VAV-система

VAV-система — это система вентиляции с переменным расходом воздуха (Variable Air Volume). Это выгодный способ сделать энергоэффективную систему вентиляции, позволяющую экономить энергию без снижения уровня комфорта. Современные VAV-системы в процессе эксплуатации позволяют быстро себя окупить за счёт значительного снижения потребляемых энергоресурсов.

Основным преимуществом VAV-систем является существенная экономия энергии, особенно актуальная для вентиляционных систем с электрическим калорифером: у пользователей появляется возможность включать и отключать вентиляцию в любой комнате так же, как включает и выключает свет. А применение клапанов с пропорциональными электроприводами сделает управление еще более удобным, позволив пользователям плавно регулировать объем подаваемого воздуха. Можно также изменять объем воздуха по сигналу от датчика присутствия (аналог системы «Умный глаз», используемой в бытовых сплит-системах), датчиков температуры, влажности, качества воздуха VOC, концентрации CO₂ и других – все это позволит автоматизировать управление энергосбережением.

Пример: можно отключать гостиную ночью.

Как правило, в квартире / доме вентиляция всех помещений происходит одновременно, исходя из рассчитанного объема для каждого помещения (учитывается площадь помещения, назначение, количество людей). Но нередко возникает ситуация когда в некоторых помещениях никого нет. Можно установить регулирующие клапаны и перекрывать их, что приведет к перераспределению всего объема воздуха, в оставшиеся помещения. Но возникнет проблема с увеличением потока воздуха, а следовательно, увеличением уровня шума и бесполезному расходованию воздуха, на прогрев которого будут потрачены киловатты электроэнергии. Также еще можно снизить мощность приточной уставки, но при этом будет наблюдаться дефицит воздуха в помещениях с людьми.

Именно поэтому, лучшее решение - использовать систему зональной вентиляции (VAV-систему). Она позволяет подавать необходимый объем воздуха в те помещения, где в данный момент находятся люди. А мощность приточной установки будет регулироваться самостоятельно, в зависимости от нагрузки в каждый определенный момент времени.

Срок окупаемости зональной системы вентиляции очень короткий, так как использование VAV-системы позволяет существенно снизить расходы на эксплуатацию.

Например:
Семья из 4-х человек, с двумя детьми. Мама не работает. Один ребенок ходит в школу / детский сад. Второй еще маленький и сидит с мамой дома.

Вентиляция без применения VAV-системы

Вентиляция с применением VAV-системы

* расход воздуха в гостиной учитывает компенсацию естественных вытяжек кухни и с/у для удаления запахов, с учетом времени, когда семья собирается на завтрак и ужин

** электропотребление приведено для зимнего периода, расчетная наружная температура -15 °C, температура воздуха, подаваемого в помещения +22 °C

*** согласно рекомендациям СТО НП "АВОК" 2.1-2017 "ЗДАНИЯ ЖИЛЫЕ И ОБЩЕСТВЕННЫЕ Нормы воздухообмена"

Принцип работы VAV-системы

Типовая VAV-система состоит из следующих компонентов:

• Вентиляционная установка с плавно изменяемой производительностью. В ней должен использоваться электронно-коммутируемый (инверторный) вентилятор или же обычный вентилятор, управляемый от регулятора оборотов (электронного автотрансформатора), который позволяет плавно изменять скорость вращения вентилятора.
• Воздухораспределительная камера, в которой поддерживается постоянное (заданное) давление. К этой камере подключаются воздуховоды от всех обслуживаемых помещений.
• Цифровой датчик давления, который располагается возле распределительной камеры. Датчик с помощью тонкой трубки измеряет давление внутри камеры и передает эту информацию вентиляционной установке.
• Воздушные клапаны с электроприводами, управляемые от выключателей или регуляторов (на схеме не показаны).

Разберемся, как все это работает. Допустим, что в начале все воздушные клапаны полностью открыты. Если в процессе работы один из клапанов закрывается, давление в воздухораспределительной камере начинает расти. Это изменение фиксируется датчиком, и система автоматики приточной установки снижает скорость вращения вентилятора ровно настолько, чтобы давление в камере вернулось на прежний уровень (переходный процесс занимает не более одной минуты). Таким образом, система автоматики постоянно отслеживает уровень давления в камере и при его отклонении в ту или иную сторону от заданного значения изменяет скорость вращения вентилятора так, чтобы давление возвращалось к норме. Поскольку давление в камере, а значит и на входе каждого воздуховода, постоянно, объем поступающего в помещения воздуха будет определяться только углом поворота заслонки соответствующего клапана. На иллюстрации показана VAV-система, обслуживающая только 3 помещения, однако этих помещений может быть любое количество.

Все оборудование, используемое для построения VAV-системы, можно условно разделить на две части: вентиляционная установка с датчиком давления и воздухораспределительная сеть с регулируемыми зонами. Обе части VAV-системы могут функционировать независимо друг от друга: вентиляционная установка с помощью датчика поддерживает заданное давление в воздухораспределительной камере, а пользователь с помощью выключателей может по своему усмотрению закрывать и открывать клапаны во всех зонах. Поскольку давление в камере постоянно, то расход воздуха в каждом помещении будет зависеть только от положения заслонки клапана этого помещения, и не будет зависеть от расхода воздуха в других помещениях.

Типы управления систем зональной вентиляции Breezart

По типу управления VAV-системы могут быть:

Управление через пульт: расход воздуха в каждой зоне задается вручную с пульта или автоматически по таймерам.

Смешанное управление: для каждой зоны дополнительно используется локальный регулятор, расход воздуха можно задавать по месту или централизовано, как в первом варианте.

Управление по СО₂: в этом случае используются датчики СО₂, расход воздуха регулируется автоматически для поддержания заданной концентрации углекислого газа.

Внешнее управление клапанами, в том числе от "Умного дома": такая система будет поддерживать заданное давление в точке измерения без возможности управления расходом воздуха в зонах с пульта вентустановки.

VAV-система с централизованным управлением клапанами

Рассмотрим вариант VAV-системы с централизованным управлением всеми ее элементами. Главное отличие этого варианта – использование электронных модулей JL208, которые имеют входы для подключения датчиков качества воздуха VOC, температуры, расхода воздуха, концентрации СО₂ и других, и выходы для управления электроприводами клапанов VAV-зон. Кроме этого, эти модули имеют порт для подключения к шине Modbus для централизованного управления с пульта приточной установки Breezart или через WEB-интерфейс и передачи показаний подключенных датчиков.

В модификации JL208DP дополнительно установлен цифровой датчик давления, показания которого могут также передаваться по Modbus. Соединив модули единой шиной Modbus, мы получим возможность централизованного (сценарного) управления всей системой.

Приведенная в этом примере система вентиляции демонстрирует различные варианты применения модулей JL208. Помимо этих модулей система включает следующие элементы:

• Приточная установка Breezart.
• Клапаны с электроприводами с пропорциональным управлением.
• Регуляторы JLC101, датчик СО₂.

Описание системы по помещениям:

№ 1. К узлу зоны 1 модуля JL208DP не подключен регулятор или датчик. Управление производится только с пульта по шине Modbus. Такой вариант можно использоваться в офисе, где вентиляция включается по таймеру в рабочее время.

№ 2. К узлу зоны 2 подключен регулятор JLC101, управление может производиться как централизованно, так и локально. Переключение между ручным и автоматическим режимами работы производится с пульта или по таймеру.

№ 3. В этом помещении установлен датчик СО₂. Расход воздуха регулируется автоматически для поддержания заданного с пульта значения концентрации углекислого газа.

№ 4-1, 4-2 и 4-3. На иллюстрации показан возможный вариант использования одного клапана для централизованного обслуживания нескольких помещений.

VAV-система на базе датчиков углекислого газа (СО₂) и качества воздуха (VOC)

Управление возможно только от датчика углекислого газа или датчика качества воздуха VOC, любое другое управление зоной VAV-системы невозможно, совместно управление также невозможно (тип управления задается при пуско-наладке).

По умолчанию используется датчик с выходом 0-10В и диапазоном измерения 0-2000ppm (при использовании датчиков с другими параметрами необходима настройка модуля JL208 через программу JLConfigurator). При настройке через JLConfigurator можно использовать сигнал 2-10В, 4-20ма и любой диапазон измерений. При выборе режима Датчик СО₂, в полях min и max задается минимальная и максимальная концентрация углекислого газа в единицах PPМ. Если в процессе работы зональной системы вентиляции фактическое значение концентрации углекислого газа будет ниже минимального значения, то на приводе клапана будет установлено минимальное напряжение (заданное на предыдущем этапе). Если фактическое значение концентрации углекислого газа будет выше максимального значения, то на приводе клапана будет установлено максимальное напряжение. При нахождении концентрации углекислого газа внутри диапазона min – max, напряжение на приводе будет изменяться прямо пропорционально концентрации углекислого газа.

• Датчик CO₂. Управление только от датчика углекислого газа, по умолчанию используется датчик с выходом 0…10В и диапазоном измерения 0…2000 ppm. При использовании датчиков с другими параметрами необходима настройка модуля JL208(DP) через программу JLConfigurator. Если датчик не подключён к этой зоне, то выбирать этот способ управления нельзя.
• Датчик качества воздуха VOC. Управление только от датчика качества воздуха, по умолчанию используется датчик с выходом 0…10В и диапазоном измерения 0…2000 ppm. При использовании датчиков с другими параметрами необходима настройка модуля JL208(DP) через программу JLConfigurator. Если датчик не подключён к этой зоне, то выбирать этот способ управления нельзя.

Внешнее управление клапанами, в том числе от "Умного дома"

Вентиляционные установки Breezart могут работать в режиме VAV-системы с централизованным управлением. В этом случае с пульта доступно управление расходом воздуха во всех зонах VAV-системы. Для управления приводами клапанов используются модули JL208, которые подключаются к общей шине ModBus.

Расход воздуха (положение заслонки клапана) можно задавать как централизовано (с пульта или контроллера «умного дома»), так и по месту, с помощью локального регулятора (потенциометра).

Если управление клапанами VAV-зон производится от внешней системы, например, от «Умного дома», то для создания VAV системы на базе вентустановки Breezart будет достаточно набора VAV-DP2 с модулем JL202DPR. Такая система будет поддерживать заданное давление в точке измерения без возможности управления расходом воздуха в зонах с пульта вентустановки.

VAV-система с внешним дискретным управлением клапанами

Это наиболее простой и недорогой тип VAV-системы.

Система, показанная на иллюстрации, состоит из приточной установки Breezart 550 Lux, датчика давления JL202DPR и нескольких воздушных клапанов с дискретными (то есть имеющими только два положения: открыто или закрыто) электроприводами. Управление приводами производится с помощью обычных выключателей, которые устанавливаются в обслуживаемых помещениях и позволяют открывать или закрывать клапан, подавая или снимая с него электропитание (клапаны имеют рабочее напряжение 220В). Для подключения датчика давления к вентустановке необходим кроссовый модуль RSCON и блок питания на 24В. Длина трубки от модуля JL202DPR до точки измерения не должна превышать 2 метров. Управлять клапанами можно не только вручную, но и автоматически от верхнего освещения или датчика движения с задержкой выключения и релейным выходом на 220В (такие датчики используются для управления наружным освещением коттеджей).

Для снижения стоимости системы и занимаемого ею места в приведенном примере не используется воздухораспределительная камера, постоянное давление поддерживается в канале. Как уже отмечалось выше, в этом случае все воздуховоды должны быть разведены из одной точки.

Описание системы:

• Помещение №1 – управление от выключателя. Здесь, как и возле клапана №5, установлен балансировочный дроссель-клапан, который позволяет настроить заданный по проекту расход воздуха для данного помещения при открытом клапане. Балансировочный клапан нужен только в том случае, когда с помощью имеющихся у привода механических ограничителей угла поворота не удается добиться приемлемой точность расхода воздуха.
• Помещения №2 и 3 – два помещения объединены в одну зону, управление от выключателя.
• Клапан в помещении №4 не имеет электропривода. Он балансируется на этапе пуско-наладки на заданный расход воздуха (не менее 10% от максимального расхода воздуха) и обеспечивает нормальную работу вентустановки в случае, когда все остальные клапаны закрыты.
• Помещение №5 – управление от датчика движения. Клапан открывается автоматически, когда в помещении фиксируется движение человека. Отключения происходит автоматически через заданное время (обычно настраивается в диапазоне 1–15 минут) после последнего срабатывания датчика.

От зоны с фиксированным расходом (помещение №4) можно отказаться, если настроить крайнее положение одного привода или положение заслонки таким образом, чтобы в состоянии «закрыто» в помещение поступало минимально необходимое для нормальной работы вентустановки количество воздуха. Желательно использовать для этого только одну зону, поскольку при наличии нескольких приоткрытых заслонок и выключенной вентиляции между помещениями по воздуховодам могут распространяться звуки голоса и другие шумы (при включенной вентиляции благодаря движению воздуха это не так заметно).

VAV-система с внешним пропорциональным управлением клапанами

Эта VAV-система похожа на предыдущую, но в ней используются клапаны с пропорциональным управлением, которые позволяют плавно регулировать угол поворота заслонки, изменяя пропускную способность клапана в диапазоне от 0 до 100%. Для управления приводами клапанов используются модули СВ-02, к которым подсоединяются регуляторы (потенциометры) JLC101. Поскольку в канале поддерживается постоянное давление, расход воздуха в каждом помещении будет определяться только углом поворота заслонки соответствующего клапана, а положение заслонки – углом поворота ручки регулятора.

В системе используются приводы с рабочим напряжением 24В постоянного тока. Их питание производится от модулей СВ-02, к которым подводится кабель от блока питания. Модули СВ-02 также позволяют транслировать информацию о текущем положении заслонки клапана (сигнал 0 – 10В) для контроля фактического расхода воздуха. Рассчитаем требуемую мощность блока питания: один комплект из привода и модуля CB-02 потребляет 2,5Вт + 0,5Вт = 3Вт. А три комплекта – 9 Вт. В системе нужно использовать блок питания, имеющий 15-20% запас по мощности, то есть не менее 11 Вт.

Еще одним отличием этой системы от предыдущей является отсутствие балансировочного клапана. Модуль СВ-02 позволяет настраивать положение заслонки клапана в открытом и закрытом состояниях (то есть при крайних положениях ручки регулятора) с помощью подстрочных резисторов, расположенных на плате модуля. Это позволяет легко настроить систему так, чтобы при установке регулятора на минимум заслонка клапана оставалась приоткрытой, обеспечивая заданный расход воздуха. Обратите внимание, что в помещении №5 установлен дискретный клапан, управление которым производится от центрального освещения. Этим мы хотели показать, что никаких ограничений на способы управления расходом воздуха нет, и в одной системе возможно использование различных технических решений.

Работа приточной установки в VAV режиме

Система вентиляции на базе приточной или приточно-вытяжной установки Breezart может работать в VAV режиме, позволяющем регулировать производительность вентиляции (расход воздуха) в каждой зоне (в зоне может быть одно или несколько однотипных помещений). Регулирование выполняется с помощью воздушных клапанов с электроприводами, которыми управляют модули JL208. Эти модули объединяются по сети ModBus для централизованного управления.

Возможности и характеристики системы:

• До 20 зон с централизованным управлением (на JL208).
• Неограниченное количество зон с внешней системой управления клапанами от "Умного дома".
• Неограниченное количество зон при помощи модуля управления клапанами CB-02 с регулятором JLC101.
• Неограниченное количество зон при помощи системы с дискретным управлением клапанами.
• Централизованное управление расходом воздуха, в том числе по сценариям.
• Местное управление расходом воздуха (с помощью ручного регулятора).
• Управление расходом воздуха от датчиков концентрации СО₂, VOC и других.
• Настройка параметров VAV системы с пульта.

Включение и настройка режима работы VAV производится при пуско-наладке системы (алгоритм описан в инструкции «Настройка VAV-систем Breezart»).

В режиме VAV в верхней части основного экрана появляется иконка «VAV», в поле «Скорость вентилятора» отображается буква «P» (если регулировка давления отключена), либо уровень давления в воздуховоде / распределительной камере.

По умолчанию регулировка давления отключена, и в этом случае при нажатии на поле «Скорость вентилятора» основного экрана откроется страница «Расход воздуха в зонах», где будет отображаться фактический расход воздуха (устанавливается при запуске сценария), а также текущий режим управления расходом:

• Пульт – централизованное управление расходом с пульта по сценариям. Если рядом с названием режима Местное или Пульт указано Смешанное управление (Смеш.), то возможно переключение между режимами Пульт и Местное.
• СО₂ или VOC – управление по датчику концентрации углекислого газа или датчику качества воздуха. Рядом отображается измеренное датчиком значение параметра.
• Сообщение «Нет связи» означает отсутствие связи с модулем JL208 данной зоны.

Для ручного изменения расхода воздуха коснитесь поля, где отображается нужный параметр. С правой стороны появится слайдер с помощью которого можно задать требуемый расход воздуха, концентрацию СО₂ или VOC:

• Для зон с централизованным или смешанным управлением задается расход воздуха в диапазоне от 0 до 100% с шагом 5%.
• Для зон поддержанием уровня СО₂ (VOC) задается желаемый уровень СО₂ (VOC) в диапазоне от 300…900 PPM (300…1800 PPM). При совпадении заданного и измеренного значения расход воздуха составит 50%. При увеличении показателя расход воздуха будет расти, при снижении – падать.

Для завершения редактирования коснитесь поля с параметром еще раз.

Если регулировка давления в канале разрешена, то с Главного экрана можно перейти как к регулировке давления (нажав на это поле), так и к регулировке расхода воздуха в зонах (нажав на иконку вентилятора).

При выключенной вентустановке фактические расходы будут равны нулю, и все клапаны в зонах с централизованным управлением будут полностью закрыты.

При смешанном управлении пользователь может самостоятельно изменять режим управления (местное или с пульта). Для перевода зоны в местный режим управления нужно повернуть ручной регулятор в положение Min (управление изменится на Местное), после чего задать этим регулятором желаемый уровень расхода воздуха. При активизации любого сценария все зоны со смешанным управлением будут автоматически переведены в режим Пульт (обратите внимание: если при запуске сценария ручной регулятор будет находиться возле положения Min, то модуль останется в режиме Местное).

Номера зон можно заменить иконками – это поможет запомнить, какое помещение обслуживание каждая зона. Для изменения иконки нажмите на номер (иконку) нужной зоны и удерживайте 3-4 секунды. Откроется экран со списком иконок. Нажмите на подходящую иконку, и она станет отображаться вместо номера зоны (чтобы вернуть номер зоны нажмите на первую иконку в этом списке).

Внимание! Если в системе есть фреоновый охладитель, работающий от ККБ типа Старт / Стоп, то при включенном ККБ расход воздуха во всех зонах должен быть максимальным. Иначе возможно обмерзание испарителя вентустановки.

После того, как VAV система смонтирована, ее необходимо проверить и настроить. Весь этот процесс можно разбить на следующие этапы:

Предварительная настройка VAV-системы:

1. Включение VAV-режима вентустановки Breezart.

2. Настройка модуля JL208DP.

3. Проверка правильности монтажа системы (тестирование регуляторов расхода воздуха).

Настройка рабочего давления и расхода воздуха в зонах:

4. Определение рабочего давления, которое будет поддерживаться в процессе работы. При рабочем давлении в «критической» зоне и при полностью открытом клапане должен быть обеспечен заданный по проекту расход воздуха («критическая» зона – это зона с максимальным сопротивлением, в этой зоне происходит максимальное падение давления). Для корректной работы датчика давления рабочее давление должно быть не менее 25 Па.

5. Точное определение положения заслонок для максимального (100%) расхода воздуха в каждой зоне. В этом положении должен быть обеспечен расход, заданный по проекту.

6. Точное определение положения заслонок клапанов для минимального (0%) расхода воздуха для всех зон. При работающей вентустановке необходимо обеспечивать общий расход воздуха не менее 10…15% от максимального (проектного) расхода, поэтому полное закрытие всех клапанов не допускается. Есть несколько вариантов решения этой задачи:

• Помимо регулируемых зон в системе может быть одна нерегулируемая зона, ручной дроссель-клапан которой остается открытым. В этом случае регулируемые клапаны можно полностью закрывать вне зависимости от состояния вентустановки.
• В системах, где нет нерегулируемой зоны, все или часть клапанов при минимальном (0%) расходе должны оставаться слегка приоткрытыми, обеспечивая около 10% от максимального расхода воздуха.
• Также возможен смешанный вариант, когда в системе есть нерегулируемая зона, и, при этом, часть регулируемых клапанов не закрываются полностью при 0% расхода.

Выбор варианта решения должен быть указан в проекте. Если в проекте нет таких указаний, то рекомендуется в каждой зоне при положении регулятора Min обеспечивать фактический расход воздуха около 10% от максимального.

Внимание! При настройке необходимо учитывать следующее:

• Переходный процесс выравнивание давления при изменении поддерживаемого давления занимает 2–4 минуты.
• При изменении расхода воздуха в одной из зон необходимо подождать 1–2 минуты, пока привод отработает команду и закончится переходный процесс.

Комплектующие VaV-системы