Регулирование расхода воздуха. Обзор технологий, применяемых в воздушных клапанах. VAV система вентиляции Системы с переменным расходом воздуха vav клапана

ИРИСОВЫЙ КЛАПАН С СЕРВОПРИВОДОМ

Благодаря уникальной конструкции дроссельных заслонок, поток воздуха можно измерять и регулировать в пределах одного устройства и одного процесса, поставляя в помещение сбалансированное количество воздуха. Результатом является постоянный комфортный микроклимат.
Дроссельные заслонки IRIS позволяют быстро и точно регулировать поток воздуха. Справляются везде там, где необходим индивидуальный контроль комфорта и прецизионное управление воздухом.
Измерение и регулировка потока для обеспечения максимального комфорта
Уравновешивание потока воздуха это обычно трудоемкое и дорогое действие при запуске вентиляционной системы. Линейное ограничение потока воздуха, характерное для линзовых дроссельных заслонок, упрощает эту операцию.
Конструкция дроссельных заслонок
Дроссельные заслонки IRIS могут функционировать как в приточных, так и вытяжных инсталляций, элиминируя риск связанный с ошибками неправильной инсталляции. Линзовые дроссельные заслонки IRIS состоят из корпуса из оцинкованной стали, линзовых плоскостей, регулирующих поток воздуха, рычага для плавного изменения диаметра отверстия. Кроме того, они оборудованы двумя наконечниками для подключения устройства, измеряющего cилу потока воздуха.
Дроссельные заслонки оборудованы уплотнителями из резины EPDM для плотного соединения с вентиляционными каналами.
Благодаря креплению двигателя возможно автоматическое управление потоком без необходимости ручного изменения настроек. Специальная плоскость предусмотрена для стабильного монтажа серводвигателя, защищая его от перемещения и повреждения.
Что отличает линзовые дроссельные заслонки от стандартных дроссельных заслонок?
Конвенциональные дроссельные заслонки увеличивают скорость потока воздуха вдоль стен каналов, генерируя притом большой шум. Благодаря линзовому закрытию дроссельных заслонок IRIS, подавление не вызывает турбуленций и шума в каналах. Это позволяет увеличить потоки или давление, по сравнению со стандартными дроссельными заслонками, без шума в инсталляции. Это большое упрощение и экономия, т.к. нет необходимости применения дополнительных звукоизолирующих элементов. Соответственное глушение шума возможно путем правильной инсталляции дроссельных заслонок в вентиляционной системе.
Для прецизионного измерения и контроля потока воздуха, дроссельные заслонки следует поместить на прямых отрезках, не ближе, чем:
1. 4 х диаметр воздуховода перед дроссельной заслонкой,
2. 1 х диаметр воздуховода за дроссельной заслонкой.
Применение линзовых дроссельных заслонок очень важно для обеспечения гигиены вентиляционной инсталляции. Благодаря возможности полного открытия, очистные роботы могут успешно попасть в каналы, соединенные с этого рода дроссельными заслонками.
Преимущества дроссельных заслонок IRIS:
1. низкий уровень шума в каналах
2. простой монтаж
3. отличное уравновешивание потока воздуха, благодаря измерительной и регулирующей единице
4. простая и быстрая регулировка потока без необходимости дополнительных устройств - применение ручки или серводвигателя
5. точное измерение потока
6. плавная регулировка - вручную с помощью рычага или автоматически благодаря применению версии с серводвигателем
7. конструкция позволяющая на простой доступ для чистящих роботов.

Регуляторы переменного расхода воздуха КПРК для воздуховодов круглого сечения предназначены для поддержания заданного значения расхода воздуха в системах вентиляции с переменным расходом воздуха (VAV) или с постоянным расходом воздуха (CAV). В режиме VAV уставка расхода воздуха может изменяться с помощью сигнала от внешнего датчика, контроллера или от системы диспетчеризации, в режиме CAV регуляторы поддерживают заданный расход воздуха

Основными компонентами регуляторов расхода являются воздушный клапан, специальный приемник давления (зонд) для измерения расхода воздуха и электропривод со встроенным контроллером и датчиком давления. Разность полного и статического давлений на измерительном зонде зависит от расхода воздуха через регулятор. Текущая разность давлений измеряется встроенным в электропривод датчиком давления. Электропривод под управлением встроенного контроллера открывает или закрывает воздушный клапан, поддерживая расход воздуха через регулятор на заданном уровне.

Регуляторы КПРК могут работать в нескольких режимах в зависимости от схемы подключения и настройки. Уставки расхода воздуха в м3/час задаются при программировании на заводе-изготовителе. При необходимости, уставки могут быть изменены с помощью смартфона (с поддержкой NFC), программатора, компьютера или системой диспетчеризации по протоколу MP-bus, Modbus, LonWorks или KNX.

Регуляторы выпускаются в двенадцати исполнениях:

• КПРК…B1 – базовая модель с поддержкой MP-bus и NFC;
• КПРК…BМ1 – регулятор с поддержкой Modbus;
• КПРК…BЛ1 – регулятор с поддержкой LonWorks;
• КПРК…BK1 – регулятор с поддержкой KNX;
• КПРК-И…B1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе с поддерж-кой MP-bus и NFC;
• КПРК-И…BМ1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе с поддерж-кой Modbus;
• КПРК-И…BЛ1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе с поддерж-кой LonWorks;
• КПРК-И…BK1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе с поддерж-кой KNX;
• КПРК-Ш…B1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе и шумоглушителем с поддержкой MP-bus и NFC;
• КПРК-Ш…BМ1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе и шумоглушителем с поддержкой Modbus;
• КПРК-Ш…BЛ1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе и шумоглушителем с поддержкой LonWorks;
• КПРК-Ш…BK1 – регулятор в тепло-/звукоизолированном корпусе и шумоглушителем с поддержкой KNX.

Для согласованной работы нескольких регуляторов переменного расхода воздуха КПРК и вентиляционной установки рекомендуется использовать Optimizer - регулятор, обеспечивающий изменение скорости вращения вентилятора в зависимости от текущей потребности. К Optimizer можно подключать до восьми регуляторов КПРК, а также объединять при необходимости несколько Optimizer в режиме «Ведущий-Ведомый». Регуляторы переменного расхода воздуха сохраняют работоспособность и могут эксплуатироваться вне зависимости от их пространственной ориентации за исключением, когда штуцеры измерительного зонда направлены вниз. Направление потока воздуха должно соответствовать стрелке на корпусе изделия. Регуляторы изготавливаются из оцинкованной стали. Модели КПРК-И и КПРК-Ш выполнены в тепло-/звукоизолированном корпусе с толщиной изоляции 50 мм; КПРК-Ш дополнительно оснащены шумоглушителем длиной 650 мм на стороне выхода воздуха. Патрубки корпуса оборудованы резиновыми уплотнениями, что обеспечивает герметичность соединения с воздуховодами.

Регулирование расхода воздуха – это часть процесса наладки систем вентиляции и кондиционирования, оно выполняется при помощи специальных регулирующих воздушных клапанов. Регулирование расхода воздуха в системах вентиляции позволяет обеспечить требуемый приток свежего воздуха в каждое из обслуживаемых помещений, а в системах кондиционирования – охлаждение помещений в соответствии с их тепловой нагрузкой.

Для регулирования расхода воздуха применяются воздушные клапана, ирисовые клапана, системы поддержания постоянного расхода воздуха (CAV, Constant Air Volume), а также системы поддержания переменного расхода воздуха (VAV, Variable Air Volume). Рассмотрим эти решения.

Два способа изменить расход воздуха в воздуховоде

Принципиально существует всего два способа изменить расход воздуха в воздуховоде – изменить производительность вентилятора или вывести вентилятор на максимальный режим и создать в сети дополнительное сопротивление движению потока воздуха.

Первый вариант требует подключения вентиляторов через частотные преобразователи или ступенчатые трансформаторы. При этом расход воздуха изменится сразу во всей системе. Отрегулировать подачу воздуха в одно конкретное помещение таким способом невозможно.

Второй вариант применяется для регулирования расхода воздуха по направлениям – по этажам и по помещениям. Для этого в соответствующие воздуховоды встраиваются различные регулировочные устройства, о которых речь и пойдёт ниже.

Воздушные отсечные клапана, шиберы

Самый примитивный способ регулирования расхода воздуха – применение воздушных отсечных клапанов и шиберов. Строго говоря, отсечные клапана и шиберы не являются регуляторами и не должны применяться в целях регулирования расхода воздуха. Тем не менее, формально они обеспечивают регулирование на уровне «0-1»: или воздуховод открыт, и воздух движется, или воздуховод закрыт, и расход воздуха равен нулю.

Отличие воздушных клапанов от шиберов заключается в их конструкции. Клапан, как правило, представляет собой корпус, внутри которого предусмотрена поворотная заслонка. Если заслонка повёрнута поперёк оси воздуховода, он перекрыт; если по оси воздуховода – он открыт. У шибера заслонка двигается поступательно, словно дверца шкафа-купе. Загораживая сечение воздуховода, она сводит расход воздуха к нулю, а, открывая сечение, обеспечивает проток воздуха.

В клапанах и в шиберах возможна установка заслонки в промежуточные положения, что формально позволяет изменять расход воздуха. Однако такой способ является самым неэффективным, сложно неконтролируемым и наиболее шумным. Действительно, поймать нужное положение заслонки при её прокручивании практически невозможно, а так как конструкция заслонок не предусматривает функцию регулирования расхода воздуха, в промежуточных положениях шиберы и заслонки достаточно сильно шумят.

Ирисовые клапана

Ирисовые клапана – одно из наиболее распространенных решений для регулирования расхода воздуха в помещениях. Они представляют собой круглые клапана с расположенными по внешнему диаметру лепестками. При регулировании лепестки смещаются к оси клапана, перекрывая часть сечения. При этом создается хорошо обтекаемая с аэродинамической точки зрения поверхность, что способствует снижению уровня шума в процессе регулирования расхода воздуха.

Ирисовые клапана снабжены шкалой с рисками, по которой можно отслеживать степень перекрытия живого сечения клапана. Далее производится измерение падения давления на клапане при помощи дифференциального манометра. По величине падения давления определяется фактический расход воздуха через клапан.

Регуляторы постоянного расхода

Следующий этап развития технологий регулирования расходов воздуха – появление регуляторов постоянного расхода. Причина их появления проста. Естественные изменения в вентиляционной сети, засорение фильтра, засорение наружной решетки, замена вентилятора и другие факторы приводят к изменению давления воздуха перед клапаном. Но клапан-то был настроен на некоторый штатный перепад давления. Как он будет работать в новых условиях?

Если давление перед клапаном снизилось, старые настройки клапана «передавят» сеть, и расход воздуха в помещение снизится. Если давление перед клапаном возросло, старые настройки клапана «недодавят» сеть, и расход воздуха в помещение возрастёт.

Однако главной задачей системы регулирования является именно сохранение проектного расхода воздуха во все помещения на протяжении всего жизненного цикла климатической системы. И здесь на первый план выходят решения для поддержания постоянного расхода воздуха.

Принцип их работы сводится к автоматическому изменению проходного сечения клапана в зависимости от внешних условий. Для этого в клапанах предусматривается специальная мембрана, которая деформируется в зависимости давления на входе в клапан и перекрывает сечение при повышении давления или освобождает сечение при понижении давления.

В других клапанах постоянного расхода вместо мембраны применяется пружина. Повышение давления перед клапаном сжимает пружину. Сжатая пружина воздействует на механизм регулирования проходного сечения, и проходное сечение уменьшается. При этом сопротивление клапана возрастает, нейтрализуя повышенное давление до клапана. Если же перед клапаном давление понизилось (например, вследствие засорения фильтра), пружина разжимается, и механизм регулирования проходного сечения увеличивает проходное отверстие.

Рассмотренные регуляторы постоянного расхода воздуха работают на основе естественных физических принципов без участия электроники. Существуют и электронные системы поддержания постоянного расхода воздуха. Они измеряют фактический перепад давления или скорость воздуха и соответствующим образом изменяют площадь проходного сечения клапана.

Системы с переменным расходом воздуха

Системы с переменным расходом воздуха позволяют изменять расход подаваемого воздуха в зависимости от фактического положения дел в помещении, например, в зависимости от количества человек, концентрации углекислого газа, температуры воздуха и других параметров.

Регуляторы данного вида представляют собой клапана с электроприводом, работа которого определяется контроллером, получающим информацию от датчиков, расположенных в помещении. Регулирование расходов воздуха в системах вентиляции и кондиционирования осуществляется по разным датчикам.

Для вентиляции важно обеспечить требуемое количество свежего воздуха в помещении. При этом задействуются датчики концентрации углекислого газа. Задачей системы кондиционирования является поддержание заданной температуры в помещении, следовательно, в ход идут датчики температуры.

В обеих системах также могут быть применены датчики движения или датчики определения количества человек в помещении. Но смысл их установки следует оговорить отдельно.

Безусловно, чем больше человек в помещении, тем больше свежего воздуха следует в него подавать. Но всё-таки первостепенной задача системы вентиляции заключается не в том, чтобы обеспечить расход воздуха «по людям», а в том, чтобы создать комфортную обстановку, что в свою очередь определяется концентрацией углекислого газа. При высокой концентрации углекислого газа вентиляция должна работать в более мощном режиме, даже если в помещении находится всего один человек. Аналогично, главным признаком работы системы кондиционирования является температура воздуха, а не количество человек.

Однако датчики присутствия позволяют определить, нужно ли вообще обслуживать данное помещение в настоящий момент. Кроме того, система автоматики может «понимать», что «дело к ночи», и в рассматриваемом кабинете вряд ли кто-то будет работать, а, значит, нет смысла тратить ресурсы на его климатизацию. Таким образом, в системах с переменным расходом воздуха разные датчики могут выполнять разные функции – для формирования регулирующего воздействия и для понимания необходимости в работе системы как таковой.

Наиболее продвинутые системы с переменным расходом воздуха позволяют на основе нескольких регуляторов формировать сигнал для управления вентилятором. Например, в один период времени почти все регуляторы открыты, вентилятор работает в режиме высокой производительности. В другой момент времени часть регуляторов понизила расход воздуха. Вентилятор может работать в более экономичном режиме. В третий момент времени люди сменили дислокацию, переместившись из одних помещений в другие. Регуляторы отработали ситуацию, но общий расход воздуха почти не изменился, следовательно, вентилятор продолжит работу в прежнем экономичном режиме. Наконец, возможна ситуация, когда почти все регуляторы закрыты. В этом случае вентилятор снижает обороты до минимума или выключается.

Такой подход позволяет избежать постоянной ручной перенастройки системы вентиляции, существенно повысить её энергоэффективность, увеличить срок службы оборудования, накопить статистику о климатическом режиме здания и его изменении в течение года и в течение суток в зависимости от разных факторов – количества людей, наружной температуры, погодных явлений.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир климата»>

Системы с переменным расходом воздуха (VAV - Variable Air Volume) - это энергоэффективная система вентиляции, позволяющая экономить энергию без снижения уровня комфорта. Система дает возможность независимого, для каждого отдельного помещения, регулирования параметров вентиляции, а также позволяет экономить капитальные и эксплуатационные затраты.

Современная база оборудования и автоматики позволяет создавать такие системы по ценам, почти не превышающих цены обычных систем вентиляции, при этом позволяя эффективно расходовать ресурсы. Все это и есть причины возрастающей популярности VAV-система.

Рассмотрим, что такое VAV-система, как она работает, какие преимущества дает, на примере вентиляционной системы коттеджа, площадью 250 кв.м. ().

Преимущества систем с переменным расходом воздуха

Системы с переменным расходом воздуха (VAV – Variable Air Volume), уже в течение нескольких десятилетий широко используются в Америке и Западной Европе, на Российский рынок они пришли совсем недавно. Пользователи западных стран высоко оценили преимущество независимого, для каждого отдельного помещения, регулирования параметров вентиляции, а также возможность экономии капитальных и эксплуатационных затрат.

Вентиляционные “Variable Air Volume“ системы работают в режиме изменения количества подаваемого воздуха. Изменения тепловой нагрузки помещений компенсируются путем изменения объемов приточного и вытяжного воздуха при его постоянной температуре, поступающего из центральной приточной установки.

Вентиляционная система VAV реагирует на изменение тепловой нагрузки отдельных помещений или зон здания и изменяет фактическое количество воздуха, подаваемого в помещение или зону.

За счет этого вентиляция работает при общем значении расхода воздуха меньшем, чем необходимо при суммарной максимальной тепловой нагрузке всех отдельных помещений.

Это обеспечивает снижение потребления энергии при сохранении заданного качества воздуха внутри помещений. Снижение энергетических затрат может составлять от 25-50% в сравнении с вентиляционными системами с постоянным расходом воздуха.

Рассмотрим эффективность на примере вентиляции загородного дома
площадью 250 м², с тремя спальнями

При традиционной системе вентиляции , для жилого помещения такой площади, требуется расход воздуха около 1000 м³/ч., и зимой для нагрева приточного воздуха до комфортной температуры потребуется около 15 кВтч. При этом заметная часть энергии будет тратиться впустую, ведь люди, для которых работает вентиляция, не могут находиться сразу во всем коттедже: ночь они проводят в спальнях, а день - в других комнатах. Однако выборочно уменьшить производительность традиционной системы вентиляции в нескольких помещениях невозможно, поскольку балансировка воздушных клапанов, с помощью которых можно регулировать подачу воздуха по помещениям, производится на этапе пуско-наладки, а в процессе эксплуатации соотношение расходов изменять нельзя. Пользователь может только уменьшить общий расход воздуха, но тогда в помещениях, где находятся люди, станет душно.

Если к воздушным клапанам подключить электроприводы, которые позволят дистанционно управлять положением заслонки клапана и тем самым регулировать расход воздуха через него, то можно будет включать и отключать вентиляцию раздельно в каждом помещении с помощью обычных выключателей. Проблема в том, что управлять такой системой весьма сложно, т.к. одновременно с закрытием части клапанов придется снижать производительность системы вентиляции на строго определенную величину, чтобы расход воздуха в остальных помещениях оставался неизменным и в результате улучшение превратится в головную боль.

Использовании VAV-системы позволит проводить все эти регулировки в автоматическом режиме. И так устанавливаем простейшую VAV-систему, которая позволяет раздельно включать и отключать подачу воздуха в спальни и остальные помещения. В ночном режиме, воздух подается только в спальни, следовательно расход воздуха составлять около 375 м³/ч (из расчета по 125 м³/ч на каждую спальню, пл. 20 м²), и потребление энергии около 5 кВтч, то есть, в 3 раза меньше, чем в первом варианте.

Получив возможность раздельного управления, в разных помещениях можно дополнить систему средствами новейшей автоматизации климатконтроля, так применение клапанов с пропорциональными электроприводами сделает управление плавным и еще более удобным; а если подключить включение/оключение подачи воздуха по сигналу датчика присутствия, мы получаем аналог системы «Умный глаз», используемой в бытовых сплит-системах, но на совершенно новом уровне. Для дальнейшей атоматизации в систему можно встраивать датчики температуры, влажности, концентрации CO2 и др, что в итоге - не только позволит беречь энергию, но и при этом значительно повысит уровень комфорта.

Если все блоки автоматики, которые управляют электроприводами воздушных клапанов, соединить единой шиной управления, то появится возможность централизованного сценарного управления всей системой. Так, можно создать и задавать индивидуальные режимы работы для разных помещений, в разных жизненных ситуациях, так:

ночью - воздух подается только в спальни, а в остальных помещениях клапаны открыты на минимальном уровне; днем - воздух подается в комнаты, кухни, и др помещения, кроме спален. В спальных комнатах клапаны закрыты или открыты на минимальном уровне.

вся семья в сборе - расход воздуха в гостиной увеличиваем; в доме никого - настраивается циклическое проветривание, которое не позволит возникнуть запахам и сырости, но сэкономит ресурсы.

Для независимого управления не только объемом, но и температурой приточного воздуха в каждом из помещений можно установить догреватели (маломощные калориферы), управляемые от индивидуальных регуляторов мощности. Это позволит подавать из вентустановки воздух с минимально допустимой температурой (+18°С), индивидуально нагревая его до требуемого уровня в каждом помещении. Такое техническое решение позволит еще больше снизить потребление энергии, и приблизит нас к системе «Умный дом».

Схема работы такой системы, скорее вопрос профильного специалиста, поэтому здесь мы приведем всего одну, самую простую схему (рабочий и ошибочный варианты) с объяснением как это работает. Но кроме простых систем, сущестуют и более сложные варианты позволяющие создавать любые VAV-системы - от бытовых бюджетных систем с двумя клапанами до многофункциональных вентиляционных систем административных зданий с поэтажным управлением расходом воздуха.

Звоните, специалисты компании "ОВК Инжиниринг" проконсультируют, помогут выбрать оптимальный вариант, спроектируют и установят VAV-систему, идеально подходящую именно Вам.

Почему VAV-системы должны устанавливать специалисты

Проще всего ответить на это вопрос, на примере. Рассмотрим типовую конфигурацию системы с переменным расходом воздуха и ошибки, которые могут быть допущены при ее проектировании. На иллюстрации показан пример корректной конфигурации воздухопроводной сети VAV-системы:

1. Верная схема VAV-системы с переменным расходом воздуха

В верхней части расположен управляемый клапан, который обслуживает три помещения (три спальни из нашего примера) => В этих помещениях установлены дроссель-клапаны с ручным управлением для балансировки на этапе пуско-наладки. Сопротивление этих клапанов не будет изменяться* в процессе работы, поэтому не оказывают влияния на точность поддержания расхода воздуха.

К магистральному воздуховоду подключен клапан с ручным управлением, который имеет неизменный расход воздуха P=const. Такой клапан может понадобиться для обеспечения нормальной работы вентустановки в случае, когда все остальные клапаны закрыты. => Воздуховод с этим клапаном выводится в помещение с постоянной подачей воздуха.

Схема простая, рабочая и эффективная.

Теперь рассмотрим ошибки, которые могут быть допущены при проектировании воздухопроводной сети VAV-системы:

Ошибочные ответвления воздуховодов выделены красным цветом. Клапаны №2 и 3 подключены к воздуховоду, идущему от точки разветвления к VAV-клапану №1. При изменении положения заслонки клапана №1 давление в воздуховоде возле клапанов №2 и 3 будет изменяться, поэтому расход воздуха через них не будет постоянным. Управляемый клапан №4 нельзя подключать к магистральному воздуховоду, поскольку изменение расхода воздуха через него приведет к тому, что давление P2 (в точке разветвления) не будет постоянным. А клапан №5 нельзя подключать так, как показано на схеме, по той же причине, что и клапаны №2 и 3.

*Конечно можно настроить управляемый воздушный поток для каждой спальни, но в этом случае будет более сложная схема, которую в рамках данной статьи мы не рассматриваем.