Лучистые климатические системы

Особенности проектирования

С. А. Волошин , директор представительства ClinaHeiz - und Kuhlelemente GmbH в России, voloshin@clina-rus.ru

Сравнение различных систем климатизации

Для начала рассмотрим традиционные системы климатизации, сгруппировав их не по техническим признакам, а по набору недостатков для потребителя. Сплит-системам и системам «чиллер – кассетный фэнкойл» присущи высокая неравномерность охлаждения, интенсивное движение воздуха, шум от вентилятора, ограниченность ресурса вентилятора, необходимость замены фильтров, необходимость больших лючков для обслуживания или блоков на стенах (что ухудшает дизайн помещения), потребление значительной энергии на выпадение конденсата, чрезмерное осушение воздуха, возможность засорения дренажного трубопровода с последующей протечкой, требуется подшивной потолок.

VRF/VRV-системы с их многообразием внутренних блоков (например, с фреоновым испарителем) и системы «чиллер – канальный фэнкойл» свободны от проблем с вентиляторами и лючками, но по сути являются просто улучшенными вариантами сплит-систем и систем «чиллер – кассетный фэнкойл».

Системы централизованного кондиционирования – это более комфортное решение, тем не менее равномерность охлаждения у них ниже, чем у ЛКС, они часто требуют значительного увеличения воздухообмена, что значительно увеличивает воздуховоды и приводит к удорожанию системы вентиляции.

Климатические балки являются наиболее оптимальным решением систем с воздушным механизмом передачи энергии, тем не менее для снятия теплоизбытков могут потребоваться достаточно высокие скорости воздушных потоков из щелевых диффузоров, и это ограничение уже принципиально связано с тем, что воздух далеко не идеальный агент для переноса энергии.

ЛКС свободны от вышеперечисленных недостатков, также они обеспечивают комфортность за счет лучистого поглощения те-плоизбытков и идеальную равномерность охлаждения по всей площади помещения, причем с горячих поверхностей, будь то человек или солнечное пятно, лучистая составляющая будет удельно значительно выше, чем с окружающих более прохладных поверхностей.

ЛКС на основе водонесущих полипропиленовых капиллярных матов

Существует несколько видов ЛКС: трубы в монолите перекрытий, металлические потолочные кассеты с медными трубами, пластиковые трубы с термораспределяющими алюминиевыми пластинами или панелями с пазами, пластиковые трубы в слое штукатурки.

Решения на основе водонесущих полипропиленовых капиллярных матов (ЛКСКМ) объединяют в себе преимущества и способы монтажа всех перечисленных систем, оставаясь свободными от большинства присущих им недостатков.

Так, трубы в монолите перекрытий требуют реализации на этапе капитального строительства, а капиллярные маты могут быть закреплены на поверхности бетона и оштукатурены слоем от 8 мм даже при реконструкции существующего здания. При этом холодный рабочий слой находится максимально близко к охлаждаемому помещению и имеет меньшую инерцию, что позволяет более точно регулировать температуру при резком изменении поступления теплоизбытков.

Металлические кассеты на медных трубках имеют большой вес, а вес заполненных водой капиллярных матов составляет 870 г/м².

Алюминиевые пластины или панели с пазами не позволяют гибко обойти присутствующие на потолке элементы инженерии, такие как свет, звук, различные датчики, а насыщенность потолка различными элементами бывает очень высока. Капиллярные маты позволяют легко обойти препятствия до 600 мм в диаметре внутри мата шириной 1 м.

Пластиковые трубы в слое штукатурки расположены с шагом 100–150 мм, что не позволяет обеспечить требуемую равно-мерность температуры поверхности, из-за чего невозможно достичь максимально возможной мощности для заданной ΔТ – разницы между средней температурой воды в контуре ЛКС и температурой в помещении.

Технология ЛКСКМ не зависит от размера объекта и может применяться одинаково успешно как в квартире (а при наличии центрального чиллера – и в отдельной комнате), так и в зданиях на десятки тысяч квадратных метров.

Еще одним немаловажным преимуществом потолочных ЛКСКМ является возможность использования их для отопления практически без дополнительных затрат. Для системы капиллярных матов экспериментально установлено, что мощность по холоду состоит на 60 % из лучистой составляющей и на 40 % из конвекционной составляющей. При потолочном отоплении конвекция мала, остается только лучистая составляющая. Поэтому при равной (с обратным знаком) ΔТ между средней темпе-ратурой теплоносителя и температурой в помещении мощность потолочной системы по теплу = 0,6 • мощность по холоду.

Пример: ΔТ = 9 °C.

Охлаждение: средняя температура теплоносителя +17 °C (+16…+18 °C), температура внутреннего воздуха в помещении – +26 °C. Мощность по холоду составляет 80 Вт/м².

Следует отметить, что при средней температуре потолков +18…+19 °C и температуре внутреннего воздуха на уровне головы человека +25…+26 °C результирующая температура, ощущаемая человеком, составляет +23 °C.

Рассмотрим пример отопления потолочной системой. При средней температуре теплоносителя +32 °C (+34…+30 °C) и температуре внутреннего воздуха в помещении +23 °C мощность по теплу потолочной системы 50 Вт/м². Для мощности по теплу 90 Вт/м2 требуется ΔТ = 14 °C. Максимальная температура, применяемая в решениях на основе капиллярных матов, составляет +40 °C и используется, например, для хаммамов. Первая причина – это заявленный производителем срок службы матов, который составляет 50 лет, а вторая – несоответствие идеологии использования матов на больших поверхностях и при невысоких температурах теплоносителя. Капиллярные маты могут укладываться в слой клея плитки без увеличения нагрузок при реконструкции существующих зданий, использоваться в системах снеготаяния без увеличения нагрузок на эксплуатируемую кровлю.

Капиллярный мат представляет собой параллельно подсоединенные к подающей и обратной полипропиленовой трубе диа-метром 20 мм капиллярные полипропиленовые трубки диаметром 3,4 или 4,3 мм с шагом 10, 20 или 30 мм с шириной от 150 мм до 1 м и длиной от 1 до 6 м.

Такая конструкция мата позволяет обеспечить его небольшое сопротивление (до 1,5 м вод. ст.) для требуемого расхода воды. Капиллярность трубок позволяет совершенно не заботиться о завоздушивании при проектировании раскладки матов. Допустимо расположить мат на стене с капиллярами вверх от подающей и обратной трубы на полу.

Полипропиленовые капиллярные трубки легко гнутся и могут применяться на любых выпуклых и вогнутых поверхностях.

Особенности проектирования

В целом проектирование ЛКСКМ ничем не отличается от проектирования водяных теплых полов, но есть некоторые нюансы.

На основании проекта дизайна потолков, освещения, слаботочных систем на потолке осуществляется раскладка матов с обвязкой их в гидравлические зоны в каждом помещении.

От способа установки матов зависит мощность охлаждения:

1. за металлические панели – 95 Вт/м²;
2. за 1 слой гипсокартона – 66 Вт/м²;
3. на гипсокартон с последующим оштукатуриванием слоем 8–12 мм – 78 Вт/м².

Если установка матов на потолке не обеспечивает достаточной мощности охлаждения, то дополнительно можно монтировать маты на стены, использовать конвекционные шкафы на основе капиллярных матов или традиционные системы как доводчики. Пиковая требуемая мощность часто связана с периодом времени, когда инсоляция максимальна, это несколько часов. Логика совместной работы такова: пока ЛКСКМ обеспечивает требуемую мощность, доводчики не используются.

Производитель снабжает проектировщиков программой по расчету гидравлического сопротивления матов.

Конвекционные шкафы на основе капиллярных матов могут выполнять одновременно функции как охлаждения, так и умного осушения, например поддерживать в винном шкафу температуру +12 °C и осушать воздух до 65 % за счет конденсации при превышении заданного порога влажности. Собранный конденсат сливается в дренаж. В комбинации с ЛКСКМ они могут контролировать заданный порог влажности воздуха для заданного диапазона температур.

На рис. 9 представлена принципиальная схема охлаждения на капиллярных матах.

Расходом в первичном контуре от чиллера теплоносителя +6…+12 °C через теплообменник мы поддерживаем подачу воды в систему капиллярных матов с температурой +16 °C. Регулирование в помещениях осуществляется открытием вентилей соот-ветствующих гидравлических зон, если есть задание охлаждать, и их закрытием, если заданная температура достигнута.

Заключение

Возможность использовать воду с температурой +16 °C для охлаждения и +34 °C для отопления в ЛКСКМ позволяет мак-симально эффективно использовать тепловые насосы и другие низкотемпературные источники теплоты. Дополнительный экономический эффект дает отсутствие расхода энергии на конденсацию. Экономия энергии от применения ЛКСКМ может составлять от 20 до 30 %.

Таким образом, ЛКСКМ возможно максимально гибко применять для проектирования наиболее комфортных и энергосберегающих решений. Система удобна в монтаже и эксплуатации и представляет собой достойную альтернативу как традиционным системам климатизации, так и другим способам реализации ЛКС.

Литература

• Белова Е. М. Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях. М. : Евроклимат, 2006.
• Белова Е. М. Системы кондиционирования воздуха с чилерами и фэнкойлами. М. : Евроклимат, 2003.
• www.clina-rus.ru.
• Рекомендации АВОК Р НП «АВОК» 4.1.6–2009 «Системы отопления с потолочными подвесными излучающими панелями».
• Бродач М. М., Вирта М. К., Устинов В. В. Климатические балки: проектирование, монтаж, эксплуатация. М. : АВОК-ПРЕСС, 2012.