Когда домашним климатом управляет вода

Основные узлы двухкомпрессорного чиллера (CARRIER):

1. Конденсатор
2. Осевой вентилятор
3. Контроллер Pro-dialog plus
4. Фильтр-осушитель
5. Рама
6. Спиральные компрессоры
7. Виброгасящая колонна
8. Смотровое стекло
9. Испаритель
10. Фильтр очистки воды
11. Трехходовой клапан
12. Реле протока
13. Насос
14. Расширительный бакО многих кондиционерах, работающих на фреоне, мы уже рассказывали в нашем журнале (

Если не вникать в технические подробности, чиллер в наиболее распространенном исполнении можно сравнить с домашним холодильником. Его главными частями тоже являются испаритель, конденсатор и компрессор, соединенные трубопроводом, по которому циркулирует фреон. Фреон переходит в газообразное состояние, отбирая тепло у омывающей испаритель воды. При этом ее удается охладить до 5-7С. Вконденсаторе, наоборот, пары хладагента превращаются в жидкость с выделением тепла, так что конденсатор необходимо охлаждать. Для чего эту часть чиллера либо выносят на улицу, либо располагают в помещении, откуда необходим отвод тепла.

Как и у сплит-системы, у системы с чиллером возможны 2режима работы: или только охлаждение, или охлаждение плюс нагрев (впоследнем случае чиллер называют реверсивным, а режим- режимом теплового насоса или тоже реверсивным). При первом вода сначала охлаждается с помощью испарителя до 5-7С, после чего поступает в фенкойл, где охлаждает подаваемый вентилятором воздух. Врежиме теплового насоса воду направляют на конденсатор, где она, отбирая у него тепло, нагревается до температуры 45-55С и по трубопроводу подается в фенкойл, через который нагревает воздух в помещении.

Группа мини-чиллеров модельной серии EUWY от DAIKIN, смонтированных на крыше коттеджаТрубопровод для циркуляции воды может быть одноконтурным, то есть представлять собой один замкнутый контур труб, а может быть и двухконтурным. Если у вас использована одноконтурная схема, и стоит реверсивный чиллер, это позволяет охлаждать помещения летом и обогревать в межсезонье. Но на зиму трубопровод придется отключить от чиллера. Причем горячую воду с температурой 80-90С в фенкойлы можно подавать от котла. Втаком случае фенкойл превращается в радиатор водяного отопления. Но чтобы прибор успешно справлялся с новыми функциями, по исполнению он должен быть напольным и располагаться под окном. Так удастся равномернее и без сквозняков прогревать комнату. Перед каждым фенкойлом устанавливают трехходовой клапан, автоматически пускающий воду мимо при выключенном вентиляторе. Но главный недостаток одноконтурных схем при этом сохраняется: все помещения обслуживаются в одном режиме- охлаждения или нагрева.

При двухконтурном трубопроводе все иначе. По одному контуру пускают холодную воду от чиллера, а по другому- горячую от котла. Естественно, в каждом контуре должен быть установлен свой насос. Вконкретный фенкойл подают либо ту, либо другую воду и тем самым охлаждают или обогревают каждое помещение независимо от других.

Вариант схемы системы "чиллер-фенкойл" для коттеджаЧиллер чаще всего располагают в подсобке, но можно установить его и в холодном помещении, и даже на улице. Это приводит к уменьшению строительных затрат. Немаловажна и экономия на хладагенте. Скажем, при холодопроизводительности 19кВт в системе "чиллер-фенкойл" масса фреона составляет всего лишь 5,4кг (ав сплит-системе- около 14кг). При цене 1кг наиболее экологически безопасного хладагента R410 $106 экономия будет около $900. Вместе с тем использование дополнительного теплоносителя (воды) для создания домашнего климата на 50-70% повышает текущий расход электроэнергии по сравнению с фреоновой системой.

Между подающей и возвратной ветвями трубопровода параллельно подключают несколько фенкойлов- обычно по одному в каждом помещении. Температуру воздуха изменяют путем увеличения или уменьшения расхода поступающей от чиллера (иликотла) воды. Авентилятор интенсивно перемешивает слои воздуха и выравнивает температуру в помещении. Но поскольку эффективность передачи тепла в 1,2раза, а перепад температур воздуха и воды в 1,3раза меньше по сравнению с фреоновой системой, то производительность фенкойла почти на 50% ниже производительности внутреннего блока аналогичной по размеру сплит-системы.

Вариант схемы системы "чиллер-фенкойл" для многоквартирного жилого домаДругим неудобством является наличие в системе двух баков: накопительного и расширительного. Первый нужен для улучшения работы чиллера при неполной загрузке (например, в случае отключения ряда фенкойлов), второй- для компенсации увеличения объема воды при большой разнице ее температур в подающей и возвратной ветвях (скажем, в очень жаркую погоду). Дополнительный объем воды в накопительном баке замедляет выход системы на тепловой режим. Иными словами, при желании охладить или нагреть воздух в помещении ждать придется дольше, чем в случае со сплит-системой.

Наконец, еще одним неудобством, способным доставить много хлопот дизайнеру, могут стать 5труб, подключаемых к каждому фенкойлу при использовании двухконтурного трубопровода (подве на холодную и на горячую воду плюс еще одна для дренажа накапливающегося конденсата). Правда, их укладка в стены полностью снимет проблему. Да и сами трубы могут быть не медными, как в случае фреоновой системы, а металлопластиковыми или стальными.

Однако система с чиллером обладает и положительными качествами:

• к одному чиллеру можно подключить больше фенкойлов, чем внутренних блоков к одному наружному блоку сплит-системы при одинаковой холодопроизводительности;
• допустимо любое расстояние между чиллером и фенкойлами- лишь бы хватило мощности насоса да был хорошо изолирован трубопровод (чтобы вода не успела нагреться или охладиться на пути к фенкойлу);
• регулировать тепловой режим можно как изменением температуры воды в чиллере, так и изменением скорости теплопередачи в фенкойле, причем при необходимости каждый фенкойл в любой момент легко выключить;
• подсоединение к котлу контура трубопровода позволяет отказаться от батарей водяного отопления и использовать вместо них фенкойлы (имеющие примерно такую же теплоотдачу).

Компоновка узлов чиллера, работающего на холод, с воздушным охлаждением (модель Ciatcooler LSH35 от CIAT)Но, предположим, помимо кондиционирования, вы хотите еще и вентилировать помещение, подавая в него свежий воздух. Тогда и в системе с чиллером, и в сплит-системе придется применять центральный кондиционер или установку приточного воздуха.

Производительность процесса кондиционирования оценивают из расчета 0,1кВт/м². Так, при площади коттеджа в 300м² потребуется чиллер с холодопроизводительностью 30кВт. Теплопроизводительность любого чиллера выше его холодопроизводительности. Поэтому не стоит опасаться нехватки тепла зимой, если холодопроизводительность летом была достаточной. Производительности 30кВт вполне хватает для кондиционирования большинства коттеджей, и мы ограничимся ею при обзоре систем "чиллер-фенкойл". Используемые в этом случае чиллеры будем называть (длякраткости) мини-чиллерами, чтобы отделить их от промышленных устройств, производительность которых сотни, тысячи киловатт и даже десятки мегаватт.

Потребляемая системой электрическая мощность может быть определена делением номинальной производительности на коэффициент производительности (равный 2,5-3 в режиме охлаждения и 3-3,5 в режиме нагрева). Так, при холодопроизводительности 30кВт она составит 10-12кВт. При выборе системы следует учитывать, что большинство моделей чиллеров работает от трехфазной электрической цепи.

Рассмотрим возможности интересующих нас систем на примере изделий пятнадцати зарубежных фирм, поставляющих эту продукцию на российский рынок: американских YORK, CARRIER, TRANE, LENNOX, McQUAY, DUNHAM-BUSH, итальянских BLUEBOX, CLIVET, EMICON, DеLONGHI (отделение CLIMAVENETA), французских ACSON, CIAT, японской DAIKIN, немецкой AL-KO и израильской ELECTRA (французское отделение WESPER).

Различия между моделями заключаются не только в габаритных размерах и внешнем виде, но и в степени влияния на климат помещения.

Потолочные фенкойлы из модельного ряда FWHM от DAIKIN в спальной комнатеВ чиллерах могут применяться компрессионный и абсорбционный принципы охлаждения. Вбыту наибольшее распространение получил первый, хотя иногда встречаются мини-чиллеры, работающие по второму принципу (например, 16CHO18 фирмы CARRIER с производительностью по холоду 17,5кВт и по теплу 28,4кВт). Далее мы будем рассматривать только модели с компрессионным принципом действия.

Главные части чиллера- испаритель, конденсатор и компрессор, включенные в единую цепь циркуляции хладагента. Различают 2типа охлаждения конденсатора: воздушное и водяное. Более распространено воздушное, создаваемое электрическим вентилятором, который может быть осевым или радиальным (центробежным). Первый из них тише и дешевле, но менее производителен. При радиальном вентиляторе воздух, как правило, забирается из помещения (чердак, подвал, чулан) и выбрасывается под напором до 250Па наружу. Частота вращения каждого вентилятора может быть постоянной или переменной. Так, в модели чиллера LSH30 фирмы CIAT установлены два осевых вентилятора с постоянной частотой вращения и мощностью 180Вт каждый; они обеспечивают расход воздуха 3100м³/ч. Амодель PRA6D фирмы LENNOX оснащается вентиляторами с переменной частотой вращения. Внекоторых моделях можно заказать желаемый тип вентилятора.

Мини-чиллер из модельного ряда Ecolean от LENNOX смонтирован во дворе домаУстановленный во дворе чиллер удобно накрыть навесом. Он располагаться, как минимум, на 0,5м выше вентилятора. Иногда выносным делают лишь конденсатор (своздушным охлаждением), монтируя его на крыше или наружной стене дома и соединяя трубопроводом для хладагента с остальной частью чиллера, находящейся в помещении. Так устроены, например, приборы модельных рядов CWP-RC и CWP-HP фирмы WESPER. Обслуживание подобной системы облегчено свободным доступом к чиллеру, ей не грозит замерзание.

Вода обладает большей теплопроводностью, чем воздух. Водяное охлаждение дешевле, но работать оно может лишь при температуре окружающего воздуха выше +4С. Поэтому приходится или устанавливать чиллер с водяным охлаждением конденсатора в закрытом помещении, или отключать систему и сливать из нее воду с наступлением холодов. Кроме того, желательно, чтобы вода была проточной.

Существует несколько конструктивных решений систем водяного охлаждения. Вмини-чиллерах чаще всего используют пластинчатый конденсатор (таково устройство моделей EUW5-20F фирмы DAIKIN или HRH-HRHN фирмы CLIMAVENETA).

По месту расположения все чиллеры делят на две группы:

• предназначенные для установки вне помещения, в которых воздушное охлаждение осуществляется с помощью осевого вентилятора;
• устанавливаемые внутри помещений:
  1. моноблочные, в которых воздушное охлаждение осуществляется с помощью радиального вентилятора;
  2. составные, с выносным конденсатором;
  3. с водяным охлаждением пластинчатого конденсатора.

Фенкойл, выполняющий зимой функции радиатора водяного отопления, установлен в кабинете под окномВ первом случае при использовании системы только для охлаждения необходимо перед наступлением холодов слить воду из трубопровода или теплоизолировать его вводную часть, расположенную вне дома. Вкачестве теплоносителя вместо воды иногда применяют этиленгликоль (антифриз, но только не тосол), температура замерзания которого колеблется от -20до -65С (взависимости от концентрации), и в который введены специальные присадки против коррозии, образования пены и накипи. Впрочем, этиленгликоль на 2-6% снижает эффективность теплопередачи да к тому же токсичен. Поэтому, предпочтя его, вы будете вынуждены, как и при использовании фреонов, обеспечить надежную герметизацию всех соединений в трубопроводном контуре.

При температуре на улице ниже +5С эффективность работы чиллера как теплового насоса снижается, а при дальнейшем понижении температуры возникают серьезные проблемы. Так что оптимально использовать этот режим при температуре порядка -10С - поздней весной или ранней осенью с отключенной системой центрального отопления.

Основные требования к компрессору, "гоняющему" хладагент внутри чиллера между испарителем и конденсатором,- компактность, надежность и низкий уровень шума. Известны несколько вариантов конструкции компрессора, но для мини-чиллеров почти все фирмы предпочитают спиральный тип (scroll), соответствующий всем трем требованиям при минимуме затрат. Однако в некоторых моделях (например, МАС050AR фирмы McQUAY) можно встретить и поршневую конструкцию. Для повышения надежности иногда используются два компрессора (как в модельных рядах ЕAС фирмы LENNOX или RAE фирмы EMICON). Каждый из них взаимодействует только со своей частью испарителя, но при выходе из строя одного прибора другой возьмет на себя всю нагрузку. Вряде моделей предусмотрен еще и электроподогрев масла в картере, что позволяет устройствам работать при снижении температуры окружающего воздуха вплоть до -20С (модели AureaILA50 фирмы CIAT, CWP-RC 06 фирмы WESPER, CXA036ND фирмы TRANE и другие).

Напольныe фенкойлы из модельного ряда FWV от DAIKIN в интерьере холлаИз двух конструкций конденсатора- пластинчатой и трубчатой- при производительности до 200кВт предпочтение отдают первой. Конденсатор изготавливают с низким гидравлическим сопротивлением, из нержавеющей стали, снаружи покрывают теплоизоляцией (скажем, вспененным полиуретаном), чтобы снизить опасность замерзания воды в межсезонье. Некоторые модели чиллеров позволяют использовать тепло, выделяющееся при конденсации хладагента, в качестве нагревателя воды, которую можно применять для технических нужд, например для бассейна. Эти приборы еще называют чиллерами с рекуперацией тепла, которая по эффективности может быть полной (когда предусмотрен дополнительный теплообменник) или частичной. Примеры таких мини-чиллеров- модели ALFA/HP91 фирмы BLUE BOX и ERAN/PR290 фирмы CLIMAVENETA. Причем в обоих случаях возможна полная или 20-процентная рекуперация.

Напольныe фенкойлы из модельного ряда FWV от DAIKIN в интерьере столовойВ ряде современных чиллеров устранена инерционность выхода на основной режим. Проблема решена путем отказа от накопительного бака. Но при большом количестве фенкойлов и малом объеме воды ее температура будет быстро меняться, а компрессор- часто включаться, что сокращает ресурс его работы. Для исключения значительных скачков температуры используют электронное управление производительностью чиллера. Так, фирма CARRIER в серии Aquasnap ввела инверторное управление компрессором и повысила в 2раза допустимый предел его пусков за счет оптимизации конструкции и использования новых материалов. DеLONGHI разработала для чиллеров модельного ряда Eran/P специальный алгоритм, обеспечивающий плавное согласованное регулирование двух потоков: хладагента (спомощью термочувствительного вентиля и клапана байпаса) и воды (благодаря изменению мощности насоса). Компрессор не отключается даже при действии лишь одного фенкойла. Ав режиме теплового насоса байпас подает горячий фреон в обход теплообменника прямо в испаритель, из-за чего на последнем не образуется льда. Оба решения не только позволяют отказаться от накопительного бака и повысить скорость выхода на режим, но и сокращают число пусков компрессора, устраняют скачки температуры воды, а следовательно, обеспечивают стабильность температуры воздуха в помещении. И, конечно, повышают срок службы компрессора.

Однако, несмотря на всевозможные уловки и конструктивные находки, чиллер остается весьма шумной машиной. Даже у наименее "звучных" моделей LSH35 (CIAT) или WSAN71 (CLIVET) уровень шума, судя по результатам сертификационных испытаний европейской организации EUROVENT на 2002г., не ниже 70дБА, что сравнимо с гулом уличной магистрали. Понятно, что такие установки размещают подальше от жилых комнат.

Особый разговор- остоимости чиллеров. Ни одна фирма не предлагает прайс-листов, ссылаясь на индивидуальность исполнения каждого заказа. Скажем лишь, что цена может колебаться от $3000 до 5000, а ждать выполнения заказа придется от30 до 60 дней.

* - в скобках приведен диапазон холодопроизводительности всего модельного ряда;
** - О-осевой, Р - радиальный;
*** — выносной конденсатор.

* - в скобках приведен диапазон производительности всего модельного ряда в режимах охлаждения и нагрева.
** - О - осевой, Р - радиальный.
*** — выносной конденсатор.

Фенкойл еще называют вентиляторным доводчиком. Очевидно, потому, что именно в нем комнатный воздух, подаваемый вентилятором на теплообменник, постепенно охлаждается, забирая холод у проточной воды из чиллера. Хотя внешне фенкойл похож на внутренний блок сплит-системы, конструктивно он намного проще, поскольку содержит лишь теплообменник в виде оребренных труб и вентилятор. Фенкойлы тоже бывают напольными, подвесными, потолочными, кассетными или канальными. Во многих случаях предусмотрена возможность подключения труб как слева, так и справа, а иногда и снизу (например, в моделях 42NM фирмы CARRIER, PССVA фирмы CLIVET и FC30 фирмы CLIMAVENETA).

Мини-чиллер от CARRIER из модельного ряда 30RH с режимами нагрева и охлажденияРазмерный ряд фенкойлов любой фирмы характеризуется диапазоном холодо- и теплопроизводительности, который зависит от площади поверхности теплообменника и наружного диаметра лопастей вентилятора. Расход воды через маломощный фенкойл не превышает 0,2 л/с, причем расход горячей воды обычно в 1,5-2 раза ниже, чем холодной.

Почти у всех фенкойлов предусмотрено трехступенчатое изменение скорости вращения электродвигателя вентилятора, а, например, в модельном ряду CWP фирмы WESPER- плавное. Это позволяет обеспечивать более комфортный режим выхода на заданную температуру.

Конструкцией фенкойла может быть предусмотрен также и подмес свежего (уличного) воздуха. Скажем, с помощью специальной камеры, подключенной к установке приточно-вытяжной вентиляции. Эта камера позволяет менять режим подачи охлаждаемого воздуха с рециркуляционного на прямоточный (вмоделях FWH3C от DAIKIN, 42NM от CARRIER и других). Поступающий воздух проходит через легкосъемный воздушный фильтр многоразового использования. Внижней части корпуса фенкойла имеется поддон для сбора и слива конденсата, натекающего с теплообменника. На выходе ряда фенкойлов для повышения эффективности работы в режиме обогрева устанавливают электронагреватель мощностью от 0,5 до 3 кВт. Управление фенкойлом может осуществляться вручную или автоматически (автономно или с единого пульта всей системы).

Об уровне шума, создаваемого фенкойлом, который находится непосредственно в жилом помещении, можно сказать, что он, по данным EUROVENT, не опускается ниже 36дБА и не превышает аналогичной характеристики внутреннего блока сплит-системы. Фирмы CARRIER и DeLONGHI в последних моделях устанавливают малошумящие подшипники, а винтовую конструкцию лопастей вентилятора снабжают особым профилем. Это снижает уровень шума, создаваемого фенкойлом, до звуков тихой улицы.

* - блок подмеса свежего воздуха устанавливается на заказ;
** — электронагреватель устанавливается на заказ.

Система "чиллер- фенкойл" напоминает конструкцию водопроводной или сантехнической сети, поэтому собирается и монтируется довольно просто. Врезультате стоимость монтажных работ, как минимум, в 2раза ниже, чем при установке сплит-системы. Чиллер можно диагностировать и ремонтировать отдельно от всей сети- как обычный холодильный агрегат бытового холодильника.

Большинство современных систем содержат в своих трубопроводных контурах гидравлический модуль. В нем объединены водяной насос, накопительный (если он присутствует) и расширительный баки, реле протока, запорные вентили, вентиль для подбора оптимального расхода воды (всоответствии с характеристиками установки), терморегулирующий вентиль, фильтр-осушитель, реле высокого и низкого давления и много других полезных элементов. Такой модуль значительно упрощает монтаж системы, ведь требуется всего лишь проложить трубы для объединения чиллера, фенкойлов и гидравлического модуля в единую цепь. Ясно, что вероятность ошибок монтажа при этом резко уменьшается, а надежность устройства увеличивается. Например, фирме CARRIER удалось обеспечить 23-летний ресурс работы системы.

Эффективность воздушного охлаждения чиллера RY от CARRIER определяется размахом лопастей мощного осевого вентилятораМы привыкли, что любая сплит-система снабжена инфракрасным пультом дистанционного управления, позволяющим устанавливать режим работы кондиционера, и в первую очередь желаемую температуру воздуха в помещении. Интеллектуальность управления системой "чиллер-фенкойл" ничуть не ниже. Так, в схеме Aquasnap фирмы CARRIER предусмотрен контроллер Pro-dialog plus, который обеспечивает управление практически всеми функциями чиллера. Работает контроллер в двух режимах: оптимизации и диагностики. Первый позволяет автоматически установить наиболее рациональные параметры компрессора, вентиляторов и насоса. Например, контроль над температурой воды в подающей и возвратной цепях исключает перегрузку компрессора и гарантирует выбор оптимальной разности температур. Разность устанавливается автоматически по критерию минимального энергопотребления (всоответствии с температурой наружного воздуха или воды в возвратной цепи). Вэтом же режиме постоянно оптимизируется время работы компрессора, предотвращаются лишние пуски, что, в свою очередь, создает предпосылки для отказа от накопительного бака.

Режим диагностики содержит 10программ, которые позволяют быстро и однозначно обнаружить неисправность и сохранить алгоритм ее поиска в памяти прибора. На панель управления нанесена схема холо-дильного контура с кнопками управления и цифровым ЖК-дисплеем. Пользователь может немедленно узнать значение любого рабочего параметра: температуру воды (вподающей или возвратной цепях), ее давление и расход, время выхода на режим и т.д. Контроллер можно подключить к локальной сети мониторинга всего здания и к Интернету.

Контроллер MicroNet фирмы WESPER можно запрограммировать на все случаи жизни: предусмотрены рециркуляционный воздухообмен без притока и с частичным притоком свежего воздуха, одноконтурный или двухконтурный трубопровод, режимы охлаждения и теплового насоса. Использование коммутационной шины позволяет подключать новые электронные платы и тем самым повышать степень интеллектуальности систем. Компания DUNHAM-BUSH использует микропроцессорное управление TEF-Control, основанное на двух модулях- цифровом и силовом. Первый состоит из контроллера и панели управления (он может встраиваться в фенкойл или монтироваться на стене); второй управляет насосом и вентилями водяного контура устройства. Такое управление позволяет плавно регулировать скорость вращения вентилятора, повышая точность поддержания заданной температуры при экономии электроэнергии и снижении шума.

Оба вида систем используются практически во всех странах. Укаждой есть свои достоинства и недостатки, о которых мы постарались рассказать. Оценку экономичности систем сделать сложнее, поскольку отечественные фирмы не раскрывают стоимостные данные и предлагают лишь самые общие рекомендации. Все единодушны только в одном: экономичность зависит от числа помещений.

При одно-четырехкомнатной городской квартире и центральном отоплении система "чиллер-фенкойл" обойдется в 1,5-2 раза дороже сплит-системы. Правда, в некоторые дома самой современной конструкции еще до заселения устанавливают мощные центральные чиллеры и прокладывают трубопроводы- остается лишь приобрести и подключить фенкойлы. Вэтом случае лучше посоветоваться со специалистами климатической фирмы, что предпочесть: оплатить ли подключение своих фенкойлов к общей системе и в дальнейшем оплачивать расходы на ее централизованное сервисное обслуживание или все же оборудовать автономную многозональную сплит-систему. Впервом случае утешением может послужить тот факт, что подключение фенкойлов обойдется дешевле, чем монтаж привычной сплит-системы.

Для создания домашнего климата в коттедже при наличии сети центрального отопления опять же лучше сначала посоветоваться со специалистами. При отсутствии же такой сети (что бывает чаще) и наличии площади для кондиционирования воздуха свыше 300м² почти всегда более привлекательна система "чиллер-фенкойл". По утверждению специалистов фирмы VENTRADE, относительная стоимость оборудования для выработки 1кВт холодопроизводительности для водяной системы составит $700-800, а стоимость монтажных работ- $200/кВт, что в 1,5-1,8 раза ниже, чем для фреоновой. Фирма DAIKIN даже разработала специальную программу для персонального компьютера, с помощью которой можно подобрать модель чиллера в зависимости от площади помещения, необходимой производительности на охлаждение или нагрев и других специфических условий эксплуатации.

Редакция благодарит фирмы "ЕВРОКЛИМАТ", "ЭВИСТРЕЙД", VENTRADE, "НИМАЛ", "ПАСИФИК ЭЙР", "ТЕРМОСЕРВИС", "ЭЛЕКТРОСТАР", "ГЕНЕЗИС-ВЕНТ", а также представительства фирм CARRIER, DAIKIN, DeLONGHI, McQUAY, CIAT, LENNOX и YORK за помощь в подготовке материала.