Почему VAV и почему сейчас
Распределение с переменным расходом воздуха (VAV) - доминирующая стратегия ОВК в коммерческих зданиях, потому что существенно экономит энергию вентилятора при частичной нагрузке. Типичный коммерческий офис большую часть рабочих часов работает при 30–60% пиковой холодильной нагрузки. Системы с постоянным расходом воздуха всегда гоняют вентилятор на 100% расхода; VAV снижает расход пропорционально нагрузке. Энергия вентилятора изменяется пропорционально кубу расхода воздуха, поэтому снижение расхода на 50% экономит примерно 87% мощности вентилятора в этой рабочей точке по законам вентиляторов (на практике меньше, поскольку остаются регулирование статического давления в воздуховоде и потери двигателя и привода). Большинство систем «зелёной» сертификации зданий (LEED, Green Star, BREEAM, DGNB) поощряют получаемую экономию энергии.
Типы терминалов VAV
Одноканальная система VAV (наиболее распространённая)
Один приточный воздуховод подаёт холодный воздух постоянной температуры (13-14 °C). В VAV-боксе есть клапан, регулирующий расход воздуха по холодильной нагрузке зоны. Воздух возвращается в приточную установку через потолочное пространство или отдельный вытяжной воздуховод. Самая эффективная и самая распространённая. Разновидности:
- Только охлаждение: простой клапан, без возможности нагрева. Применяется для внутренних зон, где нагрев не нужен.
- С догревом (горячая вода или электрический): клапан плюс нагревательный змеевик после него. Снижает расход охлаждающего воздуха, затем включает догрев при малой нагрузке или в периметральных зонах зимой.
- Не зависящий от давления: имеет датчик скорости и обратную связь для поддержания заданного расхода воздуха независимо от колебаний статического давления в воздуховоде. Стандарт для коммерческих зданий.
VAV с вентилятором (FPB)
VAV-бокс со встроенным вентилятором, который смешивает рециркуляционный воздух из потолочного пространства с первичным приточным воздухом. Применяется, чтобы поддерживать минимальный расход воздуха при малой нагрузке и при этом отбирать тепло от освещения и оборудования в потолочном пространстве. Разновидности:
- Бокс с последовательно включённым вентилятором: вентилятор работает непрерывно при любых нагрузках, первичная заслонка регулирует. Выше непрерывное энергопотребление вентилятора.
- Бокс с параллельно включённым вентилятором: вентилятор работает только при малом расходе первичного воздуха. Эффективнее, но управление сложнее.
Двухканальная система VAV
Два приточных воздуховода: один холодный (13-14 °C), другой горячий (35-40 °C). Терминал VAV смешивает эти два потока и выдаёт любую температуру между ними. Высокая гибкость регулирования, но высокое энергопотребление вентиляторов и вдвое больше металла воздуховодов. Применяется в некоторых старых зданиях; в новом строительстве задаётся редко.
Эжекционная система VAV
Первичный приточный воздух выходит с высокой скоростью через сопло и подсасывает вторичный воздух из потолочного пространства через терминал. Работает без вентилятора. Ограниченная производительность; применяется в некоторых гостиницах и в старых проектах реконструкции.
Подбор VAV-бокса
Три расхода воздуха на зону
- Максимальный расход охлаждения: подбирается по пиковой явной нагрузке охлаждения при расчётной температуре притока (обычно 13-14 °C). Пиковая нагрузка включает солнечные теплопоступления, внутренние нагрузки от освещения, оборудования и людей и теплопередачу через ограждения при расчётных условиях.
- Минимальный расход воздуха: определяется потребностями вентиляции (ASHRAE 62.1 или минимум местных норм) и ограничениями энергетических норм на догрев; проверьте смешение диффузора при этой уставке.
- Расход воздуха в режиме догрева: расход, пока дополнительный нагреватель включён. Для однотрубного бокса с догревом он ограничен энергетическими нормами на догрев; боксы с вентилятором могут добавлять воздух из пленума через вентилятор бокса без дополнительного первичного воздуха.
Выбор диаметра входа
У VAV-боксов круглые входы стандартных диаметров. Приблизительный диапазон расхода на один вход при типичных допустимых перепадах давления:
- Φ150 мм: 50-200 л/с
- Φ200 мм: 100-400 л/с
- Φ250 мм: 200-700 л/с
- Φ300 мм: 350-1100 л/с
- Φ400 мм: 600-2000 л/с
- Φ500 мм: 1000-3500 л/с
Основные производители (Trox, Titus, Krueger, Price, Carnes, Tuttle & Bailey, Halton) публикуют подробные программы подбора, учитывающие перепад давления, показатель NC и авторитетность клапана.
Коэффициент одновременности
Вентилятор и приточная установка на уровне системы рассчитываются по пиковому расходу воздуха системы, который меньше суммы пиковых расходов всех зон. Причина: зоны достигают пика в разное время. Восточный периметр достигает пика в 9-11 утра (утреннее солнце). Западный периметр в 14-16 часов. Внутренняя зона во время пика заполняемости. Вентилятору не приходится одновременно подавать пиковый расход каждой зоны.
Типичные коэффициенты одновременности:
- Коммерческий офис: 0,70-0,85
- Смешанное коммерческое использование: 0,75-0,85
- Больница (неотложная помощь): 0,85-0,95 (меньшая разновременность, более постоянная нагрузка)
- Гостиница: 0,65-0,75 (высокая разновременность, заполняемость сильно меняется)
- Розничная торговля: 0,70-0,80
- Учебные здания: 0,60-0,75 (заполняемость сезонная, классы достигают пика в разное время)
Подробное энергетическое моделирование здания (eQUEST, EnergyPlus, IES VE, TAS) рассчитывает коэффициент одновременности для конкретного проекта. Если энергетической модели нет, применяются отраслевые практические правила.
Минимальный расход воздуха по ASHRAE 62.1
ASHRAE 62.1 задаёт минимальную подачу наружного воздуха для каждой зоны в зависимости от площади пола и числа людей. Типичные значения для офиса:
- Офисное помещение: 0,06 cfm/sqft площади пола + 5 cfm/человека (≈ 0,30 л/с/м² + 2,5 л/с/человека)
- Переговорная: 0,06 cfm/sqft + 5 cfm/человека (это определяется более высокой плотностью людей)
- Учебный класс: 0,12 cfm/sqft + 10 cfm/человека
- Больничная палата: 0,18 cfm/sqft + 25 cfm/человека плюс минимум 6 ACH
- Розничная торговля: 0,12 куб. фута в минуту на кв. фут + 7,5 куб. фута в минуту на человека
Минимальная уставка VAV должна равняться расчётному требованию вентиляции или превышать его в любой момент. Для многозональных систем с общей приточной установкой применяется многозональный расчёт ASHRAE 62.1, который корректирует наружный воздух на приточной установке с учётом разновременности заполняемости зон.
Класс давления для воздуховодов VAV
Приточный воздуховод перед VAV-боксами работает при более высоком статическом давлении, чем после них:
- До VAV (между вентилятором и входом бокса): SMACNA +3–+4 дюйма вод. ст. / класс воздухонепроницаемости C по EN 1507 / класс C по AS/NZS. Вентилятор создаёт статическое давление, необходимое для питания каждого VAV-бокса плюс потери в воздуховодах.
- После VAV (между выходом бокса и диффузором): SMACNA +1 дюйм вод. ст. / класс A по EN 1507 / класс A по AS/NZS. VAV-бокс снижает давление до уровня, подходящего для питания диффузоров.
Следствие для изготовления: приточным магистралям нужна большая толщина металла (обычно 20-18 gauge для среднего давления) и более плотная герметизация, чем ответвлениям (22-24 gauge для низкого давления). Автоматическая линия Taokron SBAL-V хранит рецепты ПЛК для обоих классов давления; оператор выбирает класс для каждого участка воздуховода. Это позволяет не изготавливать ответвления низкого давления с избыточной конструкцией среднего давления.
Акустические аспекты
Системы VAV создают шум от трёх источников:
- Вентилятор и приточная установка: основной низкочастотный источник, подавляется шумоглушителями рядом с приточной установкой и облицованной камерой-плениумом
- Сам VAV-бокс: регулирование клапана создаёт шум потока, который растёт по мере закрытия клапана от полностью открытого положения. Типично 25-40 дБ(A) при максимальном расходе воздуха, растёт при дросселировании бокса.
- Воздухораспределитель: шум концевого устройства, регулируется выбором диффузора и скоростью в сечении
Шум VAV-бокса обычно преобладает на уровне зоны. При подборе нужно проверять показатель NC во всех рабочих точках, а не только при пиковом расходе воздуха. Во многих проектах используют воздуховоды перед входом VAV с акустической облицовкой (300-600 мм воздуховода с внутренней облицовкой перед боксом), чтобы ослабить шум вентилятора, проходящий через бокс. См. наше руководство по акустической облицовке воздуховодов.
Типичные ошибки проектирования VAV
- Минимум VAV задан без проверки диффузоров: очень малые минимумы приводят к плохому смешению у диффузора и нестабильному регулированию заслонки. Задайте минимум по потребностям вентиляции (ASHRAE 62.1) и ограничениям энергетических норм на догрев, затем подтвердите работу диффузора при этом расходе воздуха.
- Расход воздуха при догреве выше предела энергетической нормы: ASHRAE 90.1 ограничивает, сколько воздуха можно охладить и затем снова подогреть. Следите за спецификацией проекта ради аудита на соответствие.
- Недостаточный входной участок воздуховода перед VAV: менее 3 диаметров воздуховода прямого входного участка вызывает искажение потока и сбой регулирования, не зависящего от давления. Всегда делайте минимум 3D, идеально 5D.
- Неверный класс давления воздуховода после бокса: изготовление воздуховода низкого давления от бокса до диффузора по конструкции среднего давления приводит к перерасходу 30-40% на изготовление. И наоборот, конструкция низкого давления перед VAV не проходит по классу герметичности.
- Коэффициент одновременности не применён на уровне системы: завышенные вентилятор и приточная установка. Лишние капитальные затраты и низкий КПД в расчётной точке.
- Одновременность применена на уровне ответвлений: занижены ответвления. Каждое ответвление нужно рассчитывать на пик своей зоны, а не на пик системы.
Запросить цену на SBAL-V, настроенную под классы давления VAV →
Вопросы и ответы
Что такое система VAV?
Variable Air Volume: температура притока постоянна (13–14°C), расход воздуха зоны регулируется терминальным VAV-боксом в соответствии с холодильной нагрузкой. Энергия вентилятора при частичной нагрузке резко падает (по законам вентиляторов при половинном расходе мощность примерно на 87% меньше, на практике меньше).
Что такое коэффициент одновременности?
Поправка на несовпадение пиков зон. Вентилятор и приточная установка системы рассчитываются по пику системы (для офиса 70-85% от суммы пиков зон). Ответвления рассчитываются на пик зоны (без одновременности).
Как подобрать VAV-бокс?
Подбор VAV-бокса требует трёх значений расхода на зону: максимальный расход воздуха на охлаждение (рассчитывается по пиковой явной холодильной нагрузке при подаче 13–14°C), минимальный расход воздуха (определяется потребностями вентиляции и ограничениями энергетических норм на догрев) и расход воздуха в режиме догрева (расход, пока дополнительный нагреватель включён, также ограничен энергетическими нормами на догрев). Затем по каталогу VAV-боксов диаметр входа подбирается под требуемый расход воздуха при заданном бюджете потери давления (как правило 50–150 Па). Диаметры круглых входов: Φ200 мм для ~400 л/с, Φ250 мм для ~700 л/с, Φ300 мм для ~1100 л/с. Основные производители VAV-боксов: Trox, Titus, Krueger, Price, Carnes, Tuttle & Bailey.
Какова минимальная уставка расхода воздуха VAV?
Минимальный расход воздуха определяется потребностями вентиляции и ограничениями энергетических норм на догрев. Нижняя граница по вентиляции - требование ASHRAE 62.1 для зоны (для офисных помещений 0,06 куб. фута в минуту на кв. фут + 5 куб. футов в минуту на человека, около 0,3 л/с на м² + 2,5 л/с на человека) или более строгая местная норма (например AS 1668.2 в Австралии). Энергетическая норма (например ASHRAE 90.1) ограничивает, сколько воздуха можно охладить и затем снова подогреть, поэтому минимум не следует задавать выше, чем требуют вентиляция и работа диффузоров. Проверьте смешение и дальнобойность диффузора при минимальной уставке, поскольку очень малый расход воздуха может вызвать плохое смешение и жалобы на комфорт.
Какой класс давления нужен для воздуховодов VAV?
Приточный воздуховод перед VAV-боксами, как правило, среднего давления (SMACNA +3–+4 дюйма вод. ст. / класс воздухонепроницаемости C по EN 1507 / класс C по AS-NZS), потому что VAV-боксу для нормальной работы во всём диапазоне расходов требуется минимальное статическое давление 50–200 Па. За VAV-боксом (участок от бокса до диффузора) достаточно низкого давления (SMACNA +1 дюйм вод. ст. / класс A по EN 1507 / класс A по AS-NZS). Следствие для изготовления: магистрали и стояки притока требуют большей толщины металла и более плотной герметизации, чем ответвления. Рецептуры Taokron SBAL-V включают оба класса давления; оператор выбирает по участку воздуховода.
