Съвременни климатични системи

Основни видове климатични системи и техни специфики, определящи приложната им област

От времето на създаването на първата климатична система през двадесетте години на миналия век до днес, климатичната техника претърпя сериозно развитие. Известно е, че първият климатик, разработен от Уилис Кериър (Willis Carrier) за поддържане на определени параметри на микроклимата в печатница, е наричан машина за контрол на температурата и влажността в затворени помещения. Днес, почти век по-късно, климатичните системи са базов елемент от инсталациите както на обществени, офисни или административни сгради, така и в битовия сектор. Разработени са множество различни видове, подходящи за използване в широк спектър от приложения, което дава възможност за избор на система, съобразена със специфичните изисквания на всеки конкретен случай. Подчинени на основната си цел, а именно да осигуряват максимален комфорт, производителите на климатична техника непрекъснато обновяват предлаганото от тях оборудване, обогатяват набора от функции и възможности, подобряват дизайна и т.н. Сред основните предизвикателства пред климатичната техника са и по-добрата екологичност на системите, както и използването на безвредни за околната среда хладилни агенти.

Климатичните системи са основно два вида
Известно е, че основното предназначение на една климатична система е да поддържа благоприятен за работа или почивка микроклимат в затворени пространства. В масовия случай се поддържа единствено определена температура на въздуха, но често климатичната система е отговорна и за относителната му влажност и подвижност в граници, ненарушаващи нормалното топлинно самочувствие на хората, пребиваващи в помещенията. Промишлените климатични системи осигуряват поддържането на необходимите параметри на въздушната среда, които са подходящи за протичането на специфични технологични процеси в производствени помещения.
Най-общо, климатичните системи могат да бъдат разделени на две групи. В първата група се включват битовите климатици, предназначени предимно за климатизация на едно или няколко помещения в еднофамилни къщи, апартаменти, отделни помещения от офисни или административни сгради и др. Логично, представителите на тази група не се отличават с висока мощност. Втората група включва климатици със значително по-голяма мощност, предназначени да поддържат параметрите на микроклимата в големи като обем многобройни помещения и цели сгради.

Сплит системи
Сред най-често използваните и познати на потребителите климатици са т.нар. сплит системи. Наименованието им се дължи на английската дума split, която в превод означава разделям и е провокирано от факта, че при тях два от основните елементи на климатика - кондензаторът и изпарителят са в две отделни тела - външно и вътрешно.
Външното тяло се монтира на открито - върху външната стена на сградата, на балкон и др. В него се намират кондензаторът и компресорът на климатика.
Вътрешното тяло се поставя в самото климатизирано помещение и в него са поместени изпарителят и терморегулиращият вентил. Двете тела се свързват по между си с тръби, по които циркулира хладилен агент, обикновено фреон.

Предимства и недостатъци на сплит системите
Характерно за сплит системите е, че те охлаждат или съответно загряват въздуха в помещението, но не могат да осигурят пресен въздух. Това води до повишаване на концентрацията на вредни вещества, което налага периодично проветряване на помещението. Друга основна критика към сплит системите е фактът, че външното тяло (монтирано към външната стена на сградата) загрозява фасадата и е дори в състояние да промени архитектурния облик на сградата.
Наред с недостатъците, сплит системите имат и редица предимства. Сред тях са висока ефективност, ниски нива на генерирания шум, свобода на избор по отношение на място на разполагане и вид на вътрешното тяло. Най-често срещани са вътрешните тела за монтаж на стена, но се предлагат и такива за монтаж под таван, в окачен таван, върху пода и др. Сред основните предимства на сплит системите са и относително елементарната конструкция, обезпечаваща сравнително ниска себестойност на климатика, както и бързият и лесен монтаж. Всички изброени предимства превръщат този вид климатици в едно от най-предпочитаните от потребителите решения за климатизация.

Инверторни сплит системи
Основен критерий при избора на климатик наред с мощността, поддържаната функционалност, дизайна и цената, са възможностите за икономия на електроенергия, които той предлага. Когато високата ефективност и дългият експлоатационен срок са водещи критерии за избор, специалистите препоръчват да се избере сплит система с инверторно управление на компресора. Освен че са икономични, тези климатици бързо охлаждат или загряват въздуха, при това много точно поддържат предварително зададената температура. Предлагат се и модели, които според техническата спецификация, предоставена от производителя, са способни да работят ефективно в режим на отопление на въздуха, дори при външни температури от порядъка на -20 °С. С обикновена сплит система това би било химера.
Характерно за инверторното управление е, че мощността на климатика се регулира чрез промяна честотата на въртене на компресора. По този начин се постига плавна промяна на отдаваната и консумираната мощност.

Мултисплит системи
Тези климатични системи са подобни на обикновените сплит системи. Основната разлика е в броя на вътрешните тела, включени към едно външно тяло. При мултисплит системите към едно външно тяло могат да бъдат включени от две до пет вътрешни тела. Използването им се препоръчва в случаите, в които е невъзможно монтирането на няколко външни тела или когато архитектурният стил на сградата не го позволява. Могат  да работят в режим на отопление, в режим на охлаждане, както и да поддържат и двата режима. Вътрешните тела не се различават от тези на обикновените сплит системи, като и при мултисплит системите се предпочитат предимно тези от настенен тип.
Принципно, мултисплит системите също са инверторни  и конвенционални. По-често срещани са системите с инверторно управление, което осигурява повишен комфорт и икономична работа. Въпреки не рядко срещаното мнение, че използването на една мултисплит система вместо няколко единични сплит системи е по-изгодно от финансова гледна точка, е добре да се има предвид, че това не винаги е вярно. Често стойността на оборудването е сходна, но разходите за монтажа на една мултисплит система превишават тези на единичните сплит системи. Също така, редица специалисти са на мнение, че мултисплит системите са по-ненадеждно техническо решение, тъй като при повреда във външното тяло всички вътрешни тела спират да работят. Като тяхно предимство може да се посочи разнообразието от различни конструкции вътрешни тела - настенни, канални, касетъчни, таванни и колонни.

Мобилни климатици
Представляват климатици тип моноблок, които са подходящи предимно за охлаждане на едно помещение, но биха могли да се използват и за неговото отопление. Те се разполагат в климатизираното помещение и обикновено се свързват с прозорец, врата, вентилационна шахта и т.н., посредством гъвкав въздуховод, през който се отвежда топлият въздух. Повечето мобилни климатици са оборудвани с програмируем 8 или 24 часов таймер, с помощта на който се задава режимът на работа на климатика. Разполагат и с дистанционно управление. Някои мобилни климатици се окомплектоват с филтър за очистване на въздуха от прах и разполагат с вграден йонизатор.
Като предимство на този тип климатик може да се посочи възможността той да бъде преместен, пренесен в друго помещение или изнесен. Разстоянието, на което мобилните климатици могат да бъдат премествани в рамките на едно помещение, се ограничава от въздуховода. Като известна трудност при използването на мобилни климатици се приема необходимостта от периодично изхвърляне на кондензата, който се образува при охлаждане на въздуха.

Системи за централна климатизация
Системите за централна климатизация са предназначени предимно за поддържане на микроклимата в големи като обем помещения, например търговски центрове, ресторанти, кина, концертни зали, производствени халета и т.н. Използването им е целесъобразно в приложения, в които е необходимо едновременното климатизиране на голям брой помещения или на сградата като цяло.
Централната климатизация включва комплекс от различни мероприятия, чрез които се осигурява подаване на достатъчно количество външен въздух за осигуряване на добра вентилация. Осъществява се автоматично регулиране на температурата и влажността на въздуха чрез нагряване, охлаждане, овлажняване или изсушаване, предвижда се пречистване на въздуха от прах и различни механични примеси и др.
Към системите за централна климатизация се включват секционните климатични камери, въздухоохлаждаемите водоохлаждащи термопомпени агрегати (чилъри), многозоновите климатични системи (VRV/VRF) и покривните климатици (Rooftop).

Секционни климатични камери
Използват се предимно за обслужване на помещения с големи размери като театрални зали, закрити стадиони и др. Елементите за обработка на въздуха конструктивно са оформени във вид на секции и блоксекции, предназначени за регулиране, нагряване, охлаждане, изсушаване, овлажняване и смесване на въздуха. Конструкцията им позволява различното окомплектоване в зависимост от функциите на системата за кондициониране и конкретните изисквания към обработения въздух. Страничните панели обикновено се изработват от поцинкована ламарина и топлоизолация.

Основни конструктивни елементи
Основни елементи на въздухообработващите централи са вентилаторите, повърхностните топлообменници, оросителните камери и филтрите.
От различните видове вентилатори в секционните климатични камери се използват предимно центробежни вентилатори с двустранно засмукване, които се вграждат във вентилаторната секция. Мощността на вентилатора, посоката на лопатките и броят на вентилаторите се избират в зависимост от изискванията на конкретното приложение. Задвижването на вентилаторите обикновено се реализира с монофазни или трифазни електродвигатели, които могат да бъдат вградени директно във вентилатора или задвижването се осъществява посредством ремъчна предавка. Вентилаторът и електродвигателят се монтират върху виброизолационна рама с цел избягване пренасянето на вибрации към конструкцията. В отоплителната и охладителната секция обикновено се монтират топлообменници вода-въздух, изработени от медни тръби с алуминиеви ламели. Във филтърната секция се монтират касети със зигзагообразно подреждане на филтриращата материя или джобни, метални, както и друг вид филтри.
Шумозаглушителните секции представляват кутия, в която успоредно на въздушния поток са монтирани кулиси от шумопоглъщаща материя. За да се предпазят от запрашаване при работа със замърсен въздух, пред тях се монтира филтърна секция. Овлажнителната секция най-често е дюзова оросителна камера за адиабатно овлажняване на въздуха.

Климатизация с чилър
Чилърите са хладилни машини, широко използвани в практиката при климатизация на различни по големина и предназначение сгради. Те се използват предимно за охлаждане на помещенията, като едно от основните им предимства е широкият диапазон, в който варира мощността им по отношение на студопроизводството. Освен за охлаждане, голяма част от чилърните системи могат да работят и в термопомпен режим, което позволява използването им и за отопление. С тях се постига независимо регулиране на температурата в различните помещения.

Класификация на чилърите
Предлагат се машини, които се различават като конструктивно изпълнение. Обикновено, в зависимост от вида на хладилния цикъл, чилърите условно се класифицират в две основни групи - абсорбционни и компресорни, като в практиката по-често срещани са компресорните. В зависимост от конструкцията си те се разделят на чилъри моноблок,  т.е. с вграден кондензатор и чилъри с изнесен кондензатор. В първия случай, чилърът представлява автономна хладилна машина, включваща всички необходими елементи за хладилния цикъл - компресор, кондензатор, изпарител, спирателна арматура, елементи за защита и автоматика. Във втория случай, кондензаторът се монтира на открито, а самият чилър се разполага вътре в сградата. Използването на чилър с изнесен кондензатор улеснява обслужването и повишава надеждната работа на системата, благодарение на свободния достъп до чилъра и относително постоянната температура на обкръжаващия го въздух. В зависимост от начина на охлаждане на кондензатора, чилърите са с въздушно или с водно охлаждане на кондензатора.
Чилърите-термопомпи, от своя страна, се разделят на три основни вида - обикновени, термопомпи с рекуперация на топлина и термопомпи с инверторно управление. При термопомпите с рекуперация на топлина към агрегата се добавя допълнителен топлообменник, който използва топлината, генерирана от работата на самия компресор за подгряване топла вода за БГВ (битово горещо водоснабдяване). Чилърите-термопомпа с инверторно управление  са с автоматично регулиране на оборотите на компресора. По този начин, във всеки момент се регулира точното количество енергия, необходимо за отопление или охлаждане.

Многозонови климатични системи (VRV/VRF)
Многозоновите системи, познати като VRV или VRF, са разновидност на мулти-сплит системите, но предлагат много по-големи възможности. В последните години те са предпочитан начин за поддържане параметрите на микроклимата в големи обществени, административни, жилищни сгради. Подходящи са за климатизация както на цяла сграда, така и на отделни помещения от нея.
Характерно за тези системи е, че към един външен блок е възможно включването на няколко десетки вътрешни тела. Също така е възможно централизирано управление на няколко външни блока, обединени в една обща система. Използват се вътрешни тела с различна мощност и различна конструкция - стенни, касетъчни, канални и други. Изборът на конкретен вид е в зависимост от спецификите на съответното помещение. Обикновено, мощността на вътрешните тела варира в диапазона от 2 до около 20 кW. При необходимост от по-голяма топлинна мощност, в едно помещение е възможно монтирането и на повече от едно вътрешни тела.
Характеристика на многозоновите системи е възможността за контролиране на количеството хладилен агент. Всяко вътрешно тяло разполага с електронен терморегулиращ вентил, с помощта на който се регулира постъпването на  необходимото количество хладилен агент с предварително зададени в топлообменника параметри. По този начин се постига равномерно поддържане на зададената температура, което при климатиците, работещи в режим на включване и изключване е трудно постижимо. Според водещи производители на VRV (VRF) системи точността на регулиране на температурата в обслужваните помещения достига ±0,5 °С.
Сред основните им предимства е й фактът, че с VRV или VRF системите, се поддържа режим на отопление/охлаждане в две отделни помещения. Също така, при необичайно високи или ниски температури през сезона не се налага цялостно пренастройване на системата, както е необходимо при чилърните климатични инсталации, например.

Основни режими на работа на VRV (VRF) системите
Принципно VRV (VRF) системите могат да работят в три отделни режима - на охлаждане, на отопление и едновременна работа на охлаждане и отопление.
В зависимост от режима на работа, тръбната мрежа може да бъде изградена като дву- или тритръбна система. Двутръбната система се използва, когато всички вътрешни тела работят едновременно в един общ режим. Препоръчва се предимно за големи помещения. Особено подходяща е за чакални на гари, аерогари, клиники, както и за киносалони, ресторанти и др. Използването на тритръбната система осигурява независима работа на вътрешните тела. Основно предимство на системите с индивидуална работа на вътрешните тела е възможността при отопление на едната част от помещенията в сградата и охлаждане на другата, системата да извлича топлинната от охлаждащите се помещения и да я пренасочва към отопляваните помещения.
При VRV (VRF) системите проблемът с осигуряването на достатъчно пресен въздух в помещенията и съответно, отвеждането на замърсения се разрешава сравнително лесно чрез присъединяване на вентилационен блок.

Покривен климатик (Rooftop)
Представлява хладилна машина във вид на моноблок, който се инсталира върху покрива на сградата или непосредствено до охлажданото помещение. На вид покривните климатици приличат на големи прозоречни климатици. Те поддържат функцията самостоятелно да нагряват или охлаждат въздуха и с помощта на центробежен вентилатор да го подават към помещенията по въздуховоди. Подаваният въздух е смес от пресен и рециркулационен въздух, благодарение на което се осъществява едновременна климатизация и вентилация на помещенията. Покривният климатик е подходящ за използване при охлаждане на големи помещения - спортни зали, супермаркети, кафенета, летища, конферентни зали, т.е. големи открити зали с общ покрив.

Видове покривни климатици
В зависимост от мощността на климатика и количеството на подавания в помещението въздух, покривните климатици могат условно да се разделят на три групи - с малка, със средна и с голяма мощност. Основните разлики са в организацията на вземане на пресен въздух отвън и на рециркулационен въздух от помещенията, в смесването и разпределението на въздуха във въздуховодите.
Друг критерий, по който обикновено се класифицират покривните климатици, е предназначението им. Според него най-често се използват три групи руфтопи. Първата включва климатици, предназначени само за охлаждане. Втората - руфтопи за охлаждане с възможност за работа в термопомпен режим, което позволява използването му и за отопление през преходните месеци. А третата група обхваща руфтопи за охлаждане с възможност за отопление при загряване на подавания в помещението въздух с газова горелка.

Работа в режим на отопление
Руфтопът е преди всичко хладилна машина, което предполага използването му предимно за охлаждане на въздуха в климатизирани помещения. Освен за охлаждане, покривните климатици успешно могат да бъдат използвани и за отопление през преходните и студените периоди от годината. За подобни приложения към опциите на климатика се включва и функция за работа в термопомпен режим (т.е. работа в реверсивен хладилен цикъл). Добре е да се има предвид, че при понижаване на температурата на външния въздух под -10 °С, когато функцията термопомпа не работи, за да се осигури загряване на въздуха, е необходимо използването на допълнително подгряване. За тази цел в конструкцията на климатика се включва отоплителна секция с воден топлообменник, електрически или газов нагревател, който да продължава да нагрява въздуха в помещението.

Предимства и недостатъци на руфтопите
Руфтопът се отличава с лесен монтаж, компактни габарити, висока надеждност и икономичност при експлоатация. Предлага се в широк диапазон от мощности по отношение на отоплението и охлаждането, както и съответстващия им разход на въздух. Обикновено, покривните климатици са оборудвани със система за управление, позволяваща при задаване на необходимата температура в помещението, автоматично да се избере съответстващият им режим на работа. Покривните климатици се характеризират с ниски шумови характеристики. При тях не е необходимо да се прокарват тръбопроводи за хладилния агент, с което се съкращават времето и стойността на монтажните работи. Пълното зареждане на климатика с хладилен агент от завода производител обезпечава екологичността и енергийната ефективност на оборудването.
Като недостатъци на руфтопа обикновено се посочват отделяните големи количества топлина в околната среда при работата му в режим на охлаждане. Също така наличието на смесителна камера, от една страна, води до намаляване на енергийните разходи, но от друга - от нея въздухът се подава към помещението по системата от магистрални въздухопроводи с големи сечения, процесът по инсталирането на които е доста трудоемък.