Chiller-fancoil-system: funktionsprincip og opsætning af temperaturreguleringssystem

Multi-zonalt klimaanlæg med chiller-fan coil er designet til at skabe behagelige forhold i en stor bygning. Det kører konstant – om sommeren leverer det kølighed, om vinteren varme, og opvarmer luften til den indstillede temperatur. Det er værd at lære dets konstruktion at kende, er du enig?

I vores artikel beskrives konstruktionen og komponenterne i klimasystemet i detaljer. Tilslutningsmetoderne for udstyret præsenteres og gennemgås grundigt. Vi fortæller, hvordan dette termoreguleringssystem er opbygget og fungerer.

Komponenter i chiller-fan coil-systemet

Køleenhedens rolle tilfalder chilleret – en udendørsenhed, der producerer og leverer kulde via rør med cirkulerende vand eller ethylenglycol. Det er her, den adskiller sig fra andre split-systemer, hvor freon pumpes som varmebærer.

Til transport og overførsel af freon (kølemiddel) kræves dyre kobberrør. Her klarer vandrør med varmeisolering opgaven fint. Dens drift påvirkes ikke af udendørstemperaturen, mens split-systemer med freon mister funktionaliteten allerede ved -10⁰. Den indre varmevekslerenhed er fan coil'en.

Den modtager væske med lav temperatur, overfører derefter kulden til rummets luft, og den opvarmede væske returneres til chilleret. Fan coils installeres i alle rum. Hver af dem arbejder efter et individuelt program.

Systemets hovedelementer er pumpestation, chiller, fan coil. Fan coil'en kan installeres langt fra chilleret. Det afhænger af pumpens styrke. Antallet af fan coils er proportionalt med chillerens effekt.

Sådanne systemer bruges typisk i hypermarkeder, indkøbscentre, underjordiske bygninger, hoteller. Nogle gange bruges de til opvarmning. Derefter tilføres opvarmet vand til fan coils via et sekundært kredsløb, eller systemet omstilles til varmekedel.

Systemets konstruktion

I forhold til konstruktionen kan chiller-fan coil-systemer være 2-rørs og 4-rørs. Efter installationstypen skelnes der mellem vægmonterede, gulvmonterede og indbyggede enheder.

Systemet vurderes ud fra følgende hovedparametre:

• chillerens effekt eller kølekapacitet;
• fan coils ydeevne;
• effektivitet af luftmassebevægelse;
• længden af hovedledninger.

Den sidste parameter afhænger af pumpeenhedens styrke og kvaliteten af rørernes isolering.

Tilslutning af chiller og fan coil

Systemets koordinerede funktion opnås ved at forbinde chilleren med en eller flere fancoils via isolerede rørledninger. Hvis isoleringen mangler, falder systemets effektivitet betydeligt.

Hver fancoil har en individuel tilslutningsenhed, som giver mulighed for at regulere dens ydeevne både ved varmeproduktion og ved køling. Kølemiddelflowet i den enkelte enhed reguleres via specielle fittings – afspærrings- og reguleringsventiler.

For at lede kølevandet til varmeveksleren tilsluttes det ene rør til fancoilen, og det andet – til bortledning af væske – tilsluttes chilleren. Systemets opbygning tillader blanding af kølemiddel med varmebærer.

Hvis blanding af varmebæreren med kølemidlet ikke kan tillades, opvarmes vandet i en separat varmeveksler, og kredsløbet suppleres med en cirkulationspumpe. For at sikre jævn regulering af arbejdsvæskens flow gennem varmeveksleren anvendes en 3-vejs ventil ved montering af tilslutningskredsløbet.

Hvis der i bygningen er installeret et to-rørssystem, sker både køling og opvarmning via en køler - en chiller. For at øge varmeeffektiviteten ved hjælp af fan coils i den kolde periode, inkluderes der en kedel i systemet som supplement til chilleren.

I modsætning til et to-rørssystem med én varmeveksler, er der i et fire-rørssystem indbygget 2 af disse enheder. I dette tilfælde kan fan coil'en arbejde både til opvarmning og køling, idet den i første tilfælde bruger væsken, der cirkulerer i varmesystemet.

Den ene varmeveksler tilsluttes rørledningen med kølemiddel, og den anden til røret med varmebærer. Hver varmeveksler har en individuel ventil, der styres af en speciel fjernbetjening. Hvis et sådant skema anvendes, blandes kølemiddel aldrig med varmebærer.

Da temperaturen af varmebæreren i systemet i opvarmningssæsonen svinger mellem 70 og 95⁰ og for de fleste fan coils overstiger den den tilladte, sænkes den forud. Derfor passerer varmt vand, der kommer fra centralvarmeanlægget til fan coils, gennem et specielt varmepunkt.

Hovedklasser af chillere

Den betingede opdeling af chillere i klasser sker afhængigt af typen af kølecyklus. Efter dette kriterium kan alle chillere betinget inddeles i to klasser — absorptions- og dampkompressionschillere.

Absorptionschillerens opbygning

En absorptionschiller eller ABXM anvender til drift en binær opløsning med tilstedeværelse af vand og lithiumbromid — en absorbator. Funktionsprincippet er absorption af varme af kølemidlet i fasen af omdannelse af damp til flydende tilstand.

Sådanne aggregater bruger varme, der frigives under drift af industrielt udstyr. Samtidig opløser den absorberende absorbator med en kogepunktstemperatur, der er betydeligt højere end kølemidlets tilsvarende parameter, sidstnævnte godt.

Funktionsskemaet for en chiller i denne klasse er følgende:

1. Varme fra en ekstern kilde føres til generatoren, hvor det opvarmer blandingen af lithiumbromid og vand. Ved kogning af arbejdsblandingen fordamper kølemidlet (vand) fuldstændigt.
2. Dampen transporteres til kondensatoren og bliver til væske.
3. Kølemidlet i flydende form kommer ind i droslen. Her afkøles det, og trykket falder.
4. Væsken kommer ind i fordamperen, hvor der sker fordampning af vand og absorption af dens dampe af lithiumbromidopløsningen — absorbatoren. Luften i rummet afkøles.
5. Den fortyndede absorbat opvarmes igen i generatoren, og cyklussen startes igen.

Et sådant klimaanlæg har endnu ikke fået udbredt anvendelse, men det er fuldstændig i overensstemmelse med de moderne tendenser vedrørende energibesparelse, og har derfor gode udsigter.

Konstruktion af dampkompressionsanlæg

De fleste køleanlæg fungerer på basis af kompressionskøling. Kølingen sker ved kontinuerlig cirkulation, kogning ved lave temperatur- og trykforhold samt kondensation af kølemidlet i et lukket kredsløb.

I konstruktionen af en chiller i denne klasse indgår:

• kompressor;
• fordamper;
• kondensator;
• rørledninger;
• flowregulator.

Kølemidlet cirkulerer i et lukket kredsløb. Kompressoren styrer processen, hvor en gasformig substans med lav temperatur (-5⁰) og et tryk på 7 atm komprimeres, så temperaturen stiger til 80⁰.

Tør mættet damp i komprimeret tilstand går til kondensatoren, hvor den afkøles til 45⁰ ved konstant tryk og omdannes til væske.

Næste punkt på vejen er droslen (reduktionsventil). I dette trin falder trykket fra værdien svarende til kondensation til grænsen, hvor fordampning finder sted. Samtidig falder temperaturen til cirka 0⁰. Væsken fordamper delvist, og der dannes våd damp.

Diagrammet viser et lukket kredsløb, som dampkompressionsanlægget fungerer efter. I kompressoren (1) komprimeres våd mættet damp, indtil den når trykket p1. I kompressoren (2) afgiver dampen varme og omdannes til væske. I droslen (3) falder både trykket (p3 – p4) og temperaturen (T1-T2). I varmeveksleren (4) forbliver trykket (p2) og temperaturen (T2) uændrede.

Når arbejdsmediet, en blanding af damp og væske, ankommer til varmeveksleren – fordamperen, afgiver det kulde til varmebæreren og optager varme fra kølemidlet, samtidig med at det tørres. Processen foregår ved konstante tryk- og temperaturværdier. Pumper sender væsken med lav temperatur til fan-coil-enhederne. Efter denne vej vender kølemidlet tilbage til kompressoren for igen at gentage hele dampkompressionscyklussen.

Det specielle ved dampkompressionschiller

I koldt vejr kan chilleren arbejde i naturlig køletilstand — dette kaldes free cooling. Her afkøler varmebæreren udendørsluften. Teoretisk set kan frikøling bruges ved udetemperatur under 7⁰C. I praksis er den optimale temperatur for dette 0⁰.

Når den indstilles til tilstanden 'varmepumpe', arbejder chilleren til opvarmning. Cyklussen undergår ændringer, især udveksler kondensator og fordamper deres funktioner. I dette tilfælde skal varmebæreren ikke afkøles, men opvarmes.

De enkleste er monoblokchillere. Alle elementer er kompakt forenet i én enhed. De sælges 100% komplette, inklusive påfyldning af kølemiddel.

Denne tilstand bruges oftest i store kontorer, offentlige bygninger, lagre. Chilleren er et køleaggregat, der producerer 3 gange mere kulde, end den forbruger. Dens effektivitet som varmeapparat er endnu højere — den bruger 4 gange mindre elektricitet, end den afgiver varme.

Hvad er forskellen på kølemiddel og varmebærer?

Kølemidlet er et arbejdsstof, som i løbet af kølecyklussen kan befinde sig i forskellige aggregeringstilstande ved forskellige tryk. Kølebæreren skifter ikke fase. Dens funktion er at transportere kulde eller varme over en bestemt afstand.

Transporten af kølemidlet styres af kompressoren, og transporten af kølebæreren styres af pumpen. Temperaturen på kølemidlet kan falde under kogepunktet og også stige over det. Kølebæreren arbejder, i modsætning til kølemidlet, konstant under temperaturforhold, der ikke overstiger kogepunktet ved det aktuelle tryk.

Fan coil'ens rolle i klimaanlægget

Fan-coilet er et vigtigt element i en central klimaanlægsinstallation. Et andet navn er ventilatorgenvarmer. Hvis udtrykket fan-coil oversættes ordret fra engelsk, lyder det som ventilator-varmeveksler, hvilket mest præcist beskriver dets funktionsprincip.

Fan-coilets konstruktion omfatter et netværksmodul, der sørger for tilslutning til den centrale styreenhed. En robust kabinet skjuler komponenterne og beskytter dem mod skader. Udenpå monteres en panel, der jævnt fordeler luftstrømmene i forskellige retninger.

Enhedens formål er at modtage en bærer med lav temperatur. Dens funktioner omfatter både recirkulation og afkøling af luften i det rum, hvor den er installeret, uden tilførsel af luft udefra. Fan-coilets hovedkomponenter er placeret i kabinettet.

De omfatter:

• centrifugal- eller diameterblæser;
• varmeveksler som en spiral bestående af et kobberrør og aluminiumsfinner monteret på det;
• støvfilter;
• styreenhed.

Ud over hovedkomponenterne og delene omfatter fan-coilets konstruktion en bakke til opsamling af kondensat, en pumpe til bortpumpning af dette, en elektromotor, hvormed luftspjældene drejes.

På billedet er et kanal-fan-coil af mærket Trane. Ydeevne for to-rækkede varmevekslere er 1,5 – 4,9 kW. Enheden er udstyret med en støjsvag blæser og et kompakt kabinet. Den placeres perfekt bag falske paneler eller bag en nedhængt loftskonstruktion.

Afhængigt af monteringsmetode findes der lofts-fan-coils, kanal-fan-coils, monteret i kanaler, hvorigennem lufttilførslen sker, kapselløse, hvor alle komponenter er monteret på en ramme, vægmonterede eller konsol-fan-coils.

Loftsenheder er mest populære og fås i to udførelser: kassette- og kanal-type. De første monteres i rummelige lokaler med nedhængte lofter. Kabinettet placeres bag den nedhængte konstruktion. Den nederste panel forbliver synlig. De kan fordele luftstrømmene i to eller alle fire retninger.

Hvis systemet udelukkende skal bruges til køling, er det bedste sted at placere det i loftet. Hvis konstruktionen er beregnet til opvarmning, anbringes enheden på væggen i dens nederste del.

Behovet for køling er ikke altid til stede, så som det ses på diagrammet, der viser princippet for chiller-fan coil-systemet, indbygges en beholder i hydraulikmodulet, der fungerer som akkumulator for kølemidlet. Vandets termiske udvidelse kompenseres af en ekspansionsbeholder, der er tilsluttet tilførselsrøret.

Fan coils styres både manuelt og automatisk. Hvis fan coil'en arbejder på opvarmning, afbrydes tilførslen af koldt vand i manuel tilstand. Når den arbejder på køling, lukkes det varme vand, og der åbnes for indløb af kølevæske.

Fjernbetjening til styring af både 2-rørs og 4-rørs fan coil. Modulet tilsluttes direkte til enheden og placeres i nærheden. Fra det tilsluttes betjeningspanel og ledninger til strømforsyning.

Til automatisk drift indstilles den ønskede temperatur for det pågældende rum på panelet. Den indstillede værdi opretholdes ved hjælp af termostater, der justerer cirkulationen af køle- og varmemediet.

Fordelen ved fan coil er ikke kun brugen af et sikkert og billigt varmemedie, men også hurtig udbedring af problemer som vandlækager. Det reducerer serviceomkostningerne. Anvendelsen af disse enheder er den mest energieffektive måde at skabe et gunstigt indeklima i en bygning.

Da enhver stor bygning har zoner med forskellige temperaturkrav, skal hver zone betjenes af en separat fan coil eller en gruppe med identiske indstillinger.

Antallet af enheder bestemmes ved beregning under systemdesignfasen. Prisen på individuelle komponenter i chiller-fan coil-systemet er ret høj, så både beregning og design skal udføres så præcist som muligt.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Video #1. Alt om opbygning, funktion og princippet for termoreguleringssystemet:

Video #2. Om hvordan man installerer og idriftsætter en chiller:

Installation af et chiller-fan coil-system er hensigtsmæssigt i mellemstore og store bygninger med et areal over 300 m². For et privat hus, selv et enormt, er installation af et sådant termoreguleringssystem en dyr fornøjelse. På den anden side vil sådanne finansielle investeringer sikre komfort og velvære, og det er ikke ubetydeligt.

Skriv venligst kommentarer i blokken nedenfor. Stil spørgsmål om emner, der interesserer dig, del din egen mening og oplevelser. Måske har du erfaring med klimaanlægssystemer som chiller-fan coil eller billeder relateret til artiklens emne?