W artykule przedstawiono krótką charakterystykę systemów VRV oraz niektóre aspekty projektowania systemów z bezpośrednim odparowaniem, ze szczególnym uwzględnieniem programów wspomagających projektowanie. Artykuł w nieco zmienionej wersji został przedstawiony na Forum Wentylacja, Salon Klimatyzacja 2009.

Nazwa VRV (Variable Refrigerant Volume – zmienna objętość/przepływ objętościowy czynnika chłodniczego) funkcjonuje równolegle z określeniem VRF (Variable Refrigerant Flow – zmienny przepływ czynnika chłodniczego) i oznacza regulację wydajności urządzeń chłodniczych poprzez zmianę strumienia czynnika przepływającego przez parowacz. Bezpośrednio przed parowaczem zmienny przepływ reguluje zawór rozprężny. Natomiast spośród wielu sposobów regulacji strumienia czynnika przetłaczanego przez sprężarkę najczęściej spotyka się zastosowanie zmiennej prędkości obrotowej silnika, regulowanej przetwornicą częstotliwości (falownikiem). Takie sprężarki nazywane są również inwerterowymi. Na rynku pojawia się również nazwa – „systemy inwerterowe” w odniesieniu do małych wydajności oraz „systemy VRV” – w odniesieniu do dużych instalacji.
Oprócz stosowania sprężarek o zmiennej prędkości obrotowej spotyka się również systemy bazujące na innej zasadzie regulacji wydajności sprężarki typu „scroll”. Polega ona na czasowym podnoszeniu jednej ze spiral, aby wprowadzić sprężarkę w bieg jałowy i w ten sposób zmniejszyć strumień czynnika tłoczony do instalacji. Działanie to jest możliwe za pomocą zaworu PWM rys. 1, który podaje impuls ciśnienia ssania w rejon spiral sprężarki. Proces ten odbywa się z częstotliwością uzależnioną od zapotrzebowania mocy chłodniczej. Rozwiązanie to stosowane jest w sprężarkach „digital scroll” (prod. Copeland, spotykane w urządzeniach klimatyzacyjnych niektórych firm [5]).

 

Dzięki zastosowaniu sprężarki o regulowanej prędkości obrotowej istnieje możliwość dokładnego dopasowania wydajności urządzenia do potrzeb obiektu (wymienników w jednostkach wewnętrznych). Na rys. 4 przedstawiono wykresy współpracy sprężarki inwerterowej z jedną lub dwoma sprężarkami o stałej wydajności dającej możliwość płynnej regulacji.

U niektórych producentów [6] spotyka się wyłącznie sprężarki inwerterowe w celu uniknięcia skokowych zmian wydajności w punktach włączenia sprężarek o stałej wydajności.

Projektowanie
Praktycznie rzecz biorąc, projektowanie instalacji VRV nie różni się znacząco od projektowania innych systemów klimatyzacji. Podczas projektowania warto posłużyć się programem wspomagającym choć nie należy tego robić ”automatycznie”, bezkrytycznie przyjmując wszelkie rozwiązania, czy obliczenia proponowane przez program.
Najważniejszym krokiem jest obliczenie zysków ciepła w poszczególnych pomieszczeniach. Chociaż niektóre programy doboru urządzeń oferują bogatą ofertę pomocy w tych obliczeniach, warto samemu „ręcznie” oszacować niektóre wielkości, aby mieć porównanie z wynikami uzyskiwanymi z programu. W procedurze wprowadzania danych do obliczeń istnieje wiele punktów, które nawet osobom doświadczonym sprawiają odrobinę kłopotu. Łatwo więc o pomyłkę. Bardzo pomocne są tabelaryczne „podpowiedzi” w niektórych okienkach programów obliczeniowych, które znacznie ułatwiają szacowanie lub dobór odpowiednich wartości.
Należy z dużą rezerwą podchodzić do stosowanego nazewnictwa – często pierwszego przekładu dokonują specjaliści od języka a nie inżynierowie. Nieprecyzyjne tłumaczenia zdarzają się u wielu producentów. Spotkać można takie wyrażenia, jak „air conditioning = konfekcjonowanie powietrza”. Lub, na przykład, w jednym programów można znaleźć (na liście urządzeń generujących zyski ciepła wewnątrz pomieszczeń) „minikomputer” oraz „mikrokomputer”. Zyski ciepła od jednego z nich wynoszą 200 W, od drugiego 4000 W! Różnica jest 20. krotna! Dlatego, należy bardzo uważnie wprowadzać dane.
Zyski ciepła przez ściany zewnętrzne stanowią z reguły nie więcej niż 5% całkowitych zysków ciepła w pomieszczeniach, więc, pomimo że programy oferują dość dokładne metody obliczeń w tym zakresie, ich znaczenie w sumarycznych zyskach ciepła nie jest duże.
Najważniejszym składnikiem zysków ciepła w pomieszczeniach bywają najczęściej zyski ciepła przez okna. Jednym z kluczowych zagadnień są dane meteorologiczne, na podstawie których obliczane są te wartości Programy umożliwiają symulację godzinowego rozkładu zysków oraz złożenia ich w sumaryczny wykres. Jest to tym bardziej ważne, że nie wszystkie wartości maksymalne występują o tej samej godzinie, więc dobór urządzeń na sumę wszystkich maksymalnych wartości może prowadzić do znacznego przewymiarowania instalacji. Pojawia się tutaj jednak pewien problem. Dane meteorologiczne nie są udostępnione nawet do podglądu, stąd nie wiadomo, jakie wartości są brane do obliczeń. Niektóre zestawy danych wejściowych są generowane przez program na podstawie zaledwie kilku wartości temperatury. W oparciu o te zestawy danych programy przeprowadzają kalkulacje kosztów eksploatacji systemu. Obliczenia kosztu energii systemu dokonane w oparciu o założenia, które nie są zweryfikowane dają niewiarygodne wyniki. Rezultaty tych symulacji nierzadko są rozbieżne z rzeczywistością w wyniku czego użytkownik może zgłaszać zastrzeżenia.
Dla potrzeb obliczania świadectw charakterystyki energetycznej budynku, dla polskich lokalizacji zostały opublikowane uśrednione i rzeczywiste dane na stronie Ministerstwa Infrastruktury [7]. Proponuje się, aby lata referencyjne zostały wprowadzone do programów obliczeniowych, co znacznie zwiększyłoby ich wiarygodność.
W odniesieniu do wielu pomieszczeń ważna jest decyzja, czy decydujemy się na pokrycie sumy maksymalnych obciążeń cieplnych pomieszczenia. W praktyce, ze względu na współczynnik niejednoczesności występowania maksymalnych wartości oraz ze względu na to, że sterowanie inwerterowe umożliwia czasową pracę urządzenia z wydajnością podwyższoną, w stosunku do nominalnej, można dobrać urządzenie o wydajności nominalnie mniejszej od obliczonej wartości maksymalnej. Powinno to być, jednak uzgodnione z inwestorem. (...)

Dobór jednostek... wewnętrznych
(...)

...zewnętrznych
(...)

Prowadzenie rurociągów czynnika chłodniczego
(...)

Maksymalne napełnienie czynnikiem chłodniczym – norma PN-EN 378
(...)

Wnioski
1. Właściwe zaprojektowanie systemu VRV wymaga, jak dla wszystkich systemów klimatyzacji, dokładnego obliczenia charakterystyki cieplnej pomieszczeń.
2. Programy doboru umożliwiają dokładne obliczenia, należy jednak rzetelnie sprawdzać uzyskane wyniki, a obliczenia symulacyjne traktować z dużym przybliżeniem.
3. Po dokonaniu doboru urządzeń należy wprowadzić poprawki związane z innymi, niż katalogowe parametrami pracy urządzeń oraz korekty związane z długością rurociągów oraz położeniem jednostek względem siebie.
4. Podczas projektowania rurociągów czynnika chłodniczego programy stanowią znaczącą pomoc.