Почему VAV и почему сейчас
Распределение воздуха с переменным расходом (VAV) это преобладающая стратегия ОВК в коммерческих зданиях, потому что она заметно экономит энергию вентилятора при частичной нагрузке. Типичный коммерческий офис большую часть рабочих часов работает при 30-60% от пиковой нагрузки охлаждения. Системы с постоянным расходом воздуха (CAV) гоняют вентилятор на 100% расхода независимо от нагрузки; VAV снижает расход воздуха пропорционально нагрузке. Энергия вентилятора растёт пропорционально кубу расхода воздуха, поэтому снижение расхода на 50% экономит примерно 87% мощности вентилятора в этой рабочей точке. Именно поэтому ASHRAE 90.1 требует VAV для большинства коммерческих зданий площадью более 25 000 sqft (2300 м²), а большинство систем «зелёной» сертификации зданий (LEED, Green Star, BREEAM, DGNB) начисляют за VAV баллы по энергоэффективности.
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:
- Последовательный (параллельный вентилятор): вентилятор работает постоянно при любой нагрузке, первичный клапан регулирует. Выше постоянное энергопотребление вентилятора.
- Параллельный: вентилятор работает только при малом первичном расходе воздуха. Эффективнее, но сложнее управление.
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: большее из требования вентиляции ASHRAE 62.1, 30% от максимума для устойчивости теплового регулирования или минимума местных норм.
- Расход в режиме догрева: на минимуме, при работающем нагревателе. Обычно 50% от максимума для систем FPB с догревом, 30-40% для одноканальных систем с догревом.
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: 0,06 cfm/sqft + 7,5 cfm/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:
- Перед VAV (между вентилятором и входом бокса): SMACNA от +3 до +4 in.wg / EN 1505 класс C-D / AS/NZS класс C-D. Вентилятор создаёт статическое давление, необходимое для питания каждого VAV-бокса плюс потери в воздуховодах.
- После VAV (между выходом бокса и диффузором): SMACNA +1 in.wg / EN класс A / AS/NZS класс A. VAV-бокс снижает давление до уровня, пригодного 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 ниже 30% от максимума: жалобы на комфорт из-за плохого перемешивания у диффузора; неустойчивая работа клапана при регулировании. Всегда задавайте минимум ≥ 30% или по ASHRAE 62.1 (что больше).
- Догрев выше 30% от расчётного: ASHRAE 90.1 запрещает одновременный нагрев и охлаждение выше 30%. Проверяйте спецификацию проекта на соответствие при аудите.
- 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?
Переменный расход воздуха (Variable Air Volume): температура притока постоянна (13-14 °C), расход воздуха в зоне регулируется VAV-боксом по холодильной нагрузке. При частичной нагрузке экономит 30-60% энергии вентилятора по сравнению с CAV. Требуется по ASHRAE 90.1 для большинства коммерческих зданий площадью >25 000 sqft.
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?
Для подбора VAV-бокса нужны три расхода воздуха на зону: максимальный расход охлаждения (по пиковой явной нагрузке охлаждения при притоке 13-14 °C), минимальный расход (большее из требования вентиляции ASHRAE 62.1 или 30 процентов от максимума для устойчивости теплового регулирования) и расход в режиме догрева (обычно 50 процентов от максимума для систем с вентилятором или зонального догрева). По каталогу VAV-бокса диаметр входа подбирается под нужный расход воздуха при заданном допустимом перепаде давления (обычно 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 это большее из следующего: (1) требование вентиляции ASHRAE 62.1 для зоны (для офиса обычно 0,5 л/с на м² площади пола + 5-10 л/с на человека), (2) 30 процентов от проектного максимума для устойчивости теплового регулирования, (3) любой специальный минимум местных норм (например, AS 1668 для Австралии). При минимальном расходе воздуха VAV-бокс регулируется от 30 до 100 процентов в рабочем диапазоне. Ниже 30 процентов перемешивание в потолочных диффузорах становится недостаточным, растёт число жалоб на комфорт, а система может стать неустойчивой. ASHRAE 90.1 ограничивает догрев максимумом 30 процентов, чтобы не допускать одновременного нагрева и охлаждения.
Какой класс давления нужен для воздуховодов VAV?
Приточный воздуховод перед VAV-боксами обычно среднего давления (SMACNA класс +4 in.wg / EN 1505 класс C / AS-NZS класс C), потому что для нормальной работы бокса во всём диапазоне расхода ему нужно статическое давление не менее 50-200 Па. После VAV-бокса (участок от бокса до диффузора) достаточно низкого давления (SMACNA класс +1 in.wg / EN класс A / AS-NZS класс A). Следствие для изготовления: приточным магистралям и стоякам нужна большая толщина металла и более плотная герметизация, чем ответвлениям. Рецепты Taokron SBAL-V включают оба класса давления; оператор выбирает класс для каждого участка воздуховода.
