Сравнительный анализ систем кондиционирования воздуха в частном жилом доме

Для создания комфортных условий в теплый период года необходимо запроектировать систему кондиционирования воздуха.

Воздух в помещении должен быть свежий (очищенный от пыли, гари, пыльцы, микроорганизмов), определенной влажности (40-60%), комфортной температуры.

Для этого в жилых зонах предлагаем запроектировать систему приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха. Приточный воздух очищается в вентиляционной установке с помощью фильтров.

Все фильтры классифицируются по назначению и по эффективности (в соответствии с ГОСТ Р 51251-99), что определяет их класс фильтрации. Так существуют фильтры общего назначения, которые делятся на:

фильтры грубой очистки (G–класс фильтрации) и фильтры тонкой очистки (F–класс фильтрации),

А также фильтры специального назначения, которые делятся на:

фильтры высокой эффективности (H–класс фильтрации) и фильтры сверхвысокой эффективности (U-класс фильтрации).

Фильтры общего назначения применяют практически в любых системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Фильтры высокой и сверхвысокой эффективности используют там, где предъявляются специальные требования к чистоте воздуха. Класс фильтрации определяется по разности массовой концентрации частиц до и после фильтра, то есть фактически этот параметр определяет, какая часть частиц задерживается фильтром. Помимо этого, в каждом классе применяется не только буквенное, но еще и цифровое значение, например, G1, F7, H10, U17. Чем выше это цифровое значение, тем эффективнее фильтр. Так например фильтр класса F7, задерживает до 90% атмосферной пыли, U17 — около 99%. Наш опыт показал, что устанавливаемые фильтры класса F7 и F5 обеспечивают наилучшую очистку воздуха, но «забиваются» крупными частицами раньше расчетного времени. Мы рекомендуем укомплектовывать любую систему вентиляции дополнительными фильтрами грубой очистки класса G3. Этот дополнительный фильтр позволит сократить периодичность замены основного (дорогостоящего), а очистка самого фильтра грубой очистки не требует значительных затрат времени и средств.

Классификация устройств, очищающих воздух по их эффективности, производится как процентное соотношение концентрации частиц пыли до фильтра и после.

Группа фильтров	Класс фильтра	Средняя эффективность, %
		Эффективность по синтетической пыли	Эффективность по атмосферной пыли
Фильтры грубой очистки	G1	<65	-
	G2	65-80	-
	G3	80-90	-
	G4	>90	-
Фильтры тонкой очистки	F5	-	<60
	F6	-	60-80
	F7	-	80-90
	F8	-	90-95
	F9	-	>95
Фильтры высокой очистки	H10	85
	H11	95
	H12	99,5
	H13	99,95
	H14	99,995
Фильтры сверхэффективные	U15	99,9995
	U16	99,99995
	U17	99,999995

В частном строительстве используются фильтры грубой и тонкой очистки. Фильтры высокой очистки и сверхэффективные применяются на производствах, лабораториях, чистых комнатах и медицинских учреждениях.

Для поддержания летом необходимого микроклимата в помещениях жилых зон,  возможно применить несколько способов кондиционирования воздуха.

1 вариант.

Подача очищенного с помощью фильтров (грубой и тонкой очистки),  возможно ультрафиолетовой лампы, охлажденного до комнатной температуры приточного воздуха осуществляется в зоны коридора 1этажа, в зону профессиональной  кухни, в зону столовой-кухни, в зону гостиной  (в том числе для  горения камина), удаление воздуха происходит из вспомогательных помещений (санузлы, гардеробные).

Это упрощенный вариант воздухообмена, который применяется в домах с небольшим количеством проживающих, для минимизации количества воздуховодов и вентиляционных решеток. Он обеспечивает минимально достаточный воздухообмен в помещениях и поддерживает баланс между притоком и вытяжкой для комфортного проживания (без сквозняков). При этом влажность приточного воздуха не регулируется.

В этом случае для поддержания комфортной температуры воздуха в жилых помещениях (особенно с большой площадью остекления) предлагаем применить систему кондиционирования с помощью канальных внутренних блоков кондиционеров (VRV-систему). Особенности мультизональных VRV систем:

1.Единая фреоновая магистраль между внешним и внутренними блоками упрощает монтаж. В системах VRV все блоки подключаются к единой системе трубопроводов, то есть к общей трассе из двух или трех медных труб подключается до 30 внутренних и 3 внешних блоков. Эта особенность упрощает монтажные работы.

2.Высокая протяженность фреоновой магистрали. Максимальное расстояние между внутренним и наружным блоком (длина трубопровода) составляет 100 метров. Перепад высот между наружным и внутренним блоком (расстояние между блоками по вертикали) достигает 50 метров. Таким образом, возможно размещение наружного блока кондиционера в любом удобном месте: на крыше, в подвале или даже в нескольких десятках метров от дома.

3. Широкие возможности управления. Управление внутренними блоками может производится как с помощью индивидуальных беспроводных пультов (как и в обычных мульти-сплит системах), так и с помощью централизованного пульта управления, контролирующего режимы работы всех внутренних блоков и состояние системы в целом. Кроме этого, VRV система может управляться с помощью персонального компьютера.

4.Высокая точность поддержания заданной температуры. По сравнению с обычными кондиционерами, внутренние блоки VRV поддерживают заданную температуру с более высокой точностью — до ±0,5°С.

Для исключения шума и для обеспечения доступа при обслуживании, практические бесшумные внутренние блоки располагаем в пространстве подшивного потолка - желательно в нежилых помещениях,  по согласованию с дизайнером. Из жилого помещения через небольшую щель (щелевую вентрешетку) нагретый воздух попадает во внутренний блок кондиционера, где проходит через воздушный фильтр, охлаждается  и возвращается обратно в помещение. При этом никакого шума  и движения воздуха в помещении не ощущается (для этого выполняется расчет скорости воздуха при выходе из вентрешетки (не более 2 м/с). Охлажденный воздух плавно опускается вниз, вытесняя наверх нагретый. При этом можно точно поддерживать заданную температуру в помещении с помощью пульта управления.

В этом варианте система кондиционирования не зависит от работы  вентиляции и влажности воздуха. Она легко регулируется, надежна и долговечна, может быстро охладить воздух в режиме «турбо» при необходимости. Дренаж от кондиционера отводится в канализацию через капельную воронку с разрывом струи, для исключения проникновения бактерий в кондиционер. В эксплуатации такая система кондиционирования не требует большого внимания и затрат.

2 вариант.

Предлагаем рассмотреть новый способ охлаждения помещений – холодный потолок. Данная система применяется как часть системы кондиционирования воздуха, отвечающая только за охлаждение. Большое преимущество этой системы состоит в том, что не нужно ставить вентрешетки в потолке, воздух почти не охлаждается, а охлаждаются только предметы в помещении (лучистое охлаждение).

При этом есть ряд ограничений и минусов при эксплуатации системы «холодный потолок» - например выпадение конденсата при повышенной влажности воздуха. То есть летом нельзя открывать форточку или окно, т.к. влажность воздуха в нашем регионе в это время года составляет – 70-80%. Существует  решение проблемы выпадения конденсата - в обслуживаемое помещение нужно установить датчики точки росы, которые в уязвимых условиях приостановят работу системы холодного потолка (в активном режиме холодный поток обладает температурой 17°С), пока влажность не вернется к оптимальным показателям.

Следующим минусом является то, что на потолках с установленными матами охлаждения не разрешается сверление и другие похожие работы, т.к. при повреждении трубок холодного потолка произойдет затопление помещения. Система «холодный потолок» состоит из множества тонких полипропиленовых трубок, соединенных в единую сеть, и подключенную к трубопроводам большого диаметра через коллекторы. Коллекторы с сервоприводами устанавливаются в технических помещениях на каждом этаже. От наружного чиллера (блок охлаждения), через теплообменник, охлажденный теплоноситель подается с помощью насоса  по магистральным трубопроводам к распределительным коллекторам на каждом этаже (как система теплого пола). Автоматическое регулирование происходит с помощью термостата, установленного в помещении и сервоприводов на коллекторе. При достижении заданной температуры в помещении сервопривод получает сигнал о закрытии циркуляции воды в данном контуре.

Также минусом этого варианта является низкая скорость охлаждения – за счет инерции лучистого охлаждения (охлаждается поверхность, а не воздух). То есть данная система в каждом жилом помещении должна работать постоянно, или Заказчик должен быть готов подождать несколько часов для достижения заданной комфортной температуры в этом помещении.

Для надежной и бесперебойной работы холодного потолка, в помещениях, где он установлен, рекомендуется предусматривать систему приточно-вытяжной вентиляции с функцией осушения приточного воздуха. Приточно-вытяжная вентиляция, во-первых — улучшит качество воздуха в помещениях, за счёт постоянного воздухообмена (подачи свежего воздуха), во-вторых — гарантирует бесперебойную работу холодного потолка за счёт поддержания оптимальной влажности. Относительная влажность от 40 до 60% комфортна по ощущениям и безопасна с точки зрения образования капель воды на охлажденной поверхности.

Вывод: При грамотном проектировании и ответственном монтаже, с обустройством защитной автоматики, можно свести к минимуму вероятность выпадения конденсата в варианте №2. В случае ошибки при определении влажности, блок защиты не даст понизить температуру потолка, что приведет к повышению температуры в помещении и снижению комфортности. Ошибка на один градус или несколько процентов влажности могут привести к нарушению оптимального режима работы системы холодного потолка. Поэтому датчики при эксплуатации необходимо регулярно проверять.

Еще один из минусов этой системы – ее стоимость. Цена холодного потолка составляет около 250 евро за метр квадратный. Кроме того, приточно-вытяжную вентиляцию придется выполнить во всех помещениях с холодным потолком для поддержания оптимальной влажности (до 60%). Общие затраты на монтаж и при эксплуатации системы во втором варианте окажутся в несколько раз выше, чем в первом.

Увлажнение воздуха.

Предлагаем ознакомиться с кратким обзором 4-х типов систем канального увлажнения (достоинства и недостатки, особенности конструкции, функционирования и монтажа.

Увлажнитель адиабатического типа с распылением по зонам не относится к системам канального увлажнения и представлен в данном обзоре для дополнительного рассмотрения возможностей реализации влажностного микроклимата.

1. Сотовый увлажнитель
2. Паровой увлажнитель
3. Ультразвуковой увлажнитель
4. Увлажнитель с водяным распылением
5. Увлажнитель адиабатического типа с распылением по зонам

Исходные данные

Ориентировочный подбор оборудования происходит исходя из следующих исходных данных:

• расчетная температура наружного воздуха в холодный период года: -28°С;
• расчетная температура внутреннего воздуха: +22...24°С;
• желаемый уровень относительной влажности воздуха в приточном воздуховоде: 40–60%;
• данные о параметрах теплоснабжения (кВт), водоснабжения (м³/ч), электроснабжения (кВт) будут рассчитаны в процессе проектирования.

Проектируется система канального увлажнения воздуха в составе системы вентиляции.

Предлагаем для проектирования на объекте вентиляционные установки фирмы Swegon. Для того, чтобы обеспечить работу системы вентиляции с системами увлажнения, необходимо оснастить вентиляционные установки калориферами предварительного подогрева. Калорифер предварительного подогрева позволяет подавать в вентиляционную установку уже нагретый воздух, что и позволяет исключить риск выпадения конденсата. Все предложенные ниже варианты систем увлажнения включает в себя калориферы предварительного подогрева и его аксессуары.

Вариант №1— сотовый увлажнитель

Сотовые увлажнители реализуют процесс адиабатного увлажнения воздуха в холодный период года. Так же они могут быть использованы в теплый период года для снижения нагрузки на систему кондиционирования, так как в них реализуется прямое и косвенное охлаждение воздуха.

Сотовый увлажнитель состоит из следующих основных элементов:

• кассеты сотового увлажнителя;
• коллектор с форсунками;
• системы налива и слива;
• насос;
• автоматика;
• корпус из нержавеющей стали.

Сотовый увлажнитель выглядит следующим образом (монтируется в вентиляционной установке или вентиляционном канале):

             

Схема работы адиабатического сотового увлажнителя

Принцип действия таких увлажнителей основан на контактном методе, т. е. контакт воздуха и жидкости достигается смачиванием поверхности увлажнителя при его орошении. Воздух проходит через соты увлажнителя и контактирует с влагой, которая пропитывает пористую поверхность насадки. Этим и достигается процесс увлажнения воздуха. Одновременно с увлажнением происходит процесс поглощения теплоты воздуха при испарении влаги с поверхности сот. Для компенсации потерь тепла приточного воздуха после увлажнителя в холодный период года необходимо воздух повторно нагреть, т. е. осуществить второй нагрев (первый нагрев осуществляется в основном калорифере вентиляционный установки). Так же второй подогрев необходим для реализации системы управления влажностью по методу «точки росы». Этот метод заключается в воздействии на водяной регулирующий клапан или блок управления электрического воздухонагревателя и позволяет достигать точности поддержания относительной влажности в канале приточного воздуха на уровне ±1–2%.

Основные преимущества сотового увлажнителя

• Малое энергопотребление (энергия тратится только на работу насоса — 50–270 Вт).
• Высокое значение коэффициента эффективности процесса тепломассообмена.
• Компактная конструкция и малые размеры, так как нет капель воды и нет необходимости в камере для испарения капель.
• Малое аэродинамическое сопротивление.
• Более высокие допустимые скорости воздуха.
• Простое техническое обслуживание.
• Очищает воздух от запахов и грязи (грязь оседает на сотах, а потом сливается в поддон).

Основные недостатки сотового увлажнителя

• Возможность образования в поддоне микроорганизмов (при регулярном обслуживании риск исключается и это подтверждается сертификатом).
• Высокое сопротивление воздуха, возникающее в камере увлажнения.

Вариант №2 — паровой увлажнитель

Паровые увлажнители реализуют процесс изотермического (при постоянной температуре) увлажнения воздуха в холодный период года. Увлажнитель состоит из следующих основных элементов:

• парораспределительный коллектор;
• паровой цилиндр с электродами;
• системы налива и слива;
• автоматика;
• корпус из нержавеющей стали;
• паропроводы.

Паровые увлажнители выглядят следующим образом:

             

Схема работы и подключения паровых увлажнителей к системе вентиляции

Пароувлажнители монтируются на стене рядом с вентиляционной установкой, парораспределитель врезается в воздуховод. Принцип действия таких увлажнителей основан на нагреве воды, находящейся в паровом цилиндре, до кипения и образовании пара. Пар отводится по паропроводам к парораспределительному коллектору, который равномерно распределяет пар в потоке приточного воздуха.

Так как процесс увлажнения проходит без изменения температуры (в отличии от остальных вариантов), поэтому здесь нет необходимости во втором подогреве воздуха. Поддержание заданной относительной влажности в канале приточного воздуха осуществляется путем изменения количества подаваемого пара. Точность поддержания значения влажности составляет ±1%.

Основные преимущества парового увлажнителя

• Обеспечение высокого качества обрабатываемого воздуха по гигиеническим требованиям.
• Меньший расход теплоты в воздухонагревателях (нет второго подогрева).
• Гибкое и точное управление.
• Простое техническое обслуживание.
• Высокая надежность.
• Можно использовать без водоподготовки (в зависимости от качества воды).

Основным недостатком парового увлажнителя является высокое электропотребление (превышает все другие варианты).

Вариант №3 — ультразвуковой увлажнитель

Ультразвуковые увлажнители реализуют процесс адиабатного увлажнения воздуха в холодный период года. Увлажнитель выглядит следующим образом (монтируется в сеть воздуховодов в специальной секции):

Ультразвуковой увлажнитель состоит из следующих основных элементов:

• внешний щит автоматики;
• модуль затуманивания с вибраторами (из нержавеющей стали);
• внешняя гидравлическая часть.

Принцип действия таких увлажнителей основан на сверхзвуковом «затуманивании». В блоке автоматики с помощью трансформатора создается переменный ток с низким напряжением и высокой частотой. Этот сигнал подается на установленной в ванне вибратор, который преобразует сигнал в высокочастотные колебания.

Процесс ультразвуковых колебаний воды в ванной

Благодаря этому образуется «туман» (аэрозоль), который отбирает у воздуха теплоту и переходит из жидкого состояния в газообразный. При этом приточный воздух увлажняется.

Схема работы ультразвукового увлажнителя воздуха

Так как одновременно с увлажнением происходит процесс поглощения теплоты воздуха, то необходимо воздух повторно нагреть, т. е. осуществить второй нагрев (первый нагрев осуществляется в основном калорифере вентиляционный установки).

Поддержание заданной относительной влажности в канале приточного воздуха осуществляется блоком автоматики. Точность поддержания значения влажности составляет ±1%.

Основные преимущества ультразвукового увлажнителя

• Реализуется управляемый процесс адиабатного увлажнения, обеспечивающий экономию воды и электроэнергии.
• Малое энергопотребление.
• Высокое качество обрабатываемого воздуха, исключено образование микроорганизмов.
• Высокая точность поддержания заданного значения влажности.

Основные недостатки ультразвукового увлажнителя

• Высокая стоимость обслуживания.
• Высокая стоимость оборудования.

Вариант №4 — увлажнитель с водяным распылением

Увлажнители с водяным распылением реализуют процесс адиабатного увлажнения воздуха в холодный период года.

Этот увлажнитель выглядит следующим образом:

             

Увлажнитель с водяным распылением монтируется на стене рядом с вентиляционной установкой. Рампа с распылительными коллекторами монтируется в воздуховод.

Увлажнитель состоит из следующих основных элементов:

• двухсекционный шкаф управления (электрическая часть и гидравлическая часть);
• распределительные коллекторы с форсунками;
• трубопроводы.

Принцип действия таких увлажнителей основан на распылении воды под высоким давлением через форсунки с очень малым выходным отверстием.

Фото секции вентиляционной установки увлажнителя с водяным распылением

В шкафу управления (гидравлическая часть) устанавливается поршневой насос высокого давления, который и создает высокое давление воды перед форсунками.



Состав системы и схема работы увлажнителя с водяным распылением

Так как одновременно с увлажнением происходит процесс поглощения теплоты у воздуха, то воздух необходимо повторно нагреть, то есть осуществить второй нагрев (первый нагрев осуществляется в основном калорифере вентиляционный установки).

Поддержание заданной относительной влажности в канале приточного воздуха осуществляется изменением количества оборотов насоса высокого давления и отключением части распределительных коллекторов. Точность поддержания значения влажности в этой системе составляет ±5%.

Основные преимущества увлажнителей с водяным распылением

• Реализуется управляемый процесс адиабатного увлажнения, обеспечивающий экономию воды и электроэнергии.
• Не используется сжатый воздух.
• Высокое качество обрабатываемого воздуха, исключено образование микроорганизмов.
• Низкое энергопотребление.
• Низкие потери давления.

Основные недостатки увлажнителей с водяным распылением

• Высокое давление воды, специальные требования к системе трубопроводов.
• Высокая стоимость обслуживания.
• Высокий износ основных элементов.

Зональное увлажнение (не зависимое от вентиляции).

Увлажнитель адиабатического типа с распылением по зонам

Увлажнитель адиабатического типа с распылением по зонам не относится к системам канального увлажнения и представлен в данном обзоре для дополнительного рассмотрения возможностей реализации влажностного микроклимата.

В общем суть работы этого увлажнителя заключается в том, что от центрального блока системы под высоким давлением в трубках подается вода к форсункам, находящимся в различных зонах, из которых вода распыляется в виде мелкодисперсной аэрозоли, представляющий собой туман (капли воды имеют размер в среднем 15–40 микрон, которые испаряются очень быстро, в пределах секунды).

Схема работы

Процесс увлажнения происходит следующим образом:

1. Водопровод подключается к микрокарбоновому фильтру.
2. Далее вода проходит модуль умягчения (опционально).
3. На выходе из модуля умягчения устанавливается микрофильтр.
4. Подготовленная вода подается на центральный модуль системы увлажнения, где производится обработка модулем ультрафиолетовой стерилизации и фильтрация по принципу обратного осмоса с последующей повторной обработкой модулем ультрафиолетовой стерилизации.
5. Центральный модуль повышает давление до 70 бар, после чего вода высокой степени очистки поступает в кольцевую магистраль, а оттуда через тройниковые отводы к клапанам форсунок.
6. При открывании клапанов форсунок вода под давлением подается в наконечники форсунок, где распыляется до образования мелкодисперсного аэрозоля — тумана.
7. Образовавшийся аэрозоль сразу испаряется в окружающем воздухе.

Схема работы зонального увлажнителя с форсунками

Основные преимущества увлажнителей с водяным распылением по зонам (помещениям):

• полная микробиологическая безопасность, защита от распространения болезнетворных микроорганизмов;
• возможность точно поддерживать влажность;
• возможность задавать различную влажность для разных помещений;
• низкое энергопотребление

Основные недостатки увлажнителей с водяным распылением по зонам (помещениям):

• высокое давление воды, специальные требования к системе трубопроводов;
• необходимость доступа в зоны установки форсунок для периодического обслуживания
• очень высокая стоимость