VAV-система вентиляции - что это такое

Рисунок 1. VAV-система вентиляции

VAV-система вентиляции — это ответ на потребности рынка, связанные с применением энергосберегающих технологий в строительстве. Инновационные решения призваны экономить энергию и адаптировать работу оборудования под потребности конкретного помещения. Большинство существующих вентиляционных установок, работающих в офисных и общественных зданиях, недостаточно энергоэффективны. Затраты на их эксплуатацию составляют 30% энергии, потребляемой зданием. Рассказываем, как ВАВ-система оптимизирует работу вентиляционного и климатического оборудования и улучшает качество кислорода.

Как работает VAV-система — функционал и разновидности

Ключевой принцип в VAV-системе (англ. Variable Air Volume) — переменный расход воздуха. Что это означает на практике? Основная проблема общественных и административных зданий — неравномерная загрузка помещения.

В офисах сотрудники присутствуют на рабочих местах с 9:00 до 18:00 с понедельника по пятницу и отдыхают в выходные. Ученики в школе 45 минут сидят в классе и покидают помещение на переменах.

Как работает традиционная система вентиляция воздуха в этом случае? На полную мощность. В помещении никого нет, потребности в удалении углекислого газа нет, а оборудование продолжает расходовать электроэнергию и свой ресурс.

Принцип работы VAV-вентиляция заключается в адаптации под текущие параметры: упал уровень содержания СО2, люди покинули помещение, нет фиксации движения — система переходит на энергосберегающий режим работы. Например, климатическую VAV-систему используют в зимний холодный период, для нагрева приточного воздуха до комфортной температуры.

Методы регулирования расхода:

1. в установка с фиксированным расходом CAV (Constans Air Volume), популярных из-за более низких капиталовложений и более простой конструкции, расход кислорода всегда одинаков, меняется лишь температура. Система CAV гораздо более энергозатратна — оборудование работает на полную мощность вне зависимости от реальной потребности.
2. VAV-системы предлагают двухступенчатую схему регулировки на основании временного таймера, недельного планировщика и клапанов с электроприводами. Оптимальна для офисных и административных помещений. Пример реализации: задается интенсивность вентилирования в соответствии с рабочим и недельным графиком. Оборудование активно работает в период с 9:00 до 12:00 и с 13:00 до 18:00 с понедельника по пятницу. В обеденный перерыв с 12:00 до 13:00 и в выходные расход воздуха и объема электроэнергии минимален. VAV-система идеально подходит для помещений, где количество людей не меняется (офисы, учебные аудитории). Информация о настройках отображается на панели управления.
3. DCV-системы ориентированы на возможное изменение нагрузки на помещение и увеличение числа людей. Оснащаются датчиками температуры, дифференциальным и углекислого газа (CO2). Интенсивность вентилирования зависит от показателей, которые автоматика передает на панель управления. Востребованы в зданиях со сложно прогнозируемой нагрузкой (фитнес-клубах, торговых центрах, ресторанных комплексах).

Годовое потребление энергии вентсистем постоянного и переменного расхода воздуха: CAV — 100%, VAV — 70%, DCV — 45%. В России ВАВ-системы не устанавливаются массово из-за высоких расходов на закупку техники, но постепенно набирают популярность.

DCV-система

Под DCV-системой понимают вентиляцию с контролем качества воздуха. В решениях этого типа используются компоненты, характерные для VAV-вентиляции с дополнительными заслонками, управляемыми датчиками качества воздуха.

DCV-вентиляция обеспечивает наибольшую гибкость и энергоэффективность. Воздушный поток нагнетается в помещение или квартиру в соответствии с числом людей в нем. Анализ может выполняться как на основе превышения показателя углекислого газа, так и на базе установок подсчета присутствия пользователей.

DCV бывает:

• однопоточной;
• двухпоточной;
• с рекуперацией тепла.

VAV-системы или CAV? В чем отличия?

Для начала разберемся в терминологии. VAV — система кондиционирования воздуха для помещений с переменным количеством приточного и вытяжного кислорода.

CAV — это устройство, которое снабжает помещение приточным воздухом с постоянной производительностью. Система VAV вентилирует обслуживаемые помещения, которые в настоящее время нуждаются в воздухе. CAV используется для проветривания всех помещений — независимо от того, есть потребность в воздухе или нет.

Установка типа VAV чаще используется на новых строительных объектах. Благодаря ей можно добиться большей экономии энергии и минимизировать эксплуатационные расходы в общем процессе. CAV-системы можно встретить в более консервативных и традиционных инженерных решениях.

Практический пример:

Рассмотрим практический пример работы VAV-системы. Вводные данные: коттедж площадью 200-250 м² с двумя спальнями, где нужно создавать определенные условия и параметры теплового комфорта для пользователей.

Чтобы эффективно вентилировать жилые комнаты, необходим расход воздуха в объеме 1000 м³/ч. Для обогрева помещений зимой требуется 14 кВт/ч энергии.

Задача: оптимизировать работу при условии, что жильцы не могут одновременно находиться во всех комнатах сразу. Уменьшить производительность традиционных вентустановок в заданный период времени (например, в спальне днем или на кухне ночью) нельзя.

Решение: VAV-вентиляция даже в базовой комплектации позволяет сделать это. Система в автоматическом режиме управляет работой регулировочных клапанов в зависимости от временного таймера. Можно настроить дневной и ночной режимы работы. В этом случае затраты на вентиляцию спален ночью снизятся до 250 м³/ч (по 125 м³/ч на каждое спальное помещение 20 м²). Потребление энергии — до 3,5 кВт/ч.

Суммарно можно добиться эффективного энергосбережения и четырехкратного сокращения расходов на эксплуатацию в сравнении с традиционными вентсистемами.

Рассмотрим подробнее конструктивное исполнение и принцип работы оборудования.

Конструкция и базовые принципы работы ВАВ

Основные функциональные элементы в VAV-системах — регуляторы переменного расхода. Конструкция устройства включает в себя элемент измерения расхода, электронный модуль, часто объединенный с датчиком перепада давления и приводом заслонки, и саму заслонку. Установленное значение поступает на контроллер от устройства мониторинга комнатной температуры.

Характерными настройками регулятора являются значения максимального и минимального потока, которые определяются на этапе проектирования. В зависимости от конструкции настройки могут быть изменены вручную, с помощью ручек на модуле контроллера или с использованием соответствующего программного обеспечения.

Рисунок 2. Принципы работы ВАВ-системы

Разновидности зональной вентиляции

Основной недостаток VAV-системы воздуха — размеры вентканалов, которые должны учитывать расход, компенсирующий максимальные теплопритоки.

В помещениях с большим объемом теплопритоков устанавливают зональные устройства. Офисные, коммерческие и школьные здания часто характеризуются большим разбросом количества людей в отдельных комнатах. Например, в праздничный сезон в офисах бывает значительно меньше людей, чем во время совещаний или визитов.

Еще большее расхождение наблюдается в торговых центрах в обычную рабочую неделю и в предпраздничный период. В таких случаях наиболее эффективнаустановка, которая запускается в зависимости от концентрации CO².

Конструктивные особенности

Существуют два основных решения VAV — система, базирующаяся на показателях температуры, и, работающая в зависимости от числа пользователей в помещении (базируется на концентрации CO2).

В первом случае оборудование подает воздух постоянной температуры (обычно 14-16°С в теплое время года, 26-28°С зимой). В отдельных ответвлениях устанавливаются регуляторы для поддержания расхода на необходимом уровне. Аналогичные устройства управления устанавливаются и в вытяжной части, хотя в очень небольших системах их можно не устанавливать.

Значение объемного расхода воздуха определяется по сигналу от терморегулятора, расположенного в помещении. Летом, когда обычно требуется высокий расход воздуха (больший приток тепла), регулятор VAV-системы устанавливает более высокую степень открытия заслонки.

Когда температура в помещении выравнивается с заданной, регулятор VAV уменьшает поток воздуха. Зимой, в отопительный сезон характеристики регулятора ВАВ-системы изменяются: падение температуры в помещении вызывает увеличение потока воздуха, проходящего через оборудование.

Во втором случае базовым параметром являются показатели, на которые реагирует датчик CO². При превышении углекислого газа вентсистема переходит на усиленный режим работы и снижает мощность при нормализации атмосферы.

Дискретные клапаны

Простая и бюджетная конструкция с электропроводом и дискретными клапанами, работающими по принципу «вкл./выкл.».

Монтируются в бытовой выключатель и управляются в ручном режиме. Решение можно модернизировать, установив сенсор движения с временным таймером. В данном случае клапан будет запускать систему вентиляции воздуха автоматически при появлении людей в помещении.

Рисунок 3. Клапан переменного расхода воздуха

Пропорциональная гидравлика

Ключевое отличие этого способа управления — в регуляторах, плавно меняющих угол поворота в диапазоне от 0 до 100%. Управляют электроприводами модули и потенциометры, которые передают данные о положении клапана и контролируют объем приточного воздуха.

В данной системе отсутствует балансировочный вентиль, что позволяет гибко настраивать положение заслонки клапана, не перекрывая подачу полностью.

Централизованное управление клапанами

Этот вариант реализации — более сложный. Предусматривает организованное управление всеми компонентами, включая клапаны. Оборудование оснащается набором электронных модулей и датчиков, контролирующих ключевые параметры (температуру, давление, уровень углекислого газа).

Плюсы: централизованное управление установкой и точный контроль показателей кислорода.

Рисунок 4. VAV клапан

Для многоэтажного административного здания

Большое количество общественных зданий характеризуется максимальной суточной заполняемостью менее 80%. Суммарная суточная потребность в свежем воздухе составляет не более 60% количества воздуха. Постоянные периоды снижения интенсивности климатической установки (например, в нерабочее время, выходные, праздничные дни) часто являются единственной формой адаптации системы подачи воздуха к изменяющимся условиям.

Ручное управление эффективностью обычно заканчивается перерегулированием или недорегулированием установки, что негативно сказывается на увеличении эксплуатационных расходов и вызывает дискомфорт пользователей. В крайних случаях при слишком сильно ограниченной вентиляции из-за плохого контроля может возникнуть серьезная угроза здоровью человека, известная как синдром больного здания.

Бытовой выключатель

Для настройки понадобится двухпозиционный бытовой выключатель и клапан с возвратной пружиной. Установка запускается при включении света и отключается при выключении.

Выключатель с клапаном устанавливается в каждой вентилируемой комнате.

Недостаток (отсутствие адаптивной регулировки и зависимость от действий пользователя) — элемент управления подключается вручную) нивелируют основные плюсы вентсистемы.

Круговой регулятор

Данный вид управляющего механизма в лучшей степени отвечает задачам вентсистемы. Реализуется с помощью кругового регулятора и пропорционального клапана, благодаря которому поддерживается регулировка в диапазоне от нуля до ста процентов.

Пользователь может задавать нужный режим вентиляции воздуха на регуляторе. Этот вид управления системой является более точным, но не исключает участие человека.

Датчик присутствия

Один из самых прогрессивных механизмов управления. В каждом вентилируемом помещении устанавливается датчик движения и привод с возвратной пружиной. Система запускается в централизованном режиме при обнаружении пользователей в помещении. Не предусматривает ручной регулировки.

Наибольшую эффективность показали клапан и датчик со встроенным реле времени.

Датчик CO2

Лучший и наиболее эффективный способ реализации управления вентиляцией. Запускается при повышение допустимого объема углекислого газа. При нормализации показателя датчик полностью либо частично (в зависимости от настроек) перекрывает клапан. Не расходует ресурс сети оборудования и электроэнергию на запуск установки при кратковременном появлении человека в помещении (при условии, что уровень CO2 в норме).

Для реализации потребуется датчик углекислого газа и пропорциональный клапан.

«Умный дом»

Приточно-вытяжная VAV-вентиляция может управляться механизмом «Умный дом», к которой можно подключать любой вид датчиков (например, реле давления). Управлять вентоборудованием можно с помощью программного обеспечения, центральной панели или мобильного приложения.

Плюсы реализации: высокоточная настройка и регулировка параметров микроклимата, включая уровень углекислого газа.

Недостаток: высокая цена.

Автономное воздушное отопление и охлаждение

На базе ВАВ-системы можно организовать эффективное воздушное отопление. Этот способ часто используется отельерами и компаниями для климат-контроля гостиничных номеров. Нагретый воздух распределяется по воздуховодам и поступает в комнаты через распределительные решетки.

Преимущество — в индивидуальном контроле температуры и давления в каждой зоне. В традиционном отоплении термодатчик контролирует параметры лишь в зоне его расположения. VAV-система позволяет установить блок термомодуля и регулятор в каждом номере. В качестве отопительного прибора используется -или калорифер.

Воздушное отопление наиболее эффективно из-за минимального требуемого сопротивления.

Без распределительной камеры

Отказ от распредкамеры — способ упростить и удешевить систему. В данном случае давление измеряется в вентиляционном канале, а не в блоке.

Важное условие при конструировании сети: разводка коммуникаций производится из одной точки, в которой происходит замер давления. Центральный участок магистрали выполняет роль упрощенной распределительной камеры. Длина примыкающих вентиляционных каналов не ограничена, но на один воздуховод должен приходиться только один клапан.

Это решение позволяет уменьшить итоговую стоимость установки и востребовано при обслуживании зон в помещениях сходного назначения (офисных кабинетов, спален в жилых домах).

VAV-система для приточной вентиляции

VAV-система для приточной вентиляции отличается от классических меньшими затратами и экономией энергопотребления, непрерывным контролем величины расхода потоков и гибкостью системы.

В каждую комнату подается столько приточных воздушных масс, сколько требуется. Предусматривает ручное, цифровое и автоматическое управление объемом притока и уровнем давления.

Многочисленные эксперименты доказали, что ограничения, связанные со снижением интенсивности потока воздуха на 30%, также снижают потребление электроэнергии примерно на 60%.

Рисунок 5. VAV-система для приточной вентиляции

Приточная вентсистема в режиме VAV

В VAV- системе работа оборудования реализована 2 способами: управление двумя потоками и управление одним потоком.

Управление двумя потоками — это полный режим работы, включающий управление потоками приточного и вытяжного воздуха с использованием отдельных датчиков давления, установленных на вентиляционных каналах. Это решение подходит для решений вентсистемы с независимым изменением расхода воздуха.

Управление одним потоком контролируется датчиком давления на приточном или вытяжном воздуховоде из стали, а другой поток можно регулировать в зависимости от силы тока первого потока.

Подходит для вентиляционных систем, где поток воздуха регулируется только в одном направлении. Например, регулируется только количество поступающего воздуха, а вытяжка работает в фиксированном режиме.

VAV-система приточно-вытяжной вентиляции

VAV-систему можно использовать как при вытесняющей, так и при смешанной вентиляции в приточно-вытяжных установках. Почти во всех типах установок имеет смысл регулировать количество приточно-вытяжного воздуха в соответствии с текущими потребностями.

Помимо финансовой экономии, связанной со снижением энергопотребления, системы VAV позволяют регулировать выбранную температуру отдельного помещения при разных нагрузках. Многочисленные исследования и тесты показали, что существует зависимость между рабочей температурой в помещении и производительностью труда сотрудников.

Экономические и функциональные факторы доказывают, что приточно-вытяжные системы ВАВ, несмотря на более дорогие единовременные инвестиции компании, окупаются за счет экономии затрат на энергию.

VAV-система для кондиционера

VAV-системы предназначены для помещений с переменной потребностью в воздухе, где количество людей меняется в течение дня.

Данное оборудования можно использовать не только для вентилирования, но и для кондиционирования через подключение наружного блока. Интенсивность работы можно регулировать в зависимости от концентрации CO2 и тепловой нагрузки, возникающей в результате присутствия людей, оргтехники или солнечного света. Уровень шума можно снизить с помощью качественной изоляции и выбора места инсталляции.

Способы регулировки VAV-системы — централизованное управление

Для управления VAV-системой могут применяться воздушные заслонки с электрическими приводами, датчики движения, углекислого газа и другие элементы управления, которые постоянно контролируют потребность в вентиляционном воздухе. Используются удобный пульт.

Варианты регулировки:

1. Ручное управление (самоходные воздушные заслонки, управляемые простым переключателем).
2. Автоматическое управление с настройкой времени (самоходные
3. Воздушные заслонки, управляемые таймером с недельной настройкой).
4. Автоматическое цифровое управление (самоходные воздушные заслонки, управляемые датчиком движения)
5. Автоматическое управление с модуляцией (самоходные воздушные заслонки, управляемые внешним контроллером, взаимодействующим с различными датчиками СО2, влажности, параметров воздуха.

Автоматизированное и цифровое управление позволяет повышает эффективность воздухообмен и снижает энергопотребление.

Рисунок 6. Регулятор постоянного расхода воздуха VAV-системы

Преимущества VAV-системы воздуха

Основные плюсы ВАВ-систем:

• пользование VAV-системой воздуха обеспечивает индивидуальное регулирование параметров микроклимата;
• низкое потребление энергии вентиляторами;
• простой запуск и регулирования сети;
• возможность использования датчиков движения, датчиков CO2, программаторов времени и ручных переключателей для изменения потока воздуха;
• возможность модернизации.

Помимо преимуществ, связанных с конструкцией или снижением энергопотребления, стоит упомянуть, что VAV-система воздуха облегчает эксплуатацию здания.

Пример — техника производителя Breezart. Современные офисные здания с большим числом арендаторов часто перестраиваются. Меняется формат и расположение интерьеров, количество работающих в них людей. Изменяя настройки регуляторов расхода, вы можете подстроить параметры системы под текущие требования и добиться существенной экономии расходов.

Рисунок 7. Регулятор расхода воздуха

Снижение эксплуатационных расходов

Как достигается энергосберегающий эффект VAV-систем воздуха? На приточно-вытяжной сети воздуховодов устанавливаются специальные заслонки с сервоприводом, электронным и измерительным управлением, которое регулирует перепад давления и расход воздуха. Регуляторы системы подавать переменное количество воздуха в каждую часть установки.

Чем определяется переменное количество приточного и вытяжного воздуха? Системы VAV можно контролировать по концентрации углекислого газа или температуре в выбранном помещении. Если датчик температуры или концентрации углекислого газа на вытяжном воздухе регистрирует изменение заданных параметров, увеличивается или уменьшается производительность по воздуху в выбранном помещении.

Например, нажав на выключатель, пользователь перед сном отключает вентиляцию в гостиной или другому помещении (комнате), где ночью никого нет.

Варианты реализации

VAV-системы воздуха последнего поколения (в 2023 году) представляют собой совершенные решения, основанные на обширной автоматизации, направленной на оптимизацию и постоянный контроль работы всей установки. Каждый элемент, будь то вентилятор или регулятор потока, отправляет обратную связь о рабочем состоянии, в котором он находится.

Современные системы VAV имеют функцию управления по требованию (например, приточные устройства с датчиком присутствия). Устройство определяет присутствие людей в помещении и, если комната пустует, переводит оборудование в энергосберегающий. Это решение в основном основано на контроле объемного расхода, обеспечиваемом системой переменного давления.

В отличие от решений постоянного давления, представленных сегодня на рынке, трубопроводы в системе переменного давления менее важны, а количество регуляторов уменьшено. Благодаря решению с функционалом переменного давления можно получить правильный поток воздуха в каждой части системы при любых условиях эксплуатации.

Одним из ключевых элементов такого решения является современная статическая камера, оснащенная регулятором расхода и специальной линейной заслонкой с приводом. Прибор настраивает каждый из диффузоров в системе на правильный поток воздуха.

ВАВ-вентиляция или рекуперация?

И то, и другое оборудование экономит энергию. В системах рекуперации — за счет передачи тепла отработанного воздуха приточному.

В ВАВ-системах - за счет регуляции параметров микроклимата «по потребностям». Рекуператор способен сэкономить до 90% затрат на отопление. VAV-системы увеличивают энергоэффективность на 30%

Рекуператор и VAV-система — не альтернативные, а взаимодополняющие друг друга решения в промышленных и коммерческих строениях.

Видео обзор воздухораспределительной системы

Вывод

VAV-системы воздуха представляют собой интересное и полезное решение с большим потенциалом для использования в системах кондиционирования и вентиляции в 2023 году.

Оборудование может значительно снизить эксплуатационные расходы в течение всего года. Меняющиеся требования закона по снижению энергопотребления систем отопления и кондиционирования будут способствовать популяризации этого типа решений.

Хотите узнать больше о ВАВ-системах климата? Закажите бесплатный звонок — менеджер нашей организации свяжется с вами, ответит на все возникшие вопросы об услуге, ознакомит с каталогом типовой техники!