Применение современного климатического оборудования в системах отопления зданий

Волков В.А., МЭИ (ТУ), г. Москва

Материалы Четвертой Российской научно-технической конференции “Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности”, Ульяновск, 24-25 апреля 2003 г.

Одной из существенных составляющих, необходимых для дальнейшего повышения энергосбережения является правильный выбор инженерного оборудования зданий и сооружений. В современных проектах жилых и общественных зданий все чаще применяются наиболее экономичные системы отопления, вентиляции и кондиционирования, а также системы автоматизации и диспетчеризации, которые позволяют эффективно регулировать и контролировать потребление различных энергетических ресурсов [1].
Развитие строительного рынка привело к возникновению потребности в современном высокотехнологичном оборудовании для систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Как следствие, около 10 лет назад в России начал формироваться рынок климатического оборудования.Но, к сожалению, до сих пор существует недостаток технической информации и еще больший недостаток информации по особенностям практического применения оборудования в климатических условиях России, что необходимо для правильного использования и полной реализации технических возможностей современной климатической техники. В состоянии разработки находится и нормативно-методическая база.Характерным примером создавшейся ситуации может служить опыт применения импортного оборудования, изначально разработанного для систем кондиционирования воздуха с целью выполнения функций отопления.Различные типы систем кондиционирования имеют возможность выполнять функции обогрева помещений, то есть частично решать задачу отопления. Это позволяет осуществлять экономию энергии за счет применения тепловых насосов с высоким коэффициентом преобразования энергии и использования вторичных энергетических ресурсов.В связи с этим, кажется интересным предложение полностью отказаться от системы водяного радиаторного отопления, как это делается в западных странах.
При реализации подобных решений в условиях климата России возникает ряд сложностей.
Использование различных типов чиллеров с тепловым насосом позволяет получать теплую воду с температурой не выше 50 °С, которая не подходит для водяных радиаторов отопления, но может использоваться в фанкойлах [2] или в системах "с водяной петлей и кондиционерами консольного типа" [3] (местные тепловые насосы с вентиляторами). Поддержание заданной температуры воздуха в помещении при использовании системы "чиллер-фанкойл" выполняется местными вентиляторными доводчиками - фанкойлами.Охлаждение (нагрев) производится жидкостью, циркулирующей по системе трубопроводов от источника холода (тепла) к конечному потребителю. Источником холода является блочная водо-охлаждающая холодильная машина - чиллер.Некоторые модели чиллеров могут работать в режиме теплового насоса, что позволяет выполнять обогрев помещений.
Применение фанкойлов в качестве основных отопительных приборов не рекомендуется. Во-первых, фанкойлы способны отдавать тепло только при включенном вентиляторе обдува теплообменника, потому что теплоотдача за счет естественной конвекции у фанкойлов незначительная. Вентиляторы обдува у всех производителей имеют двигатель "с внешним ротором". Срок службы такого двигателя составляет от 20 000 до 40 000 часов в зависимости от фирмы изготовителя. Таким образом, при круглогодичной работе фанкойла двигатель может выйти из строя в течение 3 лет эксплуатации.
Во-вторых, при использовании двухтрубной системы теплообменник фанкойла становится сильно "переразмеренным", что так же затрудняет эксплуатацию системы и снижает ее надежность, а применение четырехтрубной системы увеличивает общую стоимость. Кроме этого, следует учитывать и человеческий фактор, в целях экономии электроэнергии пользователи могут выключать фанкойлы на выходные дни, что приведет к неприятным последствиям в холодное время года.
Система "с водяной петлей и кондиционерами консольного типа" - это децентрализованная система кондиционирования с возможностью переноса тепла и холода между помещениями. Система позволяет одновременно осуществлять охлаждение одних помещений и обогрев других, что особенно эффективно в многофункциональных и многозональных зданиях. Поддержание температуры воздуха в помещениях выполняется автономными кондиционерами консольного типа, или просто "консолями", которые выполняют функцию местных доводчиков. "Консоль" представляет собой моноблочный холодильный агрегат с тепловым насосом, с водяным охлаждением конденсатора и воздушным охлаждением испарителя. Вода поступает в конденсаторы консолей из отдельного водяного контура - "водяной петли". Оптимальная температура в контуре составляет 15-35 °С. Для круглогодичного поддержания этой температуры могут использоваться различные источники холода и тепла такие, как сухие градирни, тепловые пункты, тепловые насосы и различные источники вторичного низко потенциального тепла (холода).
Система "с водяной петлей" имеет высокие энергетические показатели. Так, например, коэффициент преобразования энергии для "консоли" фирмы CLIVET (Италия) равен 5, при работе в режиме теплового насоса и равен 4 в режиме холодильной машины [4].
Использование системы "консолей" в качестве основной отопительной системы также нежелательно. Дело в том, что "консоли" могут работать на обогрев
при температуре воздуха в помещении выше + 5 °С. И если по каким-то причинам, например, в результате отключения электроэнергии, температура воздуха в помещениях значительно упадет, система отопления с консолями не сможет выйти на заданный режим.Кроме этого "консоли", так же как и фанкойлы, могут работать только при включенном вентиляторе обдува испарителя, что снижает надежность и ресурс системы.
Таким образом, опыт проектирования и эксплуатации различных типов современных систем ОВК показал, что в российских климатических условиях необходимо применение радиаторного отопления. Однако, при наличии систем кондиционирования, их установочная мощность может быть значительно меньше, и должна гарантировать поддержание температуры воздуха в помещении на уровне не ниже + 5 °С, при расчетной температуре наружного воздуха tBH, то есть выполнять функцию дежурного отопления, согласно [5].
В процессе эксплуатации здания отопительная нагрузка должна распределятся между водяным радиаторным отоплением и системой кондиционирования и вентиляции в зависимости от наружных и внутренних условий и используемой схемы системы ОВК. В ряде случаев, оказывается действительно возможным обеспечить необходимый приток тепла только за счет использования оборудования системы кондиционирования. Правильно оценить расходы энергии на систему ОВК здания в процессе его эксплуатации возможно только на основе совместного динамического моделирования теплового режима здания, климатических условий и отдельных агрегатов системы ОВК.
В заключении хотелось бы отметить, что приведенные в докладе сведения носят только рекомендательный характер. Не исключено, что при соответствующих инженерных решениях и новых поправках в нормативно-методической базе системы "чиллер-фанкойл", системы "с водяной петлей", а также другие климатические системы смогут полностью выполнять функцию отопления и в российских климатических условиях.

 

Список литературы

1. Материалы Международного Форума по проблемам проектирования и строительства систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения в рамках международной выставки HEAT&VENT'2OO2 MOSCOW. 10-12 апреля, 2002. Экспоцентр. Синий зал, Москва.
2. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. Третье издание. М.: "Евроклимат", 2001.416 с.
3. Ананьев В.А. Альтернатива Фреоновым системам с утилизацией тепла// Мир климата. 2001. №11, С. 27-28.
4. Water Loop Heat Pump System (WLHP) for Hypermarkets and Shopping Centers. Ing. Massimo Stefano Venco. CLIVET Italia - Feltre (BL)
5. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Минстрой России. М.:ГПЦПП. 1996.66 с.