Чиллер или VRF, что выгоднее? Сравнение производительности и затрат

Ключевые различия между VRF и чиллером в способе передачи тепловой энергии. В первом случае теплообмен происходит в результате испарения хладагента внутри теплообменников, что исключает промежуточные операции. Благодаря этому, существенно повышается эффективность мультизональной схемы. Однако это ограничивает длину магистралей, как и перепад высот между наружным и внутренним блоком.

В варианте чиллера теплообмен реализуется путем предварительного охлаждения теплоносителя, циркулирующего в замкнутом контуре. Эффективность чиллеров зависит от мощности насосного (компрессорного) оборудования, позволяя создавать системы адаптированные к конкретным запросам, сложным проектам. В то же время, такие схемы отличаются повышенным расходом ресурсов, сложностью проектирования, большим количеством компонентов и др.

По статистике, использование VRF-систем во всех сферах постоянно растет, уверенно вытесняя с рынка чиллеры. Попытаемся подробно разобраться, почему так происходит путем сравнительного анализа оборудования одного класса. В итоге найдем ответ, что лучше выбрать — VRF или чиллер? Для этого оценим современные системы VRF и чиллеры по четырем критериям: производительность, компоновка, эксплуатация и экономичность.

Доля систем VRF и чиллеров на мировом рынке, оценка по стоимости

Производительность

Независимо от типа системы, производительность внутренних блоков зависит от текущей температуры в комнате. По мере ее снижения ухудшается и продуктивность оборудования. В разных схемах темп падения эффективности также различный. Например, при расчетной температуре в помещении +24⁰С (+20⁰С) падение производительности мультизонального оборудования 14% (30%). Для блока, построенного по схеме чиллера-франкойла, этот показатель будет равен 36% (62%). Другими словами, при падении температуры в помещении темп ухудшения эффективности VRF по сравнению с чиллером в 2–2,5 раза меньше.

Изменение производительности по холоду внутренних блоков VRF и фанкойлов

Указанная разница обусловлена разной схемой организации процессов обмена тепла. Очевидно, что теплообменный потенциал мультизонального оборудования значительно выше.

Фактическая производительность наружного блока (НБ), как источника холода, определяется длиной воздуховодов, по которым холод поступает к внутреннему блоку. Чем они длиннее, тем выше потери, тем больше падает давление холодного потока. Системы VRF построены так, что потери давления из-за длинного трубопровода компенсируются уменьшением расхода хладагента, что снижает фактическую производительность внешнего блока. В системах с воздуховодами до 100 м реальная продуктивность НБ ниже на 15%, а до 200 мм — 25%.

Рассчитать аналогичный параметр для чиллера сложно. Это обусловлено тем, что в этой схеме не предусмотрено регулирование производительности путем уменьшения расхода хладагента, так как система не способна «определить» длину воздуховода до конкретного приемника холода. Плюс к этому, требуется определенное количество энергии как на нагрев хладоносителя, так и на компенсацию потерь. Это также, существенно снижает продуктивность оборудования.

Потери производительности мультизонального оборудования VRF на коротких трассах до 50 м в 1,5–2 раз ниже. При необходимости построения длинных и разветвленных магистралей более 100 м лучше использовать чиллер.

Согласно технической документации, диапазон работы VRF в режиме холода от —15 до +54⁰С. Для чиллеров этот показатель от —10 до +43⁰С. В режиме обогрева характеристики систем выглядят так: от +25 до +24⁰С и от +10 до +21⁰С.

Возможный и требуемый в условиях России температурный диапазон работы на холод

Мультизональное оборудование VRF отличается более широким диапазоном функционала в режиме не только охлаждения, но и обогрева помещений. Плюс к этому, благодаря возможности регулировки температуры кипения хладагента, такие системы позволяют поддерживать комфортную влажность. В чиллерах при одинаковой температуре воздуха в комнате влажность выше, что ухудшает теплообмен между организмом и средой. В дополнение, средняя скорость потока внутри магистрали VRF на 20–30% ниже по сравнению с чиллерами. Поэтому мультизональные системы меньше шумят.

Компоновка

Надежность функционирования оборудования зависит от сложности компоновки. Чем проще конструкция с меньшим количеством составных элементов, тем выше долговечность, тем проще обслуживание, ремонт и эксплуатация. Учитывая минимальное количество функциональных элементов, вероятность поломок мультизонального оборудования VRF значительно ниже. В системах чиллер-фанкойл предусмотрены дополнительные насосы и другие узлы, обеспечивающие охлаждение и циркуляцию хладоносителя. Поэтому, такая схем более сложная, что повышает риски неполадок.

Основные элементы системы холодоснабжения

Надежность любой системы определяется не только сложностью самой конструкции, но и правильной разработкой проекта. Чтобы повысить живучесть, можно использовать двойное резервирование, системы самодиагностики, другие решения. Однако это приводит к повышению общей стоимости, необходимости привлечения для обслуживания квалифицированных операторов.

Благодаря более простой конструкции, проектирование VRF занимает меньше времени. Плюс к этому, такая схема позволяет использовать не только более надежные компрессоры On-Off или инверторного типа, но и модульную компоновку в комбинации со всевозможными схемами защиты. Повышенная надежность мультизонального оборудования в сочетании доступными запчастями и легким ремонтом исключает необходимость многократного резервирования.

Эксплуатация

Одним из недостатков VRF-схем является ограничение по длине трубопроводов и перепаду высот между блоками в 110 м, что не позволяет их использовать для высотных зданий. Инженеры ОАЭ решают эту проблему путем разделения общей системы на несколько отдельных гидравлических колец циркуляционного типа. Деление осуществляется путем монтажа противоточных теплообменников и наружных блоков на каждом этаже, выделив для этого специальные балконы.

Преимущества VRF-схем разделенного типа:

• Возможность уравнять давление на этажах, избежав чрезмерного напора в нижней части небоскреба.
• Можно обслуживать здания любой этажности, так как проблема перепада по высоте между блоками устранена.
• Каждая система зациклена только на одном этаже, что минимизирует продолжительность воздуховодов.
• Максимальная эффективность достигается благодаря небольшой длине трубопроводов и отсутствию вертикальных переходов.

В отношении чиллеров нет никаких ограничений, как по длине, так и по перепаду высот. Однако, по сравнению с мультизональными схемами, из-за большой длины, большого количества насосов и дополнительного оборудования, расходы электроэнергии на обслуживание чиллеров в 1,2–1,5 раза выше. Энергоэффективность таких систем в 1,5-2 раза хуже.

Экономичность

Наряду с производительностью, компоновкой и удобством эксплуатации, важным критерием для покупки оборудования является стоимость. Ее конкурентность определяется ценой за условный 1000 кВт получаемой мощности в режиме генерирования холода и тепла. Сравнительный анализ показывает, что независимо от производительности расходы на закупку оборудования для VRF-схем значительно меньше даже без учета стоимости расходных материалов и монтажных работ. Именно в этом основная причина, по которой такие системы вытесняют конкурентов на рынке.

Второй причиной доминирования мультизонального оборудования над чиллерами является более высокая цена на расходные материалы: воздуховоды, клапаны, переходники, изоляция и др. По статистике, расходы на покупку трубопроводов, хладагента, арматуры и других «расходников» для комплектации чиллеров составляют около 20–35% от стоимости самого оборудования. В то же время цена комплектующих элементов для VRF не превышает 15–25%. Разница обусловлена такими моментами:

• Диаметр трубопроводов для мультизональной схемы кондиционирования значительно меньше, так здесь используется хладагент. Его энергоемкость в 10 раз выше по сравнению с обычной водой. При применении жидкого теплоносителя для получения идентичной производительности требуются трубы большего сечения.
• Протяженность магистралей VRF всегда значительно меньше по сравнению с общей длиной чиллеров. Наружные блоки располагаются максимально близко к внутренним приемникам.
• Мультизональные блоки поставляются в виде готовых для монтажа элементов, что минимизирует количество комплектующих. Для построения чиллеров требуется большое число дополнительных вентилей, баков, фильтров, других элементов.

Третья причина популярности мультизональных схем — небольшие расходы на монтаж и пуско-наладку. Модульная компоновка проще для установки и проведения испытаний. Расходы на монтажные работы и запуск в эксплуатацию не превышают 10–20% от цены оборудования. В свою очередь, стоимость установки и настройки чиллеров превышает 15–30%.

Суммарные затраты на выработку 1 кВт холода за 15 лет эксплуатации объекта

Заключение