Trivamzdės VRF sistemos su atliekine energija ir be jos atgavimo efektyvumo tyrimas pereinamuoju metų laiku

Abstract

Pastatų sektorius tapo didžiausiu pirminės energijos vartotoju pasaulyje. Tai sukuria didžiulį iškastinio kuro suvartojimo mastą ir didelį poveikį aplinkai. Yra pripažinta, kad labai svarbu gerinti pastatų šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo (ŠVOK) sistemų, kurios sunaudoja beveik pusę visos komercinių pastatų energijos, efektyvumą. Taip pat manoma, kad visame pasaulyje labai padaugės ŠVOK įrenginių, didėjant pastatų mikroklimato ir vidaus komforto poreikiams. Kintamojo šaldymo agento srauto (angl. variable refrigerant flow, VRF) sistema, kaip viena iš besiformuojančių ŠVOK technologijų, dešimtmečius buvo ir vis dar yra plačiai naudojama Azijoje, Europoje ir užima sparčiai augančią rinkos dalį Šiaurės Amerikoje. Straipsnyje analizuojama daugianarė oro kondicionavimo sistema, galinti savarankiškai keisti šaldymo agento srautą, priklausomai nuo vėsinimo ar šildymo apkrovos. Nagrinėjama sistemos konfigūracija su šilumos atgavimo funkcija (VRF-HR), kai galima atgauti šilumą iš vidinių įrenginių vėsinamose zonose ir perduoti ją šildomoms patalpoms, taip vienu metu atliekant šildymo ir vėsinimo funkcijas. Kadangi tokia Sistema gali panaudoti atliekinę šilumą, mažėja VRF-HR sistemos lauko įrenginio reikalinga galia, palyginti su įprastomis šilumos siurblių sistemomis. Darbe tiriama trivamzdė kintamojo šaldymo agento srauto (VRF) sistema, ruošianti karštą vandenį, pereinamuoju metų laiku, analizuojamas šios sistemos efektyvumas vienu metu ruošiant karštą vandenį, o atliekinę energiją naudojant patalpoms vėsinti. Gauti duomenys lyginami su tradicine VRF sistema atskirai ruošiant karštą vandenį ir vėsinant. Rezultatai parodė, kad kintamojo šaldymo agento sistema su šilumos atgavimo konfigūracija gali būti apie 38 % efektyvesnė ruošiant karštą vandenį, palyginti su tradicinėmis sistemomis be šilumos atgavimo, o vertinant vidaus garintuvų pernešamą vėsos kiekį, gali siekti net iki 80 %. Taip pat sistema su šilumos atgavimo funkcija gali atidėti lauko bloko garintuvo užšalimą, todėl atitirpinimo ciklai gali vykti rečiau, o tai ne tik padidina sistemos efektyvumą, bet ir geriau užtikrina šilumos ar vėsos poreikius bei ilgina sistemos komponentų naudojimo laiką.

Building sector has become the largest consumer of primary energy in the world. This leads to a huge consumption of fossil fuels and a large impact on the environment. It is recognized that improving heating, ventilation and air conditioning (HVAC) systems, which consume almost half of all commercial building energy, is critical. It is also estimated that there will be a significant increase in HVAC installations around the world, as the demands for indoor comfort in buildings increase. The variable refrigerant flow (VRF) system, as one of the emerging HVAC technologies, has been and is still widely used in Asia, Europe and has a rapidly growing market share in North America for decades. The article analyses a multi-unit air conditioning system that can independently change the refrigerant flow depending on the cooling or heating load. The system configuration with heat recovery (VRF-HR) can recover heat from the indoor units in the cooling zones and transfer it to the heating zones, simultaneously performing heating and cooling functions. Since such a system can use waste heat, the required power of the outdoor unit of VRF-HR system is reduced compared to conventional heat pump systems. The work investigates a three-pipe variable refrigerant flow (VRF) system with hot water preparation in the transition season, analyzes the efficiency of this system in simultaneously preparing hot water, and using waste energy for cooling. The obtained data are compared with the traditional VRF system for separate preparation of hot water and cooling. The results showed that a variable refrigerant system with a heat recovery configuration can be about 38% more efficient in hot water preparation compared to traditional systems without heat recovery. And when evaluating the amount of coolness transferred by internal evaporators, it can reach up to 80%. Also, a heat recovery system can delay freezing of the outdoor unit’s evaporator, so defrost cycles can occur less often, which not only increases system efficiency, but also better meets heat or cooling needs and extends the life of system components.