Классификация систем кондиционирования и их особенности

Системы кондиционирования воздуха или сокращенно СКВ предназначены для создания комфортных тепловых условий для человека или техники в помещении. Они позволяют создавать благоприятный микроклимат и в жару, и в холод при помощи использования в своем составе холодильной машины, работающей на фреоне.

Комфортное кондиционирование включает в себя существенную подготовку воздуха: охлаждение, нагрев, осушение, увлажнение, фильтрацию, ионизацию и т.д. Поддержание заданных параметров почти не зависит от параметров атмосферного воздуха и их колебаний. Исключением являются лишь случаи использования СКВ при недопустимых температурных значениях на улице, которые определил производитель техники.

Если более детально рассматривать назначение систем кондиционирования воздуха, то можно их разделить на две группы:

  • СКВ комфортные – поддерживают основные параметры воздуха (температуру, влажность, чистоту), которые отвечают санитарно-гигиеническим нормам;
  • СКВ технологические – поддерживают требуемые параметры воздуха в том или ином производственном или техническом помещении.
Схема системы кондиционирования
Схема системы кондиционирования

Например, одной из задач системы кондиционирования для квартиры является обеспечение нормального уровня влажности. Те же 20% – это нижняя граница нормы, при достижении которой кожа человека и его слизистые оболочки сохнут, а 70% – верхняя граница, при которой значительно снижается теплообмен тела с окружающей средой, ухудшается работа сердечно-сосудистой системы, начинаются головные боли и ощущается нехватка кислорода. Кондиционер поддерживает средние показатели влажности и летом, и зимой – около 40-60%.

СКВ технологические создают комфортные условия для техники на производстве. Например, безотказность мощных ЭВМ обеспечат прецизионные системы, способные контролировать температуру, влажность и подвижность воздуха с точностью до 0,5%.

Не все знают, что назначение системы кондиционирования – это еще и поддержание допустимого уровня углекислого газа в помещении.

В детских больницах, офисах, магазинах и квартирах показатели заметно отличаются, поэтому в этих заведениях устанавливаются совершенно разные типы систем кондиционирования.

Нормальный газовый состав воздуха могут обеспечить кондиционеры, способные осуществлять регулярный приток кислорода в помещение, то есть увеличивать кратность воздухообмена. Избыток или недостаток углекислоты в организме пагубно сказывается на здоровье.

Вообще классификация СКВ очень разнообразна. Они могут разделяться по разным признакам:

  • по принципу размещения относительно обслуживаемой зоны – местные и центральные;
  • по принципу действия – рециркуляционные, прямоточные и комбинированные;
  • по количеству обслуживаемых помещений – одно- и многозональные;
  • по количеству регуляторов параметров выходящего воздуха – однотрубные и двухтрубные.

Это не весь список классификаций. Многие авторы тематических книг придерживаются разных точек зрения на этот вопрос и выдвигают свои версии деления СКВ на классы.

Типы и устройство кондиционеров

компрессионный цикл охлаждения сплит-системы
компрессионный цикл охлаждения сплит-системы

Если говорить о типах систем кондиционирования, то здесь наблюдается большое разнообразие, так как существуют и устройства для квартиры, и приборы для административных зданий, и агрегаты для промышленных помещений. Автоматизация систем кондиционирования воздуха в данном случае достигается использованием дополнительного оборудования.

Они могут быть выполнены в виде моноблока или двухкомпонентного устройства – сплит-системы. Первые имеют в одном корпусе все элементы, обеспечивающие движение фреона по холодильному контуру. У вторых более шумные детали вынесены в наружный блок, размещаемый на улице, а во внутреннем (комнатном) остаются фильтры, вентилятор, испарительный радиатор, иногда плата управления и другие нешумные детали.

Устройство любой СКВ, работающей на фреоне, предполагает наличие таких важных элементов, как:

  • компрессор, осуществляющий сжатие и всасывание хладагента;
  • теплообменники испарительного и конденсаторного типа, через которые передается тепловая энергия от фреона к окружающей среде;
  • вентиляторы, обеспечивающие обдув теплообменников;
  • фильтры механической очистки + нередко фильтры тонкой очистки;
  • плата управления, отвечающая за работу всей электроники;
  • регулятор потока (ТРВ или капиллярная трубка) для дозированной подачи жидкого хладагента из конденсатора в испаритель;
  • 4-ходовый клапан у «теплых» кондиционеров, перенаправляющий хладагент в другую сторону.
диаграмма зависимости давления и теплосодержания
диаграмма зависимости давления и теплосодержания

Устройство системы кондиционирования воздуха промышленного типа гораздо сложнее. В том же чиллере может быть несколько рядов вентиляторов или определенное количество трехходовых клапанов, изменяющих направление движения воды у чиллера с водяным охлаждением конденсатора.

Самая простая принципиальная схема системы кондиционирования воздуха показана здесь. На ней отражены все основные составляющие компрессионного цикла охлаждения вместе с соединяющими коммуникациями.

Практически во всех СКВ принципиальная схема цикла идентична. Представить цикл охлаждения можно и в виде графического изображения, как на рисунке. Здесь левая часть кривой – это состояние насыщенной жидкости, правая – состояние насыщенного пара. В точке соединения фреон может быть в любом состоянии.

Бытовые СКВ кондиционеры

Как уже говорилось, существуют системы кондиционирования воздуха для жилых помещений – это бытовые сплит-системы, и промышленные – для обеспечения нужд производства или других промышленных и технологических объектов. Есть так называемые полупромышленные или коммерческие системы, которые монтируют в офисах, магазинах, административных помещениях и на других общественных объектах.

К системам кондиционирования для квартиры можно отнести настенные, напольно-потолочные, кассетные, канальные и колонные сплит-систем, а также оконные и мобильные моноблоки, которые отличаются по конструкции внутреннего блока. Они же часто применяются в качестве полупромышленных устройств, но только с увеличенным мощностным диапазоном. Самым популярным бытовым устройством для охлаждения является настенный сплит, но его мощностной потенциал ограничен, так как у пользователей бытовых приборов нет потребности в сильной струе охлажденного воздуха.

У сплит-систем компрессор находится во внешнем блоке, поэтому работа таких приборов совершенно бесшумна. Если внутренних блоков, соединенных с внешним электрическими проводами и фреоновой трассой, несколько, то речь уже идет о мульти-сплит системе кондиционирования воздуха. К наружному модулю можно присоединить от 2 до 9 внутренних.

VRV и VRF-системы кондиционирования

VRV-система
VRV-система

Существуют многозональные системы, которые работают только с одним типом комнатных блоков – например, настенным, то есть все внутренние модули должны быть исключительно одного типа. Но современные производители выпускают мульти-сплит системы кондиционирования с возможностью подключения разнотипных внутренних блоков к одному наружному, при этом для зданий, имеющих большое количество помещений с различной тепловой нагрузкой уже не первый год создаются многозональные системы с изменяемым расходом хладагента. У них один внешний агрегат способен обеспечивать десятки внутренних.

Например, у MITSUBISHI ELECTRIC серия СИТИ МУЛЬТИ рассчитана на 16 внутренних модулей различных типов и совершенно разной мощности. Эти инверторные системы с переменной производительностью оснащены специальным терморегулирующим клапаном, который меняет мощность блока в зависимости от нагрузки и тем самым регулируют расход фреона. Температура поддерживается за счет этого более точно и не происходит никаких перепадов.

Внутренние блоки системы кондиционирования по типу мульти-сплит, как у MITSUBISHI ELECTRIC, могут работать в разных режимах одновременно. Это обеспечивает BC-контроллер, распределяющий фреон между блоками и разделяющий его с помощью сепаратора на пар и жидкость высокого давления. Благодаря этому сепаратору устройство данной системы кондиционирования воздуха упрощается – присоединение блоков к контроллеру осуществляется всего двумя трубками. Монтаж становится дешевле и проще, количество фитингов для стыковки уменьшается, допустимая длина трубопровода и перепады высот значительно увеличиваются.

Как правило, у простых мульти-сплит систем наружные и внутренние блоки соединяются линейно, то есть на каждый комнатный модуль нужна отдельная трасса. У многозональных от внешнего блока отходит лишь одна пара трубок, которая потом разветвляется по древовидному принципу с помощью рефнетов.

Рефнет имеет разные размеры сечения. При совмещении с трубой его обрезают по линии подходящего диаметра.

рефнет
рефнет

Многозональные устройства с переменным расходом хладагента имеют еще одно название – VRV-системы кондиционирования или VRF. Их преимущества очевидны:

  • длина единой системы трубопровода доходит до 100 м и даже более, перепады высот между блоками – до 50 м, что позволяет размещать наружный модуль в любом удобном месте;
  • количество внутренних блоков, соединяемых с одним внешним, доходит до нескольких десятков, при этом производительность последнего может быть на 30% меньше суммарной производительности первых;
  • управление может осуществляться как с индивидуальных пультов ДУ, так и с центрального стационарного пульта или компьютера – специальное программное обеспечение дает возможность объединить компьютерную сеть с кондиционерной сетью и управлять каждым кондиционером с персонального компьютера в разных зонах здания.

Разницы между понятиями VRF-системы кондиционирования и VRV практически нет. Изначально создание такой системы принадлежит компании DAIKIN, поэтому остальные производители применяют другую аббревиатуру, что не меняет смысл. Просто разные производители наделяют разными техническими возможностями выпускаемую технику (длина трассы, возможность рекуперации и т.д.)

Стоит помнить, что работа всех блоков в разных режимах (охлаждение и тепло) возможна только при трехтрубной системе соединения. Двухтрубная VRF-система кондиционирования способна обеспечить разные заданные параметры воздуха, но только в одном режиме.

наружный блок VRV-установки
наружный блок VRV-установки

Наружный блок некоторых VRV-систем кондиционирования может быть похож на полупромышленный двухвентиляторный блок или иметь более серьезную конструкцию, как на картинке.

Минусом кондиционирования с помощью VRV-системы можно считать заметный шум, издаваемый клапаном расхода. Его стараются спрятать в подсобном помещении или подвесном потолке. Также существуют устройства с выносным клапаном.

Проектирование и расчет систем кондиционирования

При подборе нужного холодильного устройства в квартиру часто пользуются экспресс-методикой расчета СКВ, при которой берется во внимание примерная тепловая нагрузка на помещение, относительно чего и выбирается наиболее близкий типоразмер устройства. Подбор производят по номинальной холодопроизводительности.

На 10 м² берут 1 кВт мощности по холоду и прибавляют к полученным данным от 10 до 30% в виде запаса на поступающее тепло от бытовой техники, оконных и дверных проемов, осветительных приборов и т.д.

Данная методика расчета подходящей системы кондиционирования позволяет упростить проектировочные работы, но допускает неточности, если применять ее к системам с большими возможностями и более сложным устройством, например, к многозональным СКВ. Она вполне применима при покупке бытовых сплит-систем и оконных/мобильных моноблоков.

Что требуется знать и учитывать при проектировании систем кондиционирования со сложным устройством? В первую очередь смотрят на исходные данные:

  • региональное местоположение объекта и расположение относительно сторон света;
  • строительные чертежи и планы помещения;
  • категорию объекта с учетом противопожарных норм;
  • чертежи с указанием размещения всего оборудования здания;
  • количество осветительных приборов;
  • характеристики энергоносителей;
  • данные уже существующих СКВ.

После анализа всех предоставленных данных приступают непосредственно к проектированию СКВ, которое обычно проходит в два этапа.

На первом этапе выбирают систему с техническим обоснованием, почему именно данный тип лучше для этого помещения. Здесь производят расчет системы кондиционирования по мощности, определяют ее расположение на объекте, прописывают число задействованных приборов, определяют параметры площади для установки и вычисляют примерную стоимость всех работ с оборудованием.

Второй этап предполагает разработку рабочего проекта с учетом строительной планировки, теплотехнических характеристик строительных конструкций и технологического задания. Обязательно рассчитывают воздухообмен, тепловой и тепловлажностной баланс помещения, проводят аэродинамический расчет воздушных сетей и гидравлический расчет жидкостных коммуникаций.

Далее все согласуется с заказчиком, СЭС, пожарной инспекцией и по необходимости вносятся изменения в проект. После заказывается оборудование и рабочие чертежи передаются монтажникам.

Техническое обслуживание и ремонт кондиционеров

Любая СКВ требует регулярного технического обслуживания, то есть очистки и проверки рабочих параметров, а в отдельных случаях – ремонта.

Стандартное техническое обслуживание СКВ – это профилактика поломок оборудования. Оно состоит из:

  • внешней очистки блоков;
  • промывки и дезинфекции фильтров, вентиляторов, радиаторов;
  • чистки дренажного трубопровода;
  • поверки давления в системе и температуры выходящих потоков воздуха;
  • протяжки крепежных деталей.

При необходимости может понадобиться дозаправка или полная перезаправка контура фреоном.

Обычно основное назначение очистки системы кондиционирования – предотвращение выхода из строя таких деталей, как вентилятор, четырехходовой клапан, компрессор. Если ее не проводить, то КПД прибора уменьшается, внутри начинают размножаться бактерии, при включении устройства появляется неприятный запах, а перечисленные элементы ломаются.

Даже если очистка системы кондиционирования воздуха проводилась регулярно, иногда поломки неизбежны. Перепады напряжения ведут к выходу из строя платы управления, которая является «мозгом» машины, а нарушение рекомендаций производителя по ее использованию в определенных температурных рамках приводит к проблемам с механическими элементами контура.

Пример того, какой ремонт систем кондиционирования воздуха может потребоваться, приведен в таблице.

Проблема Причина Восстановительные работы
Заклинивание компрессора; неравномерный пуск; невозможность пуска Включение прибора на обогрев зимой при температуре ниже -5°C

Брак завода-изготовителя

Некачественный монтаж трассы

Восстановление работоспособности детали или ее полная замена
Заклинивание вентилятора во внешнем блоке; поломка лопасти вентилятора Сильное загрязнение из-за отсутствия ТО

Включение прибора в сильные морозы

Брак завода-изготовителя

Замена вентилятора
 Мигание светодиодов; уход в коды ошибок; некорректная работа основных режимов; неисправности вентилятора, компрессора, пускового конденсатора Выгорание отдельных микросхем

Полное выгорание платы

Брак завода-изготовителя

Восстановление отдельных микросхем или полная замена платы
Обмерзание блоков; плохое охлаждение; шум при работе Утечка фреона Дозаправка/полная заправка фреоном, замена вальцовочных соединений, перепайка труб

Техническое обслуживание промышленных СКВ и ремонтно-восстановительные работы по устранению неполадок в них проходят по более сложной схеме и занимают больше времени. Своевременное выявление проблем и их устранение помогает избежать остановки всего рабочего процесса на производстве или любом другом крупном объекте нежилого назначения.

Профилактическое обслуживание бытовых систем рекомендуется проводить два раза в год. Промышленные установки необходимо обследовать и чистить гораздо чаще – минимум раз в квартал, максимум – раз в месяц. Все зависит от условий эксплуатации и местонахождения СКВ.