Система чилър-фанкойл: принцип на работа и изграждане на системата за терморегулация

Мултизоналната климатична система чилър-фанкойл е предназначена за създаване на комфортни условия вътре в сграда с голяма площ. Работи постоянно – лятото снабдява със студ, а зимата с топлина, като загрява въздуха до зададена температура. Струва си да се запознаете с нейното устройство, съгласни ли сте?

В предложената от нас статия подробно е описана конструкцията и съставните части на климатичната система. Представени и подробно разгледани са начините за свързване на оборудването. Ще разкажем как е устроена и функционира тази система за терморегулация.

Съставни части на схемата чилър-фанкойл

Ролята на охлаждащото устройство е отредена на чилъра – външния блок, който произвежда и подава студ по тръбопроводите с циркулираща по тях вода или етиленгликол. С това тя се различава от другите сплит системи, където като топлоносител се изпомпва фреон.

За движението и преноса на фреона, хладагента, са необходими скъпи медни тръби. Тук обаче с тази задача се справят отлично водопроводните тръби с топлоизолация. На нейната работа не влияе температурата на външния въздух, докато сплит системите с фреон губят работоспособност още при -10⁰. Вътрешният топлообменен агрегат е фанкойлът.

Той приема течност с ниска температура, след това предава студ във въздушната среда на помещението, а нагрятата течност се връща обратно в чилъра. Фанкойлите се инсталират във всички стаи. Всеки от тях работи по индивидуална програма.

Основните елементи на системата са помпена станция, чилър, фанкойл. Фанкойлът може да бъде инсталиран на голямо разстояние от чилъра. Всичко зависи от това, каква сила притежава помпата. Броят на фанкойлите е пропорционален на мощността на чилъра.

Обикновено такива системи се прилагат в хипермаркети, търговски комплекси, съоръжения, построени под земята, хотели. Понякога се използват за отопление. Тогава по втория контур към фанкойлите се подава нагрята вода или системата се превключва на котел за отопление.

Конструкционно изпълнение на системата

По конструкционно изпълнение системите чилър-фанкойл биват 2-тръбни и 4-тръбни. По тип на инсталиране се различават устройства стенни, подови, вградени.

Системата се оценява по следните основни параметри:

• мощност или студопроизводителност на чилъра;
• производителност на фанкойлите;
• ефективност на движение на въздушната маса;
• дължина на магистралите.

Последният параметър зависи от мощността на помпената инсталация и качеството на топлоизолацията на тръбите.

Свързване на чилъра и фанкойла

Слаженото функциониране на системата става чрез свързване на чилъра с един или няколко фанкойла посредством тръбопроводи с топлоизолация. В случай на отсъствие на последната значително спада стойността на КПД на системата.

Всеки фанкойл има индивидуален възел за обвързване, посредством който се осигурява регулиране на неговата производителност както в случай на производство на топлина, така и на студ. Разходът на хладилен агент в отделния агрегат се регулира посредством специална арматура — спирателна и регулираща.

За да се насочи охладената вода в топлообменника, една тръба се свързва към фанкойла, а другата — за отвеждане на течността — към чилъра. Устройството на системата допуска смесване на хладилния агент с топлоносителя.

Ако не може да се допуска смесване на топлоносителя с хладилния агент, водата се подгрява в отделен топлообменник и се допълва схемата с циркулационна помпа. За да се осигури плавно регулиране на потока на работната течност през топлообменника при монтаж на схемата за обвързване се използва 3-пътен клапан.

Ако в сградата е монтирана двутръбна система, то охлаждането и отоплението се осъществяват чрез охладителя – чилър. За повишаване на ефективността на отоплението с помощта на фенкойли през студения период, в допълнение към чилъра, в системата се включва котел.

За разлика от двутръбната система с един топлообменник, в четиритръбната система са заложени 2 такива възела. В този случай фенкойлът може да работи и за отопление, и за охлаждане, като в първия случай използва течност, циркулираща в отоплителната система.

Единият от топлообменниците се свързва към тръбопровода с хладилен агент, а вторият – към тръбата с топлоносител. На всеки топлообменник има индивидуален клапан, управляван от специално дистанционно. Ако се приложи такава схема, хладилният агент никога не се смесва с топлоносителя.

Тъй като температурата на топлоносителя в системата през отоплителния сезон варира от 70 до 95⁰ и за повечето фенкойли тя надвишава допустимата, тя предварително се понижава. Ето защо горещата вода, постъпваща от централната топлофикационна мрежа към фенкойлите, преминава през специален топлинен пункт.

Основни класове чилъри

Условното разделяне на чилърите на класове става в зависимост от типа на хладилния цикъл. По този признак всички чилъри могат условно да се отнесат към два класа – абсорбционни и парокомпресорни.

Устройство на абсорбционния агрегат

Абсорбционният чилър или АБХМ за работа използва бинарен разтвор с присъстващи в него вода и литиев бромид – абсорбер. Принципът на функциониране е поглъщане на топлина от хладилния агент във фазата на преобразуване на пара в течно състояние.

Такива агрегати използват топлината, отделяща се при работа на промишлено оборудване. При това абсорбиращият поглътител с температура на кипене, значително надвишаваща съответния параметър на хладилния агент, добре разтваря последния.

Схемата на функциониране на чилъра от този клас е следната:

1. Топлина от външен източник се подава към генератора, където тя загрява сместа от литиев бромид и вода. При кипене на работната смес хладилният агент (вода) се изпарява напълно.
2. Парата се пренася в кондензатора и става течност.
3. Хладилният агент в течно състояние попада в дросела. Тук той се охлажда, а налягането пада.
4. Течността постъпва в изпарителя, където се изпарява водата и нейните пари се поглъщат от разтвора на литиев бромид – абсорбер. Въздухът в помещението се охлажда.
5. Разреденият абсорбент отново се нагрява в генератора и цикълът се стартира отново.

Такава климатична система все още не е получила широко разпространение, но тя е напълно съзвучна с модерните тенденции, свързани с енергоспестяването, поради което има добри перспективи.

Конструкция на парокомпресионните инсталации

На базата на компресионно охлаждане функционира повечето хладилни инсталации. Охлаждането се осъществява чрез непрекъсната циркулация, кипене при ниски стойности на температура, налягане и кондензация на хладилния агент в система от затворен тип.

В конструкцията на чилъра от този клас влизат:

• компресор;
• изпарител;
• кондензатор;
• тръбопроводи;
• регулатор на потока.

Хладилният агент циркулира в затворена система. Този процес се управлява от компресор, в който газообразното вещество с ниска температура (-5°) и налягане 7 атм се компресира при повишаване на температурата до 80°.

Суха наситена пара в компресирано състояние отива в кондензатора, където се охлажда до 45° при постоянно налягане и се превръща в течност.

Следващата точка по пътя на движение е дроселът (редукционен клапан). На този етап налягането намалява от стойността, съответстваща на кондензацията, до границата, при която настъпва изпаряване. Едновременно с това температурата също спада приблизително до 0°. Течността частично се изпарява и се образува влажна пара.

На схемата е изобразен затворен цикъл, по който функционира парокомпресионната инсталация. В компресора (1) се извършва компресия на влажна наситена пара до достигане на налягане р1. В компресора (2) парата отдава топлина и се трансформира в течност. В дросела (3) намаляват както налягането (р3 – р4), така и температурата (T1 – T2). В топлообменника (4) налягането (р2) и температурата (T2) остават непроменени.

След като постъпи в топлообменника – изпарител, работното вещество, смес от пара и течност, отдава студ на топлоносителя и поема топлина от хладилния агент, като едновременно с това се подсушава. Процесът протича при постоянни стойности на налягането и температурата. Помпите подават течност с ниска температура към фанкойловете. След като премине този път, хладилният агент се връща в компресора, за да повтори отново целия парокомпресионен цикъл.

Специфика на парокомпресионния чилър

През студеното време чилърът може да работи в режим на естествено охлаждане – това се нарича фрикулинг. При това топлоносителят охлажда външния въздух. Теоретично може да се използва свободно охлаждане при външна температура под 7°C. На практика оптималната температура за това е 0°.

При настройка на режим „топлинна помпа“ чилърът работи за отопление. Цикълът претърпява промени, по-специално кондензаторът и изпарителят си разменят функциите. В този случай топлоносителят трябва да се подлага не на охлаждане, а на нагряване.

Най-прости са моноблоковите чилъри. В тях компактно са обединени в едно цяло всички елементи. Те се предлагат в продажба 100% комплектовани, включително с зареждане с хладилен агент.

Този режим най-често се използва в големи офиси, обществени сгради, складове. Чилърът е хладилен агрегат, който дава 3 пъти повече студ, отколкото консумира. Неговата ефективност като отопител е още по-висока – той изразходва 4 пъти по-малко електроенергия, отколкото дава топлина.

С какво се различава хладагентът от топлоносителя?

Хладилният агент е работно вещество, което в процеса на хладилния цикъл може да бъде в различни агрегатни състояния при различни стойности на налягане. Топлоносителят не променя фазовите си състояния. Неговата функция е да пренася студ или топлина на определено разстояние.

Транспортирането на хладилния агент се управлява от компресор, а на топлоносителя – от помпа. Температурата на хладилния агент може да спада под точката на кипене, както и да се повишава над нея. Топлоносителят, за разлика от хладилния агент, постоянно работи при условия на температури, които не се покачват над точката на кипене при текущото налягане.

Роля на фанкойла в системата за климатизация

Фанкойлът е важен елемент на централизирана климатична инсталация. Второто му наименование е вентилаторен доводчик. Ако терминът fan-coil се преведе буквално от английски, това звучи като вентилатор-топлообменник, което най-точно предава принципа на неговото действие.

В конструкцията на фанкойла е включен мрежов модул, осигуряващ свързване с централното управляващо устройство. Здравият корпус скрива конструктивните елементи и ги предпазва от повреди. Отвън се монтира панел, който равномерно разпределя въздушните потоци в различни посоки.

Предназначението на устройството се състои в приемане на носител с ниска температура. В списъка на неговите функции влизат както рециркулация, така и охлаждане на въздуха в помещението, където е инсталирано, без постъпване на въздух отвън. Основните елементи на фанкойла са разположени в неговия корпус.

Към тях се отнасят:

• центробежен или диаметрален вентилатор;
• топлообменник под формата на намотка, състояща се от медна тръба и алуминиеви ребра, насадени върху нея;
• прахов филтър;
• блок за управление.

Освен основните възли и детайли, в конструкцията на фанкойла влиза поддон за улавяне на кондензат, помпа за изпомпване на последния, електродвигател, посредством който се завъртат въздушните клапи.

На снимката е канален фанкойл марка Trane. Производителността на двуредовите топлообменници е 1.5 – 4.9 kW. Агрегатът е оборудван с тих вентилатор и компактен корпус. Той се разполага отлично зад фалшиви панели или зад окачена таванна конструкция.

В зависимост от начина на монтаж съществуват фанкойли – таванни, канални, монтирани в каналите, по които се осъществява притокът на въздух, безкорпусни, при които всички елементи са монтирани на рамка, стенни или конзолни.

Таванните апарати са най-популярни и имат 2 варианта на изпълнение: касетъчни и канални. Първите се монтират в обемни помещения с окачени тавани. Зад окачената конструкция се разполага корпусът. Видима остава долната панел. Те могат да разпръскват въздушните потоци по две или по всичките четири страни.

Ако системата се планира да се използва само за охлаждане, най-доброто място за нея е таванът. Ако конструкцията е предназначена за отопление, устройството се поставя на стената в долната ѝ част.

Необходимостта от охлаждане не винаги съществува, затова, както се вижда на схемата, показваща принципа на работа на системата чилър-фанкойл, в хидравличния модул се вгражда съд, който изпълнява ролята на акумулатор за хладилния агент. Топлинното разширение на водата се компенсира от разширителен съд, свързан към захранващия тръбопровод.

Управляват се фанкойлите както в ръчен, така и в автоматичен режим. Ако вентилаторният доводчик работи за отопление, в ръчен режим се прекъсва подаването на студена вода. При работата му за охлаждане се спира горещата вода и се отваря път за постъпване на охлаждащата работна течност.

Пулт за управление както на 2-тръбен, така и на 4-тръбен фанкойл. Модулът се свързва директно към устройството и се поставя в близост до него. От него се свързват управляващият панел и проводниците за захранването му.

За работа в автоматичен режим на панела се задава необходимата за конкретното помещение температура. Поддържането на зададения параметър се осъществява чрез термостати, които коригират циркулацията на топлоносителите — студен и горещ.

Предимството на фанкойла се изразява не само в използването на безопасен и евтин топлоносител, но и в бързото отстраняване на повреди под формата на течове на вода. Това прави обслужването им по-евтино. Използването на тези устройства е най-енергийно ефективният начин за създаване на благоприятен микроклимат в сградата.

Тъй като всяка голяма сграда има зони с различни изисквания към температурния режим, всяка от тях трябва да се обслужва от отделен фанкойл или група от тях с идентични настройки.

Количеството на агрегатите се определя на етапа на проектиране на системата чрез изчисления. Цената на отделните възли на системата чилър-фанкойл е доста висока, затова както изчисленията, така и проектирането на системата трябва да се извършват максимално точно.

Изводи и полезно видео по темата

Видео #1. Всичко за устройството, работата и принципа на действие на системата за терморегулация:

Видео #2. За това как да се инсталира и пусне в действие чилър:

Инсталирането на система чилър-фанкойл е целесъобразно в средни и големи сгради с площ над 300 м². За частна къща, дори огромна, монтажът на такава система за терморегулация е скъпо удоволствие. От друга страна, подобни финансови вложения ще осигурят комфорт и добро самочувствие, а това не е малко.

Моля, пишете коментари в разположения по-долу блок. Задавайте въпроси по интересуващите ви моменти, споделяйте собствено мнение и впечатления. Може би имате опит в сферата на устройството на климатична система чилър-фанкойл или снимки по темата на статията?