Наиболее удобный и наглядный метод расчета и изображения процессов обработки внутреннего воздуха основан на использовании i-d (энтальпия — влагосодержание) диаграммы влажного воздуха. Тепловлажностный режим помещений с VRF системами кондиционирования

Процессы кондиционирования помещений с помощью VRF систем можно подразделить на две группы: процессы обработки воздуха с использованием холода (охлаждение, осушка) и процессы обработки воздуха с использованием тепла (обогрев). Если процесс обогрева внутреннего воздуха с помощью местного кондиционера (внутреннего блока) VRF систем не вызывает сложностей при расчете тепловлажностного режима кондиционируемых помещений, то процессы обработки воздуха, связанные с использованием холода, не всегда однозначны. Наиболее удобный и наглядный метод расчета и изображения процессов обработки внутреннего воздуха основан на использовании i-d (энтальпия — влагосодержание) диаграммы влажного воздуха. Однако существует мнение, что изображать процесс охлаждения внутреннего воздуха местным кондиционером на i-d диаграмме не совсем правомочно по следующим причинам [1]: 1. Внутренний блок поддерживает температуру только в пределах помещения. Влажность воздуха неизвестна и может изменяться, т.к. зависит не только от характеристик кондиционера, но и от характеристик самого помещения. 2. При релейном управлении охлаждением полупериоды включения — выключения вовсе не равны. Из-за неравенства полупериодов среднее за цикл значение температуры в помещении переменно.

3. Процесс охлаждения в испарителе протекает и направлен в зависимости от начального состояния входящего воздуха и текущей холодопроизводительности внутреннего блока. 4. Процесс осушения воздуха, побочный при стабилизации температуры воздуха, оказывает влияние как возмущение на контур стабилизации влажности. Не опровергая вышеприведенных утверждений, попытаемся определить с помощью i-d диаграммы комплекс возможных значений параметров внутреннего воздуха помещений при кондиционировании местными кондиционерами в режиме охлаждения. Для этого построим область оптимальных значений внутреннего воздуха помещений (рис. 1). Область ограничена линиями относительной влажности 30-60 % и температуры 20-25 °С. Системы комфортного кондиционирования, к которым, без сомнения, принадлежат VRF системы, должны поддерживать параметры внутреннего воздуха в пределах данной области.

Рис. 1. Область оптимальных значений параметров внутреннего воздуха, изображенная на i-d диаграмме. Если значения требуемой температуры внутреннего воздуха можно задавать и поддерживать с помощью внутреннего блока местного кондиционера, то значения относительной влажности нельзя регулировать с помощью систем данного класса, хотя в процессе охлаждения воздуха будет происходить его осушение. С другой стороны количество поступающей влаги в помещение от людей, с приточным воздухом и т.д. будет постоянно изменяться. Поэтому значение относительной влажности, которая установится в помещении, будет зависеть как от кондиционера, так и от характеристик помещения.

Чтобы определить фактическое значение относительной влажности помещения с местным кондиционированием, рассмотрим процесс охлаждения воздуха подробно. Рис. 2. Идеальный процесс охлаждения воздуха (i-d диаграмма). Идеальный, а точнее квазистационарный, процесс охлаждения воздуха можно изобразить на i-d диаграмме следующим образом (рис.

2). Охлаждение воздуха приводит сначала к понижению его температуры без изменения влагосодержания (процесс 1-2) до линии относительной влажности 100 %. Затем из воздуха выделяется конденсат, влагосодержание воздуха уменьшается по линии 100 % влажности (процесс 2-3) до температуры теплообменной поверхности (кипения фреона). Но это идеальный процесс, который должен происходить либо бесконечно долго, либо с бесконечно малыми объемами воздуха. Фактически движение воздуха во внутреннем блоке неравномерное и турбулентное, благодаря чему элементарный объем воздуха, находящийся возле теплообменной поверхности, пройдя процесс 1-2-3, смешивается с воздухом, находящимся далеко от теплообменной поверхности.

Процесс смешивания проходит по линии 1-3 и 1а — точка смеси. Затем снова малая часть смешанного воздуха охлаждается по линии 1а-2а-3. Таким образом процесс охлаждение воздуха в местном кондиционере проходит по линии смешивания 1-3, направленной от точки параметров внутреннего воздуха (1) на входе во внутренний блок до точки пересечения температуры кипения фреона с линией 100 % влажности (3).

Очень часто эту прямую используют для построения процессов охлаждения воздуха. Однако и данный процесс отличается от реального процесса охлаждения внутреннего воздуха в местном кондиционере. Несмотря на некоторую идеализированность, область 1-2-3 дает 100 % охват всех возможных процессов охлаждения и осушения воздуха, происходящих в любом местном кондиционере. Рис. 3. Процесс адиабатного увлажнения и охлаждения воздуха (1а-1б).

На процесс охлаждения по линии 1-3 влияют следующие факторы. При охлаждении воздуха внутренним блоком только часть поверхности кондиционера имеет температуру кипения фреона +5°С (теплообменник). Внутренняя поверхность корпуса кондиционера и дренажный поддон имеют температуру циркулирующего воздуха.

К тому же при частичной загрузке внутреннего блока не весь теплообменник имеет температуру кипения фреона. Поэтому некоторая часть конденсата снова испаряется по адиабате u1080 и сдвигает процесс охлаждения вправо (рис. 3, процесс 1а-1б). Другим фактором, влияющим на процесс охлаждения, является турбулентность потока внутреннего воздуха. Этот фактор приводит к тому, что не все элементарные частицы охлаждаются до температуры теплообменника. Поэтому процесс смешения происходит не только между точками 1-3, но и по линиям 1-2, 1-2а, 1-2б, 1-2в и т.д. (рис. 4).

Это также приводит к смещению линии обработки воздуха вправо. Таким образом реальный процесс охлаждения воздуха местными кондиционерами (внутренними блоками) всегда принадлежит области 1-2-3 и имеет вид кривой, соединяющей точки 1 и 3 (рис. 5). Рис.

4. Процессы смешения воздуха (1-3-1а, 1-2б-1в, 1-2-1б и т.д.). Рис. 5. Кривая процесса охлаждения и осушения воздуха в местном кондиционере (1-3).

Начальная точка процесса охлаждения (1) совпадает с параметрами внутреннего воздуха. Параметры воздуха на выходе из местного кондиционера в значительной степени зависят от его характеристик. Важнейшей характеристикой внутреннего блока является количество отводимого явного и скрытого тепла.

Любой процесс охлаждения можно разбить на эти две составляющие. Например, процесс 1-3а условно состоит из процесса 1-2а — охлаждение внутреннего воздуха без изменения его влагосодержания (явное тепло) и процесса 2а-3а — осушение воздуха без изменения его температуры (скрытое тепло). Поэтому у любого местного кондиционера есть явная составляющая его мощности, которая тратится на поддержание требуемой температуры внутреннего воздуха, и скрытая составляющая, которая тратится на осушение кондиционируемого воздуха. Как следует из рисунка 5, угол наклона касательной к кривой процесса охлаждения и прямой постоянного влагосодержания при понижении температуры воздуха на выходе из местного кондиционера увеличивается. Следовательно, чем меньше отношение производительности внутреннего блока по воздуху к его мощности охлаждения (удельный расход воздуха), тем большая часть мощности тратится на скрытое тепло. Этот вывод подтверждается и данными заводов изготовителей VRF систем (таблица 1 и таблица 2) [2,3]. Таблица 1. Модель внутреннего блока: Настенный тип Mitsubishi Heavy Indusmarkeries FDKJ28H KXE2 FDKJ36H KXE2 FDKJ45H KXE2 FDKJ56H KXE2 Мощность охлаждения, кВт 2,8 3,6 4,5 5,6 Производительность по воздуху, м3/ч 600 600 690 1020 Удельный расход воздуха, м3/(ч.кВт) 214 167 153 182 Явная составляющая мощности, кВт 2,52 (90%) 2,83 (79%) 3,4 (75%) 4,6 (82%) Скрытая составляющая мощности, кВт 0,28 (10%) 0,77 (21%) 1,1 (25%) 1,0 (18%) Таблица 2. Модель внутреннего блока: Настенный тип DAIKIN FXA25 LVE FXA32 LVE FXA40 LVE FXA50 LVE Мощность охлаждения, кВт 2,8 3,6 4,5 5,6 Производительность по воздуху, м3/ч 480 540 600 720 Удельный расход воздуха, м3/(ч.кВт) 171 150 133 129 Явная составляющая мощности, кВт 2,2 (79%) 2,7 (75%) 3,2 (71%) 3,9 (69%) Скрытая составляющая мощности, кВт 0,6 (21%) 0,9 (25%) 1,3 (29%) 1,7 (31%) Исходя из рис.

5 и таблиц 1 и 2, можно сделать следующий вывод: чем больше величина удельного расхода воздуха внутреннего блока (м3/ч.кВт), тем большая составляющая тратится непосредственно на поддержание температуры внутреннего воздуха. Определим теперь относительную влажность внутреннего воздуха в кондиционируемых помещениях. Во-первых, если мы проведем прямую по линии постоянного влагосодержания через точку 3, то линии оптимальных температур 20 °С и 25°С будут пересекать данную прямую в точках с 40% и 30% влажностью (рис.

4). Отсюда важный вывод: внутренние блоки VRF систем не могут понизить относительную влажность внутреннего воздуха ниже 30 %. Это вытекает непосредственно из температуры кипения хладагента +5 °С и стремления процесса охлаждения к точке 3 i-d диаграммы. Как уже отмечалось выше, относительная влажность помещений при VRF кондиционировании зависит не только от параметров внутреннего блока, но и от характеристик помещения, а именно луча процесса (углового коэффициента) ассимиляции тепло- и влагоизбытков помещения: Для офисных помещений, как наиболее часто использующих VRF системы, луч процесса принимает значения от 5000 до 15000 кДж/кг.

Причем чем выше относительная влажность в помещении, тем больше влаги уходит с вытяжным воздухом, тем больше луч процесса и меньше нагрузка на систему кондиционирования. В качестве примера произведен расчет относительной влажности офисного помещения с двумя внутренними блоками одинаковой номинальной холодопроизводительности 2,8 кВт и разным расходом внутреннего воздуха 600 м3/ч — первый вариант и 480 м3/ч — второй вариант (рис. 6). Рис. 6. Процессы охлаждения воздуха и относительная влажность в помещениях при различных характеристиках внутренних блоков. Относительная влажность помещения при использовании внутреннего блока с производительностью 600 м3/ч будет всегда выше (в пределах оптимальных значений), чем при использовании внутреннего блока с производительностью 480 м3/ч. На рис.

6 относительная влажность составила соответственно 55% и 43%. Расходы холода для поддержания требуемой температуры внутреннего воздуха 25 °С в первом варианте составили 1,8 кВт, во втором варианте 2,1 кВт. Выводы 1. Процесс обработки воздуха внутренним блоком VRF системы в режиме охлаждения на i-d диаграмме можно изобразить в виде кривой, соединяющей точку параметров внутреннего воздуха (1) с точкой пересечения линии относительной влажности 100 % и линии температуры кипения хладагента (3). 2. Относительная влажность внутреннего воздуха не может понизиться ниже 30 % при VRF кондиционировании помещений. 3. Чем больше удельный расход воздуха (м3/ч.кВт) внутреннего блока, тем больше доля явной производительности по холоду системы кондиционирования. 4. Чем больше доля явной производительности по холоду внутреннего блока VRF системы, тем выше относительная влажность в помещении (в пределах оптимальных значений).

5. Чем больше удельный расход воздуха (м3/ч.кВт) внутреннего блока, тем меньше суммарная нагрузка на систему кондиционирования.