При работе кондиционера в режиме охлаждения тепловой поток от внутреннего воздуха помещений Qвн передается через внутренние блоки, систему трубопроводов, наружный блок во внешнюю среду здания. Кроме энергии из охлаждаемых помещений наружные блоки во внешнюю среду отдают энергию, затраченную на привод компрессора. энергетический баланс VRF системы кондиционирования выглядит так:

(

Исходя из энергетического баланса системы кондиционирования воздуха, необходимо производить расчет и подбор оборудования VRF систем. Этапы подбора оборудования VRF систем следующие.

Расчет мощности внутренних блоков.
Функционально максимальная мощность внутреннего блока должна быть больше или равна максимальным теплопритокам в кондиционируемом помещении. С одной стороны, мощность внутреннего блока равна количеству холода, переданного через поверхность теплообменников. Поэтому можно записать уравнение:

(

где

k — k теплопередачи внутреннего блока, Вт/(м2 С);

F — площадь теплообменной поверхности внутреннего блока, м2;

tвн1, tвн2— температуры внутреннего воздуха на входе и на выходе внутреннего блока, С;

tфр — температура кипения фреона, С.

С другой стороны, мощность внутреннего блока равна охлаждающей мощности фреона, поступающего во внутренний блок:

(

где

Gфр — расход фреона во внутреннем блоке, кг/с;

qфр — теплота фазового перехода 1 кг фреона, Вт/кг.

Произведение k • F постоянная величина, зависящая от конструктивных особенностей внутреннего блока. Температура кипения фреона tфр также поддерживается на одном уровне системой автоматического регулирования VRF системы. согласно формуле ( , мощность внутреннего блока зависит от температуры воздуха tвн1 на входе во внутренний блок. Согласно формуле ( мощность внутреннего блока зависит также от расхода жидкого хладагента Gвн, поступающего к блоку. Количество энергии, поступающей к внутреннему блоку равно количеству энергии, отходящей от блока, следовательно, можно записать уравнение:

(

Мощность внутреннего блока регулируется с помощью изменения расхода фреона Gвн через блок с помощью терморегулирующего вентиля, но не может быть больше, чем величина теплопередачи, определенная по формуле ( . При уменьшении температуры внутреннего воздуха происходит падение максимально возможной мощности блока [1]. График падения мощности внутреннего блока кассетного типа AU12 VRF системы серии S GENERAL представлен на 2.

Пример Необходимо подобрать внутренние блоки для кондиционируемых помещений. Расчетная температура внутреннего воздуха +20 С. Подбираем типоразмер внутреннего блока чтобы мощность охлаждения при температуре +20 С была больше (или равна) максимальных теплоизбытков помещения (таблица .

Расчет мощности наружных блоков
Расчет мощности наружных блоков должен производится исходя из условия обеспечения максимальной холодопроизводительности внутренних блоков.

(

VRF системы кондиционирования применяются в помещениях, где k неодновременности k<1, т.е. базовой принцип функционирования мультизональных систем – перераспределение хладагента м. потребителями с неодновременной нагрузкой – предполагает целесообразность их использования только при значениях k< При условии одновременного максимума тепловых нагрузок в помещениях оптимально применение менее сложных систем типа MSсерии GENERAL. Поэтому при проектировании VRF систем необходимо выбирать внутренние блоки в пределах одной системы с неодновременными максимумами нагрузок, например ориентирование по разным фасадам здания. Такой выбор приводит к равномерной загрузке наружного блока в течение суток и меньшей расчетной мощности наружного блока.

k неодновременности k зависит в первую очередь от теплового режима здания, но не может быть меньше определенных величин, зависящих от конструкции VRF систем. Например, для серии S GENERAL отношение суммы номинальных мощностей внутренних блоков к мощности наружного блока не может быть больше 130%. Для серии J GENERAL данная величина уже равна 150%. Поэтому для определения мощности наружного блока необходимо знать три величины: сумму максимальных теплоизбытков обслуживаемых помещений, сумму номинальных мощностей внутренних блоков, k неодновременности теплоизбытков помещений.

Холодопроизводительность наружного блока Qнар можно определить по формуле:

(

Особенностью систем автоматического регулирования VRF систем является поддержание определенного давления на выходе и входе наружного блока ( . Потери давления в системе также зависят от расхода фреона Gнар и гидравлической характеристики сети kгидр:

(

при увеличении длины магистралей выше номинала 7,5 метров происходит увеличение гидравлической характеристики сети и, соответственно, уменьшение расхода фреона в системе.

Пропорционально уменьшению расхода фреона (формула происходит уменьшение мощности наружного блока ( .

Необходимо отметить на распространенную ошибку в расчетах VRF систем, когда k уменьшения мощности по длине магистралей применяют к мощности внутренних блоков [2]. Фактически, внутренний блок «не знает», какая длина магистралей от него до наружного блока. Поэтому на его производительность влияет только расход хладагента, поступающего от наружного блока. А вот наружный блок, измеряя перепад давления на подающей и обратной магистралях, уменьшает расход хладагента на систему кондиционирования согласно 4.

Пример Необходимо подобрать наружный блок для внутренних блоков примера Эквивалентная длина магистралей 70 метров. k неодновременности нагрузки 0,8.

Суммарная фактическая мощность внутренних блоков:

(4,9+4,0+6,3+2,1+2, 0,8=16,08 кВт

Суммарная номинальная мощность внутренних блоков:

(6,9+5,4+8,8+2,8+4, =27,9 кВт

Для серии S GENERAL максимальное превышение номинальной мощности внутренних блоков над наружным в одной системе равно 130% [1]. Следовательно, минимальная номинальная мощность наружного блока: 27,9/1,3=21,5 кВт. Подходит наружный блок АО72R с номинальной мощностью 22,4 кВт. Максимальное превышение номинальной мощности внутренних блоков над наружным равно 27,9/22,4=125%. Максимальная производительность наружного блока [1] равна 21,5 кВт. Потери давления мощности по длине трубопроводов составляют 7%. Максимальная мощность наружного блока в данных условиях составляет: 21,5 0,93=20,0 кВт. Для внутренних блоков необходимо максимум 16,08 кВт. Запас мощности наружного блока отсюда 20,0/16,08=1,24 (24%).

Вывод
Рассмотренная методика, основанная на уравнениях энергетического и материального баланса VRF систем, применима для расчета кондиционеров с переменным расходом фреона любых производителей.

Литература
FUJITSU GENERAL LIMITED. Многоблочная VRF система кондиционирования воздуха для зданий.  Конструкция и технические данные. 2001.

DAIKIN. VRV системы кондиционирования. Технический каталог. ЕЕDE 012.