Chiller-fancoil rendszer: működési elv és a hőszabályozó rendszer kiépítése

A chiller-fan coil többzónás klímarendszer nagy alapterületű épületekben komfortos körülményeket teremt. Folyamatosan működik – nyáron hideget, télen meleget biztosít, a levegőt a beállított hőmérsékletre melegítve. Érdemes megismerkednie a berendezésével, nem gondolja?

A javasolt cikkünkben részletesen ismertetjük a klímarendszer szerkezetét és alkotóelemeit. Bemutatjuk és részletesen elemezzük a berendezések csatlakoztatási módjait. Elmagyarázzuk, hogyan épül fel és működik ez a hőszabályozó rendszer.

A chiller-fan coil rendszer vázlatának alkotóelemei

A hűtőberendezés szerepét a chiller tölti be – ez a külső egység, amely a csővezetékeken áramló víz vagy etilénglikol segítségével termeli és szolgáltatja a hideget. Ebben különbözik a többi split-rendszertől, ahol hőhordozóként freont használnak.

A freon, a hűtőközeg mozgatásához és továbbításához drága rézcsövekre van szükség. Itt viszont ezt a feladatot a hőszigetelt vízvezetékcsövek tökéletesen ellátják. Működésére nincs hatással a külső levegő hőmérséklete, míg a freonos split-rendszerek már -10 °C-on elveszítik a működőképességüket. A belső hőcserélő egység a fan coil.

A fan coil alacsony hőmérsékletű folyadékot fogad, majd a hideget a helyiség levegőjébe adja át, a felmelegedett folyadék pedig visszakerül a chillerbe. A fan coil-okat minden helyiségben elhelyezik. Mindegyik egyedi program szerint működik.

A rendszer fő elemei: a szivattyúállomás, a chiller és a fan coil. A fan coil a chillertől nagy távolságra is felszerelhető. Minden a szivattyú erejétől függ. A fan coil-ok száma arányos a chiller teljesítményével.

Általában az ilyen rendszereket hipermarketekben, kereskedelmi komplexumokban, föld alatt épült létesítményekben és szállodákban alkalmazzák. Időnként fűtésként is használják. Ilyenkor a második körön keresztül meleg vizet vezetnek a fan coil-okba, vagy átkapcsolják a rendszert a fűtőkazánra.

A rendszer szerkezeti kialakítása

A szerkezeti kialakítást tekintve a chiller-fan coil rendszerek lehetnek 2-csövesek és 4-csövesek. A telepítés típusa szerint megkülönböztetünk fali, padlóra szerelhető és beépíthető készülékeket.

A rendszert a következő fő paraméterek alapján értékelik:

• a chiller teljesítménye vagy hűtőteljesítménye;
• a fan coil-ok teljesítménye;
• a levegőtömeg mozgatásának hatékonysága;
• a csővezetékek hossza.

Az utolsó paraméter a szivattyúberendezés erejétől és a csövek hőszigetelésének minőségétől függ.

A chiller és a fan coil csatlakoztatása

A rendszer összehangolt működése a chiller és egy vagy több fan coil hőszigetelt csővezetékekkel történő összekapcsolásával valósul meg. Ha ez utóbbi hiányzik, a rendszer hatásfoka jelentősen csökken.

Minden fan coil egység rendelkezik egyedi csatlakozó egységgel, amelyen keresztül biztosítják a teljesítményének szabályozását mind hő, mind hideg termelése esetén. A hűtőközeg áramlását az egyes egységekben speciális szerelvényekkel – elzáró és szabályozó szelepekkel – szabályozzák.

Ahhoz, hogy a hűtött vizet a hőcserélőbe irányítsák, az egyik csövet a fan coilhoz, a másikat pedig – a folyadék elvezetésére – a chillerhez csatlakoztatják. A rendszer kialakítása megengedi a hűtőközeg és a hőhordozó keveredését.

Ha a hőhordozó és a hűtőközeg keveredése nem engedhető meg, a vizet külön hőcserélőben melegítik fel, és a rendszert cirkulációs szivattyúval egészítik ki. A munkafolyadék áramlásának a hőcserélőn keresztüli fokozatos szabályozása érdekében a csatlakozási séma telepítésekor 3-járatú szelepet használnak.

Ha az épületben kétcsöves rendszer van kiépítve, akkor a hűtés és a fűtés is a hűtőközeg – a chiller – által történik. A fűtés hatékonyságának növelése érdekében a hideg időszakban a fan-coil-ok segítségével a chiller mellett egy kazánt is beépítenek a rendszerbe.

Ellentétben a kétcsöves rendszerrel, amelyben egy hőcserélő van, a négycsöves rendszerben két ilyen egység található. Ebben az esetben a fan-coil működhet fűtésre és hűtésre is, az első esetben a fűtési rendszerben keringő folyadékot használva.

Az egyik hőcserélőt a hűtőközeg csővezetékéhez, a másikat a hőhordozó csövéhez csatlakoztatják. Minden hőcserélőn egy egyedi szelep található, amelyet egy speciális távvezérlővel irányítanak. Ha ilyen elrendezést alkalmaznak, a hűtőközeg soha nem keveredik a hőhordozóval.

Mivel a fűtési szezonban a hőhordozó hőmérséklete a rendszerben 70 és 95⁰ között ingadozik, és a legtöbb fan-coil esetében ez meghaladja a megengedettet, előzetesen csökkentik azt. Ezért a forró víz, amely a központi fűtési hálózatból érkezik a fan-coil-okhoz, egy speciális hőközponton halad át.

A chiller-ek fő osztályai

A chiller-ek osztályokba való feltételes felosztása a hűtési ciklus típusától függ. E kritérium alapján az összes chiller feltételesen két osztályba sorolható – abszorpciós és gőzkompressziós.

Az abszorpciós egység felépítése

Az abszorpciós chiller (ABHM) működéséhez egy bináris oldatot használ, amelyben víz és lítium-bromid – abszorber – van jelen. A működési elv: a hűtőközeg hőt nyel el a gőz folyékony állapotba való átalakulásának fázisában.

Az ilyen egységek a ipari berendezések működése során felszabaduló hőt használják fel. Eközben az abszorbeáló elnyelő, amelynek forráspontja jelentősen meghaladja a hűtőközeg megfelelő paraméterét, jól oldja az utóbbit.

Az ebbe az osztályba tartozó chiller működési sémája a következő:

1. A külső forrásból származó hőt a generátorhoz vezetik, ahol az felmelegíti a lítium-bromid és víz keverékét. A munkakeverék forrásakor a hűtőközeg (víz) teljesen elpárolog.
2. A gőz átkerül a kondenzátorba, és folyadékká válik.
3. A hűtőközeg folyékony formában a fojtószelepbe kerül. Itt lehűl, és a nyomás csökken.
4. A folyadék az elpárologtatóba kerül, ahol a víz elpárolog, és gőzeit a lítium-bromid oldat – az abszorber – elnyeli. A helyiség levegője lehűl.
5. A hígított abszorbens ismét felmelegszik a generátorban, és a ciklus újra indul.

Ez a légkondicionáló rendszer még nem terjedt el széles körben, de teljesen összhangban van az energiamegtakarításra vonatkozó modern trendekkel, ezért jó kilátásokkal rendelkezik.

A gőzkompressziós berendezések szerkezete

A legtöbb hűtőberendezés kompressziós hűtésen alapul. A hűtés a hűtőközeg folyamatos cirkulációja, alacsony hőmérsékleten és nyomáson történő forrása, valamint a zárt rendszerben történő kondenzációja révén valósul meg.

Az ebbe az osztályba tartozó chiller szerkezetébe a következők tartoznak:

• kompresszor;
• elpárologtató;
• kondenzátor;
• csővezetékek;
• áramlásszabályozó.

A hűtőközeg zárt rendszerben cirkulál. Ezt a folyamatot a kompresszor vezérli, amelyben a gáz halmazállapotú, alacsony hőmérsékletű (-5⁰) és 7 atm nyomású anyagot kompressziónak vetik alá, miközben a hőmérsékletet 80⁰-ra emelik.

A száraz telített gőz összenyomott állapotban a kondenzátorba kerül, ahol állandó nyomáson 45⁰-ra hűtik, és folyadékká alakul.

A következő állomás a mozgási úton a fojtószelep (nyomáscsökkentő szelep). Ezen a szakaszon a nyomás a kondenzációnak megfelelő értékről olyan határra csökken, amelynél párolgás megy végbe. Ezzel egyidejűleg a hőmérséklet is körülbelül 0⁰-ra csökken. A folyadék részben elpárolog, és nedves gőz keletkezik.

Az ábrán egy zárt ciklus látható, amely szerint a gőzkompressziós berendezés működik. Az (1) kompresszorban a nedves telített gőzt összenyomják, amíg el nem éri a p1 nyomást. A (2) kompresszorban a gőz leadja a hőt és folyadékká alakul. A (3) fojtószelepben mind a nyomás (p3–p4), mind a hőmérséklet (T1–T2) csökken. A (4) hőcserélőben a nyomás (p2) és a hőmérséklet (T2) változatlan marad.

A hőcserélőbe – párologtatóba – jutva a munkaközeg, a gőz és folyadék keveréke, leadja a hideget a hőhordozónak, és hőt vesz fel a hűtőközegtől, miközben egyidejűleg szárítódik. A folyamat állandó nyomáson és hőmérsékleten zajlik. A szivattyúk alacsony hőmérsékletű folyadékot szállítanak a fan-coil egységekhez. Ezen az úton áthaladva a hűtőközeg visszatér a kompresszorba, hogy újra megismételje a teljes gőzkompressziós ciklust.

A gőzkompressziós chiller sajátosságai

Hideg időben a hűtőgép természetes hűtési üzemmódban működhet – ezt freecoolingnak (szabadhűtésnek) nevezik. Ekkor a hőhordozó a külső levegőt hűti. Elméletileg a szabadhűtés alkalmazható, ha a külső hőmérséklet 7⁰C alatt van. A gyakorlatban az optimális hőmérséklet ehhez 0⁰.

A «hőszivattyú» üzemmódra állítva a hűtőgép fűtésre működik. A ciklus változásokon megy keresztül, nevezetesen a kondenzátor és a párologtató szerepet cserél. Ebben az esetben a hőhordozót nem hűteni, hanem melegíteni kell.

A legegyszerűbbek a monoblokkos hűtőgépek. Ezekben az összes elem kompaktan egyetlen egységbe van összevonva. 100%-ban készen, hűtőközeggel feltöltve kerülnek forgalomba.

Ezt az üzemmódot leggyakrabban nagy irodákban, középületekben, raktárakban használják. A hűtőgép olyan hűtőberendezés, amely háromszor több hideget termel, mint amennyit fogyaszt. Fűtőként még hatékonyabb – négyszer kevesebb elektromos energiát fogyaszt, mint amennyi hőt lead.

Miben különbözik a hűtőközeg a hőhordozótól?

A hűtőközeg olyan munkaközeg, amely a hűtési ciklus során különböző nyomásértékek mellett különféle halmazállapotokban lehet. A hőhordozó nem változtatja meg a fázisállapotát. Feladata a hideg vagy hő egy bizonyos távolságra történő szállítása.

A hűtőközeg szállítását a kompresszor, a hőhordozóét pedig a szivattyú irányítja. A hűtőközeg hőmérséklete a forráspont alá süllyedhet, és azon túl is emelkedhet. A hőhordozó a hűtőközeggel ellentétben folyamatosan olyan hőmérsékleti körülmények között dolgozik, amelyek az adott nyomáson nem haladják meg a forráspontot.

A fan coil szerepe a légkondicionáló rendszerben

A fan-coil a központi klímaberendezés fontos eleme. Másik neve: ventilátoros hőcserélő. Ha a fan-coil kifejezést szó szerint fordítjuk angolból, az ventilátor-hőcserélőnek hangzik, ami a legpontosabban tükrözi a működési elvét.

A fan-coil szerkezetébe tartozik egy hálózati modul, amely lehetővé teszi a központi vezérlőegységhez való csatlakozást. Az erős ház elrejti a szerkezeti elemeket és megvédi azokat a sérülésektől. Kívül egy panel kerül felszerelésre, amely egyenletesen osztja el a légáramlásokat különböző irányokba.

A készülék rendeltetése az alacsony hőmérsékletű hordozó fogadása. Feladatai közé tartozik továbbá a levegő recirkulációja és hűtése abban a helyiségben, ahol fel van szerelve, külső levegő beáramlása nélkül. A fan-coil fő elemei a házában találhatók.

Ezek közé tartoznak:

• centrifugál- vagy átmérős ventilátor;
• hőcserélő tekercs formájában, amely egy rézcsőből és arra szerelt alumínium bordákból áll;
• porszűrő;
• vezérlőegység.

A fő egységeken és alkatrészeken kívül a fan-coil szerkezetébe tartozik egy kondenzvíz-gyűjtő tálca, egy szivattyú annak eltávolítására, valamint egy villanymotor, amely a légcsappantyúkat forgatja.

A képen egy Trane márkájú csatornás fan-coil látható. A kétsoros hőcserélők teljesítménye 1,5 – 4,9 kW. Az egység csendes ventilátorral és kompakt házzal van felszerelve. Kiválóan elfér álpaneelek vagy álmennyezeti szerkezet mögött.

A beépítési módtól függően léteznek mennyezeti, csatornás, a légbeszívó csatornákba szerelhető, házkonstrukció nélküli (ahol az elemek keretre vannak szerelve), falra szerelhető vagy konzolos fan-coilok.

A mennyezeti készülékek a legnépszerűbbek, és két kivitelben kaphatók: kazettás és csatornás. Az előbbieket nagy belmagasságú, álmennyezetes helyiségekbe szerelik. A ház az álmennyezet mögött helyezkedik el. Az alsó panel látható marad. Két vagy mind a négy irányba képesek szétosztani a légáramokat.

Ha a rendszert kizárólag hűtésre tervezik használni, a legjobb helye a mennyezet. Ha a szerkezet fűtésre szolgál, a készüléket a fal alsó részén helyezik el.

A hűtési igény nem mindig áll fenn, ezért – amint a chiller-fankoil rendszer működési elvét bemutató ábrán látható – a hidraulikus modulba egy hűtőközeg-akkumulátorként működő tartályt építenek be. A víz hőtágulását a betápláló csővezetékhez csatlakoztatott tágulási tartály kompenzálja.

A fankoilokat mind kézi, mind automatikus üzemmódban vezérlik. Ha a ventilátoros fojtószelep fűtés üzemmódban működik, kézi üzemmódban elzárják a hidegvíz-ellátást. Amikor hűtésre használják, elzárják a meleg vizet, és megnyitják az utat a hűtő folyadék beáramlásához.

Távvezérlő mind a 2-csöves, mind a 4-csöves fankoilhoz. A modult közvetlenül a készülékhez csatlakoztatják és annak közelében helyezik el. Hozzá csatlakoztatják a vezérlőpanelt és a táplálásához szükséges vezetékeket.

Az automatikus üzemmódhoz a panelen beállítják az adott helyiséghez szükséges hőmérsékletet. A beállított paraméter fenntartása termosztátok segítségével történik, amelyek szabályozzák a hűtő- és fűtőközeg keringését.

A fankoil előnye nemcsak a biztonságos és olcsó hőhordozó használatában, hanem a vízszivárgás formájában jelentkező hibák gyors elhárításában is megnyilvánul. Ez olcsóbbá teszi a karbantartásukat. Ezeknek az eszközöknek az alkalmazása a legenergiahatékonyabb módja a kedvező belső klíma megteremtésének az épületben.

Mivel minden nagy épületben vannak eltérő hőmérsékleti követelményekkel rendelkező zónák, mindegyiket egy külön fankoilnak vagy azonos beállítású csoportjuknak kell kiszolgálnia.

Az egységek számát a rendszer tervezési szakaszában számítással határozzák meg. A chiller-fankoil rendszer egyes alkatrészeinek ára meglehetősen magas, ezért mind a számítást, mind a rendszer tervezését a lehető legpontosabban kell elvégezni.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

1. videó. Minden a hőszabályozó rendszer felépítéséről, működéséről és működési elvéről:

2. videó. A chiller telepítéséről és üzembe helyezéséről:

A chiller-fankoil rendszer telepítése közepes és nagy, 300 m²-nél nagyobb alapterületű épületekben célszerű. Magánház esetében, még ha hatalmas is, egy ilyen hőszabályozó rendszer felszerelése drága mulatság. Másrészt az ilyen pénzügyi befektetések komfortot és jó közérzetet biztosítanak, ami nem kevés.

Kérem, írjon megjegyzéseket az alábbi blokkban. Tegyen fel kérdéseket a felkeltett témákkal kapcsolatban, ossza meg saját véleményét és benyomásait. Lehet, hogy van tapasztalata a chiller-fankoil klímarendszer területén, vagy fényképei a cikk témájával kapcsolatban?