Čiller-fankoil sistēma: darbības princips un termoregulācijas sistēmas iekārtojums

Daudzzonu klimata sistēma čilleris-fankoils ir paredzēta komfortablu apstākļu radīšanai lielas platības ēkas iekšienē. Tā darbojas nepārtraukti — vasarā nodrošina ar vēsumu, bet ziemā ar siltumu, sildot gaisu līdz noteiktai temperatūrai. Ar tās uzbūvi ir vērts iepazīties, vai ne?

Mūsu piedāvātajā rakstā detalizēti aprakstīta klimata sistēmas konstrukcija un sastāvdaļas. Ir sniegti un detalizēti izskatīti iekārtu pieslēgšanas veidi. Mēs pastāstīsim, kā šī termoregulācijas sistēma ir uzbūvēta un darbojas.

Čillera-fankoila shēmas sastāvdaļas

Dzesēšanas ierīces loma ir atvēlēta čillerim — ārējam blokam, kas ražo un piegādā aukstumu pa cauruļvadiem ar cirkulējošu ūdeni vai etilēnglikolu. Ar to tā atšķiras no citām split sistēmām, kurās kā siltumnesēju iesūknē freonu.

Freona, aukstumaģenta, kustībai un pārvadīšanai ir vajadzīgas dārgas vara caurules. Šeit ar šo uzdevumu lieliski tiek galā ūdensvada caurules ar siltumizolāciju. Tās darbu neietekmē āra gaisa temperatūra, bet split sistēmas ar freonu zaudē darbspēju jau pie -10⁰. Iekšējais siltummaiņas agregāts ir fankoils.

Tas saņem šķidrumu ar zemu temperatūru, pēc tam nodod aukstumu telpas gaisa videi, bet sasildītais šķidrums atgriežas atpakaļ čillerī. Fankoilus uzstāda visās telpās. Katrs no tiem darbojas pēc individuālas programmas.

Sistēmas pamatelementi — sūkņu stacija, čilleris, fankoils. Fankoils var tikt uzstādīts lielā attālumā no čillera. Viss ir atkarīgs no tā, cik liels ir sūkņa spēks. Fankoilu skaits ir proporcionāls čillera jaudai.

Parasti šādas sistēmas izmanto hipermārketos, tirdzniecības centros, pazemē celtās būvēs, viesnīcās. Dažreiz tās izmanto kā apkuri. Tad pa otro kontūru fankoilos padod uzsildītu ūdeni vai pārslēdz sistēmu uz apkures katlu.

Sistēmas konstruktīvais izpildījums

Pēc konstruktīvā izpildījuma čillera-fankoila sistēmas ir 2-cauruļu un 4-cauruļu. Pēc uzstādīšanas veida izšķir sienas, grīdas, iebūvējamās ierīces.

Sistēmu novērtē pēc šādiem galvenajiem parametriem:

• čillera jaudas vai aukstumražošanas spējas;
• fankoilu ražīguma;
• gaisa masas pārvietošanas efektivitātes;
• maģistrāļu garuma.

Pēdējais parametrs ir atkarīgs no sūkņu iekārtas jaudas un cauruļu siltumizolācijas kvalitātes.

Čillera un fankoila pieslēgšana

Sistēmas saskaņota darbība notiek, savienojot chiller ar vienu vai vairākiem fan coil agregātiem, izmantojot siltumizolētus cauruļvadus. Ja tādu nav, sistēmas efektivitāte ievērojami samazinās.

Katram fan coil agregātam ir individuāls cauruļvadu komplekts, ar kuru nodrošina tā veiktspējas regulēšanu gan siltuma, gan aukstuma ražošanā. Dzesēšanas līdzekļa plūsmu atsevišķā agregātā regulē ar speciālu armatūru – aizslēgvārstiem un regulējošiem vārstiem.

Lai novirzītu atdzesētu ūdeni siltummainī, viena caurule tiek pieslēgta fan coil agregātam, bet otra – šķidruma novadīšanai – chillerim. Sistēmas uzbūve pieļauj dzesēšanas līdzekļa sajaukšanos ar siltumnesēju.

Ja nav pieļaujama siltumnesēja sajaukšanās ar dzesēšanas līdzekli, ūdeni uzsilda atsevišķā siltummainī un shēmu papildina ar cirkulācijas sūkni. Lai nodrošinātu vienmērīgu darba šķidruma plūsmas regulēšanu caur siltummaini, montējot cauruļvadu komplektu, tiek izmantots 3-virziena vārsts.

Ja ēkā ir uzstādīta divcauruļu sistēma, tad gan dzesēšana, gan apkure notiek, izmantojot dzesētāju – čilleri. Lai paaugstinātu apkures efektivitāti ar fancoilu palīdzību aukstajā periodā, papildus čillerim sistēmā tiek iekļauts katls.

Atšķirībā no divcauruļu sistēmas ar vienu siltummaini, četrcauruļu sistēmā ir uzstādīti 2 šie mezgli. Šajā gadījumā fancoils var strādāt gan uz apkuri, gan uz dzesēšanu, pirmajā gadījumā izmantojot šķidrumu, kas cirkulē apkures sistēmā.

Vienu no siltummaiņiem pieslēdz cauruļvadam ar aukstumaģentu, bet otru – caurulei ar siltumnesēju. Uz katra siltummaiņa ir individuāls vārsts, ko kontrolē īpaša tālvadības pults. Ja ir izmantota šāda shēma, aukstumaģents nekad nesajaucas ar siltumnesēju.

Tā kā siltumnesēja temperatūra sistēmā apkures sezonā svārstās robežās no 70 līdz 95⁰ un lielākajai daļai fancoilu tā pārsniedz pieļaujamo, to iepriekš pazemina. Tāpēc karstais ūdens, kas nāk no centrālās siltumapgādes tīkla uz fancoiliem, iet cauri speciālam siltuma punktam.

Galvenās čilleru klases

Nosacīts čilleru iedalījums klasēs notiek atkarībā no dzesēšanas cikla veida. Pēc šīs pazīmes visus čillerus nosacīti var iedalīt divās klasēs – absorbcijas un tvaika kompresijas.

Absorbcijas agregāta uzbūve

Absorbcijas čilleris jeb ABHM darbam izmanto bināru šķīdumu, kurā ir ūdens un litija bromīds – absorbents. Darbības princips – aukstumaģents absorbē siltumu, kad tvaiks pārvēršas šķidrumā.

Šādi agregāti izmanto siltumu, kas izdalās, strādājot rūpnieciskajam aprīkojumam. Turklāt absorbējošais absorbents ar viršanas temperatūru, kas ievērojami pārsniedz atbilstošo aukstumaģenta parametru, labi izšķīdina pēdējo.

Šīs klases čillera darbības shēma ir šāda:

1. Siltumu no ārēja avota pievada ģeneratoram, kur tas uzsilda litija bromīda un ūdens maisījumu. Darba maisījumam vāroties, aukstumaģents (ūdens) pilnībā iztvaiko.
2. Tvaiks tiek pārvietots uz kondensatoru un kļūst par šķidrumu.
3. Aukstumaģents šķidrā veidā nonāk droselē. Te tas atdziest, un spiediens pazeminās.
4. Šķidrums nonāk iztvaicētājā, kur notiek ūdens iztvaikošana un tā tvaiku absorbcija ar litija bromīda šķīdumu – absorbentu. Gaiss telpā atdziest.
5. Atšķaidīts absorbents atkal tiek uzkarsēts ģeneratorā, un cikls sākas no jauna.

Šāda gaisa kondicionēšanas sistēma vēl nav plaši izplatīta, bet tā pilnībā sasaucas ar mūsdienu tendencēm, kas attiecas uz enerģijas taupīšanu, tāpēc tai ir labas perspektīvas.

Tvaika kompresijas iekārtu konstrukcija

Uz kompresijas dzesēšanas bāzes darbojas lielākā daļa saldēšanas iekārtu. Dzesēšana notiek, pateicoties nepārtrauktai cirkulācijai, viršanai pie zemas temperatūras un spiediena, kā arī aukstumaģenta kondensācijai slēgta tipa sistēmā.

Šīs klases čillera uzbūvē ietilpst:

• kompresors;
• iztvaicētājs;
• kondensators;
• cauruļvadi;
• plūsmas regulators.

Dzesēšanas līdzeklis cirkulē slēgtā sistēmā. Šo procesu vada kompresors, kurā gāzveida viela ar zemu temperatūru (-5 °C) un spiedienu 7 atm tiek saspiesta, paaugstinot temperatūru līdz 80 °C.

Saspiestais sausais piesātinātais tvaiks nonāk kondensatorā, kur tas tiek atdzesēts līdz 45 °C pie nemainīga spiediena un pārvērsts šķidrumā.

Nākamais punkts ceļā ir droselis (reducēšanas vārsts). Šajā posmā spiediens samazinās no vērtības, kas atbilst kondensācijai, līdz robežai, kurā notiek iztvaikošana. Vienlaikus temperatūra pazeminās aptuveni līdz 0 °C. Šķidrums daļēji iztvaiko un veidojas mitrs tvaiks.

Shēmā attēlots slēgts cikls, pēc kura darbojas tvaika kompresijas iekārta. Kompresorā (1) mitrs piesātināts tvaiks tiek saspiests, līdz tiek sasniegts spiediens p1. Kompresorā (2) tvaiks atdod siltumu un pārvēršas šķidrumā. Droselī (3) samazinās gan spiediens (p3 – p4), gan temperatūra (T1 – T2). Siltummainī (4) spiediens (p2) un temperatūra (T2) paliek nemainīgi.

Nonākot siltummainī – iztvaicētājā, darba viela, tvaika un šķidruma maisījums, atdod aukstumu siltumnesējam un saņem siltumu no dzesēšanas līdzekļa, vienlaikus nedaudz izžūstot. Process norit pie nemainīgiem spiediena un temperatūras rādītājiem. Sūkņi piegādā šķidrumu ar zemu temperatūru fankoiliem. Izgājis šo ceļu, dzesēšanas līdzeklis atgriežas kompresorā, lai atkārtotu visu tvaika kompresijas ciklu.

Tvaika kompresijas čillera specifika

Aukstā laikā dzesētājs var darboties dabiskās dzesēšanas režīmā – to sauc par frīkulingu. Šādā gadījumā siltumnesēju atdzesē āra gaiss. Teorētiski brīvo dzesēšanu var izmantot, ja āra temperatūra ir zemāka par 7 °C. Praksē optimālā temperatūra tam ir 0 °C.

Iestatot režīmu “siltuma sūknis”, dzesētājs darbojas apkurei. Cikls piedzīvo izmaiņas, jo īpaši kondensators un iztvaicētājs apmainās ar savām funkcijām. Šajā gadījumā siltumnesējs nav jāatdzesē, bet gan jāuzsilda.

Vienkāršākie ir monobloka dzesētāji. Tajos visi elementi ir kompakti apvienoti vienā veselumā. Tie tiek pārdoti 100% komplektēti, tostarp uzpildīti ar dzesēšanas līdzekli.

Šo režīmu visbiežāk izmanto lielos birojos, sabiedriskās ēkās, noliktavās. Dzesētājs ir saldēšanas agregāts, kas saražo 3 reizes vairāk aukstuma, nekā patērē. Tā efektivitāte kā sildītājam ir vēl augstāka – tas patērē 4 reizes mazāk elektroenerģijas, nekā dod siltuma.

Kā atšķiras aukstumaģents no siltumnesēja?

Saldēšanas aģents ir darba viela, kas saldēšanas cikla laikā var atrasties dažādos agregātstāvokļos pie dažādām spiediena vērtībām. Siltumnesējs nemaina fāzes stāvokļus. Tā funkcija ir pārnest aukstumu vai siltumu noteiktā attālumā.

Saldēšanas aģenta transportēšanu vada kompresors, bet siltumnesēja - sūknis. Saldēšanas aģenta temperatūra var pazemināties gan zem viršanas punkta, gan pacelties virs tā. Siltumnesējs, atšķirībā no saldēšanas aģenta, pastāvīgi darbojas temperatūras apstākļos, kas nepaaugstinās virs viršanas punkta pie esošā spiediena.

Fankoila loma gaisa kondicionēšanas sistēmā

Fankoil ir svarīgs centralizētas klimata iekārtas elements. Otrs nosaukums - ventilatora piesūceklis. Ja terminu fan-coil tulko no angļu valodas burtiski, tas izklausās kā ventilators-siltummainis, kas visprecīzāk atspoguļo tā darbības principu.

Fankoil konstrukcijā ietilpst tīkla modulis, kas nodrošina pieslēgšanu centrālajai vadības ierīcei. Izturīgs korpuss slēpj konstrukcijas elementus un pasargā tos no bojājumiem. Ārpusē tiek uzstādīts panelis, kas vienmērīgi izplata gaisa plūsmas dažādos virzienos.

Ierīces mērķis ir saņemt zemas temperatūras nesēju. Tās funkciju sarakstā ietilpst gan recirkulācija, gan gaisa dzesēšana telpā, kur tā ir uzstādīta, bez gaisa pieplūdes no ārpuses. Fankoil galvenie elementi atrodas tā korpusā.

Pie tām pieder:

• centrbēdzes vai diametrālais ventilators;
• siltummainis spoles veidā, kas sastāv no vara caurules un alumīnija ribām, kas uzvilktas uz tās;
• putekļu filtrs;
• vadības bloks.

Papildus galvenajiem mezgliem un detaļām fankoil konstrukcijā ietilpst kondensāta uztveršanas paliktnis, sūknis tā atsūknēšanai, elektromotors, ar kuru tiek pagriezti gaisa aizbīdņi.

Fotoattēlā ir kanāla fankoil Trane zīmola. Divrindu siltummaiņu veiktspēja ir 1,5 – 4,9 kW. Agregāts ir aprīkots ar maztroksni ventilatoru un kompaktu korpusu. Tas lieliski izvietojas aiz viltus paneļiem vai aiz piekārto griestu konstrukcijas.

Atkarībā no montāžas veida pastāv griestu fankoili, kanālu fankoili, kas tiek montēti kanālos, pa kuriem tiek veikta gaisa padeve, bez korpusa fankoili, kur visi elementi ir samontēti uz rāmja, sienas vai konsoles fankoili.

Griestu aparāti ir vispopulārākie un ir pieejami 2 variantos: kasešu un kanālu. Pirmie tiek montēti lielās telpās ar piekārtiem griestiem. Aiz piekārto griestu konstrukcijas atrodas korpuss. Redzama paliek apakšējā panelis. Tie var izkliedēt gaisa plūsmas pa divām vai visām četrām pusēm.

Ja sistēmu plāno izmantot tikai dzesēšanai, tad labākā vieta tai ir griesti. Ja konstrukcija paredzēta apkurei, ierīci novieto uz sienas tās apakšējā daļā.

Nepieciešamība pēc dzesēšanas ne vienmēr pastāv, tāpēc, kā redzams shēmā, kas atspoguļo čillera-fankoila sistēmas darbības principu, hidrauliskajā modulī tiek iebūvēta tvertne, kas kalpo kā akumulators dzesētājam. Ūdens termisko izplešanos kompensē izplešanās tvertne, kas pievienota padeves cauruļvadam.

Fankoilus vada gan manuālajā, gan automātiskajā režīmā. Ja ventilatora padevējs darbojas apkurei, tad manuālajā režīmā tiek pārtraukta aukstā ūdens padeve. Strādājot dzesēšanai, tiek atslēgts karstais ūdens un atvērts ceļš dzesējošā darba šķidruma iekļūšanai.

Tālvadības pults 2-cauruļu un 4-cauruļu fankoila vadībai. Moduli pieslēdz tieši ierīcei un novieto tās tuvumā. No tā pievieno vadības paneli un barošanas vadus.

Lai strādātu automātiskajā režīmā, panelī tiek iestatīta konkrētajai telpai nepieciešamā temperatūra. Norādītā parametra uzturēšana tiek veikta ar termostatu palīdzību, kas koriģē dzesēšanas un apkures siltumnesēju cirkulāciju.

Fankoila priekšrocība izpaužas ne tikai droša un lēta siltumnesēja izmantošanā, bet arī ātrā ūdens noplūdes veida neveiksmju novēršanā. Tas lētina to apkopi. Šo ierīču izmantošana ir visenergoefektīvākais veids, kā radīt labvēlīgu mikroklimatu ēkā.

Tā kā jebkurā lielā ēkā ir zonas ar dažādām prasībām attiecībā uz temperatūras režīmu, katrai no tām jāapkalpo atsevišķam fankoilam vai to grupai ar identiskiem iestatījumiem.

Agregātu skaitu nosaka sistēmas projektēšanas stadijā ar aprēķinu palīdzību. Atsevišķu čillera-fankoila sistēmas mezglu izmaksas ir diezgan augstas, tāpēc gan aprēķins, gan sistēmas projektēšana jāveic pēc iespējas precīzāk.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Video #1. Viss par termoregulācijas sistēmas uzbūvi, darbību un darbības principu:

Video #2. Par to, kā uzstādīt un nodot ekspluatācijā čilleri:

Čillera-fankoila sistēmas uzstādīšana ir lietderīga vidējās un lielās ēkās ar platību, kas pārsniedz 300 m². Privātmājai, pat milzīgai, šādas termoregulācijas sistēmas ierīkošana ir dārgs prieks. No otras puses, šādi finansiāli ieguldījumi nodrošinās komfortu un labsajūtu, un tas nav maz.

Lūdzu, rakstiet komentārus zemāk esošajā blokā. Uzdodiet jautājumus par interesējošiem brīžiem, dalieties ar savu viedokli un iespaidiem. Iespējams, jums ir pieredze klimata sistēmas čillera-fankoila ierīkošanā vai foto par raksta tēmu?