В этой статье мы проведем сравнительный анализ двух популярных систем кондиционирования воздуха: чиллеров и VRF (Variable Refrigerant Flow). Мы рассмотрим их преимущества и недостатки, а также область применения, чтобы помочь вам сделать осознанный выбор при проектировании системы кондиционирования для вашего объекта.
Общие сведения
Основные различия между системами VRF и чиллером заключаются в способе передачи тепловой энергии. В системе VRF теплообмен осуществляется путем испарения хладагента внутри теплообменников, что устраняет необходимость в промежуточных операциях и существенно повышает эффективность мультизональной системы. Однако это приводит к ограничению длины магистралей и перепада высот между наружным и внутренним блоком.
В случае чиллера теплообмен осуществляется путем предварительного охлаждения теплоносителя, циркулирующего в замкнутом контуре. Эффективность чиллеров зависит от мощности насосного (компрессорного) оборудования, что позволяет создавать системы, адаптированные к конкретным запросам и проектам. Однако такие комплексы отличаются повышенным расходом ресурсов, сложностью проектирования и большим количеством компонентов.
Статистика показывает постоянный рост использования систем VRF во всех сферах, что приводит к уверенному вытеснению чиллеров с рынка. Чтобы разобраться в причинах такого происходит, необходимо провести сравнительный анализ оборудования обоих классов. В результате анализа будет найден ответ на вопрос, что лучше выбрать — VRF или чиллер. Для этого проведем оценку современных систем VRF и чиллеров по четырем критериям: производительность, компоновка, эксплуатация и экономичность.
Что такое VRF система
Системы переменного хладагента (VRF) представляют собой мультизональные системы кондиционирования, способные работать на больших площадях. Они предназначены для как охлаждения, так и обогрева помещений.
Установка VRF-системы оправдана в случае необходимости создания индивидуального микроклимата в каждом помещении, что является их главным преимуществом. На сегодняшний день эти комплексы считаются одними из наиболее практичных, так как они позволяют гибко реагировать на потребности пользователя и обеспечивают постоянный контроль температуры во всех зонах кондиционирования одновременно.
Что такое система чиллер-фанкойл
Чиллеры, также известные как водоохладительные машины, предназначены для охлаждения жидкости с использованием парокомпрессионного или абсорбционного холодильного цикла. После охлаждения жидкость из чиллера может направляться в теплообменники для охлаждения воздуха или для отвода тепла от оборудования. В процессе охлаждения чиллер выделяет избыточное тепло, которое должно быть отводимо в окружающую среду. Чиллеры могут использоваться самостоятельно или в паре с фанкойлами в системах кондиционирования.
Системы чиллер-фанкойл представляют собой централизованные многозональные комплексы кондиционирования, где охлажденная жидкость циркулирует между центральным чиллером и локальными фанкойлами. Кроме чиллера и фанкойлов, эти системы включают трубопроводы, насосные станции и системы автоматического регулирования.
Отличия между системами чиллер-фанкойл и VRF/VRF системами:
- Большее расстояние между чиллером и фанкойлами в системах чиллер-фанкойл. Это обусловлено тем, что вода, используемая как теплоноситель, имеет высокую теплоемкость, что уменьшает потери на протяжении трубопроводов.
- Ниже стоимость разводки в комплексах чиллер-фанкойл, так как используются обычные водяные трубы, которые проще и дешевле балансировать.
- Безопасность систем чиллер-фанкойл выше, так как потенциально опасные газы (газовые хладагенты) концентрируются в чиллере, который обычно устанавливается на открытом воздухе, минимизируя риски аварий внутри здания.
Конструктивные различия
Как в системе VRV, так и в комплексе чиллер-фанкойл имеются значительные протяженные коммуникации.
В данном аспекте система чиллер-фанкойл имеет преимущество, так как расстояние между чиллером и фанкойлами может быть более 150 метров. Общая длина трубопроводов в комплексе чиллер-фанкойл ограничена только мощностью холодильного агрегата, что делает эту систему оптимальной для кондиционирования больших помещений.
Недавно некоторые производители систем VRV также начали выпускать системы с допустимым расстоянием между внутренними и внешними блоками более 100 метров. Однако ограничение на вертикальный перепад высот все еще существует для систем VRV.
Хладагенты
В чиллерно-фанкойловой системе в качестве холодильного агента используются вода или водный раствор. Это приводит к снижению затрат на систему, так как для циркуляции холодильного агента не требуются дорогостоящие медные трубы, необходимые для фреона.
Однако такие холодильные агенты, как вода, имеют и свои недостатки. Чтобы избежать образования отложений солей на внутренней поверхности труб во время эксплуатации, вода требует специальной очистки и подготовки, что требует определенных затрат. Тем не менее, с течением времени все равно образуется накипь, поэтому систему необходимо периодически чистить.
Утечку холодильного агента из системы чиллерно-фанкойл можно легко обнаружить по появлению водяных следов на стенах или потолке. В то время как утечку фреона можно догадаться только по косвенным признакам, таким как падение давления в системе и появление ошибок.
Из-за высокой стоимости фреона дозаправка системы VRV требует значительных затрат. В случае утечки фреона R407A потребуется его полная замена, что очень дорого. С другой стороны, повреждение декоративного покрытия стен и потолка от утечки воды также требует затрат.
Однако при правильной установке утечки холодильного агента происходят крайне редко как в одной, так и в другом комплексе.
Компоновка
Расположение и структура оборудования имеют прямое влияние на надежность его работы. Чем проще и менее сложна конструкция с меньшим количеством деталей, тем выше долговечность оборудования, а также его удобство в обслуживании, ремонте и эксплуатации.
Поскольку система VRF имеет минимальное количество функциональных компонентов, вероятность отказов у нее значительно ниже. В комплексах с чиллером и фанкойлами предусмотрены дополнительные узлы, такие как насосы и другие компоненты, которые отвечают за охлаждение и циркуляцию хладагента. Из-за этого такая система становится более сложной, что увеличивает вероятность возникновения неисправностей.
В таблице ниже мы собрали сравнение по основным элементам системы холодоснабжения:
| Элементы системы | VRF | Чиллер-фанкойл |
|---|---|---|
| Компрессор | + | + |
| Конденсатор | + | + |
| Терморегулирующий вентиль (ТРВ) | + | + |
| Испаритель | + | + |
| Фреонопроводы | + | + |
| Система управления | + | + |
| Теплообменник вода-фреон | — | + |
| Насос | — | + |
| Расширительные баки | — | + |
Надежность каждого комплекса зависит не только от ее сложности, но и от правильной разработки проекта. Для увеличения стабильности работы могут применяться различные методы, такие как двойное резервирование и системы самодиагностики. Однако это может привести к увеличению общей стоимости проекта и потребности в квалифицированных специалистах для обслуживания.
Благодаря более простой конструкции, проектирование системы VRF требует меньше времени. Кроме того, такой комплекс позволяет использовать надежные компрессоры типа On-Off или инверторного типа, а также модульную компоновку с различными схемами защиты. Высокая надежность мультизонального оборудования в сочетании с доступностью запчастей и легким ремонтом исключает необходимость многократного резервирования.
Производительность
Производительность внутренних блоков, независимо от типа системы, зависит от текущей температуры в помещении. По мере ее снижения ухудшается производительность оборудования, и этот процесс различается в разных системах.
Например, при расчетной температуре в помещении +24°C (или +20°C) производительность мультизонального оборудования снижается на 14% (или 30%). Для системы чиллер-фанкойл это значение составляет 36% (или 62%). Иными словами, при понижении температуры в помещении снижение производительности комплексов VRF по сравнению с чиллером в 2-2,5 раза меньше.
Разница в производительности обусловлена различной организацией процессов обмена тепла. Очевидно, что потенциал теплообмена мультизонального оборудования значительно выше.
Фактическая производительность наружного блока (НБ) как источника холода определяется длиной воздуховодов, через которые передается холод к внутреннему блоку. Чем длиннее эти воздуховоды, тем выше потери давления и тем меньше производительность холодного потока.
Системы VRF регулируют потери давления за счет уменьшения расхода хладагента при длинных трубопроводах, что снижает фактическую производительность наружного блока. В комплексах с воздуховодами длиной до 100 м реальная производительность НБ на 15% ниже, а до 200 м — на 25%.
Расчет аналогичного параметра для чиллера сложен из-за отсутствия регулирования производительности путем уменьшения расхода хладагента, поскольку система не способна учитывать длину воздуховода до конечного получателя холода. Кроме того, требуется дополнительное количество энергии как для нагрева охлаждающего средства, так и для компенсации потерь, что также снижает производительность оборудования.
Потери производительности мультизонального оборудования VRF на коротких трубопроводах длиной до 50 м составляют 1,5-2 раза меньше. При необходимости строительства длинных и разветвленных трубопроводов более 100 м рекомендуется использовать чиллер.
Согласно технической документации, диапазон работы VRF в режиме охлаждения составляет от -15°C до +54°C, а для чиллеров — от -10°C до +43°C. В режиме обогрева диапазон температур для VRF составляет от +25°C до +24°C, а для чиллеров — от +10°C до +21°C.
Мультизональное оборудование VRF обладает более широким диапазоном функциональности не только для охлаждения, но и для обогрева помещений. Кроме того, благодаря возможности регулирования температуры кипения хладагента такие системы позволяют поддерживать комфортную влажность.
В чиллерах при одинаковой температуре в помещении влажность выше, что ухудшает теплообмен между организмом и окружающей средой. Кроме того, средняя скорость потока внутри трубопровода VRF на 20-30% ниже по сравнению с чиллерами, что приводит к меньшему уровню шума.
Монтаж
В этом аспекте система VRV оказывается более гибкой благодаря своей модульной конструкции, позволяя проводить установку по мере готовности здания к эксплуатации. Каждый новый модуль может быть добавлен к комплексу без необходимости особых конструктивных изменений. Подключение внутренних блоков также способствует увеличению общей производительности комплекса до 50%.
В отличие от этого, система чиллер-фанкойл проявляет консервативный подход. Хотя добавление новых модулей возможно, это зависит от максимальной мощности холодильного агрегата и насосной станции. Кроме того, расположение внутренних блоков (фанкойлов) должно быть определено на стадии проектирования здания.
Сам процесс установки достаточно трудоемок как в первом, так и во втором случае. Установка комплекса чиллер-фанкойл требует специального оборудования, такого как кран и погрузчик, в то время как у комплексов VRV это делается более просто. Однако, это только на первый взгляд. Например, если для установки холодильного агрегата, фанкойлов и водопроводных труб требуется навыки среднего уровня у монтажника, то для пайки фреоновых труб требуется высокая квалификация.
Опыт показывает, что частые сбои в работе мультизональных систем обусловлены некачественной установкой. Поэтому, если у вас нет уверенности в своих способностях обеспечить правильную установку и профессиональное обслуживание мультизонального комплекса, лучше выбрать комплекс чиллер-фанкойл.
Эксплуатация
Один из недостатков схем VRF заключается в ограничении на длину трубопроводов и перепад высот между блоками до 110 м, что делает их не применимыми для высотных зданий.
Например, в ОАЭ инженеры решают эту проблему, разделяя общую систему на несколько отдельных гидравлических колец циркуляционного типа. Это делается путем установки противоточных теплообменников и наружных блоков на каждом этаже с использованием специальных балконов.
Преимущества схем VRF разделенного типа:
- Возможность выравнивания давления на разных этажах, чтобы избежать излишнего давления в нижней части здания.
- Способность обслуживать здания любой высоты благодаря устранению проблемы перепада высот между блоками.
- Каждый комплекс цикличен только на одном этаже, что сокращает длину воздуховодов.
- Достижение максимальной эффективности благодаря небольшой длине трубопроводов и отсутствию вертикальных переходов.
В отношении чиллеров нет ограничений по длине и перепаду высот. Однако по сравнению с мультизональными схемами из-за большой длины, наличия множества насосов и дополнительного оборудования, расходы электроэнергии на обслуживание чиллеров выше на 1,2–1,5 раза. Энергоэффективность таких систем также хуже в 1,5–2 раза.
Вопрос экономичности
Помимо производительности, организации и эксплуатационной удобности, важным фактором при выборе оборудования является его стоимость. Конкурентоспособность определяется ценой за каждые 1000 кВт мощности в режиме производства тепла и холода.
Сравнительный анализ показывает, что расходы на приобретение оборудования для схем VRF значительно ниже даже без учета стоимости дополнительных материалов и установки. Это основная причина, по которой такие системы завоевывают рынок.
Другой причиной преобладания мультизонального оборудования над чиллерами является более высокая стоимость дополнительных материалов: воздуховодов, клапанов, изоляции и так далее. Согласно статистике, затраты на эти материалы для чиллеров составляют около 20–35% от общей стоимости оборудования, в то время как для VRF это значение не превышает 15–25%.
Это обусловлено следующими факторами:
- Меньший диаметр трубопроводов для мультизональных систем кондиционирования благодаря использованию хладагента, который обладает более высокой энергоемкостью по сравнению с обычной водой. Для обеспечения идентичной производительности требуются трубы большего диаметра при использовании жидкого теплоносителя.
- Краткость магистралей VRF по сравнению с чиллерами. Наружные блоки размещаются ближе к внутренним блокам.
- Готовность мультизональных блоков к монтажу, что сокращает количество компонентов. При строительстве чиллеров требуется большее количество дополнительных элементов.
Третья причина предпочтения мультизональных комплексов заключается в меньших расходах на монтаж и пусконаладочные работы. Модульная компоновка облегчает установку и тестирование, что снижает расходы на установку и запуск в эксплуатацию по сравнению с чиллерами.
Гибкость системы
Многие специалисты по холодильному оборудованию считают гибкость основным преимуществом системы чиллер-фанкойл. Этот комплекс легко можно интегрировать с уже существующими отопительными устройствами в здании или включить в систему приточной вентиляции. В этом комплексе успешно сочетаются компоненты от различных производителей, что не оказывает негативного влияния на ее работоспособность.
С другой стороны, все внутренние блоки комплекса чиллер-фанкойл могут функционировать только либо для охлаждения, либо для обогрева одновременно, что не всегда удобно. Комплекс VRV позволяет регулировать температурный режим для каждого кондиционера по отдельности, следуя принципу утилизации тепла.
Преимущества и недостатки систем чиллер-фанкойл
В этом разделе мы рассмотрим преимущества и недостатки мультизональной системы с чиллером и фанкойлами.
Преимущества:
- Более низкая изначальная стоимость;
- Относительно простой монтаж, который требует менее квалифицированный персонал;
- Отсутствие ограничений на перепады высот и длину магистралей;
- Практически неограниченные возможности изменения конфигурации внутренних блоков (фанкойлов) с невысокой стоимостью такой работы;
- Возможность снижения общей номинальной мощности чиллера благодаря нелинейности теплопритоков по всему зданию.
Недостатки:
- Больший расход электроэнергии;
- Большое количество дополнительных элементов в комплексе, таких как насосы, запорная арматура, промежуточные теплообменники и т. д.;
- Многочисленные проектные расчеты, которые требуют высокой квалификации проектировщиков;
- Большие затраты труда и сложность эксплуатации и обслуживания, так как необходимо дополнительно промывать гидравлическую систему и теплообменники, чистить грязевые фильтры, проверять рабочие параметры насосов и так далее;
- Высокая дискретность регулирования производительности как у чиллера, так и у фанкойлов.
Преимущества и недостатки VRF-систем
В этой части статьи мы рассмотрим преимущества и недостатки комплекса VRF с несколькими зонами.
Сильные стороны:
- Возможность обогрева помещений без удорожания и усложнения комплекса;
- Высокая энергоэффективность;
- Меньший уровень шума как у внешних, так и у внутренних блоков;
- Минимальное количество проектных расчетов и относительно простая установка;
- Высокая надежность благодаря ротации компрессоров и наличию нескольких систем на больших площадях;
- Удобные возможности диспетчеризации и центрального контроля;
- Относительная простота обслуживания и эксплуатации;
- Точное поддержание заданной температуры пользователем с автоматическим регулированием оборотов вентилятора внутреннего блока в зависимости от нагрузки.
Слабые стороны:
- Ограничение длины трасс и разницы в высоте между внутренними и наружными блоками;
- Высокая стоимость;
- Большая общая холодопроизводительность систем, чем у чиллер-фанкойл, что в конечном итоге приводит к снижению до необходимого уровня (что также сопряжено с высокой стоимостью);
- Необходимость остановки комплекса при изменении конфигурации внутренних блоков с высокой стоимостью данной операции.
Заключение
В заключение, сравнительный анализ чиллеров и VRF выявил, что каждый комплекс обладает своими преимуществами и ограничениями. Выбор между ними зависит от конкретных потребностей проекта.
Чиллеры идеальны для крупных помещений, предоставляя высокую производительность, но с более высоким энергопотреблением. VRF, с мультизональной гибкостью, подходят для средних зданий, обеспечивая экономичную и эффективную работу.
Осознанный выбор с учетом условий и требований помещения определит оптимальное решение для конкретного проекта кондиционирования воздуха.
