Sistemul chiller-fan coil: principiul de funcționare și amenajarea sistemului de termoreglare

Sistemul climatic multizonal chiller-fan coil este destinat creării condițiilor confortabile în interiorul unei clădiri de mare suprafață. Funcționează constant – vara furnizează răcoare, iar iarna căldură, încălzind aerul până la temperatura setată. Merită să cunoaștem construcția sa, sunteți de acord?

În articolul propus de noi, sunt descrise în detaliu construcția și părțile componente ale sistemului climatic. Sunt prezentate și analizate detaliat metodele de conectare a echipamentelor. Vom explica cum este construit și funcționează acest sistem de termoreglare.

Componentele schemei chiller-fan coil

Rolul dispozitivului de răcire este atribuit chiller-ului – unității externe care produce și furnizează răcoare prin conducte cu apă sau etilenglicol în circulație. Prin aceasta se deosebește de alte sisteme split, unde se pompează freon ca agent termic.

Pentru mișcarea și transmiterea freonului, agentului frigorific, sunt necesare țevi de cupru scumpe. Aici, însă, această sarcină este îndeplinită perfect de țevile de apă cu izolație termică. Funcționarea sa nu este influențată de temperatura aerului exterior, în timp ce sistemele split cu freon își pierd operativitatea deja la -10⁰. Unitatea internă de schimb termic este fan coil-ul.

Acesta primește lichidul cu temperatură scăzută, apoi transmite răcoarea în mediul aerian al încăperii, iar lichidul încălzit se întoarce înapoi la chiller. Fan coil-urile se instalează în toate camerele. Fiecare dintre ele funcționează conform unui program individual.

Elementele principale ale sistemului sunt stația de pompare, chiller-ul, fan coil-ul. Fan coil-ul poate fi instalat la o distanță mare de chiller. Totul depinde de puterea pompei. Numărul fan coil-urilor este proporțional cu puterea chiller-ului.

De obicei, astfel de sisteme sunt utilizate în hypermarketuri, complexe comerciale, construcții subterane, hoteluri. Uneori sunt folosite ca încălzire. Atunci, prin al doilea circuit, se furnizează apă încălzită în fan coil-uri sau se comută sistemul pe cazanul de încălzire.

Configurația constructivă a sistemului

Din punct de vedere al configurației constructive, sistemele chiller-fan coil pot fi cu 2 țevi și cu 4 țevi. După tipul de instalare, dispozitivele se deosebesc în montate pe perete, pe podea, încastrate.

Sistemul se evaluează după următorii parametri principali:

• puterea sau capacitatea de răcire a chiller-ului;
• performanța fan coil-urilor;
• eficiența deplasării masei de aer;
• lungimea conductelor principale.

Ultimul parametru depinde de puterea instalației pompei și de calitatea izolației termice a țevilor.

Conectarea chiller-ului și fan coil-ului

Funcționarea armonioasă a sistemului are loc prin conectarea chiller-ului cu unul sau mai multe fancoil-uri prin intermediul conductelor cu izolație termică. În cazul lipsei acesteia, valoarea randamentului sistemului scade semnificativ.

Fiecare fancoil are un nod individual de legătură, prin intermediul căruia se asigură reglarea performanței sale atât în cazul producerii de căldură, cât și de frig. Debitul agentului frigorific într-un agregat separat se reglează prin intermediul unor armături speciale — de închidere și de reglare.

Pentru a direcționa apa răcită către schimbătorul de căldură, o țeavă se conectează la fancoil, iar cealaltă — pentru evacuarea lichidului — la chiller. Configurația sistemului permite amestecarea agentului frigorific cu agentul termic.

Dacă nu este permisă amestecarea agentului termic cu agentul frigorific, apa este încălzită într-un schimbător de căldură separat și schema este completată cu o pompă de circulație. Pentru a asigura o reglare lină a fluxului de lichid de lucru prin schimbătorul de căldură, la montarea schemei de legătură se utilizează un robinet cu 3 căi.

Dacă în clădire este instalat un sistem cu două conducte, atât răcirea cât și încălzirea au loc prin intermediul răcitorului — chiller-ul. Pentru a spori eficiența încălzirii cu ajutorul fancoilelor în perioada rece, în completarea chiller-ului, în sistem este inclus un cazan.

Spre deosebire de sistemul cu două conducte și un singur schimbător de căldură, în sistemul cu patru conducte sunt prevăzute 2 astfel de unități. În acest caz, fancoilul poate funcționa atât pentru încălzire, cât și pentru răcire, utilizând în primul caz lichidul care circulă în sistemul de încălzire.

Unul dintre schimbătoarele de căldură se conectează la conducta cu agent frigorific, iar celălalt la conducta cu agent termic. Fiecare schimbător de căldură are o supapă individuală, controlată de un panou special. Dacă se aplică această schemă, agentul frigorific nu se amestecă niciodată cu agentul termic.

Deoarece temperatura agentului termic în sistem în sezonul de încălzire fluctuează între 70 și 95⁰ și pentru majoritatea fancoilelor depășește valoarea admisibilă, aceasta este redusă în prealabil. Prin urmare, apa caldă care provine de la rețeaua centrală de termoficare către fancoile trece printr-un punct termic special.

Clasele principale de chillere

Împărțirea convențională a chillerelor pe clase are loc în funcție de tipul ciclului de refrigerare. După acest criteriu, toate chillerele pot fi împărțite convențional în două clase — cu absorbție și cu compresie de vapori.

Structura agregatului de absorbție

Chiller-ul cu absorbție sau ABHM utilizează pentru funcționare o soluție binară conținând apă și bromură de litiu — absorbantul. Principiul de funcționare — absorbția căldurii de către agentul frigorific în faza de transformare a vaporilor în stare lichidă.

Astfel de agregate utilizează căldura degajată în timpul funcționării echipamentelor industriale. În același timp, absorbantul cu un punct de fierbere semnificativ mai mare decât parametrul corespunzător al agentului frigorific, dizolvă bine acesta din urmă.

Schema de funcționare a chiller-ului din această clasă este următoarea:

1. Căldura de la o sursă externă este condusă la generator, unde încălzește amestecul de bromură de litiu și apă. La fierberea amestecului de lucru, agentul frigorific (apa) se evaporă complet.
2. Vaporii sunt transportați în condensator și devin lichid.
3. Agentul frigorific în stare lichidă ajunge în ventilul de laminare. Aici se răcește, iar presiunea scade.
4. Lichidul ajunge în evaporator, unde are loc evaporarea apei și absorbția vaporilor acesteia de către soluția de bromură de litiu — absorbantul. Aerul din încăpere se răcește.
5. Absorbentul diluat este din nou încălzit în generator, iar ciclul se reia.

Un astfel de sistem de climatizare nu a câștigat încă o răspândire largă, dar este pe deplin în concordanță cu tendințele moderne privind eficiența energetică, având astfel perspective bune.

Construcția instalațiilor cu compresie de vapori

Majoritatea instalațiilor frigorifice funcționează pe baza răcirii prin compresie. Răcirea are loc datorită circulației continue, fierberii la temperaturi scăzute, presiunii și condensării agentului frigorific într-un sistem de tip închis.

În construcția chiller-ului din această clasă intră:

• compresor;
• evaporator;
• condensator;
• conducte;
• regulator de debit.

Agentul frigorific circulă într-un sistem închis. Acest proces este gestionat de compresor, în care substanța gazoasă cu temperatură scăzută (-5⁰) și presiune de 7 atm este comprimată, temperatura fiind adusă la 80⁰.

Aburul saturat uscat în stare comprimată merge în condensator, unde este răcit până la 45⁰ la presiune constantă și se transformă în lichid.

Următorul punct pe traseu este ventilul de laminare (supapa de reducere). În această etapă, presiunea scade de la valoarea corespunzătoare condensării până la limita la care are loc evaporarea. În același timp, temperatura scade și ea până la aproximativ 0⁰. Lichidul se evaporă parțial și se formează abur umed.

În schemă este prezentat un ciclu închis în care funcționează instalația de compresie de vapori. În compresorul (1) are loc comprimarea aburului umed saturat până la atingerea presiunii p1. În compresorul (2) aburul cedează căldură și se transformă în lichid. În ventilul de laminare (3) scad atât presiunea (p3 – p4) cât și temperatura (T1-T2). În schimbătorul de căldură (4) presiunea (p2) și temperatura (T2) rămân neschimbate

După ce intră în schimbătorul de căldură – evaporator, substanța de lucru, un amestec de abur și lichid, cedează frig agentului termic și preia căldura de la agentul frigorific, uscându-se în același timp. Procesul are loc la parametri constanți de presiune și temperatură. Pompele trimit lichidul cu temperatură scăzută către ventiloconvectoare. După ce a parcurs acest traseu, agentul frigorific se întoarce în compresor pentru a repeta din nou întregul ciclu de compresie de vapori.

Specificul chiller-ului cu compresie de vapori

În sezonul rece, chilierul poate funcționa în regim de răcire naturală – aceasta se numește freecooling. În acest caz, agentul termic răcește aerul exterior. Teoretic, răcirea liberă poate fi utilizată atunci când temperatura exterioară este mai mică de 7⁰C. În practică, temperatura optimă pentru aceasta este 0⁰.

La setarea în modul «pompă de căldură», chilierul funcționează pentru încălzire. Ciclul suferă modificări, în special, condensatorul și evaporatorul își schimbă funcțiile. În acest caz, agentul termic trebuie supus nu răcirii, ci încălzirii.

Cele mai simple sunt chilierele monobloc. În acestea, toate elementele sunt reunite compact într-un singur întreg. Ele sunt puse în vânzare complet echipate 100%, inclusiv cu încărcarea cu agent frigorific.

Acest mod este cel mai des utilizat în birouri mari, clădiri publice, depozite. Chilierul este un agregat frigorific care produce de 3 ori mai mult frig decât consumă. Eficiența sa ca încălzitor este și mai mare – consumă de 4 ori mai puțină energie electrică decât produce căldură.

Cu ce se deosebește agentul frigorific de agentul termic?

Agentul frigorific este substanța de lucru care, în timpul ciclului frigorific, poate fi în diferite stări de agregare la diferite valori ale presiunii. Agentul termic nu își schimbă starea de agregare. Funcția sa este de a transporta frigul sau căldura pe o anumită distanță.

Transportul agentului frigorific este gestionat de compresor, iar al agentului termic – de pompă. Temperatura agentului frigorific poate scădea sub punctul de fierbere și poate crește peste acesta. Agentul termic, spre deosebire de agentul frigorific, lucrează constant în condiții de temperaturi care nu depășesc punctul de fierbere la presiunea curentă.

Rolul fan coil-ului în sistemul de climatizare

Fancoilul este un element important al instalației climatice centralizate. Al doilea nume – ventilatorul de reglaj. Dacă termenul fan-coil este tradus literal din engleză, sună ca ventilator-schimbător de căldură, ceea ce transmite cel mai exact principiul său de funcționare.

În construcția fancoilului este inclus un modul de rețea care asigură conectarea la dispozitivul central de comandă. Carcasa robustă ascunde elementele constructive și le protejează de deteriorare. În exterior este instalat un panou care distribuie uniform fluxurile de aer în diferite direcții.

Scopul dispozitivului este de a recepționa agentul cu temperatură scăzută. Printre funcțiile sale se numără atât recircularea, cât și răcirea aerului din încăperea în care este instalat, fără a aduce aer din exterior. Elementele principale ale fan-coil sunt situate în carcasa sa.

Printre acestea se numără:

• ventilator centrifugal sau diametral;
• schimbător de căldură sub formă de serpentină, format dintr-un tub de cupru și aripioare de aluminiu montate pe acesta;
• filtru de praf;
• unitatea de comandă.

Pe lângă componentele și piesele principale, în construcția fancoilului sunt incluse un bazin pentru captarea condensului, o pompă pentru evacuarea acestuia, un motor electric prin care se rotesc clapetele de aer.

În fotografie, un fancoil de canal marca Trane. Productivitatea schimbătoarelor de căldură cu două rânduri este de 1.5 – 4.9 kW. Aparatul este echipat cu un ventilator silențios și o carcasă compactă. Se plasează excelent în spatele panourilor false sau în spatele unei construcții de tavan suspendat.

În funcție de metoda de montaj, există fancoiluri de tavan, de canal, montate în canalele prin care se realizează aportul de aer, fără carcasă (toate elementele montate pe un cadru), de perete sau console.

Aparatele de tavan sunt cele mai populare și au două variante de execuție: casetă și de canal. Primele se montează în încăperi voluminoase cu tavane suspendate. Carcasa se amplasează în spatele construcției suspendate. Panoul inferior rămâne vizibil. Ele pot dispersa fluxurile de aer pe două sau pe toate cele patru laturi.

Dacă sistemul este destinat exclusiv pentru răcire, cel mai bun loc pentru acesta este tavanul. Dacă construcția este destinată încălzirii, dispozitivul se amplasează pe perete, în partea inferioară a acestuia.

Necesitatea de răcire nu există întotdeauna, așadar, după cum se vede în schemă, care transmite principiul de funcționare al sistemului chiller-fancoil, în modulul hidraulic este integrat un rezervor care acționează ca acumulator pentru agentul frigorific. Expansiunea termică a apei este compensată de vasul de expansiune, conectat la conducta de alimentare.

Fancoilurile sunt controlate atât manual, cât și automat. Dacă ventilatorul funcționează pentru încălzire, în regim manual se întrerupe alimentarea cu apă rece. Când funcționează pentru răcire, se închide apa caldă și se deschide calea pentru intrarea fluidului de lucru de răcire.

Telecomandă pentru controlul atât al fancoilului cu 2 conducte, cât și al celui cu 4 conducte. Modulul se conectează direct la dispozitiv și se amplasează în apropierea acestuia. La el se conectează panoul de control și firele pentru alimentarea acestuia.

Pentru funcționarea în regim automat, pe panou se setează temperatura dorită pentru încăperea respectivă. Menținerea parametrului setat se realizează prin termostate, care corectează circulația agenților termici – rece și cald.

Avantajul fancoilului se exprimă nu numai prin utilizarea unui agent termic sigur și ieftin, ci și prin remedierea rapidă a defecțiunilor sub formă de scurgeri de apă. Acest lucru ieftinește service-ul lor. Utilizarea acestor dispozitive este cel mai eficient mod energetic de a crea un microclimat favorabil în clădire.

Deoarece orice clădire mare are zone cu cerințe diferite privind regimul de temperatură, fiecare dintre ele trebuie deservită de un fancoil separat sau de un grup de acestea cu setări identice.

Numărul de unități se determină în etapa de proiectare a sistemului prin calcul. Costul componentelor individuale ale sistemului chiller-fancoil este destul de ridicat, așadar atât calculul, cât și proiectarea sistemului trebuie realizate cât mai exact posibil.

Concluzii și material video util pe această temă

Video #1. Totul despre dispozitivul, funcționarea și principiul de acțiune al sistemului de termoreglare:

Video #2. Despre cum se instalează și se pune în funcțiune un chiller:

Instalarea sistemului chiller-fancoil este oportună în clădiri medii și mari cu o suprafață care depășește 300 m². Pentru o casă privată, chiar și una imensă, montarea unui astfel de sistem de termoreglare este o plăcere costisitoare. Pe de altă parte, astfel de investiții financiare vor asigura confort și bunăstare, iar acest lucru nu este puțin.

Scrieți, vă rog, comentarii în blocul de mai jos. Adresați întrebări despre aspectele care vă interesează, împărtășiți propria dumneavoastră opinie și impresii. Poate aveți experiență în domeniul amenajării sistemului climatic chiller-fancoil sau fotografii pe tema articolului?