Sistem čilnik-fankoil: načelo delovanja in ureditev sistema za termoregulacijo.

Večobmočni klimatski sistem čiler-fankojl je namenjen ustvarjanju udobnih pogojev znotraj zgradbe velike površine. Deluje neprekinjeno — poleti oskrbuje s hladom, pozimi pa s toploto, segrevajoč zrak do nastavljene temperature. Z njegovo zasnovo se je vredno seznaniti, ali se strinjate?

V članku, ki smo ga predložili, so podrobno opisani konstrukcija in sestavni deli klimatskega sistema. Navedeni in podrobno analizirani so načini priključitve opreme. Povedali bomo, kako je ta sistem termoregulacije zasnovan in kako deluje.

Sestavni deli sheme čiler-fankojl

Vlogo hladilne naprave ima čiler — zunanja enota, ki proizvaja in dovaja hlad po cevovodih s cirkulirajočo vodo ali etilen glikolom. S tem se razlikuje od drugih split-sistemov, kjer se kot toplotni nosilec uporablja freon.

Za premikanje in prenos freona, hladilnega sredstva, so potrebne drage bakrene cevi. Tukaj pa to nalogo odlično opravljajo vodovodne cevi s toplotno izolacijo. Na delovanje tega sistema ne vpliva temperatura zunanjega zraka, medtem ko split-sistemi s freonom izgubijo delovanje že pri -10⁰. Notranja toplotnoizmenjevalna enota je fankojl.

Ta sprejme tekočino z nizko temperaturo, nato prenaša hlad v zračno okolje prostora, segreta tekočina pa se vrača nazaj v čiler. Fankojli so nameščeni v vseh prostorih. Vsak od njih deluje po individualnem programu.

Glavni elementi sistema so črpališče, čiler in fankojl. Fankojl je lahko nameščen na veliki razdalji od čilerja. Vse je odvisno od moči črpalke. Število fankojlov je sorazmerno z močjo čilerja.

Običajno se takšni sistemi uporabljajo v hipermarketih, nakupovalnih centrih, objektih, zgrajenih pod zemljo, hotelih. Včasih jih uporabljajo kot ogrevanje. Takrat po drugem krogu v fankojle dovajajo segreto vodo ali preklopijo sistem na ogrevalni kotel.

Konstrukcijska izvedba sistema

Glede na konstrukcijsko izvedbo so sistemi čiler-fankojl dvocevni in štiricevni. Glede na vrsto namestitve ločimo stenske, talne in vgradne naprave.

Sistem ocenjujemo po naslednjih glavnih parametrih:

• moči ali hladilne zmogljivosti čilerja;
• zmogljivosti fankojlov;
• učinkovitosti premikanja zračne mase;
• dolžine cevovodov.

Zadnji parameter je odvisen od moči črpalne naprave in kakovosti toplotne izolacije cevi.

Priključitev čilerja in fankojla

Usklajeno delovanje sistema poteka s povezavo chillerja z enim ali več fan coili preko toplotno izoliranih cevovodov. V primeru odsotnosti slednje občutno pade vrednost izkoristka sistema.

Vsak fan coil ima individualno priključno enoto, s katero se zagotavlja uravnavanje njegove zmogljivosti tako pri proizvodnji toplote kot tudi hladu. Pretok hladilnega sredstva v posameznem agregatu se uravnava s pomočjo posebne armature – zaporne in regulirne.

Da bi usmerili ohlajeno vodo v toplotni izmenjevalec, eno cev priključijo na fan coil, drugo pa – za odvod tekočine – na chiller. Zgradba sistema omogoča mešanje hladilnega sredstva s toplotnim nosilcem.

Če mešanja toplotnega nosilca s hladilnim sredstvom ni dovoljeno, vodo segrejejo v ločenem toplotnem izmenjevalcu in shemo dopolnijo s cirkulacijsko črpalko. Za zagotovitev gladkega uravnavanja pretoka delovne tekočine skozi toplotni izmenjevalec pri montaži cevne sheme uporabijo 3-potni ventil.

Če je v stavbi nameščen dvocevni sistem, tako hlajenje kot ogrevanje potekata s pomočjo hladilnika – čilerja. Za povečanje učinkovitosti ogrevanja s pomočjo ventilatorskih konvektorjev v hladnem obdobju se poleg čilerja v sistem vključi še kotel.

Za razliko od dvocevnega sistema z enim toplotnim izmenjevalnikom, so v štiricevnem sistemu vgrajena dva takšna sklopa. V tem primeru lahko ventilatorski konvektor deluje tako za ogrevanje kot za hlajenje, pri čemer v prvem primeru uporablja tekočino, ki kroži v ogrevalnem sistemu.

Eden od toplotnih izmenjevalnikov je priključen na cevovod s hladilnim sredstvom, drugi pa na cev s toplotnim nosilcem. Vsak toplotni izmenjevalnik ima individualni ventil, ki ga upravlja posebna daljinska plošča. Če je uporabljena takšna shema, se hladilno sredstvo nikoli ne meša s toplotnim nosilcem.

Ker se temperatura toplotnega nosilca v sistemu v ogrevalni sezoni giblje od 70 do 95⁰ in za večino ventilatorskih konvektorjev presega dovoljeno mejo, jo predhodno znižajo. Zato topla voda, ki prihaja iz centralnega ogrevalnega omrežja do ventilatorskih konvektorjev, gre skozi posebno toplotno postajo.

Glavni razredi čilerjev

Pogojna delitev čilerjev v razrede poteka glede na vrsto hladilnega cikla. Na podlagi tega lahko vse čilerje pogojno razvrstimo v dva razreda – absorpcijske in parnokompresijske.

Zgradba absorpcijskega agregata

Absorpcijski čiler ali ABHM za delovanje uporablja binarno raztopino s prisotno vodo in litijevim bromidom – absorber. Načelo delovanja je absorpcija toplote s strani hladilnega sredstva v fazi pretvorbe pare v tekoče stanje.

Takšne enote uporabljajo toploto, ki se sprošča pri delovanju industrijske opreme. Pri tem absorpcijski absorber z vreliščem, ki znatno presega ustrezen parameter hladilnega sredstva, dobro topi slednjega.

Shema delovanja čilerja tega razreda je naslednja:

1. Toploto iz zunanjega vira dovajamo v generator, kjer segreva mešanico litijevega bromida in vode. Pri vrenju delovne mešanice hladilno sredstvo (voda) popolnoma izhlapi.
2. Para se prenese v kondenzator in postane tekočina.
3. Hladilno sredstvo v tekoči obliki pride v dušilko. Tu se ohladi, tlak pa pade.
4. Tekočina vstopi v uparjalnik, kjer poteka izhlapevanje vode in absorpcija njenih hlapov z raztopino litijevega bromida – absorberjem. Zrak v prostoru se ohlaja.
5. Razredčen absorber se ponovno segreje v generatorju in cikel se ponovno zažene.

Takšen klimatski sistem še ni dobil široke razširjenosti, vendar je popolnoma skladen s sodobnimi trendi glede varčevanja z energijo, zato ima dobre perspektive.

Konstrukcija parnokompresijskih naprav

Večina hladilnih naprav deluje na podlagi kompresijskega hlajenja. Hlajenje poteka zaradi neprekinjenega kroženja, vrenja pri nizkih temperaturah, tlaka in kondenzacije hladilnega sredstva v zaprtem sistemu.

V konstrukcijo čilerja tega razreda spadajo:

• kompresor;
• uparjalnik;
• kondenzator;
• cevovodi;
• regulator pretoka.

Hladilno sredstvo kroži v zaprtem sistemu. Ta proces nadzira kompresor, v katerem plinasto snov pri nizki temperaturi (-5⁰) in tlaku 7 atm stisnejo, pri čemer se temperatura dvigne na 80⁰.

Suha nasičena para v stisnjenem stanju odhaja v kondenzator, kjer se ohladi na 45⁰ pri nespremenjenem tlaku in pretvori v tekočino.

Naslednja točka na poti je dušilka (redukcijski ventil). Na tej stopnji se tlak zmanjša od vrednosti, ki ustreza kondenzaciji, do meje, pri kateri pride do izhlapevanja. Hkrati se temperatura zniža na približno 0⁰. Tekočina delno izhlapi in nastane vlažna para.

Na shemi je prikazan zaprti cikel, po katerem deluje parnokompresijska naprava. V kompresorju (1) poteka stiskanje vlažne nasičene pare, dokler ne doseže tlaka p1. V kompresorju (2) para oddaja toploto in se pretvori v tekočino. V dušilki (3) se znižata tako tlak (p3 – p4) kot temperatura (T1-T2). V toplotnem izmenjevalniku (4) ostaneta tlak (p2) in temperatura (T2) nespremenjena.

Ko delovna snov (mešanica pare in tekočine) vstopi v toplotni izmenjevalnik – uparjalnik, odda hlad toplotnemu nosilcu in prevzame toploto od hladilnega sredstva, pri tem pa se hkrati suši. Proces poteka pri stalnih vrednostih tlaka in temperature. Črpalke dovajajo tekočino z nizko temperaturo do fan coil enot. Po tej poti se hladilno sredstvo vrne v kompresor, da ponovno opravi celoten parnokompresijski cikel.

Specifičnost parnokompresijskega čilerja

V hladnem času lahko chiller deluje v načinu naravnega hlajenja – to se imenuje freecooling. Pri tem toplotni nosilec hladi zunanji zrak. Teoretično je mogoče uporabiti brezplačno hlajenje pri zunanji temperaturi, nižji od 7⁰C. V praksi je optimalna temperatura za to 0⁰.

Pri nastavitvi na način »toplotna črpalka« chiller deluje za ogrevanje. Cikel se spremeni, zlasti si kondenzator in uparjalnik izmenjata funkciji. V tem primeru je treba toplotni nosilec ne ohlajati, ampak segrevati.

Najenostavnejši so monoblok chillerji. V njih so vsi elementi kompaktno združeni v eno celoto. Na voljo so v prodaji 100-odstotno opremljeni, vse do polnjenja s hladilnim sredstvom.

Ta način se najpogosteje uporablja v velikih pisarnah, javnih stavbah, skladiščih. Chiller je hladilni agregat, ki daje trikrat več mraza, kot ga porabi. Njegova učinkovitost kot grelnika je še višja – porabi štirikrat manj električne energije, kot proizvede toplote.

Kako se hladilno sredstvo razlikuje od toplotnega nosilca?

Hladilno sredstvo je delovna snov, ki se med hladilnim ciklom lahko nahaja v različnih agregatnih stanjih pri različnih vrednostih tlaka. Prenosnik toplote ne spreminja faznih stanj. Njegova naloga je prenos mraza ali toplote na določeno razdaljo.

Transport hladilnega sredstva upravlja kompresor, transport prenosnika toplote pa črpalka. Temperatura hladilnega sredstva lahko pade pod vrelišče ali se dvigne nad njegove meje. Prenosnik toplote za razliko od hladilnega sredstva nenehno deluje v temperaturnih pogojih, ki ne presegajo vrelišča pri trenutnem tlaku.

Vloga fankojla v klimatskem sistemu

Fankoil je pomemben element centraliziranega klimatskega sistema. Drugo ime je ventilatorski konvektor. Če izraz fan-coil dobesedno prevedemo iz angleščine, se glasi kot ventilator-toplotni izmenjevalnik, kar najbolj natančno opisuje načelo njegovega delovanja.

V konstrukcijo fankoila je vključen omrežni modul, ki omogoča povezavo z osrednjo krmilno napravo. Trdno ohišje skriva konstrukcijske elemente in jih ščiti pred poškodbami. Na zunanji strani je nameščena plošča, ki enakomerno porazdeljuje zračne tokove v različne smeri.

Namen naprave je sprejem nosilca z nizko temperaturo. Na seznamu njenih funkcij je tako recirkulacija kot hlajenje zraka v prostoru, kjer je nameščena, brez dovoda zraka od zunaj. Glavni elementi fankoila so nameščeni v njegovem ohišju.

Sem spadajo:

• centrifugalni ali diametralni ventilator;
• toplotni izmenjevalnik v obliki serpentine, ki je sestavljena iz bakrene cevi in aluminijastih reber, nameščenih nanjo;
• prašni filter;
• krmilna enota.

Poleg osnovnih sklopov in delov konstrukcija fankoila vključuje posodo za lovljenje kondenzata, črpalko za odvajanje le-tega, elektromotor, s katerim se obračajo zračne lopute.

Na fotografiji je kanalski fankoil znamke Trane. Zmogljivost dvorednih toplotnih izmenjevalnikov je 1,5–4,9 kW. Enota je opremljena s tihim ventilatorjem in kompaktnim ohišjem. Odlično se namesti za lažne plošče ali za spuščeno stropno konstrukcijo.

Glede na način montaže obstajajo stropni fankoili, kanalski fankoili, ki se vgradijo v kanale za dovod zraka, fankoili brez ohišja, kjer so vsi elementi nameščeni na okvirju, stenski ali konzolni fankoili.

Stropne naprave so najbolj priljubljene in imajo dve izvedbi: kasetne in kanalske. Prve se vgrajujejo v prostornih prostorih s spuščenimi stropovi. Za spuščeno konstrukcijo je nameščeno ohišje. Vidna ostane spodnja plošča. Lahko razpršujejo zračne tokove na dve ali vse štiri strani.

Če nameravate sistem uporabljati izključno za hlajenje, je najboljši prostor zanj strop. Če je konstrukcija namenjena ogrevanju, napravo namestite na steno v njenem spodnjem delu.

Potreba po hlajenju ni vedno prisotna, zato, kot je razvidno iz sheme, ki prikazuje načelo delovanja sistema čiler-fankoil, v hidravlični modul vgradijo rezervoar, ki deluje kot akumulator za hladilno sredstvo. Toplotno raztezanje vode kompenzira ekspanzijska posoda, priključena na dovodni cevovod.

Fankoil se upravlja tako v ročnem kot v samodejnem načinu. Če ventilatorski konvektor deluje za ogrevanje, se v ročnem načinu prekine dovod hladne vode. Pri delovanju za hlajenje se zapre dovod tople vode in odpre pot za dotok hladilne delovne tekočine.

Daljinski upravljalnik za upravljanje tako 2-cevnega kot 4-cevnega fankoila. Modul priključite neposredno na napravo in ga namestite v njeno bližino. Nanj priključite upravljalno ploščo in kable za njeno napajanje.

Za delovanje v samodejnem načinu na plošči nastavite želeno temperaturo za posamezen prostor. Vzdrževanje nastavljenega parametra poteka s pomočjo termostatov, ki prilagajajo kroženje ogrevalnih medijev – hladnega in vročega.

Prednost fankoila se ne kaže le v uporabi varnega in poceni toplotnega medija, temveč tudi v hitrem odpravljanju težav v obliki vodnih puščanj. To poceni njihov servis. Uporaba teh naprav je najbolj energetsko učinkovit način za ustvarjanje ugodne mikroklime v stavbi.

Ker ima vsaka velika stavba cone z različnimi zahtevami glede temperaturnega režima, mora vsako od njih oskrbovati ločen fankoil ali skupina fankoilov z enakimi nastavitvami.

Število enot se določi v fazi načrtovanja sistema z izračunom. Stroški posameznih sklopov sistema čiler-fankoil so precej visoki, zato je treba tako izračun kot načrtovanje sistema izvesti čim bolj natančno.

Zaključki in koristen video na to temo

Video #1. Vse o napravi, delovanju in načelu delovanja sistema za termoregulacijo:

Video #2. O tem, kako namestiti in zagnati čiler:

Namestitev sistema čiler-fankoil je smiselna v srednje velikih in velikih stavbah s površino nad 300 m². Za zasebno hišo, tudi ogromno, je montaža takega sistema termoregulacije draga naslada. Po drugi strani pa bodo takšne finančne naložbe zagotovile udobje in dobro počutje, kar ni malo.

Prosimo, napišite komentarje v spodnjem okvirju. Zastavljajte vprašanja o zanimivih točkah, delite svoje mnenje in vtise. Morda imate izkušnje na področju naprave klimatskega sistema čiler-fankoil ali fotografijo na temo članka?