Для отдельного или комплексного решения задач горячего водоснабжения можно использовать всевозможные современные решения, обеспечивающие комфортные условия пребывания в обслуживаемом помещении. Данный материал будет посвящен комфортному энергоэффективному климату, которого можно добиться при использовании газоприводной мультизональной климатической системы. За рубежом ее именуют как Gas Heat Pump (GHP).
В последнее время на рынке климатических устройств произошли не только количественные, но и качественные перемены. Причиной тому являются многие обстоятельства, связанные с технологическим процветанием в сегменте кондиционеров, жесткими ограничениями и требованиями контролирующих органов (действующих на основании законодательства той или иной страны) в плане энергетической эффективности инженерных систем объектов завершенного строительства, а также ростом предложения на рынке, повлекшим за собой ужесточенную конкурентную борьбу. Зачастую цивилизованная конкуренция сопровождается падением цен на продуктовую линейку и развитием коммерческой деятельности.
В данный момент эксперты наблюдают в некоторой степени переосмысленные подходы к концептуальному определению задач, которые должно выполнять установленное в зданиях инженерное оборудование. Речь идет как о климатических системах, так и о системах обеспечения зданий холодной и горячей водой, а также потребления электрической энергии. Помимо этого, сюда можно включить системы, отвечающие за ресурсное расходование и учет. Часто встречаются ситуации, когда на начальной стадии разработки инженерного проекта специалисты встречают проблемы с ресурсообеспечением. В итоге появляется необходимость оптимизировать проектные решения, минуя стандартные, отработанные методики.
Оптимизация инженерных систем в большинстве случаев происходит с учетом индивидуальных пожеланий заказчика. Суть таких подходов заключается в проверке так называемого «ресурсного покрытия» на территории проектирования. В частности, инженеры могут столкнуться с отсутствием тех или иных ресурсов. При этом оптимизация может быть связана не только с водой, холодом, теплом, электрической энергией и газом, но и с финансовыми ресурсами. Во время оценки решения важность заключается в акцентировании внимания как на самом энергетическом ресурсе, так и на оценке расходов на его транспортировку до потребительской точки.
Вышеописанные нюансы характеризуют то, каким образом большая часть крупных компаний-производителей энергоэффективных инженерных систем подходит к выполнению поставленных задач. Чтобы правильно понять суть таких подходов, необходимо добавить, что отрицание одних и применение других решений иногда оказывается нерациональным. Опираясь на жизненный опыт, следует ориентироваться на параллельные (резервные, бивалентные, взаимозаменяемые) решения. Такие подходы подкрепляются главными критериями, связанными с широчайшим диапазоном температур окружающей среды, неравномерностью нагрузок и фактором сезонных особенностей.
Характеристика газоприводной климатической системы
Современный мир столкнулся с множеством инженерных вариантов, связанных с организацией горячего водоснабжения на строительных объектах различного назначения. С учетом воздействия экономических факторов большинство заказчиков стремится к комфортному энергоэффективному климату, который может быть организован при использовании газоприводной мультизональной климатической системы.
Схема газоприводной климатической системы
Главная особенность данной системы – по сравнению с классической технологией VRF компрессор системы приводится в действие от двигателя внутреннего сгорания, который пришел на замену электрическому мотору.
Чем же примечательна данная технология в сравнении с привычной VRF? Воздухонагнетатель системы GHP взаимодействует с силовым агрегатом, функционирующим благодаря сгоранию природного газа, пропана и другого газообразного топлива, представленного в виде смесей. Из этого следует, что данная VRF-система приводится в действие от другого вида энергии, создающей крутящий момент. При этом газоприводная система нуждается в электрической энергии, количество которой на 1000 процентов меньше в сравнении с потребностями полностью электрической системы. Отметим существование вариантов GHP систем, где потребность в электроэнергии на 10000 процентов ниже по сравнению с традиционными мультизональными системами. Вполне логичным является предположение, что климатическую систему с газовым приводом рационально использовать в тех местах, где электрический потенциал максимально ограничен или электрические мощности нецелесообразно транспортировать с экономической точки зрения. Вместе с тем случаи отсутствия дефицита электрической энергии предполагают установку газоприводных мультизональных систем как разумного энергоэффективного решения.
В качестве примера рассмотрим Владимирскую область, на территории которой тарифы на электрическую энергии для предприятий в среднем составляют 4,6 рубля, а на голубое топливо – порядка 5 тысяч рублей за мерную единицу. Предположим, что в регионе установлен паритет между стоимостью кубического метра газа и киловатт-часа электричества. В нашем случае мы рассмотрим мультизональную систему, номинальная холодопроизводительность которой равна 56 киловаттам. Ее наружный блок в штатном режиме функционирования потребляет 16,8 киловатт электричества, в то время как внешний блок газоприводной генераторной климатической системы расходует 0,1 киловатта электрической энергии и около 3,6 кубометров газового топлива. В итоге система GHP расходует почти в 4,7 раза меньше ресурсов. Если рассматривать безгенераторную газоприводную систему, ее эффективность будет выше почти в 4,4 раза по сравнению с электрической VRF системой. Отметим крайность данных показателей и их зависимость от технических нагрузок и температуры окружающей среды. При этом существенного изменения картины ожидать не стоит. На расход газообразного топлива также влияют эксплуатационные условия. Уменьшение данного показателя будет наблюдаться в зависимости от вышеуказанных факторов, однако прямая зависимость к данному случаю зачастую неприменима.
Для полного раскрытия информации об эффективности необходимо ознакомиться с дополнительной особенностью функционирования климатической системы с газовым приводом. Она заключается в выделении тепловой энергии при работе силового агрегата, которая впоследствии отводится благодаря установленному радиатору и конденсатору внешнего блока. В то время, когда на улице наблюдается положительная температура, высвобождаемая тепловая энергия может использоваться с определенной эффективностью. Процесс утилизации последней может сопровождаться уменьшением нагрузки на оборудование, участвующее в подготовке горячей воды. Какое количество тепловой энергии необходимо? При его расчете следует обратить внимание на тип внешнего блока. Обычно данный показатель составляет в пределах 15-30 киловатт. В результате мы располагаем источником тепла с температурными параметрами порядка 65-75 градусов Цельсия и расходной частью около 2,5-3,9 кубических метров в час.
На вышеуказанном примере мы охарактеризовали режим охлаждения. При этом с более существенными отличиями можно столкнуться при рассмотрении режима обогрева, который предусматривает функционирование газоприводной мультизональной климатической системы с учетом трех алгоритмов. В первом случае температура окружающей среды составляет минимум 6 градусов Цельсия. Алгоритмизация заключается в обогреве классическим воздушным тепловым насосом. Нужно отметить, что в данном режиме можно использовать сбросную теплоту от функционирования силового агрегата с параллельным получением воздушного отопления и подготовки горячего водоснабжения.
Чтобы ознакомиться с двумя оставшимися алгоритмами функционирования, рекомендуется рассмотрение процесса работы в условиях отрицательной температуры окружающего пространства ниже 2 градусов Цельсия. В данном случае работа мультизональной климатической системы с газовым приводом существенно отличается от системы с электроприводом. Особенность заключается в том, что в системе предусмотрена установка вспомогательного пластинчатого испарителя «антифриз-фреон». Последний необходим для исполнения роли испарителя вместо конденсатора внешнего блока. Таким образом, наружный воздух перестает быть влияющим фактором, а сама система трансформируется из воздушного теплового насоса. Отсюда можно сделать важное умозаключение, что уменьшающаяся температура окружающей среды не снижает тепловую производительность системы. Кроме того, наружный блок работает с отключенными вентиляторами, что еще больше увеличивает эффективность.
Гарантия стабильной производительности тепла в данном режиме предоставляется до того времени, пока уличная температура не опустится ниже 20 градусов Цельсия с отрицательным значением. При этом данный температурный режим не является критичным. С данной температурой связана гарантия производительности, однако система может функционировать и при более суровой погоде.
Режимы работы GHP
Последний режим обогрева является промежуточным. Он предполагает параллельное задействование дополнительного испарителя и конденсатора внешнего блока. Функционирование осуществляется при температуре от 2 градусов Цельсия со знаком минус до 4 градусов Цельсия с положительным значением.
Модельное семейство газоприводных мультизональных систем
Модельная серия внешних блоков мультизональных климатических систем с газовым приводом представлена тремя типами устройств. К первому типу относятся системы, работающие на охлаждение и обогрев. Ко второму типу можно причислить системы, которые аналогичны системам первого типа, однако имеют генератор электрической энергии. Производительность обоих типов систем GHP колеблется в пределах 45-85 киловатт (16-30 лошадиных сил). При этом в едином контуре может находиться не больше двух наружных блоков. Такая возможность реализована с целью увеличения производительности системы до 140 киловатт.
К третьему типу следует отнести трехтрубные системы с рекуператором тепловой энергии, которые могут иметь мощность 16, 20 и 25 лошадиных сил. В трехтрубной системе не предусмотрено объединение блоков в единое целое.
Внешний блок, отдача которого составляет 56 киловатт, можно превратить в компрессорно-конденсаторный блок, чтобы охлаждать воздушный поток в центральных системах кондиционирования. В такой ситуации требуется наличие дополнительного комплекта обвязки, чтобы соединить наружный блок с испарителем центральной климатической системы.
Если говорить о внутренних блоках, они выпускаются различных типоразмеров с целью решения большинства задач с задействованием климатических систем. Современный рынок насыщен вариантами, отличающимися уровнем шума, дизайном, габаритами, комфортным распределением воздушной массы и прочими характеристиками.
GHP системы с теплообменниками типа «фреон-вода»
Также следует обратить внимание на системы, неотъемлемой частью которых являются теплообменные блоки типа «фреон-вода». При их выборе можно столкнуться с различными вариантами, которые, работая на охлаждение, имеют номинальную производительность в диапазоне 25-71 киловатта. Вместе с тем комфортное кондиционирование происходит при температуре воды, равной 5-15 градусам Цельсия. При этом технологическое охлаждение с применением соответствующей жидкости способствует получению хладоносителя температурой около 15 градусов Цельсия с отрицательным знаком. Отметим реверсивность данных установок, что дает возможность получения воды, которая используется в системе горячего водоснабжения. В данном случае ее температура составляет в пределах 25-55 градусов Цельсия. Помимо этого, устройства воздушного обогрева или приборы, использующие тепловую энергию с низким потенциалом, могут применяться для реализации отопительной системы.
Теплообменники типа «фреон-вода»
Благодаря габаритным размерам теплообменные блоки могут располагаться непосредственно возле потребителя. Использование этой характеристики актуально в случае разработки систем кондиционирования объектов многоэтажного строительства, где вопрос организации коммуникационных элементов является непростым.
Управление системами GHP
Завершающая часть материала будет посвящена системам управления. В данном аспекте отметим современность и универсальность рассматриваемой технологии. Газоприводной мультизональной климатической системой могут манипулировать как простые и доступные индивидуальные управляющие элементы, так и сложные системы централизованного контроля, включая открытые технологические решения. Кроме того, при управлении могут использоваться «сухие» контакты. Также управление системами можно связать с мобильными устройствами, имеющими выход в глобальную сеть. Реализация систем управления является практически неограниченной. Главное – правильно сформулировать задачу перед выбором управляющих приспособлений.
На основе материалов из журнала «АВОК»