Ключевые технологии VRV Daikin в деталях

В развитии систем класса VRV/VRF можно выделить три этапа. На первом, начальном, который длился от появления первой VRV Daikin в 1982 году до начала 1990-х, произошло революционное внедрение инновационной технологии VRV (Variable Refrigerent Volume) и затем ― медленное наращивание параметров (производительность, количество внутренних блоков, длина магистралей хладагента и т.д.), в соответствии с развитием технологий тех лет.

На втором этапе, в 1990-е годы, помимо наращивания параметров систем начало происходить и расширение их функциональности. Появились решения, которые давали пользователю дополнительные возможности ― вроде выбора режима работы внутренних блоков независимо друг от друга, подключения к централизованным системам управления или набора необходимой производительности из стандартных модулей.

Наращивание параметров практически прекратилось в середине 2000-х годов, когда их существенный прирост стал стоить производителям неоправданно дорого, с появлением VRV III от Daikin и современных ей систем других производителей. Сегодня традиционные параметры систем этого класса находятся на примерно одинаковом уровне у всех брендов, а отличия укладываются в размеры допусков.

С этого времени развитие систем стало идти в двух направлениях ― дальнейшее расширение функциональности и движение в сторону повышения экологичности за счет перехода на озонобезопасные хладагенты и увеличения энергоэффективности. Тенденция сохраняется и в настоящее время.

Анализ работы большого количества установленных систем в 2003-2010 годах с помощью сервисов удаленного мониторинга показал, что большинство из них работает с частичной, притом достаточно низкой загрузкой. Данные, полученные в Европе, демонстрируют загрузку систем на уровне 50% и ниже в течение более, чем 80% суммарного времени работы. В Японии средняя загрузка чуть выше, но все равно значительно преобладает неполная.

По этим причинам на третьем этапе компания Daikin создала еще одну революционную технологию VRT [1], защищенную патентом EP-2873929-B1. Эта технология позволяет повысить уровень комфорта в помещении, так как температура воздуха на выходе из внутреннего блока имеет более высокие и комфортные значения большую часть времени. Одновременно, технология VRT повышает энергоэффективность системы VRV на 28%.

Начиная с линейки VRV IV, представленной в 2012 году, функция работы с переменной температурой кипения и конденсации (VRTTM ― Variable Refrigerant Temperature) является базовой для всех систем Daikin. Несмотря на то что идея этой функции очень проста по сути, ее реализация весьма сложна и защищена патентами. По этой причине она не воспроизводится на системах других производителей в полном объеме.

VRT меняет температуру кипения и конденсации хладагента практически в реальном времени в зависимости от нагрузки, уличных условий и динамики их изменения. В режиме охлаждения температура кипения повышается, а в режиме обогрева температура конденсации снижается по мере снижения нагрузки. Таким образом, появляется дополнительная степень регулирования производительности ― в дополнение к регулированию расхода хладагента система имеет возможность регулировать разницу между температурой воздуха и хладагента.

Это положительно сказывается на эффективности холодильного цикла, а также повышает уровень комфорта для пользователя за счет более высокой температуры на выходе внутренних блоков. Кроме того, такой подход положительно сказывается на эффективности работы инверторных компрессоров, потому что в условиях низкой частичной загрузки им не приходится снижать обороты до минимально возможных, чтобы добиться соответствия нагрузке (в таких режимах ухудшаются условия смазки и возрастают внутренние потери).

Идея, как видим, достаточно проста, в том числе и ― казалось бы ― в реализации. Регулировать температуру кипения и конденсации хладагента несложно путем изменения расхода. Но как выбирать каждое следующее целевое значение температуры при регулировании? Очевидным решением выглядит линейное изменение температуры кипения и конденсации в зависимости от разницы между уставкой и температурой воздуха в помещении. Однако здесь и кроется основная сложность.

Линейный принцип регулирования температуры не позволяет учесть влажность воздуха, или, другими словами, не позволяет поддерживать соотношение полной и явной холодопроизводительности внутренних блоков на максимальном уровне для всех возможных условий. В этом нет большой проблемы, так как общий принцип технологии все равно соблюдается, но все же такой подход не позволяет добиться максимально возможного энергосбережения и/или скорости достижения нужной температуры в помещении.

В системах Daikin выбор значений температуры кипения (здесь и далее мы говорим только о режиме охлаждения, в режиме обогрева регулирование происходит аналогичным образом) происходит по более сложным принципам. В начальный момент работы по значениям температур на улице и в помещении делается предположение об уровне загрузки. Исходя из этого устанавливается начальная температура кипения и строится так называемая линия виртуальной нагрузки, согласно которой температура кипения меняется по линейному закону от начальной до максимальной (+16 ⁰С). Затем начинается процесс регулирования. Каждую минуту система оценивает соотношение между уличной температурой, температурой в помещении и уставкой, а также скорость изменения этих параметров. Исходя из этого она выбирает наиболее оптимальную линию реальной нагрузки.

Кривые реальной нагрузки заложены в память системы (более 100 различных вариантов) и определяют разницу (dT) между температурой кипения, определяемой по линии виртуальной нагрузки, и целевой температурой кипения, которую система задает и пытается достичь. Эти кривые определены экспериментальным путем и с высокой вероятностью гарантируют максимально возможное соотношение полной и явной холодопроизводительности для всех возможных условий

Такой подход позволяет также подстраивать работу VRT в зависимости от требований объекта или предпочтений пользователя. Увеличивая или уменьшая dT, можно влиять на скорость достижения уставки (ценой энергопотребления). Режим по умолчанию называется Mild и обеспечивает оптимальное сочетание комфорта и скорости реакции системы на изменение нагрузки. Два других называются Quick и Powerful и повышают скорость реакции, но снижают энергоэффективность.

Для особых случаев имеется режим работы по явной производительности. Здесь начальная температура кипения задается пользователем, а линия виртуальной нагрузки становится горизонтальной. Этот режим подходит для случаев, когда особых требований к комфорту не предъявляется, а параметры воздуха в обслуживаемом помещении относительно постоянны. Типичный случай ― технологическое кондиционирование. Энергосбережение в этом режиме максимально, но уровень комфорта может быть низким из-за близкого к 1 соотношения полной и явной производительности внутренних блоков.

Также одним из режимов является работа с фиксированной температурой кипения.

В дополнение к VRT, последняя версия VRV IV+ содержит еще одно технологическое усовершенствование, направленное на повышение энергоэффективности при очень низкой частичной загрузке и низких оборотах компрессоров. В таких режимах проявляется конструктивный недостаток спиральных компрессоров ― перетечки хладагента со стороны нагнетания на сторону всасывания через верхнюю часть подвижной спирали. Несмотря на то, что VRT в принципе минимизирует время нахождения системы в таких режимах, усовершенствования здесь все равно желательны.

При работе компрессора подвижная спираль прижимается к неподвижной за счет давления хладагента в специальной полости снизу, это давление приблизительно равно давлению нагнетания. При падении загрузки системы давление нагнетания падает. Следовательно, сила, прижимающая подвижную спираль к неподвижной, уменьшается, что приводит к увеличению зазоров между спиралями в осевом направлении и, соответственно, перетечкам хладагента на сторону низкого давления в радиальном направлении.