компресори води до намаляване на шума, който генерира системата, тъй като тези компресори са много по-тихи. Мощността им се контролира плавно чрез промяна на честотата на въртене, докато буталните компресори работят в режим включено/изключено”, коментира инж. Банов. “В повечето случаи, съоръженията обикновено дефектират именно в режим на включване/изключване, тъй като токът в тези периоди се доближава до номиналния. При включване и изключване се наблюдава цикличност в работата, т.е. поддържаните параметри са в много по-широк интервал”, допълни той.
“Характерно за скрол компресорите е, че чрез промяна в честотата на електрическия ток се променя честотата им на въртене. Компресорът е постоянно включен, но въртейки се по-бавно той консумира по-малко енергия, което съответно води до икономия на енергия, по-дълъг живот на съоръжението и точно следене на параметрите в помещението, както и до възможност за плътно покриване на топлинните и студовите му потребности в много широк диапазон”, заяви в заключение г-н Банов.

Статията продължава в следващ брой на сп. ТД Инсталации, оборудване, инструменти.