Что такое VRF в HVAC?

Доступный в США только с начала 2000-х годов, VRF обеспечивает превосходную энергоэффективность и возможность быстрой окупаемости инвестиций. Но что именно означает VRF для HVAC? подрядчиков, строителей и механических подрядчиков, и как вы можете использовать это для развития своего бизнеса?

Узнайте больше об этом современном решении HVAC, фактах о том, как оно работает, и о том, как клиенты и ваш подрядный бизнес могут извлечь выгоду из систем VRF.

Объяснение VRF: Что такое VRF?

VRF расшифровывается как переменный поток хладагента, который на удивление долго описывает, как эта система использует хладагент как для кондиционирования воздуха, так и для обогрева. Короче говоря, VRF — это крупномасштабная бесканальная система для ОВКВ с высокой пропускной способностью.

В отличие от раздельного оборудования переменного тока, VRF позволяет нескольким внутренним блокам работать в одной системе, что разработаны по-разному в зависимости от приложения.

Системы VRF считаются либо тепловым насосом, система или система рекуперации тепла, которая может нагревать и охлаждать одновременно.

Высокая эффективность систем VRF достигается за счет использования инверторных компрессоров. Инверторные системы позвольте компрессору увеличивать или уменьшать скорость в зависимости от потребностей в каждом пространстве. Неинверторная система постоянно разгоняет компрессор на полную мощность. По сути, он либо включен, либо выключен. С инверторных систем, работающих на более низких скоростях и мощности, выигрыш в эффективности может быть существенным.

Эта универсальность означает, что продукты VRF можно настраивать в соответствии со спецификациями практически любого проекта, что делает их особенно привлекательными для коммерческих площадей и управляющих объектами.

На приведенной ниже схеме системы VRF показаны ответвления хладагента (RB) для охлаждения, а также отдельные и групповые подключения для индивидуального и одновременного охлаждения и обогрева.

В чем разница между VRF и VRV?

Оба этих термина относятся к одной и той же технологии. VRV — это зарегистрированный товарный знак, обозначающий переменный объем хладагента. Производитель кондиционеров вдохнул эту инновацию 40 лет назад, и VRF относится к общей технологии.

Как работает VRF?

В системе VRF хладагент проходит через блоки конденсатора к внутренним блокам, сокращая потребность в протяженных воздуховодах и воздуховодах. Меньшие трубы облегчают модернизацию. более старые здания, чем традиционные системы HVAC.

По мере развития технологий прежние ограничения исчезают. Системы VRF теперь могут быть идеальным выбором для коммерческих зданий и жилых домов.

Удаление воздуховодов из уравнения является частью повышения энергоэффективности. Департамент США Energy Saver сообщает, что более 30% потребления энергии может быть связано с потерями холодный воздух по воздуховодам.

Какие существуют типы систем VRF?

Существует несколько типов этих систем, которые обсуждают подрядчики: рекуперация тепла или тепловой насос, двухтрубные или трехтрубные, с воздушным или водяным охлаждением.

Трехтрубная система рекуперации тепла VRF позволяет пользователям нагревать одну зону при одновременном охлаждении другой. Трехтрубные системы могут быть полезны для управляющих зданиями со смешанной температурой. потребности, которые стремятся сократить потребление энергии. Типичные области применения включают многоквартирные здания, большие офисные комплексы и религиозные здания с несколькими классными комнатами, среди прочего.

Система теплового насоса VRF обычно использует две трубы и может также нагревать и охлаждать, но не одновременно. Двухтрубные системы имеют свои преимущества, такие как меньшее количество труб и соединений для создания возможности для утечек. Меньше обслуживания в течение всего срока службы означает большую экономию на системе в течение длительного времени. срок.

Системы VRF с воздушным охлаждением используют наружный воздух (даже иногда с использованием воздуховодов). VRF с водяным охлаждением может быть спрятаны внутри и, в некоторых ситуациях, могут использовать уже существующие геотермальные системы для повышенная эффективность.

Каковы преимущества системы VRF?

Если вы взвешиваете преимущества нового здания или дома, ремонта или вашего текущего клиента база, вот несколько примеров того, что вы и ваши жильцы получите от VRF AC и отопления традиционное ОВКВ.

Но все ли здания могут использовать VRF? Как и в случае с большинством решений, которые подрядчики и строители должны принимать каждый день, ответ зависит от вашего конкретного проекта. Факторы включают размер здания, ограничения по площади, долгосрочную экономию средств по сравнению с первоначальными затратами и другие соображения.

VRF лучше раздельного переменного тока?

Системы VRF хорошо справляются с большими пространствами, но стоит ли экономия энергии затрат на установку в жилых домах? VRF может быть полезным, особенно в двухэтажных домах с различными потребностями в отоплении и охлаждении. Поскольку технологии продолжают развиваться, создание домов на будущее может стать отличным аргументом в пользу продажи.

Жилые дома могут выиграть от энергоэффективности; это действительно сводится к тому, стоят ли первоначальные затраты ваших клиентов.

Ferguson — ваш полный источник поддержки VRF

Понимание того, что такое VRF и какие преимущества дает заказчику, важно не только для подрядчиков по ОВКВ, но и для профессионалов в области строительства и механических подрядчиков.

Подразделение Ferguson VRF занимается разработкой лучших решений VRF для вашего бизнеса и ваших клиентов. Наши эксперты по продуктам и инженеры по продажам будут работать вместе с вами в полевых условиях, предоставят вам всестороннюю информацию о продуктах ведущих брендов и помогут с обучением и сертификацией VRF внутри компании.

Партнер Ferguson по системам и решениям VRF для вашего следующего проекта HVAC.

Проектирование гидравлических систем высотных, больших зданий | Консультации

 

Цели обучения

• Понять, как рекомендовать тип гидравлической распределительной системы в больших комплексах.
• Узнайте о стандартных методах проектирования центральных коммунальных предприятий.
• Изучить практику вторичного распределения в сверхвысоких зданиях.

Компоненты гидравлической системы должны быть определены на ранней стадии проектирования системы отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха, независимо от диапазона производительности или типа помещения:

• Центральная коммунальная установка отопления или охлаждения.
• Тип системы.
• Распределение системы.
• Стандартизация конструкции.

Несмотря на то, что компоненты похожи, интеграция каждого из них в крупные проекты может представлять особые трудности. Для любого сложного объекта центральная коммунальная установка выступает в качестве источника охлаждения и обогрева, а план распределения системы служит каркасом здания.

Системы распределения воды, тип

Обычно в системах отопления и распределения охлажденной воды применяются две основные конфигурации насосов: только первичный и обычный первичный-вторичный. За последние 20 лет было опубликовано множество отраслевых публикаций, посвященных изучению систем с постоянным первичным потоком и систем с переменным-вторичным потоком в сравнении с системами с переменным-первичным потоком.

ASHRAE и несколько производителей предоставляют обширные руководства и тематические исследования по этим системам. Плюсы и минусы первичной переменной, а также первичной (постоянной) и вторичной (переменной) хорошо задокументированы. Современные системы распределения охлажденной воды в крупных установках CUP имеют две основные системы: системы с переменным первичным потоком и первичные (постоянные) вторичные (переменные) системы.

Рис. 1: На этом рисунке показана типичная система переменного первичного контура с байпасным регулирующим клапаном. Предоставлено: ESD

Современные CUP обычно проектируются с центробежными чиллерами с частотно-регулируемыми приводами. Это позволяет чиллерам легче изменять нагрузку от 10% до 100%. Однако чиллеры должны поддерживать скорость не менее 1,5–2 футов в секунду, чтобы избежать условий ламинарного потока в змеевиках испарителя и поддерживать надлежащий коэффициент теплопередачи.

В случае центробежных чиллеров с частотно-регулируемым приводом нагрузка может продолжать падать до 10–15 % расчетной нагрузки. Расход должен поддерживаться на уровне от 40% до 50% расчетного расхода для поддержания надлежащей скорости теплопередачи. Сравнение значений нагрузки и расхода показывает разрыв в диапазоне, при котором нагрузка и расход не будут полностью следовать линейной зависимости. Надлежащее управление потоком распределения в условиях частичной нагрузки от 10% до 40% должно быть тщательно проанализировано.

Промышленность еще не получила широкого признания практики систем с переменным первичным и переменным вторичным питанием. Центральная установка мощностью от 7 000 до 10 000 тонн охлаждения в коммерческом применении обычно имеет сложные графики загрузки и большую сложную геометрию . Основываясь на тенденциях проектирования и эксплуатации в коммерческом секторе за последние 10 лет, системы с переменным первичным и вторичным переменным (а также третичные системы для некоторых приложений) рекомендуются для упрощения операций и адаптации к будущим вариантам системы. Независимые вторичные системы могут полностью использовать встроенную тепловую массу CUP перед запуском чиллеров из первичного контура. Диапазон колебаний расхода в первом контуре помогает предприятию избежать синдрома маловозвратной воды.

Рис. 2: Показана традиционная первичная система с постоянной и вторичной системой с переменной. Предоставлено: ESD

Как отмечалось ранее, переменный первичный расход помогает чиллерам заполнить пробел между условиями нагрузки от 10% до 30%. Системы с переменными первичными и вторичными переменными могут:

• Быть полностью независимыми.
• Улучшение режима частичной нагрузки.
• Сократить общее количество часов работы чиллера.
• Уменьшите мощность, необходимую для работы насоса.

Как показано на рисунке 1, перепускной клапан в системе переменного первичного контура необходим для поддержания минимального расхода чиллера или насоса. Расположение перепускного клапана, независимого от давления, должно быть либо в CUP, либо в одной из удаленных распределительных ветвей. После сравнения минимального расхода чиллера и насоса в случае указанного выше диапазона производительности установки размер перепускного клапана, не зависящего от давления, вероятно, окажется между минимальным расходом чиллера.

Этот важный компонент требует надежной работы и прочной конструкции. В условиях частичной нагрузки он должен постоянно контролировать работу CUP и отслеживать выбранное давление потока в распределительной ветви. В то время как многие авторитетные производители разрабатывают новые и улучшенные клапаны, не зависящие от давления, для клапанов размером 8 дюймов и выше варианты более ограничены.

В реальном примере, работающем с вышеупомянутой мощностью (и где пространство CUP и бюджет строительства выполнены), система переменного первичного и вторичного распределения должна увеличить срок службы системы распределения охлажденной воды (см. Фигура 2). Для CUP с половиной указанного диапазона производительности или меньше, переменное первичное распределение с хорошим профилем нагрузки может быть лучшим вариантом. Отсутствие необходимости во вторичных распределительных насосах позволило бы снизить затраты на установку и обеспечить экономию энергии при работе охладителей и насосов.

Типичная система нагрева горячей воды на крупных коммерческих предприятиях имеет такой же подход к проектированию системы, как и упомянутые выше системы охлажденной воды.

Рисунок 3: 20-дюймовый коллектор подачи и возврата охлажденной воды на центральном коммунальном предприятии мощностью 7000 тонн. Предоставлено: ESD

Проект центрального коммунального предприятия

В коммерческих зданиях первоначальный проект CUP включает не только мощность чиллера и котла, но и общее количество исходного оборудования. Планирование стандартизированных систем, компонентов и оборудования является одним из наиболее важных этапов проектирования. Это особенно важно при проектировании CUP большой емкости в сложных коммерческих зданиях. Идентичное основное оборудование поможет ремонтной бригаде упростить рутинное техническое обслуживание, сократить склад запасных частей и упростить устранение неполадок.

ASHRAE 90.1: Энергетический стандарт для зданий, за исключением малоэтажных жилых зданий. В приложении G приведены исходные данные для соответствия здания методу оценки производительности (в G.3.1.2.2 указаны размерный коэффициент и мощность теплообменника и установки). Для CUP с холодопроизводительностью от 7 000 до 10 000 тонн охлаждения общее количество чиллеров определяется на основе одновременной нагрузки установки и полного изучения различных условий частичной нагрузки для объекта. Рекомендуется, чтобы один чиллер выдерживал не более 25 % расчетной пиковой одновременной нагрузки.

Как отмечалось ранее, современные CUP обычно выбирают центробежные чиллеры с частотно-регулируемым приводом. Нагрузка чиллера варьируется от 10 % до 100 % производительности, а минимальный расход охлажденной воды варьируется от 40 % до 45 % (значение немного отличается у разных производителей). В прямой математике один чиллер может работать при 10 – 12,5 % от общего расчетного расхода объекта и не менее 2,5 % от параллельной нагрузки предприятия. Проверка двух параметров определяется при анализе общего количества станков.

Бюджет проекта также играет важную роль для большинства коммерческих зданий. После того, как профиль нагрузки завершен, типично, что одинаковая мощность чиллеров и бойлеров в современных CUP может быть спроектирована параллельно. При таком подходе размер CUP не должен быть увеличен.

Рисунок 4: Это пример коллектора горячей воды отопления в первичной системе. Предоставлено: ESD

Анализ механической системы

При проектировании CUP большой производительности стоит проанализировать общее количество чиллеров, котлов, теплообменников (если используется централизованное охлаждение или источник тепла) и насосов первичного распределения. Наилучший вариант — интегрировать оборудование одинакового размера со встроенной устойчивостью. Единственным исключением может быть естественное охлаждение, если нагрузка 24/7 слишком мала, чтобы иметь такую ​​же производительность градирни при частичной нагрузке. На практике с автоматическим перепускным клапаном и нагревателями бассейна холодной воды градирни, которые можно найти на большинстве коммерческих объектов, можно использовать идентичные градирни, которые соответствуют производительности теплообменника/охлаждающей нагрузки здания 24/7 по принципу один к одному.

Чтобы предложить наиболее гибкую комбинацию режимов работы, чиллеры, градирни, бойлеры и первичные распределительные насосы рекомендуется использовать один к одному. Когда CUP настроен с модульным типом работы и управления, оборудование завода будет иметь одинаковое время работы и, в конечном итоге, не приведет к ограничениям взаимозаменяемости между оборудованием одного типа. В этой конфигурации чиллеры и бойлеры обычно подключаются к коллектору общего размера вместо коллектора телескопического типа. Заводское оборудование, подключенное к коллектору общего размера, отклоняет или смешивает температуры с низким локальным перепадом давления. Размер обычного коллектора, рассчитанного на проектный пиковый расход установки, приводит к незначительному увеличению стоимости трубного коллектора или вообще к его отсутствию. Это создает сценарий работы завода с гораздо меньшими потерями на трение в течение большей части дней работы.

Общая труба, также называемая разъединителем, поддерживает низкий перепад давления, сохраняя тот же размер трубы, что и главный патрубок. Для распределительных насосов рекомендуется такая же общая концепция коллектора трубы. Сборный коллектор, применяемый на центральном заводе, возможен, если доступны соединения труб с канавками.

Чиллеры и насосы могут быть объединены в пары для работы с любым оборудованием в рамках одной группы (см. рис. 7). Без крупногабаритного оборудования CUP имеет встроенную избыточность. Унифицированное расположение клапанов, обратных клапанов, клапанов с электроприводом, реле потока и аналогичных компонентов со взаимозаменяемыми функциями помогает CUP работать более гибко и ограничивает количество необходимых запасных частей. С заголовком общего размера приложение еще больше упростит процедуру обслуживания CUP.

Рис. 5: На примере схемы охлажденной воды высотного здания показана нижняя часть гостиничной зоны со скоростными стояками. Предоставлено: ESD

Высотные и специальные здания

Крупные сложные объекты обычно делятся на две категории в зависимости от их физического великолепия: вертикальные и горизонтальные. Это либо сверхвысокие здания, либо сооружения, такие как конференц-центры, которые занимают большую площадь. Распределительная система в комплексе с большой площадью требует нескольких датчиков контроля перепада давления. Эти датчики располагаются либо в удаленных филиалах, либо в критических зонах. ЧРП вторичного насоса будут постоянно регулировать частоту в соответствии с этими значениями. Этот обзор, однако, фокусируется на системе распределения сверхвысоких зданий.

Совет по высотным зданиям и городской среде определяет сверхвысокое здание как более 984 футов в высоту. Здания, соответствующие этому широко распространенному определению, зависят от системы функций занятости на уровне вертикальных зон.

Несколько уровней этажей систем обслуживания здания необходимы для обеспечения подачи ОВКВ на типовые этажи. Эти этажи с механическим, электрическим и сантехническим оборудованием обеспечивают разрыв гидростатического давления, размещают центральные кондиционеры или блоки подпитки или предоставляют третичную насосную систему для распределения гидравлических систем на каждый локальный этаж.

Рис. 6: Пример схемы охлажденной воды высотного здания показывает верхнюю часть гостиничной зоны со скоростными стояками. Предоставлено: ESD

Одной из общих черт высотных зданий, особенно сверхвысоких, является сердцевина, содержащая множество вертикальных транспортных маршрутов, ведущих к системам обслуживания и эксплуатации здания. Благодаря центральному расположению ядра он также определил уникальный процесс строительства высотных зданий. Стандартизированный дизайн в высотных зданиях увеличивает его преимущества.

В сверхвысоких зданиях стратегически важным является размещение теплообменника с разрывом давления. В зависимости от типа изготовления теплообменники и насосы имеют ограничение по давлению 400 и 300 фунтов на квадратный дюйм соответственно.

Для теплообменников, сертифицированных Институтом кондиционирования воздуха, отопления и холодоснабжения, подход 2ºF дает преимущество как в перепаде давления, так и в занимаемой площади, а также поддерживает желаемую температуру охлажденной воды в верхней зоне.

Сверхвысокие здания с несколькими уровнями системы требуют использования «экспресс-стояков». Пример системы распределения охлажденной воды на этажах MEP показан на рисунках 5 и 6. На них показан экспресс-стояк с более высоким значением разрывного теплообменника. Представляет собой локальный зональный стояк с теплообменником локального разрыва давления. Не требуя значительных затрат на оборудование, идентичные теплообменники и распределительные насосы обеспечивают встроенное резервирование. Одинаковая мощность теплообменников и насосов в экспресс-стояках еще более важна, поскольку работа верхней зоны зависит от более отказоустойчивых и надежных возможностей.

Рис. 7: Показана схема центральной установки охлажденной воды мощностью 7000 тонн. Предоставлено: ESD

В этом примере показаны локальные стояки, разработанные для системы на 150 фунтов на квадратный дюйм. Хотя змеевики в оконечных устройствах и регулирующих клапанах рассчитаны на давление 300 фунтов на квадратный дюйм, эта установка экономит время строительства, сокращает время хранения продукции, время обучения подрядчиков и позволяет избежать ошибок, связанных с человеческим фактором. Все оконечные устройства, такие как фанкойлы, регулирующие клапаны, сетчатые фильтры и запорные клапаны, рассчитаны на 150 фунтов на квадратный дюйм. Поддержание локальных стояков, обслуживающих типичные напольные блоки, с системой постоянного давления 150 фунтов на квадратный дюйм помогает оптимизировать техническое обслуживание и запас запасных частей.

Та же концепция номинального давления может применяться к гидравлическим аксессуарам. На рисунках 5 и 6 каждый насос поддерживается при номинальном давлении 300 фунтов на квадратный дюйм, в то время как предварительно заполненные мембранные расширительные баки имеют номинальное значение 125 фунтов на квадратный дюйм. Обычные расширительные баки с диафрагмой имеют два варианта номинального давления: 125 фунтов на квадратный дюйм или 250 фунтов на квадратный дюйм. Расположение расширительных баков в верхней части каждой зоны давления позволяет избежать проблем с правильным расположением, особенно при применении к скоростным стоякам.

Уплотнения насоса часто являются наиболее легко ломаемыми деталями при работе под высоким давлением. Несмотря на то, что существуют варианты насосов на 400 фунтов на квадратный дюйм, позиционные насосы, поддерживающие давление 300 фунтов на квадратный дюйм, продлевают срок службы устройства и предлагают более широкий выбор производителей. Воздушные сепараторы обычно располагаются в местах с высокой температурой и низким давлением внутри гидравлического контура, где растворенный воздух имеет более высокую вероятность выхода из жидких сред. На стороне всасывания насоса удобно размещать воздухоотделители и защищать крыльчатку насоса.

Существуют также распространенные типы воздухоотделителей Американского общества инженеров-механиков, рассчитанные на давление 125 или 300 фунтов на квадратный дюйм. Установка воздушного сепаратора того же типа с номинальным давлением на стороне всасывания насоса при сохранении номинального давления 300 фунтов на квадратный дюйм упрощает систему сверхвысокого здания. Концепции стандартизированного проектирования разбивают конфликтующую систему на несколько стандартных системных решений.

Из-за общих конструктивных требований горизонтальное распределение труб на стандартных этажах всегда представляет собой проблему. Для размещения обслуживания часто решением являются стояки, распределенные по этажам системы здания. Стандарт ASHRAE 111: Тестирование, регулировка и балансировка систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха указывает на балансировку и проверку гидравлической системы. Для большого здания, особенно применительно к сверхвысокому зданию, тестирование и балансировка после завершения строительства могут занять много времени. Сбалансировать каждый отдельный локальный стояк в каждой зоне давления в сверхвысоком здании может быть проблематично, особенно если это зависит от динамического баланса. Любое изменение после предварительно сбалансированной системы требует повторной балансировки.

Согласно терминологии ASHRAE, обратная обратка – это двухтрубная система, в которой теплоноситель, подаваемый в первую нагрузку, возвращается в теплообменное оборудование последним. Эта система включает трубопроводы возврата воды от оконечных устройств, размеры которых обеспечивают одинаковую длину для сбалансированных скоростей потока. По сравнению с системой прямого возврата конструкция с обратным возвратом имеет общую функцию самобалансировки.

Для больших сложных зданий обратный возврат осуществить сложно. Тем не менее, это может быть более целесообразно для установки в высотных приложениях, поскольку типичное распределение находится ближе к основной области. Это потенциально решает проблему тестирования и балансировки и не требует повторной балансировки после изменения системы.

На рисунках 5 и 6 вертикальные стояки используются для обратного возврата в гостиничной секции многофункционального многоэтажного здания. Это вертикальное применение обратного возврата решает проблему ограниченного горизонтального трубопровода в ограниченной полости потолка под несущей балкой. Размер вертикального стояка небольшой и расположен в пределах 150 фунтов на квадратный дюйм, что приводит к небольшому увеличению стоимости трубопровода.

Рис. 8: Здесь показан 20-дюймовый коллектор насоса охлажденной воды на вторичной распределительной системе. Предоставлено: ОУР

Предотвращение инженерных конфликтов

Сложные объекты с центральными электростанциями большой мощности представляют сложный набор переменных , который может легко превратиться в набор конфликтующих систем. Инженеры могут применить стандартизированную концепцию, чтобы превратить сложную систему в упрощенное единообразное решение. Однако для достижения этого требуется обширная инженерная работа на ранней стадии проектирования.

В идеале проектирование и планирование включают всесторонний анализ всех сложных факторов, обеспечивающий на выходе следующие характеристики:

• Простая система, разработанная с уменьшенным размером строительной бригады.
• Надежная система со встроенным резервированием.
• Надежная система с взаимозаменяемыми способами работы.
• Стандартизированная система, позволяющая сократить площадь складских помещений и потребность в запасных частях.