Система чиллер-фанкойл: принципы работы и организация системы климат-контроля

Мультизональная климатическая установка чиллер-фанкойл предназначена для обеспечения комфортного климата в помещениях больших площадей. Она функционирует непрерывно — летом обеспечивает охлаждение, а зимой обогревает воздух до необходимой температуры. Познакомимся с её устройством, не так ли?

В данной статье мы детально рассмотрим конструктивные особенности и ключевые компоненты климатической системы. Также мы обсудим различные методы подключения оборудования и расскажем о принципах ее работы.

Компоненты системы чиллер-фанкойл

Основную функцию охлаждения выполняет чиллер — внешний блок, который производит холод и распределяет его по трубопроводам, наполненным водой или этиленгликолем. Это отличие от традиционных сплит-систем, где используется фреон как теплоноситель.

Для циркуляции хладагента необходимы медные трубы, что значительно повышает стоимость системы. В нашем случае же отличную работу обеспечивают обычные водопроводные трубы с теплоизоляцией. В отличие от фреоновых систем, которые могут перестать работать при низких температурах (даже -10⁰), трубы с теплоносителем не подвержены воздействию внешних температур. Внутренним элементом системы словно бы «воздушный гид» выступает фанкойл.

Фанкойл, принимая холодную жидкость, охлаждает воздух в помещении, возвращая затем нагретую жидкость обратно в чиллер. Устанавливаются фанкойлы в каждом помещении, и каждый из них может работать по своей индивидуальной программе.

К основным составляющим системы относятся насосная станция, чиллер и фанкойлы. Расстояние между фанкойлом и чиллером может быть довольно значительным, что зависит от мощности насоса. При этом количество фанкойлов должно соответствовать мощности чиллера.

Эти системы чаще всего используются в больших торговых центрах, подземных сооружениях и отелях. Редко их используют для отопления, в этом случае нагретая вода поступает во второй контур фанкойлов или система переключается на котел отопления.

Конструктивные особенности чиллер-фанкойл

В зависимости от конструирования системы чиллер-фанкойл может быть 2-трубным или 4-трубным. Также различают настенные, напольные и встраиваемые модели.

Систему оценивают по нескольким ключевым критериям:

• мощность или холодопроизводительность чиллера;
• производительность фанкойлов;
• эффективность движения воздуха;
• длина трубопроводов.

Длина трубопроводов определяется мощностью насосного оборудования и качеством теплоизоляции.

Система чиллер-фанкойл дает возможность создания нужного пользователю микроклимата сразу в нескольких помещениях.

Ключево преимущество чиллера заключается в возможности индивидуализации температурных условий, что позволяет каждому пользователю настроить оптимальную для себя температуру.

Чиллеры могут нагревать или охлаждать теплоноситель, что может быть водой, антифризом или даже воздухом.

В процессе работы чиллеры выделяют значительное количество тепла, поэтому их часто устанавливают на улице. Если же чиллер располагается внутри, важно обеспечить его охлаждение и вентиляцию.

Для доставки обработанного в чиллере воздуха в помещение устанавливаются фанкойлы.

Фанкойлы по способу подачи воздуха аналогичны внутренним блокам сплит-систем и могут быть как канальными, так и кассетными — они устанавливаются на потолке или стенах.

Основные элементы фанкойла включают теплообменник с вентилятором и фильтры, ответственные за очистку воздуха.

Системы чиллер-фанкойл представляют собой наиболее гибкое и подходящее климатическое оборудование, адаптирующееся под запросы пользователей. Помимо охлаждения и обогрева воздуха, они также способны осуществлять вентиляцию помещений.

Подсоединение чиллера и фанкойла

Эффективная работа всей системы достигается за счет объединения чиллера с одним или несколькими фанкойлами через теплоизолированные трубопроводы. Без качественной теплоизоляции значительно снижается эффективность работы системы.

Каждый фанкойл имеет собственный узел обвязки, который позволяет регулировать его производительность как для обогрева, так и для охлаждения. Расход хладагента контролируется с помощью специальной запорной и регулирующей арматуры.

Для направления охлажденной воды к теплообменнику одна труба соединяется с фанкойлом, а другая — с чиллером для отвода жидкости. При этом система допускает смешивание хладагента с теплоносителем.

Если смешение теплоносителя с холодильным агентом недопустимо, то воду предварительно подогревают в отдельном теплообменнике и добавляют циркуляционный насос. Для обеспечения плавной регулировки потока рабочей жидкости через теплообменник при монтаже используют 3-ходовые клапаны.

В случае установки двухтрубной системы обогрев и охлаждение обеспечиваются за счет работы чиллера. Для повышения производительности отопления с помощью фанкойлов в холодное время года может быть включен котел.

В отличие от двухтрубной системы с одним теплообменником, в четырехтрубной системе используется два таких узла. В этом варианте фанкойл может функционировать как на нагрев, так и на охлаждение, используя для обогрева жидкость, циркулирующую в отопительной системе.

Один из теплообменников подключается к трубопроводу с хладагентом, другой — к трубе с теплоносителем. У каждого теплообменника имеется отдельный клапан, который управляется с помощью специального пульта. Это исключает возможность смешивания хладагента с теплоносителем.

Поскольку температура теплоносителя в отопительный период колеблется от 70 до 95⁰, и для большинства фанкойлов это превышает допустимый предел, её необходимо снижать. Поэтому горячая вода, поступающая к фанкойлам от центральной теплосети, проходит через специальный тепловой пункт.

Основные типы чиллеров

Чиллеры обычно делят на классы в зависимости от типа холодильного цикла. По этому критерию их можно разделить на два основных класса — абсорбционные и парокомпрессорные.

Строение абсорбционного агрегата

Абсорбционный чиллер, или АБХМ, использует для работы двойной раствор, содержащий воду и бромид лития — абсорбер. Принцип его работы заключается в поглощении тепла хладагентом при переходе из газообразного состояния в жидкое.

Эти агрегаты используют тепло, выделяемое в процессе работы промышленных машин, где абсорбирующий агент с высокой температурой кипения эффективно растворяет хладагент.

Процесс работы чиллера этого типа выглядит следующим образом:

1. Тепло от внешнего источника подводится к генератору, где оно нагревает смесь бромида лития и воды. При ее кипении хладагент (вода) полностью испаряется.
2. Пар поступает в конденсатор, где он конденсируется в жидкость.
3. Жидкий хладагент попадает в дроссель, где его охлаждают и понижают давление.
4. Жидкость направляется в испаритель, где происходит испарение воды и поглощение ее паров бромидным раствором — абсорбером, что приводит к охлаждению воздуха в помещении.
5. Разбавленный абсорбент снова нагревается в генераторе, что завершает цикл.

Такой способ кондиционирования пока не получил массовое распространение, однако полностью соответствует современным тенденциям энергосбережения и поэтому ожидает развития.

Конструкция парокомпрессионных установок

Система компрессионного охлаждения лежит в основе большинства холодильных установок. Охлаждение реализуется через непрерывную циркуляцию, кипение при низких температурных показателях, а также конденсацию хладагента в замкнутой системе.

В структуру чиллера этого типа входят:

• компрессор;
• испаритель;
• конденсатор;
• трубопроводы;
• регулятор потока.

Хладагент циркулирует в замкнутом контуре, где контролируется работой компрессора, который сжимает газ с низкой температурой (-5⁰) и давлением 7 атм, повышая его температуру до 80⁰.

Сжатый влажный газ направляется в конденсатор, где он остывает до 45⁰ и превращается в жидкость.

Следующий этап — дроссель (редукционный клапан). Здесь давление понижается с уровня конденсации до значения, при котором начинается испарение, что также вызывает снижение температуры примерно до 0⁰. Жидкость частично испаряется, образуя влажный пар.

Схема замкнутого цикла, по которому функционирует парокомпрессионная установка:

В компрессоре (1) осуществляется сжатие влажного насыщенного пара до давления р1. В компрессоре (2) происходит отведение тепла, что приводит к преобразованию в жидкость. Дроссель (3) снижает как давление (р3 — р4), так и температуру (T1 — T2). В теплообменнике (4) давление (р2) и температура (T2) остаются постоянными.

Когда рабочее вещество, представляющее собой смесь пара и жидкости, попадает в теплообменник — испаритель, оно отдает холод теплопередающему агенту, одновременно поглощая тепло от холодильного агента и высушиваясь. Этот процесс проходит при фиксированных температурах и давлениях. Насосы транспортируют охлажденную жидкость к фанкойлам. После этого холодильный агент возвращается в компрессор, возвращаясь в цикл парокомпрессии.

Особенности парокомпрессионного чиллера

Зимой чиллер может работать в режиме натурального охлаждения — фрикулинга, когда теплоноситель отдает холод уличному воздуху. Теоретически, этот режим активно применяется при температуре на улице ниже 7°C, хотя в реальности лучшей считается температура около 0°C.

Когда устройство переключается на режим «тепловой насос», оно используется для отопления. В этом случае циклы меняются местами: конденсатор и испаритель выполняют функции друг друга. Теплопередающий агент начинает нагреваться, а не охлаждаться.

Наиболее простыми в обращении являются моноблочные чиллеры, в которых все компоненты объединены в одной конструкции. Они поступают в продажу уже готовыми, включая заправку хладагентом.

Такой режим работы наиболее актуален для больших офисных комплексов, общественных зданий и складов. Чиллер способен производить охлаждение в 3 раза больше, чем затрачивает, а в режиме отопления его эффективность значительно выше — он тратит в 4 раза меньше энергии, чем выдает тепла.

В чем разница между хладагентом и теплоносителем?

Холодильный агент представляет собой рабочее вещество, которое в процессе холодильного цикла может находиться в различных агрегатных состояниях под различным давлением. В отличие от него, теплоноситель сохраняет одно состояние и отвечает за транспортировку холода или тепла на определённые расстояния.

Компрессор контролирует перемещение хладагента, тогда как насосу подлежит управление теплоносителем. Температура холодильного агента может находиться как ниже точки кипения, так и превышать её. Теплоноситель же, в отличие от хладагента, функционирует только в температурном диапазоне, не превышающем точку кипения при текущем давлении.

Функция фанкойла в системе кондиционирования

Фанкойл является важным компонентом централизованной системы климат-контроля, также известным как вентиляторный доводчик. Переведя слово fan-coil с английского, получится «вентилятор-теплообменник», что точно отражает его работу.

Фанкойл содержит сетевой модуль, который обеспечивает связь с центральным управляющим устройством. Его прочный корпус защищает внутренние элементы от повреждений. С внешней стороны располагается панель, способная равномерно распределять потоки воздуха в разных направлениях.

Данная установка предназначена для приема низкотемпературного носителя. В перечень ее функций входят как рециркуляция, так и охлаждение воздуха внутри помещения без притока снаружи. Основные компоненты fan-coil находятся внутри его корпуса.

К ним относятся:

• центробежный либо диаметральный вентилятор;
• теплообменник в форме змеевика из медной трубы с алюминиевыми ребрами;
• пылевой фильтр;
• блок управления.

Кроме основных частей, конструкция фанкойла включает поддон для сбора конденсата, насос для его откачки и электродвигатель, который управляет воздушными заслонками.

На изображении представлен канальный фанкойл Trane. Двухрядные теплообменники имеют производительность в диапазоне от 1.5 до 4.9 кВт. Данный агрегат оснащён малошумным вентилятором и компактным корпусом, что позволяет ему удобно размещаться за фальш-панелями или подвесным потолком.

В зависимости от способа установки, фанкойлы бывают потолочными, канальными, монтируемыми в каналы для подачи воздуха, бескорпусными (где все узлы установлены на раме), настенными или консольными.

Потолочные устройства пользуются наибольшим спросом и представляют собой два варианта: кассетные и канальные. Первые устанавливаются в помещениях с подвесными потолками, будучи скрытыми за ними, оставляя видимой только нижнюю панель. Они способны распределять воздушные потоки в двух или четырёх направлениях.

Если система предназначается исключительно для охлаждения, лучше всего размещать её на потолке. Если же устройство будет использоваться для нагрева, его устанавливают на стене в нижней части.

Не всегда имеется необходимость в охлаждении, поэтому на схеме, показывающей принцип работы системы чиллер-фанкойл, предусмотрен бак, который служит накопителем хладагента. Тепловое расширение воды компенсирует расширительный бак, подключенный к подающему трубопроводу.

Управлять фанкойлами можно как в ручном, так и в автоматическом режимах. В ручном режиме, если вентиляторный доводчик работает на отопление, отсекается подача холодной воды. При работе на охлаждение перекрывается горячая вода и открывается поток для охлаждающей рабочей жидкости.

Управляющий пульт подходит как для 2-трубных, так и для 4-трубных фанкойлов. Модуль подключается прямо к устройству и устанавливается возле него. К нему подсоединяются провода для питания и панель управления.

Для работы в автоматическом режиме на панели задается необходимая температура для конкретного помещения. Поддержание установленного значения осуществляется посредством термостатов, регулирующих циркуляцию теплосообществ — холодного и горячего.

Плюсы использования фанкойла заключаются не только в применении безопасного и недорогого теплоносителя, но и в быстром устранении проблем, связанных с утечками воды. Это снижает расходы на техническое обслуживание. Эти устройства представляют собой наилучший способ обеспечения комфортного микроклимата в здании с точки зрения потребления энергии.

Так как в любом крупном здании существуют зоны с различными температурами, каждое из таких пространств должно обслуживаться отдельным фанкойлом или их группой с одинаковыми настройками.

Количество установок определяется на этапе проектирования системы с помощью расчетов. Поскольку стоимость комплектующих системы чиллер-фанкойл очень высока, расчёты и проектирование должны выполняться максимально точно.

Заключение и полезные видео по теме

Видео #1. Все о конструктивных особенностях, работе и принципах функционирования системы терморегуляции:

Видео #2. Как установить и запустить чиллер:

Монтаж системы чиллер-фанкойл целесообразен для средних и крупных зданий с площадью более 300 м². Для частного дома, даже самого большого, установка такой системы требует значительных затрат. Однако такие финансовые вложения обеспечат комфорт и хорошее самочувствие, что имеет важное значение.

Пожалуйста, оставляйте комментарии в нижнем блоке. Задавайте вопросы по интересующим моментам, делитесь своим мнением и впечатлениями. Возможно, у вас есть опыт работы с климатическими системами чиллер-фанкойл или фотографии на эту тему?