Кондиционеры с активной(термодинамической) рекуперацией

Рекуперация тепла применительно к вентиляции – это возвращение тепла из удаляемого вытяжкой воздуха. Теплый, удаляемый воздух, в теплообменном аппарате, обменивается теплом с холодным приточным воздухом.

Итогом данного процесса на улицу выбрасывается охлажденный воздух, в помещение же подается свежий , уже подогретый воздух. Возросшие в последнее время требования к инженерным системам вновь возводимых зданий ,в том числе к системам приточно-вытяжной вентиляции диктуют минимизацию энергопотребления для данных систем.

Пережитком уходящего века можно считать механическая вытяжку и естественный приток, такой метод малозатратен и на этапе строительства позволял сэкономить на вкладываемых средствах ,но далее происходило следующее: вытяжная вентиляция создает в помещениях разряжение и через щели, разные неплотности, и т.п., воздух с улицы проникает в помещения, который необходимо догреть или охладить (при кондиционировании летом).

В зимний период требуется догревать морозный воздух до значения комнатной температуры ,а отопительный период на большинстве постсоветского пространства как известно составляет 2\3 года, поэтому с устаревшей схемой вентиляции эксплуатационные затраты на нагрев притока колоссальны. В южных регионах аналогично выглядят затраты на использование охлаждающих кондиционеров и чиллеров. К недостаткам данных систем так же следует отнести сквозняки и не возможность контролировать качества и количества приточного воздуха. Весьма быстро растущие цены на энергоносители заставляют задуматься: на чем возможно сэкономить? Какой смысл греть воздух, если он практически сразу выбрасывается наружу? Потери тепла (или холода) при вентиляции составляют наибольшую часть!

В Европе использование рекуператоров – уже не исключение, а норма. В нашей стране – это перспективное направление не только в теплосбережении, но и в области кондиционирования воздуха.

Прежде чем кратко описать принцип действия системы с термодинамической рекуперацией простая статистика:

• Пластинчатые рекуператоры КПД 15-75% в зависимости от типа,
• Роторные рекуператоры КПД 30-80%, но существуют ограничения, поскольку смешивание вытяжного и приточного воздуха 3-5%,
• Термодинамические рекуператоры КПД 400-450%, коэффициент преобразования СОР 4-4,5

В отличие от первых двух рекуператоров, система с термодинамической рекуперацией применяет холодильный контур с прямым расширением. Он устанавливается в приточную и вытяжную часть установки, чтобы передавать тепло от приточного воздуха к вытяжному и наоборот.

Тепловой насос – это традиционный холодильный контур с расширительным клапаном, компрессором, испарителем, конденсатором, которые располагаются отдельно в вытяжном и приточном воздуховодах.

Важная особенность – в системе имеется 4-ходовой перепускной клапан, который обеспечивает реверсирование хладагента в зависимости от сезона. Производительность системы зависит от расхода и температуры воздуха на входе в конденсатор и испаритель. Чем выше его температура, чем больше расход воздуха, тем выше производительность. Максимальная экономия при использовании таких тепловых насосов наблюдается при наличии на вытяжке значительного количества скрытого тепла.

Кондиционеры с приточной вентиляцией

Функциональные элементы  промышленного кондиционера с термодинамической (активной) рекуперацией тепла

Особенности

• Независимый крышный кондиционер воздушного охлаждения для обработки, фильтрации и обновления воздуха, на основе выбранной конфигурации. RTX агрегаты предназначены для средненагруженных помещений таких как: торговые центры, магазины, офисы, производственные помещения проектируемых для работы с 30% внешнего и вытяжного воздуха (версия MB3).
  Выбранная машина и дополнительное оборудование управляет свободным охлаждением и может быть оснащена рекуператором для утилизации энергии, содержащейся в отработанном воздухе, тем самым повышая производительность и эффективность.
• Версии
  RTX_F только охлаждение
  RTX_H тепловой насос
• Конфигурации
  MB2 со смесительной камерой и двумя клапанами
  MB3 со смесительной камерой и тремя клапанами, вытяжной вентилятор и рекуперация тепла из отработанного воздуха
  MB1 только рекуперация
  Каждая из конфигураций может быть дополнительно настроена с помощью широкого выбора комплектующих.
• 1 контур охлаждения
• Высокая эффективность спиральных компрессоров и низкое энергопотребление.
• Внутренние и внешние теплообменники прямого расширения с оребрением
  Приточные и вытяжные вентиляторы (если имеется), с прямым приводом, со встроенным плавным регулированием(ЕС). Лопасти направлены таким образом, чтобы воздушный поток проходил через внутренние компоненты с минимальным количеством шума.
• Группа осевых вентиляторов для очень тихой работы размещена на секции конденсации со стандартным электронным контролем конденсации.
• Воздушный фильтр G4 на пути наружного воздуха и утилизация устанавливаются перед компонентами, чтобы обеспечить низкие перепады давления.
• Микропроцессорное управление может обрабатывать различные режимы работы, обеспечивающие максимальную экономию энергии в любых условиях.
  Доступны интерфейсы для подключения к BMS и дополнительный пульт дистанционного управления.

Характеристики и технологические  преимущества

Базовая конфигурация “MB2”

1) Прямоточные вентиляторы для подачи воздуха
2) Осевые вентиляторы
3) Тандемные спиральные компрессоры
SA подача воздуха
РА отработанный воздух
ОА наружный воздух

Конфигурация с термодинамической утилизации “MB3”

1)Прямоточные вентиляторы для подачи воздуха
2) Осевые вентиляторы
3) Тандемные спиральные компрессоры

RTX устройство было разработано с целью снижения потребления энергии, об использованных технологиях мы коротко расскажем ниже.

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ  Вентиляция является одним из основных факторов энергопотребления. Она была использована и для подачи и для забора воздуха (если требуется), вентиляторы или прямоточные вентиляторы с бесщеточными двигателями ЕС, которые дают высокую производительность и низкое энергопотребление. Также, по сравнению, с обычными центробежными вентиляторами, они без ремней и шкивов, что позволяет легко регулировать поток воздуха, обладают компактностью, универсальностью и простотой в обслуживании.
В частности, адаптивная логика позволяет регулировать поток воздуха в зависимости от потребности системы с вытекающими отсюда преимуществами в плане снижения потребления.
Осевые вентиляторы для внешней секции блока имеют аэродинамический профиль.
В качестве опции, двигатели могут быть с электронным управлением (ЕС) для сокращения потребления конденсаторной секции.

МАКСИМАЛЬНАЯ СЕЗОННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Чтобы повысить эффективность контура охлаждения, мы использовали тандемные спиральные компрессоры не равной производительности.
Эта особенность позволяет снизить потребление и лучшей приспособляемости к требованиям системы. Особенно, в работе при неполной нагрузке, обеспечивая более высокую сезонную эффективность.

КАЧЕСТВО ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ
Особое внимание было уделено качеству естественного воздуха в комнате, с помощью стандартных фильтров G4 с высокой эффективностью очищения наружного воздуха, и также доступны фильтры на утилизацию (дополнительно) для технологических помещений.
Еще доступны (дополнительно) компактные фильтры F7 и F9 или электронные H10 для очищения воздуха.

АКТИВНАЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ УТИЛИЗАЦИЯ
В стандартной конфигурации MB3 встроенная термодинамическая утилизация для извлечения энергии, содержащейся в вытяжном воздухе, таким образом, что поток отработанного воздуха попадает во внешний оребренный теплообменник, тем самым повышая производительность.
Конечно, все эти технологические достижения управляются с помощью температурного контролера последнего поколения, способного работать в различных режимах; обеспечивая максимальную экономию энергии в любых условиях эксплуатации с помощью специального программного обеспечения.

Функциональные элементы  полупромышленного кондиционера с термодинамической (активной) рекуперацией тепла

Конструктивно кондиционер с динамической (активной) рекуперацией тепла представляет собой моноблочный агрегат канального исполнения, который предназначен для обработки воздуха, подаваемого из улицы в кондиционируемые помещения.  Компания Clivet выпускает кондиционеры с активной рекуперацией  тепла, которые могут работать, как в режиме охлаждения (В летний и переходный период времени), так и в режиме теплового насоса (В зимний и переходный период времени). На Рисунке №1 представлен внешний вид основных функциональных элементов кондиционера с активной рекуперацией тепла.

Рисунок №1. Внешний вид основных функциональных элементов кондиционера с активной рекуперацией тепла.

• А) Центробежный вентилятор, расположенный на стороне подачи свежего воздуха.
• В) Внутренний теплообменный агрегат.
• С) Внешний теплообменный агрегат.
• D) Центробежный вентилятор, расположенный на стороне вытяжки воздуха.
• Е) Высокоэффективный воздушный фильтр.
• F) Компрессор ротационного исполнения.

В состав агрегата входят следующие функциональные элементы:

• Полнофункциональный холодильный контур, предназначенный для охлаждения или нагрева воздуха, подаваемого из улицы в кондиционируемые помещения. Холодильный контур включает: компрессор ротационного исполнения,  внутренний воздушный теплообменник, наружный воздушный теплообменник, расширительное устройство – капиллярную трубку, четырех-ходовой клапан регулирования производительности.
• Система автоматизированного управления включает контроллер, пульт дистанционного управления, устройства защиты и автоматики.
  – Мало или средненапорный центробежный вентилятор на стороне притока воздуха предназначен для организации подачи воздуха в кондиционируемое помещение по системе воздуховодов.
  – Мало или средненапорный центробежный вентилятор на стороне вытяжки воздуха предназначен для организации вытяжки воздуха из кондиционируемого помещения по системе воздуховодов.
  – Воздушный клапан с приводом предназначен для смешивания приточного и рециркуляционного воздуха.
  – Высокоэффективный воздушный фильтр предназначен для очистки воздуха, подаваемого из улицы в помещения.
  – Электронагреватель малой мощности (0,5-1 кВт) предназначены для подогрева воздуха, подаваемого из улицы в помещения в зимний и переходный период времени
  – Дренажный поддон для сбора конденсата.
  Опционально агрегат может быть оснащен следующими элементами:
  – Пароувлажнитель, который предназначен для увлажнения воздуха, подаваемого в помещении с улицы.
  – Электронагреватели повышенной мощности.
  – Дренажный насос для удаления конденсата.

Что такое система термодинамической (активной) рекуперации тепла?

С учётом ранее опубликованных статей: “Рекуперация тепла”, Термодинамическая рекуперация тепла в вентустановках” и “Статическая  рекуперация тепла в вентустановках” и настоящей статьи становится очевидным и понятным насколько экономически выгодно использовать энергию сбросового тепла в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.  Система термодинамической (активной) рекуперации тепла предназначена для утилизации (возобновления) тепловой энергии воздуха, выводимого из помещения.

В данных агрегатах такую функцию выполняет встроенный холодильный контур. Как уже было сказано ранее холодильный контур включает два теплообменных агрегата: внутренний и внешний. Внутренний теплообменный агрегат установлен непосредственно в воздушном потоке приточного воздуха. Внешний теплообменный агрегат установлен в воздушном потоке воздуха выводимого из помещения. Таким образом при работе агрегата, тепловая энергия (переносится) передается из воздуха, выводимого из помещения приточному воздуху, подаваемому в помещение.

Как работает холодильный контур кондиционера с динамической (активной) рекуперацией тепла

Рисунок №2. Упрощенная схема холодильного контура кондиционера с динамической (активной) рекуперацией тепла.

• 1) Компрессор ротационного исполнения.
• 2) Воздух, выводимый из помещения.
• 3) Теплообменник конденсатора.
• 4) Воздух, выводимый на улицу.
• 5) Центробежный вентилятор на стороне вытяжки воздуха.
• 6) Расширительное устройство – капиллярная трубка.
• 7) Теплый воздух с улицы.
• 8) Теплообменник испарителя.
• 9) Центробежный вентилятор на стороне притока воздуха.
• 10) Обработанный воздух, подаваемый в помещение.

Капиллярная трубка имеет малое пропускное сечение, в сравнении с другими элементами холодильного контура, подобно горлышку от бутылки. Таким образом, компрессор создает высокое давление хладагента в зоне нагнетания и низкое давление в зоне всасывания. Центробежный вентилятор,  организуя циркуляцию воздуха, выводимого из помещения через теплообменник конденсатора охлаждает последний. 

При охлаждении, фреон, находящийся в теплообменнике конденсатора под высоким давлением начинает конденсироваться (переходит из газообразного состояния в жидкое), отдавая тепло воздуху, выводимому из помещения. Далее фреон поступает из теплообменника конденсатора, по фреонопроводу в капиллярную трубку и далее в  зону низкого давления. После капиллярной трубки, в зоне низкого давления происходит резкое падение давления, а следовательно и температуры фреона.

Центробежный вентилятор, создавая циркуляцию приточного воздуха, подаваемого в помещение, нагревает теплообменную поверхность испарителя. Попадая в теплообменник испарителя, фреон, нагреваемый приточным воздухом  начинает кипеть и испаряться (Переходя из жидкого состояния в газообразное).  При этом фреон поглощает  тепловую энергию приточного воздуха, охлаждая его. Далее фреон попадает в компрессор и процесс повторяется.

По теме:

Кондиционеры сплит – систем для дома

Кондиционер, что следует знать перед выбором?