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, 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 можность 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.
• Дифференциальный 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 (VAV-клапаны), 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 систем зональной вентиляции

По типу управления VAV-системы могут быть:

1. С местным управлением и дискретными приводами (клапаны имеют только два положения – открыто и закрыто, управление от выключателей).

2. С местным управлением и модулями СВ-02, которые управляют пропорциональными приводами. К этим модулям подключаются регуляторы, позволяющие плавно изменять расход воздуха в каждой зоне.

3. С централизованным управлением и модулями JL201, которые управляют пропорциональными приводами. В этом случае расход воздуха может регулироваться локально (с помощью регуляторов или датчиков), централизовано с пульта или по датчику СО₂. Соответственно, пульт и модули JL201 должны соединяться кабелем для передачи данных.

VAV-система с дискретным управлением клапанами

Это наиболее простой и недорогой тип VAV-системы.

Система, показанная на иллюстрации, состоит из приточной установки Breezart 550 Lux, датчика давления JL201DPR 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 JL201DPR 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 VAV-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 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.

VAV-система с централизованным управлением клапанами

Рассмотрим более сложный вариант VAV-системы с централизованным управлением всеми ее элементами. Главное отличие этого варианта от предыдущего – использование электронных модулей JL201. Обладая всеми возможностями СВ-02 (о них рассказывалось в предыдущем примере), новые модули имеют входы для подключения датчиков движения, температуры, расхода воздуха, концентрации СО₂ и других. Кроме этого, эти модули имеют порт для подключения к шине Modbus для централизованного управления клапаном и удаленного считывания показаний подключенных к модулю датчиков.

В модификации JL201DP дополнительно установлен цифровой дифференциальный 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 JL201. Помимо этих модулей система включает следующие элементы:

• Приточная установка Breezart 12000 Aqua.
• Клапаны с электроприводами с пропорциональным управлением.
• Регуляторы JLC101, датчик СО₂.

Описание системы по помещениям:

№1. К модулю JL201 не подключен регулятор или датчик. Управление производится только с центральной панели по шине Modbus. Такой вариант может использоваться в офисе, где вентиляция включается по таймеру в рабочее время.

№2, 3 и 4. На иллюстрации показан возможный вариант использования одного клапана для обслуживания нескольких помещений. Управление может производиться как централизованно, так и локально с помощью регулятора JLC101. Переключение между ручным и автоматическим режимами работы производится с помощью этого же регулятора или по таймеру.

№ 5. В этом помещении также установлен регулятор JLC101.

№ 6. В этом помещении установлен только датчик СО₂. Расход воздуха регулируется автоматически для поддержания заданного с пульта значения концентрации углекислого газа. Благодаря этому вентиляция в этом помещении включается только тогда, когда там кто-нибудь есть

VAV-система на базе датчика СО₂

Управление возможно только от датчика углекислого газа, 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 JL201 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.

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 CB-02 или JL201. Модули JL201 можно объединять по сети ModBus для централизованного управления. Возможности и характеристики системы:

• Любое количество автономных зон (на CB-02).
• До 20 зон с централизованным управлением (на JL201).
• Централизованное управление расходом воздуха, в том числе по сценариям.
• Местное управление расходом воздуха (с помощью ручного регулятора).
• Управление расходом воздуха от датчиков движения, концентрации СО₂ и других.
• Полная настройка модулей JL201(DP) с пульта, включая изменение ModBus адреса.

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, а в поле «Скорость вентилятора» отображается не скорость вентилятора, а уровень давления в воздуховоде или распределительной камере (по умолчанию 10). 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:

• Местное – местное управление расходом с помощью ручного регулятора. В этом режиме фактический расход может отличаться от заданного по сценарию.
• Пульт – централизованное управление расходом с пульта по сценариям. Если рядом с названием режима Местное или Пульт указано (Смеш.) – Смешанное управление, то возможно переключение между режимами Пульт и Местное
• СО₂ – управление по датчику концентрации углекислого газа. Рядом отображается измеренная датчиком концентрация СО₂
• Внешн. конт. – включение / отключение зоны производится при замыкании / размыкании внешнего контакта.
• Сообщение «Нет связи» означает отсутствие связи с модулем JL201 данной зоны. Для ручного изменения расхода воздуха коснитесь нужного параметра, с правой стороны появится слайдер с помощью которого можно задать требуемый расход воздуха в диапазоне от 0 до 100% с шагом 5%.

На этапе настройки VAV-системы для зон с централизованным управлением можно задать фактический расход воздуха при крайних положениях заслонки клапана. В этом случае расход воздуха станет отображаться не в процентах, а в кубометрах в час (единица измерения на экране отображаться не будет из-за недостатка места). 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. На этапе настройки для каждой зоны можно выбрать тип управления: только местное управление; только централизованное управление с пульта; смешанное управление. 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 модуль будет автоматически переведен 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).

Обратите внимание: при изменении расхода воздуха по сценариям передача данных в модули JL201 может занимать 10 – 20 секунд с момента срабатывания таймера. Если в это время задать расход воздуха вручную, то это значение может быть автоматически изменено на значение, заданное по сценарию.

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:

1. Предварительная настройка:

• Вентиляционная установка переводится в режим VAV (описание в Приложении №1).
• Для системы с централизованным управлением задаются адреса и режим работы модулей JL201 (описание в Приложении №2)

2. Проверка правильности монтажа системы (тестирование регуляторов расхода воздуха). Это необходимо, чтобы убедиться, что система собрана без ошибок.

3. 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 48 Па.

4. Определение положения заслонок клапанов для максимального (100%) расхода воздуха для всех зон. В этом положении должен быть обеспечен расход, заданный по проекту.

5. Определение положения заслонок клапанов для минимального (0%) расхода воздуха для всех зон. При работающей вентустановке необходимо обеспечивать общий расход воздуха не менее 10% 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.

Комплектующие VaV-системы