Вентиляционные системы с переменным расходом воздуха (VAV-системы)

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 США и 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.

Принцип работы VAV-системы

Принцип работы VAV-системы

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 (ролик без звука):

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 выгодно отличаются по цене от аналогичного импортного оборудования. Заметим, что, несмотря на умеренную стоимость, оборудование Breezart обладает высокой надежностью и имеет 3-х летнюю гарантию.

VAV-система с 2-х позиционным управлением

Эта VAV-система собрана на базе приточной установки Breezart 550 Lux VP 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). Эта модель специально спроектирована для использования в системах с переменным расходом воздуха и комплектуется встроенным цифровым датчиком давления (порт для подключения измерительной трубки выведен на корпус ПУ). Благодаря этому никакие дополнительные датчики для создания VAV-системы на базе этой модели не требуются.

 
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), что 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.

Давайте посчитаем, насколько увеличится стоимость системы вентиляции, если вместо традиционного решения использовать 2-х зонную VAV-систему.

Обычная приточная установка аналогичной производительности (Breezart 550 Lux) стоит 60 000 рублей. То есть увеличение стоимости базового оборудования составит всего 18%, 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 удобнее использовать 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 Inv P 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-01. Вместо выключателей здесь применяются регуляторы SB-006 (внешне похожие на диммеры). Такая система позволяет пользователю плавно регулировать подачу воздуха в каждой зоне в диапазоне от 0 до 100%.

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 для того, чтобы избежать 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 помещениепо 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 можно использовать модули JL201, которые объединяются в единую систему, управляемую по шине ModBus. Программирование сценариев и управление всеми модулями производится с помощью сенсорной панели. К модулям JL201 могут подключаться разнообразные датчики (температуры, влажности, концентрации углекислоты и другие), а также регуляторы SB-006 для локального (ручного) управления приводами.

Заключение

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