Variable Air Volume - переменный расход воздуха

Специалисты компании СИСТЕМАГРУПП реализовали не один проект с применением VAV систем вентиляции и кондиционирования как на стадии проектирования и монтажа так и модернизации существующих систем.

Преимущества VAV - систем переменного расхода перед системами CAV - постоянного расхода воздуха:

• Индивидуальный комфорт каждого помещения - организация подачи воздуха осуществляется по потребности от определенного внешнего фактора или их суммы и приоритета: температуры t, влажности, СО2, движения.
• Экономия электроэнергии - максимальная энергоэффективность, позволяет экономить до 70% потребления электроэнергии.
• Увеличивается ресурс работы оборудования
• Низкий уровень шума работы системы

Рассмотрим три примера, из реализованных нами объектов, компоновки VAV систем от продвинутой до простой.

Во всех трех примерах использованы приточно-вытяжные установки с рекуперацией. Режим управления вентиляционной системой осуществляется поддержанием температуры t вытяжного воздуха (поддержание температуры в помещении). Контроллер вентиляционной системы сам назначает температуру t приточного воздуха (tmin и tmax).

1. Пример

Задача, поставленная Заказчиком - индивидуальное поддержание точного и непрерывного контроля влажности и температуры t в каждом из шести жилых помещений: четыре спальни, зал, столовая.

В данном проекте требовалось регулировать шесть зон, принцип работы системы реализован на VAV-регуляторах переменного расхода воздуха OPTIMA и контроллера оптимизатора.

Расход воздуха в данной системе VAV не зависит от давления в этой системе.

• VAV-регуляторы переменного расхода получают сигнал управления (0/2-10V) от датчиков влажности и температуры t установленных в помещениях - требуется Vx м3/ч.
• Движущийся поток воздуха создает перепад давлений, которое измеряется с помощью трубки Пито
• Фактическое значение расхода воздуха м3/ч., полученное с помощью датчика перепада давления, поступает на контроллер регулятора переменного расхода
• Контроллер сравнивает фактический расход воздуха м3/ч. и требуемое значение, при наличии отклонений посылает корректирующий сигнал на электропривод, который регулирует сечение клапана до тех пор, пока требуемый расход воздуха м3/ч. не будет достигнут
• Контроллер оптимизатор получает сигнал по сети MP-bus от всех VAV-регуляторов и корректирует работу вентиляторов.

• Topvex TR_EL - вертикальная приточно-вытяжная установка с роторным рекуператором и электрическим нагревателем
• AIAS COMBOX MODULE - контроллер оптимизатор VAV регуляторов переменного расхода
• CO2RT Wall mounting 0-2000 ppm - преобразователи уровня СО2, влажности и температуры
• OPTIMA-R-BLC1 - регуляторы переменного расхода
• Mitsubishi Electric SUZ-KA_ инвертер - компрессорно-конденсаторный блок (ККБ)
• DXRE - фреоновый охладитель
• PAC-IF012B-E - контроллер ККБ
• Carel compactSteam - изотермический увлажнитель.

2. Пример

Задача поставленная Заказчиком - поддержание точного и непрерывного контроля концентрации СО2 и температуры t и в двух спортивных залах.

В данном проекте требовалось регулировать две зоны, принцип работы реализован по схеме - Расход воздуха в данной системе VAV зависит от статического давления Па в этой системе.

• Электроприводы воздушных клапанов получают сигнал управления (0/2-10V) от датчиков концентрации СО2 и температуры t установленных в спортивных залах
• Воздушный клапан, изменяя сечение, подает требуемый расход воздуха м3/ч.
• Движущийся поток воздуха создает перепад давления Па, которое измеряется дифференциальными датчиками перепада давления
• Дифференциальные датчики давления посылают сигнал на контроллер приточно-вытяжной установки, который в свою очередь корректирует работу вентиляторов в зависимости от текущей потребности расхода воздуха м3/ч.

Оборудование установленное на объекте:

• Topvex FR_HWL - горизонтальная приточно-вытяжная установка с роторным рекуператором и водяным нагревателем
• VAV Duct pressure control - дифференциальные датчики перепада давления
• Belimo LF 24-SR - электроприводы 0-10V управляемые преобразователями уровня СО2
• DXRE - фреоновый охладитель
• PAC-IF013B-E - контроллер ККБ.

3. Пример

Задача поставленная Заказчиком - поддержание точного и непрерывного контроля температуры t в офисном помещении.

В данном проекте требовалось обеспечить температуру единого офисного помещения (колл-центр). Принцип работы системы реализован по схеме управляемой непосредственно контроллером вентиляционной системы Corrigo. Настройки контроллера Corrigo позволяют изменять расход воздуха м3/ч. в зависимости от отклонения температуры t в помещении.

Оборудование установленное на объекте:

• Topvex FС_EL - подвесная приточно-вытяжная установка с рекуператором и электрическим нагревателем
• DXRE - фреоновый охладитель
• Mitsubishi Electric PUHZ-ZRP_YKA инвертер - компрессорно-конденсаторный блок (ККБ)
• PAC-IF013B-E - контроллер ККБ

Здоровье, благополучие людей и эффективность выполнения ими работы напрямую зависит от климата в помещении. Решения BELIMO для помещений и систем - полная номенклатура продукции для энергосберегающего управления климатом в зонах и отдельных помещениях зданий промышленного и гражданского назначений - подтверждают свои преимущества в огромном количестве проектов по всему миру.

VAV системы это:
индивидуальное регулирование параметров воздуха в отдельных помещениях;
возможность использования датчиков движения, датчиков СО2, реле времени и ручных регуляторов для изменения расхода воздуха;
снижение расходов на производство и монтаж сети воздуховодов, и снижение стоимости оборудования для подготовки воздуха;
снижение потребления электроэнергии; упрощение процесса запуска и настройки вентиляционной сети;
возможность непрерывного контроля величины количества воздуха в отдельных ответвлениях сети воздушных каналов;
возможность централизованного управления расходом воздуха в установке;
возможность переоборудования вентиляционной системы применительно к новым условиям.

VAV - компактный - эффективное управление климатом в помещении одним устройством
Электропривод, регулятор и датчик в одном устройстве - VAV-компактный обеспечивает экономичный способ управления переменным и постоянным потоками воздуха в офисных зданиях, отелях, больницах и т.д. Специальные поворотные электроприводы с крутящим моментом 5, 10 и 20 Нм и линейные электроприводы 150 Нм могут быть установлены на клапаны VAV/CAV в широком диапазоне типоразмеров. VAV- компактные регуляторы управляются как традиционным способом, так и через сеть MP-bus BELIMO. Модели MP могут быть интегрированы в системы более высокого уровня – вместе с одним датчиком на одно устройство - либо через DDC контроллер с интегрированным MP интерфейсом, либо через шлюз. Вентиляторы подключаются по сети Mp-bus к Оптимизатору вентилятора (Fan Optimizer), который существенно упрощает процесс оптимизации энергопотребления в зависимости от потребностей

VAV- универсальный - гибкость в случае проблемной среды
Номенклатура готовых к подключению VAV-универсальных устройств включает поворотные и охранные электроприводы, а также регуляторы с динамическими и статическими датчиками давления. Эти устройства можно настроить под точные требования определенных промышленных, торговых и общественных зданий. Цифровые самонастраивающиеся регуляторы VRP-M взаимодействуют с электроприводами быстрого срабатывания в лабораториях или промышленных помещениях с загрязненной атмосферой, обеспечивая моментальное поступление свежего воздуха. В зависимости от конкретного выбора, система автоматики может быть интегрирована в сеть более высокого уровня и оборудована –напрямую или через сеть MP-bus –Оптимизатором вентилятора BELIMO, что позволяет сократить до 50%электроэнергии, потребляемой вентилятором

Представьте, что вы хотите установить в квартире систему вентиляции. Расчеты показывают, что для нагрева приточного воздуха в холодное время года потребуется калорифер мощностью 4,5 кВт (он позволит нагревать воздух от -26°С до +18°С при производительности вентиляции равной 300 м³/ч). Подача электроэнергии в квартиру производится через автомат на 32А, поэтому несложно подсчитать, что мощность калорифера составляет около 65% от общей мощности, выделенной для квартиры. Это означает, что такая система вентиляции не только существенно увеличит суммы счетов за электроэнергию, но и перегрузит электросеть. Очевидно, что устанавливать калорифер такой мощности не представляется возможным и его мощность придется уменьшить. Но как это сделать это без снижения уровня комфорта обитателей квартиры?

Как снизить потребление электроэнергии?

Вентустановка с рекуператором.
Для ее работы необходима сеть
приточных и вытяжных воздуховодов.

Первое, что обычно приходит на ум в таких случаях — это использование вентиляционной системы с рекуператором. Однако такие системы хорошо подходят для больших коттеджей, в квартирах же для них просто не хватает места: помимо приточной воздухопроводной сети, к рекуператору нужно подводить вытяжную сеть, вдвое увеличивая общую протяженность воздуховодов. Другой недостаток рекуперационных систем заключается в том, что для организации воздушного подпора «грязных» помещений заметная часть вытяжного потока должна направляться в вытяжные каналы санузла и кухни. А разбалансировка приточного и вытяжного потоков приводит к существенному снижению эффективности рекуперации (отказаться от воздушного подпора «грязных» помещений нельзя, так как в этом случае неприятные запахи начнут гулять по квартире). Кроме того, стоимость рекуперационной системы вентиляции может легко превысить двукратную стоимость обычной приточной системы. Существует ли другое, недорогое, решение нашей проблемы? Да, это приточная VAV система.

Система с переменным расходом воздуха или VAV (Variable Air Volume) система позволяет регулировать подачу воздуха в каждом помещении независимо друг от друга. С такой системой вы можете отключать вентиляцию в любой комнате точно так же, как привыкли выключать свет. Действительно, ведь мы не оставляем гореть свет там, где никого нет — это было бы неразумной тратой электроэнергии и денег. Зачем же позволять напрасно тратить энергию системе вентиляции с мощным калорифером? Однако традиционные системы вентиляции именно так и работают: подают нагретый воздух во все помещения, где могли бы находиться люди, независимо от того есть ли они там на самом деле. Если бы мы управляли светом точно так же, как традиционной вентиляцией — он бы горел сразу во всей квартире, даже ночью! Несмотря на очевидное преимущество VAV систем, в России, в отличие от западной Европы, они пока не получили широкого распространения, отчасти потому, что для их создания требуется сложная автоматика, которая существенно увеличивает стоимость всей системы. Однако стремительное удешевление электронных компонентов, которое происходит в последнее время, позволило разработать недорогие готовые решения для построения VAV систем. Но прежде, чем переходить к описанию примеров систем с переменным расходом воздуха, разберемся, как они работают.

На иллюстрации показана VAV-система с максимальной производительностью 300 м³/ч, обслуживающая две зоны: гостиную и спальню. На первом рисунке подача воздуха производится в обе зоны: 200 м³/ч в гостиную и 100 м³/ч в спальню. Допустим, что зимой мощности калорифера будет недостаточно для нагрева такого потока воздуха до комфортной температуры. Если бы мы использовали обычную систему вентиляции, то нам пришлось бы снизить общую производительность, но тогда в обоих помещениях стало бы душно. Однако у нас установлена VAV-система, поэтому днем мы можем подавать воздух только в гостиную, а ночью — только в спальню (как на втором рисунке). Для этого клапаны, регулирующие объем подаваемого в помещения воздуха, оборудуются электроприводами, которые позволяют с помощью обычных выключателей открывать и закрывать заслонки клапанов. Таким образом, нажав на выключатель, пользователь перед сном отключает вентиляцию в гостиной, где ночью никого нет. В этот момент дифференциальный датчик давления, который измеряет давление воздуха на выходе приточной установки, фиксирует увеличение измеряемого параметра (при закрывании клапана сопротивление воздухопроводной сети возрастает, приводя к увеличению давления воздуха в воздуховоде). Эта информация передается в приточную установку, которая автоматически снижает производительность вентилятора ровно на столько, чтобы давление в точке измерения оставалось неизменным. Если же давление в воздуховоде остается постоянным, то и расход воздуха через клапан в спальне не изменится, и по-прежнему будет составлять 100 м³/ч. Общая производительность системы снизится и также будет равна 100 м³/ч, то есть ночью потребляемая системой вентиляции энергия уменьшится в 3 раза без ущерба для комфорта людей! Если включать подачу воздуха попеременно: днем в гостиную, а ночью в спальню, то максимальную мощность калорифера можно будет сократить на треть, а среднюю потребляемую энергию — в два раза. Самое интересное заключается в том, что стоимость такой VAV-системы превышает стоимость обычной системы вентиляции всего на 10-15%, то есть эта переплата будет быстро компенсирована за счет снижения суммы счетов за электроэнергию.

Лучше понять принцип работы VAV-системы поможет небольшая видеопрезентация:

Теперь, разобравшись с принципом работы VAV-системы, посмотрим, как можно собрать такую систему на основе имеющегося на рынке оборудования. За основу мы возьмем российские VAV-совместимые приточные установки Breezart, которые позволяют создавать VAV-системы, обслуживающие от 2 до 20 зон с централизованным управлением с пульта, по таймеру или датчику СО 2 .

VAV-система с 2-х позиционным управлением

Эта VAV-система собрана на базе приточной установки Breezart 550 Lux производительностью 550 м³/ч, которой достаточно для обслуживания квартиры или небольшого коттеджа (с учетом того, что система с переменным расходом воздуха может иметь меньшую производительность по сравнению с традиционной системой вентиляции). Эту модель, как и все остальные вентустановки Breezart, можно использовать для создания VAV-системы. Дополнительно нам понадобится набор VAV-DP , в который входит датчик JL201DPR, измеряющий давление в канале воздуховода возле точки разветвления.

VAV-система на две зоны с 2-х позиционным управлением

Вентиляционная система разделена на 2 зоны, причем зоны могут состоять как из одного помещения (зона 1), так и из нескольких (зона 2). Это позволяет использовать подобные 2-х зонные системы не только в квартирах, но также в коттеджах или офисах. Управление клапанами каждой зоны производится независимо друг от друга с помощью обычных выключателей. Чаще всего такая конфигурация используется для переключения ночного (подача воздуха только в зону 1) и дневного (подача воздуха только в зону 2) режимов с возможностью подачи воздуха во все помещения, если, к примеру, к вам пришли гости.

По сравнению обычной системой (без VAV управления) увеличение стоимости базового оборудования составляет около 15% , а если учитывать суммарную стоимость всех элементов системы вместе с монтажными работами, то увеличение стоимости будет почти незаметным. Но даже такая простая VAV-система позволяет экономить около 50% электроэнергии!

В приведенном примере мы использовали только две управляемых зоны, но их может быть любое количество: приточная установка просто поддерживает заданное давление в воздуховоде независимо от конфигурации воздухопроводной сети и количества управляемых VAV-клапанов. Это позволяет при недостатке средств сначала установить простейшую VAV-систему на две зоны, увеличив в дальнейшем их количество.

До сих пор мы рассматривали системы с 2-х позиционным регулированием, в которых VAV-клапан либо открыт на 100%, либо полностью закрыт. Однако на практике чаще используют более удобные системы с пропорциональным управлением, позволяющие плавно регулировать объем подаваемого воздуха. Пример такой систем мы сейчас и рассмотрим.

VAV-система с пропорциональным управлением

VAV-система на три зоны с пропорциональным управлением

В этой системе используется более производительная ПУ Breezart 1000 Lux на 1000 м³/ч, которая применяется в офисах и коттеджах. Система состоит из 3-х зон с пропорциональным управлением. Для управления приводами клапанов с пропорциональным управлением используются модули CB-02 . Вместо выключателей здесь применяются регуляторы JLC-100 (внешне похожие на диммеры). Такая система позволяет пользователю плавно регулировать подачу воздуха в каждой зоне в диапазоне от 0 до 100%.

Состав базового оборудования VAV-системы (приточной установки и автоматики)

Заметим, что в одной VAV-системе могут одновременно использовать зоны с 2-х позиционным и пропорциональным управлением. Кроме этого, управление может производиться от датчиков движения — это позволит подавать воздух в помещение только тогда, когда в нем кто-нибудь есть.

Недостатком всех рассмотренных вариантов VAV-систем является то, что пользователю приходится вручную регулировать подачу воздуха в каждой зоне. Если таких зон много, то лучше создать систему с централизованным управлением.

VAV-система с централизованным управлением

Централизованное управление VAV-системой позволяет включать предварительно запрограммированные сценарии, изменяя подачу воздуха одновременно во всех зонах. Например:

• Ночной режим . Воздух подается только в спальни. Во всех остальных помещениях клапаны открыты на минимальном уровне, чтобы не допустить застаивания воздуха.
• Дневной режим . Во все помещения, кроме спален, воздух подается в полном объеме. В спальных комнатах клапаны закрыты или открыты на минимальном уровне.
• Гости . Расход воздуха в гостиной увеличен.
• Циклическое проветривание (используется при длительном отсутствии людей). В каждое помещение по очереди подается небольшое количество воздуха — это позволяет избежать появления неприятных запахов и духоты, которые могут создать дискомфорт при возвращении людей.

VAV-система на три зоны с централизованным управлением

Для централизованного управления приводами клапанов используют модули JL201, которые объединяются в единую систему, управляемую по шине ModBus. Программирование сценариев и управление всеми модулями производится со штатного пульта вентустановки. К модулю JL201 можно подключить датчик концентрации углекислого газа или регулятор JLC-100 для локального (ручного) управления приводами.

Состав базового оборудования VAV-системы (приточной установки и автоматики)

В видеоролике рассказывается об управлении VAV-системой с централизованным управлением на 7 зон с пульта приточной установки Breezart 550 Lux:

Заключение

На этих трех примерах мы показали общие принципы построения и кратко описали возможности современных VAV-систем, более подробную информацию об этих системах можно найти на сайте Breezart .

Регуляторы переменного расхода воздуха КПРК для воздуховодов круглого сечения предназначены для поддержания заданного значения расхода воздуха в системах вентиляции с переменным расходом воздуха (VAV) или с постоянным расходом воздуха (CAV). В режиме VAV уставка расхода воздуха может изменяться с помощью сигнала от внешнего датчика, контроллера или от системы диспетчеризации, в режиме CAV регуляторы поддерживают заданный расход воздуха

Основными компонентами регуляторов расхода являются воздушный клапан, специальный приемник давления (зонд) для измерения расхода воздуха и электропривод со встроенным контроллером и датчиком давления. Разность полного и статического давлений на измерительном зонде зависит от расхода воздуха через регулятор. Текущая разность давлений измеряется встроенным в электропривод датчиком давления. Электропривод под управлением встроенного контроллера открывает или закрывает воздушный клапан, поддерживая расход воздуха через регулятор на заданном уровне.

Регуляторы КПРК могут работать в нескольких режимах в зависимости от схемы подключения и настройки. Уставки расхода воздуха в м3/час задаются при программировании на заводе-изготовителе. При необходимости, уставки могут быть изменены с помощью смартфона (с поддержкой NFC), программатора, компьютера или системой диспетчеризации по протоколу MP-bus, Modbus, LonWorks или KNX.

Регуляторы выпускаются в двенадцати исполнениях:

• КПРК…B1 – базовая модель с поддержкой MP-bus и NFC;
• КПРК…BМ1 – регулятор с поддержкой Modbus;
• КПРК…BЛ1 – регулятор с поддержкой LonWorks;
• КПРК…BK1 – регулятор с поддержкой KNX;
• КПРК-И…B1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе с поддерж-кой MP-bus и NFC;
• КПРК-И…BМ1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе с поддерж-кой Modbus;
• КПРК-И…BЛ1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе с поддерж-кой LonWorks;
• КПРК-И…BK1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе с поддерж-кой KNX;
• КПРК-Ш…B1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе и шумоглушителем с поддержкой MP-bus и NFC;
• КПРК-Ш…BМ1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе и шумоглушителем с поддержкой Modbus;
• КПРК-Ш…BЛ1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе и шумоглушителем с поддержкой LonWorks;
• КПРК-Ш…BK1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе и шумоглушителем с поддержкой KNX.

Для согласованной работы нескольких регуляторов переменного расхода воздуха КПРК и вентиляционной установки рекомендуется использовать Optimizer - регулятор, обеспечивающий изменение скорости вращения вентилятора в зависимости от текущей потребности. К Optimizer можно подключать до восьми регуляторов КПРК, а также объединять при необходимости несколько Optimizer в режиме «Ведущий-Ведомый».

Регуляторы переменного расхода воздуха сохраняют работоспособность и могут эксплуатироваться вне зависимости от их пространственной ориентации за исключением, когда штуцеры измерительного зонда направлены вниз. Направление потока воздуха должно соответствовать стрелке на корпусе изделия.

Регуляторы изготавливаются из оцинкованной стали. Модели КПРК-И и КПРК-Ш выполнены в тепло-/звукоизолированном корпусе с толщиной изоляции 50 мм; КПРК-Ш дополнительно оснащены шумоглушителем длиной 650 мм на стороне выхода воздуха. Патрубки корпуса оборудованы резиновыми уплотнениями, что обеспечивает герметичность соединения с воздуховодами.