Systém chiller-fan coil: princip činnosti a uspořádání systému termoregulace

Multizónový klimatizační systém chiller-fan coil je určen k vytvoření komfortních podmínek uvnitř budovy s velkou plochou. Funguje neustále – v létě dodává chlad a v zimě teplo, ohřívá vzduch na nastavenou teplotu. Stojí za to se seznámit s jeho zařízením, souhlasíte?

V našem článku je podrobně popsána konstrukce a součásti klimatizačního systému. Jsou uvedeny a podrobně rozebrány způsoby připojení zařízení. Povíme vám, jak je tento systém termoregulace uspořádán a funguje.

Součásti schématu chiller-fan coil

Funkci chladicího zařízení plní chiller – vnější jednotka, která vyrábí a dodává chlad potrubím s cirkulující vodou nebo etylenglykolem. Tím se liší od ostatních split systémů, kde se jako teplonosné médium používá freon.

Pro pohyb a přenos freonu, chladiva, jsou potřeba drahé měděné trubky. Zde se s tímto úkolem skvěle vypořádají vodovodní trubky s tepelnou izolací. Na jeho provoz nemá vliv teplota venkovního vzduchu, zatímco split systémy s freonem ztrácejí funkčnost již při -10⁰. Vnitřní teplosměnnou jednotkou je fan coil.

Přijímá kapalinu s nízkou teplotou, poté předává chlad do vzdušného prostředí místnosti a ohřátá kapalina se vrací zpět do chilleru. Fan coily se instalují ve všech místnostech. Každý z nich pracuje podle individuálního programu.

Hlavní prvky systému – čerpací stanice, chiller, fan coil. Fan coil může být instalován ve velké vzdálenosti od chilleru. Vše závisí na tom, jakou silou disponuje čerpadlo. Počet fan coilů je úměrný výkonu chilleru.

Obvykle se tyto systémy používají v hypermarketech, obchodních komplexech, stavbách vybudovaných pod zemí, hotelech. Někdy se používají jako vytápění. Poté se do druhého okruhu přivádí ohřátá voda do fan coilů nebo se systém přepne na topný kotel.

Konstrukční provedení systému

Podle konstrukčního provedení jsou systémy chiller-fan coil dvoutrubkové a čtyřtrubkové. Podle typu instalace se rozlišují zařízení nástěnná, podlahová, vestavná.

Systém se hodnotí podle těchto hlavních parametrů:

• výkonu nebo chladicí kapacity chilleru;
• výkonu fan coilů;
• účinnosti pohybu vzduchu;
• délce potrubí.

Poslední parametr závisí na výkonu čerpadlové jednotky a kvalitě tepelné izolace potrubí.

Připojení chilleru a fan coilu

Sehrané fungování systému probíhá spojením chilleru s jedním nebo více fan coily pomocí tepelně izolovaných potrubí. V případě absence izolace výrazně klesá hodnota účinnosti systému.

Každý fan coil má individuální uzel propojení, pomocí kterého se zajišťuje regulace jeho výkonu jak při výrobě tepla, tak i chladu. Průtok chladiva v jednotlivém agregátu se reguluje pomocí speciálních armatur - uzavíracích a regulačních.

Aby bylo možné nasměrovat chlazenou vodu do výměníku tepla, jedna trubka se připojí k fan coilu a druhá - pro odvod kapaliny - k chilleru. Uspořádání systému umožňuje míchání chladiva s teplonosným médiem.

Pokud nelze dovolit smíchání teplonosného média s chladivem, voda se ohřívá v samostatném výměníku tepla a schéma se doplňuje oběhovým čerpadlem. Pro zajištění plynulé regulace průtoku pracovní kapaliny přes výměník tepla se při montáži schématu propojení používá třícestný ventil.

Pokud je v budově nainstalován dvoutrubkový systém, chlazení i vytápění probíhá pomocí chladiče – chillera. Pro zvýšení účinnosti vytápění pomocí fancoilů v chladném období je do systému kromě chillera zařazen kotel.

Na rozdíl od dvoutrubkového systému s jedním výměníkem tepla je v čtyřtrubkovém systému zahrnuta 2 tato uzlů. V tomto případě může fancoil pracovat jak na vytápění, tak na chlazení, přičemž v prvním případě využívá kapalinu cirkulující v topném systému.

Jeden z výměníků tepla je připojen k potrubí s chladivem a druhý k potrubí s teplonosným médiem. Každý výměník tepla má individuální ventil ovládaný speciálním dálkovým ovladačem. Pokud je toto schéma použito, chladivo se nikdy nemíchá s teplonosným médiem.

Vzhledem k tomu, že teplota teplonosného média v systému během topné sezóny kolísá v rozmezí 70 až 95° a u většiny fancoilů překračuje přípustnou hodnotu, je předem snížena. Proto horká voda přiváděná z centrální tepelné sítě k fancoilům prochází speciálním tepelným bodem.

Hlavní třídy chillerů

Podmíněné rozdělení chillerů do tříd závisí na typu chladicího cyklu. Podle tohoto kritéria lze všechny chillery podmíněně zařadit do dvou tříd – absorpčních a parokompresních.

Zařízení absorpčního agregátu

Absorpční chiller nebo ABHM používá pro práci binární roztok s přítomnou vodou a bromidem lithným – absorbér. Princip fungování spočívá v absorpci tepla chladivem ve fázi přeměny páry na kapalné skupenství.

Takové agregáty využívají teplo uvolňované při provozu průmyslového zařízení. Přitom absorpční absorbér s bodem varu výrazně převyšujícím odpovídající parametr chladiva dobře rozpouští chladivo.

Schéma fungování chilleru této třídy je následující:

1. Teplo z externího zdroje je přiváděno do generátoru, kde ohřívá směs bromidu lithného a vody. Při varu pracovní směsi se chladivo (voda) zcela odpaří.
2. Pára je přenášena do kondenzátoru a stává se kapalinou.
3. Chladivo v kapalném stavu vstupuje do škrtícího ventilu. Zde se ochlazuje a tlak klesá.
4. Kapalina vstupuje do výparníku, kde dochází k odpařování vody a pohlcování jejích par roztokem bromidu lithného – absorbérem. Vzduch v místnosti se ochlazuje.
5. Zředěný absorbent je opět ohříván v generátoru a cyklus se znovu spouští.

Takový klimatizační systém zatím není široce rozšířený, ale je plně v souladu s moderními trendy týkajícími se úspory energie, a proto má dobré vyhlídky.

Konstrukce parokompresních zařízení

Na bázi kompresního chlazení funguje většina chladicích zařízení. Chlazení probíhá díky nepřetržité cirkulaci, varu při nízkých teplotách a tlaku a kondenzaci chladiva v uzavřeném systému.

Do konstrukce chilleru této třídy patří:

• kompresor;
• výparník;
• kondenzátor;
• potrubí;
• regulátor průtoku.

Chladivo cirkuluje v uzavřeném systému. Tento proces řídí kompresor, ve kterém dochází ke stlačování plynné látky o nízké teplotě (-5⁰) a tlaku 7 atm, přičemž teplota stoupne na 80⁰.

Suchá sytá pára ve stlačeném stavu odchází do kondenzátoru, kde dochází k jejímu ochlazení na 45⁰ při konstantním tlaku a přeměně na kapalinu.

Dalším bodem na cestě je škrtící ventil (redukční ventil). V této fázi klesá tlak z hodnoty odpovídající kondenzaci na mez, při které dochází k vypařování. Zároveň klesá teplota přibližně na 0⁰. Kapalina se částečně odpařuje a vzniká vlhká pára.

Na schématu je zobrazen uzavřený cyklus, podle kterého funguje parokompresní zařízení. V kompresoru (1) dochází ke stlačování vlhké syté páry, dokud nedosáhne tlaku p1. V kompresoru (2) pára odevzdává teplo a přeměňuje se na kapalinu. Ve škrtícím ventilu (3) klesá jak tlak (p3 – p4), tak teplota (T1-T2). V tepelném výměníku (4) zůstává tlak (p2) a teplota (T2) nezměněny.

Po vstupu do tepelného výměníku – výparníku, pracovní látka, směs páry a kapaliny, odevzdává chlad nosiči tepla a odebírá teplo chladivu, přičemž se současně vysušuje. Proces probíhá za konstantních hodnot tlaku a teploty. Čerpadla dodávají kapalinu o nízké teplotě k fancoilům. Po této cestě se chladivo vrací do kompresoru, aby znovu absolvovalo celý parokompresní cyklus.

Specifika parokompresního chilleru

V chladném období může chiller pracovat v režimu přirozeného chlazení – tomu se říká freecooling. Přitom nosič tepla ochlazuje venkovní vzduch. Teoreticky lze volné chlazení použít při venkovní teplotě nižší než 7 °C. V praxi je optimální teplota pro to 0 °.

Při nastavení do režimu „tepelné čerpadlo“ chiller pracuje na vytápění. Cyklus prodělává změny, zejména kondenzátor a výparník si vyměňují své funkce. V tomto případě je třeba nosič tepla podrobit nikoli chlazení, ale ohřevu.

Nejjednodušší jsou monoblokové chillery. V nich jsou všechny prvky kompaktně spojeny do jednoho celku. Dodávají se na prodej 100% kompletní, včetně náplně chladiva.

Tento režim se nejčastěji používá ve velkých kancelářích, veřejných budovách, skladech. Chiller je chladicí zařízení, které poskytuje třikrát více chladu, než kolik spotřebuje. Jeho účinnost jako ohřívače je ještě vyšší – spotřebuje čtyřikrát méně elektrické energie, než kolik vyrobí tepla.

Čím se liší chladivo od teplonosné látky?

Chladivo je pracovní látka, která během chladicího cyklu může být v různých skupenstvích při různých hodnotách tlaku. Teplonosné médium nemění své skupenství. Jeho funkcí je přenášet chlad nebo teplo na určitou vzdálenost.

Dopravu chladiva řídí kompresor, zatímco teplonosné médium dopravuje čerpadlo. Teplota chladiva může klesnout pod bod varu i stoupnout nad něj. Teplonosné médium na rozdíl od chladiva pracuje neustále za teplot, které nepřesahují bod varu při daném tlaku.

Role fan coilu v klimatizačním systému

Fancoil je důležitým prvkem centralizované klimatizační jednotky. Druhý název je ventilátorový konvektor. Pokud se termín fan-coil doslovně přeloží z angličtiny, znamená to „ventilátor-výměník tepla“, což nejpřesněji vystihuje princip jeho činnosti.

Součástí konstrukce fancoilu je síťový modul, který zajišťuje připojení k centrální řídicí jednotce. Pevný kryt skrývá konstrukční prvky a chrání je před poškozením. Zvenčí je instalován panel, který rovnoměrně rozděluje proudy vzduchu v různých směrech.

Účelem zařízení je přijímat nosič s nízkou teplotou. Mezi jeho funkce patří jak recirkulace, tak ochlazování vzduchu v místnosti, kde je instalováno, bez přívodu vzduchu zvenčí. Hlavní prvky fancoilu jsou umístěny v jeho krytu.

K nim patří:

• odstředivý nebo diametrální ventilátor;
• výměník tepla ve tvaru spirály, složený z měděné trubky a hliníkových žeber nasazených na ni;
• prachový filtr;
• řídicí jednotka.

Kromě hlavních součástí a dílů obsahuje konstrukce fancoilu vanu na zachycování kondenzátu, čerpadlo na jeho odčerpávání a elektromotor, který otáčí vzduchovými klapkami.

Na fotografii je kanálový fancoil značky Trane. Výkon dvouřadých výměníků tepla je 1,5 – 4,9 kW. Jednotka je vybavena tichým ventilátorem a kompaktním krytem. Skvěle se umisťuje za falešné panely nebo za zavěšenou stropní konstrukci.

Podle způsobu montáže existují fancoily stropní, kanálové, montované do kanálů pro přívod vzduchu, bez krytu (všechny prvky jsou namontovány na rámu), nástěnné nebo konzolové.

Stropní jednotky jsou nejoblíbenější a mají dvě provedení: kazetové a kanálové. První se montují do prostorných místností se zavěšenými stropy. Za zavěšenou konstrukcí je umístěn kryt. Viditelný zůstává spodní panel. Mohou rozptylovat proudy vzduchu do dvou nebo všech čtyř stran.

Pokud se systém plánuje používat výhradně pro chlazení, nejlepším místem pro něj je strop. Pokud je konstrukce určena k vytápění, zařízení se umístí na stěnu v její spodní části.

Potřeba chlazení není vždy přítomna, proto, jak je vidět na schématu, které ukazuje princip fungování systému chiller-fancoil, je do hydraulického modulu zabudována nádoba, která slouží jako akumulátor chladiva. Tepelnou roztažnost vody kompenzuje expanzní nádoba připojená k přívodnímu potrubí.

Fancoily jsou řízeny jak v ručním, tak v automatickém režimu. Pokud fancoil pracuje na vytápění, v ručním režimu se přeruší přívod studené vody. Při jeho práci na chlazení se uzavře horká voda a otevře se cesta pro přívod chladicí kapaliny.

Ovládací panel pro 2-trubkový i 4-trubkový fancoil. Modul se připojuje přímo k zařízení a umisťuje se v jeho blízkosti. K němu se připojuje ovládací panel a napájecí vodiče.

Pro práci v automatickém režimu se na panelu nastaví požadovaná teplota pro konkrétní místnost. Podpora nastaveného parametru je zajištěna pomocí termostatů, které upravují cirkulaci chladicí a topné kapaliny.

Výhoda fancoilu spočívá nejen v použití bezpečného a levného teplonosného média, ale také v rychlém odstraňování problémů, jako jsou úniky vody. To zlevňuje jejich servis. Použití těchto zařízení je nejenergeticky účinnější způsob, jak vytvořit příznivé mikroklima v budově.

Vzhledem k tomu, že každá velká budova má zóny s různými požadavky na teplotní režim, každou z nich musí obsluhovat samostatný fancoil nebo jejich skupina se stejnými nastaveními.

Počet jednotek se určuje ve fázi projektování systému výpočtem. Náklady na jednotlivé součásti systému chiller-fancoil jsou poměrně vysoké, proto je třeba provést jak výpočet, tak návrh systému co nejpřesněji.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Vše o zařízení, provozu a principu fungování systému termoregulace:

Video #2. O tom, jak nainstalovat a uvést do provozu chiller:

Instalace systému chiller-fancoil je vhodná ve středních a velkých budovách s plochou přesahující 300 m². Pro soukromý dům, i obrovský, je montáž takového termoregulačního systému drahým potěšením. Na druhou stranu takové finanční investice zajistí komfort a dobrý pocit, a to není málo.

Pište prosím komentáře do bloku níže. Pokládejte dotazy k zajímavým momentům, sdílejte svůj vlastní názor a dojmy. Možná máte zkušenosti v oblasti klimatického systému chiller-fancoil nebo fotografii k tématu článku?