Климатични камери с рекуперация на въздух

Климатичните камери (Air handling units, AHU) са устройства, използвани за кондициониране (очистване, охлаждане, нагряване и т. н.) и циркулиране на въздуха в системи за отопление, вентилация или климатизация, както и в комбинирани ОВК приложения.

Типичната конструкция на тези камери включва метален корпус, съдържащ вентилатори, компоненти за отопление или охлаждане, топлообменници, филтърни секции, шумозаглушители и устройства за гасене на вибрациите.

Климатичните камери обикновено се свързват към въздуховодите на вентилационна система, която разпределя кондиционирания въздух в сградата и връща отработения обратно в камерата. В някои конфигурации камерата директно изпуска и всмуква въздух от помещението без да е свързана към въздуховоди.

При съвременните решения в областта се търси оптимална ефективност и се интегрират технологии за рекуперация на топлина от отработения въздух, който се извежда от системата. Тази енергия се използва за кондициониране на новия въздух преди подаването му към помещението.

Съществуват и системи с двойна рекуперация, при която въздухът се обработва веднъж в топлообменника и втори път допълнително чрез интегриран в камерата термопомпен модул.

Принцип на работа
Климатичните камери всмукват въздух от помещенията и го смесват с въздуха, който циркулира в системата и се връща в камерата. Въздушната смес се охлажда или затопля с помощта на топлообменник и топлоносител (вода, въздух, фреон) в зависимост от функцията и режима на системата и се насочва към помещението или сградата чрез системата от въздуховоди или директно.

Климатични камери широко се използват за климатизация на обществени, търговски и индустриални обекти. Конфигурациите, съставени от отделни функционални модули или секции, се наричат секционни климатични камери, като всяка секция изпълнява отделна функция и позволява постигане на дадено качество на кондиционирания въздух.

Индустриалните системи обикновено са с дебит до 20 000 m3/h и повече. Климатичните камери могат да бъдат монтирани на покрива на сградата или в специални помещения, като някои от тях разполагат с т. нар. економайзер, който позволява прецизен контрол на количеството всмукван и подаван въздух.

Въздухът в климатичните камери се подлага на термична, влажностна и качествена обработка, т. е. променят се температурата, влажността и качеството му (очиства се от замърсители). За различните приложения и помещения - офиси, учебни заведения, лаборатории, фабрики и др., са необходими различни параметри на микроклимата, съответно - въздух с дадено качество и параметри.

Следователно климатичната камера се окомплектова с желаните секции така, че да филтрира, овлажнява, изсушава, затопля или охлажда въздуха според конкретните потребности.

В зависимост от функциите и приложението си климатичните камери могат да бъдат за скрит и открит монтаж, компактни, модулни/секционни, битови, с изсушител, с DX технология за обработка на въздуха, нископрофилни (таванни), херметизирани, rooftop (за покривен монтаж) и др. По-малките климатични камери, предназначени за локални битови приложения, могат да съдържат само въздушен филтър, топлообменник и вентилатор и се наричат вентилаторни конвектори.

Конструкция
Конструкцията на климатичните камери включва корпус, съставен от рамка и изолационни сандвич панели. Рамката типично е изработена от галванизирана стомана, алуминий или сплав от алуминий и цинк. От такива материали обикновено са изработени и външните стени на сандвич панелите, които оформят корпуса на камерата. При камерите хигиенно изпълнение вътрешността е боядисана с допълнително финишно покритие.

В повечето случаи вътрешността на сандвич панелите е направена от минерална (каменна) вата или полиуретан. В зависимост от пълнежа си, панелите осигуряват в различна степен топло- и шумоизолация, механична здравина и др. Използваните материали определят и цената.
В корпуса на камерата са монтирани всички функционални компоненти.

Компоненти
За да бъде считана една конфигурация за климатична камера, тя трябва да съдържа минимум следните компоненти: една филтърна секция, един вентилатор за придвижване/транспортиране на кондиционирания въздух и минимум един компонент за трансфер на топлина (намотка, топлообменник или система за рекуперация).

Климатичните камери типично включват повече компоненти в зависимост от сложността на системата и потребностите на приложението или сградата/помещението. Използваните вентилатори могат да бъдат: центробежни, единично или двойно засмукващи, аксиални и др.

В такива съоръжения се прилагат различни видове филтри според нуждите, например панелни, ръкавни, зиг-заг, карбонови, компактни, джобни, високоефективни и високодебитни (EPA, HEPA и ULPA) и др.

Сред другите компоненти на климатичните камери са топлообменници (ротационни или пластинчати), системи за рекуперация, овлажнители или изсушители, компоненти за отопление или охлаждане на въздуха (с топлоносител вода, пара, електрически или газови).

Овлажнителите могат да са адиабатни, с изпаряваща се подложка, с вода или пара под налягане и др. Изсушителите са със серпентина с непосредствено охлаждане (DX), десикант и т. н. В някои климатични камери се използват лампи за ултравиолетова дезинфекция на въздуха, както и системи за въздухоочистване с фотокаталитично окисление. Сред типично използваните в климатичните камери компоненти са и шумозаглушителите, амортисьорите и системите за улавяне/елиминиране на конденз.

Параметри на микроклимата
Съществено предимство на климатичните камери в сравнение с други решения за кондициониране на въздуха е възможността за прецизен контрол на параметрите на микроклимата и поддържането им в тесни, предварително зададени граници. Така се осигурява не само високо качество на обработвания въздух, но и оптимален комфорт за обитателите.

Микроклиматът в помещенията се влияе от множество фактори, които са различни в зависимост от помещението и неговото предназначение. Основно правило е необходимостта от регулярно подаване на достатъчно количество чист и пресен въздух. Тази задача се изпълнява от климатичните камери след предварителна настройка на интервалите на работните цикли. Камерите ще осигурят и необходимата влажност и температура на въздуха според зададените параметри.

В дадени приложения е необходимо единствено въздухът да циркулира, за да се извършва изхвърляне на мръсния и подаване на свеж въздух. Тогава климатичните камери могат да са с опростен дизайн и да работят единствено в режим „вентилация”.

В други случаи е необходима по-сложна обработка на въздуха в отделните секции или модули до постигането на желаната чистота, влажност и температура. Модулната концепция на секционните климатични камери позволява гъвкаво адаптиране към изискванията на различните приложения и висока ефективност на работата. Традиционно, с най-висока ефективност се отличават климатичните камери с рекуперация на въздух.

Рекуперация на въздух
Системата за рекуперация на въздух се интегрира в климатичната камера между входния и изходния поток на въздуха и осигурява икономии на енергия, същевременно увеличавайки капацитета и ефективността на камерата. Тези системи типично са базирани на:

Плосък рекуператор или пластинчат топлообменник - устройство със специален сандвич дизайн, състоящо се от външни панели (типично на разстояние 4 до 6 мм един от друг) и въздушни коридори по средата.

Топлината се извлича от въздушния поток, докато той преминава от входа на рекуператора към изхода му по специалните канали. Освен за извличане на топлина, тази технология може да бъде използвана и за студ. Ефективността на рекуперацията е до 70%.

Барабанен рекуператор или ротационен топлообменник - Бавно въртяща се барабанна матрица от метални пластини (ламели) с фино гофрирана повърхност, които се въртят спрямо посоката на въздушния поток. Когато климатичната камера е в режим “отопление”, се рекуперира топлина от отработения въздух докато той преминава през матрицата в рамките на половин оборот на барабана.

По време на втората половина на оборота уловената топлина се отдава на свежия въздух, който се подава към въздуховодите или помещението. Този процес е непрекъснат.

Когато камерата е в режим “охлаждане”, протича обратният процес. Ефективността на рекуперацията при този тип окомплектовка е до 85%. Достъпни са и барабанни рекуператори с хигроскопично покритие, които осигуряват пренос на топлина, комбиниран с изсушаване или овлажняване на въздушния поток.

Топлобменни намотки - При тази конфигурация е налице система от две топлообменни намотки тип “въздух-към-флуид” за двата въздушни потока, които са подвързани към циркулационна помпа и използват вода или друг технологичен флуид като топлоносител. Това устройство позволява рекуперация при множество (а понякога и отдалечени един от друг) входни и изходни въздушни потоци. Ефективността на технологията е до 50%.

Топлинна тръба - Тук се използва система със затворен цикъл и циркулация на хладилен агент. Топлинната (термо) тръба е с множество разклонения под формата на серпентина с ребра с цел по-добър топлообмен.

Топлината се абсорбира от единия край на тръбата чрез изпарение на охладителя и се отдава в другия край чрез кондензация на флуида. Под въздействието на гравитацията фреонът се връща в първата част на тръбата, за да се повтори процесът. Ефективността на рекуперацията е до 65%.

Ефективност на рекуперацията
Ефективността на системата за рекуперация на топлина в климатичните камери се използва за база при изчисляване на енергоспестяването. Тя описва идеален случай. На практика обаче е възможно да възникнат въздушни течове, да са налице топлинни мостове и ефективността на рекуперацията рязко да спадне. В допълнение, климатичните камери са зависими от електричество, което да задвижва вентилаторите.

Спестената енергия трябва да бъде повече от изразходваната за експлоатация на системата, за да бъде рентабилно внедряването на климатична камера в дадено помещение или сграда. За тестване на ефективността на системите се използва специална техника с маркерни газове, която проследява концентрацията им и така локализира евентуални пробойни и въздушни течове.