Системи за климатизация с водоохлаждащ агрегат

Същност и особености на системите, видове агрегати

Водоохлаждащите агрегати са хладилни машини, конструктивно състоящи се от два топлообменника, изпълняващи ролята на изпарител и кондензатор, компресор и дроселиращ вентил, между които циркулира работно тяло. Като работно тяло обикновено се използва хладилен агент, който в процеса на работа променя агрегатното си състояние.

Системите за климатизация с водоохлаждащ агрегат
Принципно, системите за климатизация с водоохлаждащ агрегат се състоят от два кръга външен и вътрешен. Във външния кръг циркулира хладилният агент, най-често фреон. Вътрешният кръг се формира от отоплителната и/или климатичната инсталация, в която обикновено циркулира вода или разтвор на вода с пропилен гликол.

В системите за отопление, вентилация и климатизация, водоохлаждащите агрегати се използват за отопление и охлаждане при работа на агрегата в термопомпен режим или за работа само в режим на охлаждане. Като топло- или студоносител в инсталациите се използва загрята или съответно охладена вода. Едни от най-често използваните и разпространени видове водоохлаждащи агрегати са агрегатите въздух-вода и вода-вода.

В процеса на работа като източник на енергия водоохлаждащите агрегати използват около 70% безплатна природна енергия и само около 30% електрическа енергия (фиг.1).

Най-разпространени са компресорните водоохлаждащи агрегати
Водоохлаждащите агрегати се класифицират по различни признаци. Например, според принципа на действие те се подразделят на компресорни, сорбционни и комбинирани компресорно-сорбционни. В практиката към момента най-разпространени са компресорните. Друг използван критерий за класификация е в зависимост от вида на енергийния източник. От различните видове спрямо този критерий основно се използват водоохлаждащите агрегати вода-въздух и вода-вода. В зависимост от предназначението на консуматора агрегатите могат да се разделят на няколко типа - за охлаждане; за отопление и охлаждане; за отопление, охлаждане и топла вода за битово горещо водоснабдяване (БГВ). При работа на агрегата в термопомпен режим, според това дали в топлообменника, приемащ топлина циркулира едно и също работно тяло, или се използва вода, която се връща във водоизточника, термопомпените системи могат да се разделят на отворени и затворени.

Принципът им на работа се базира на цикъла на Карно
Основно водоохлаждащите агрегати използват цикъла на Карно. На фиг. 2 е показана принципна схема на идеална топлинна машина, работеща в даден температурен интервал. Процесът протича между тяло с висока и тяло с ниска температура с помощта на работно тяло (газ). Протичането на четирите етапа на процеса е по посока на часовниковата стрелка: 1-2 разширение на газа с внасяне на топлина (изотерма), 2-3 адиабатно разширение на газа (без топлообмен с околната среда), 3-4 сгъстяване на газа с отвеждане на топлина (изотерма) и 4-1 сгъстяване на газа (адиабата). Тъй като при идеалния процес няма загуба на топлина или работа, максимално възможната ефективност се изразява с отношението на полезната работа, реализирана от термодинамичния цикъл, към внесената топлинна енергия или W/QH , познато като термичен коефициент на полезно действие.

На фиг. 3 е показана принципна схема на идеален процес в термопомпен режим, който е обратен на процеса на топлинната машина. Посоката на процеса в T-S диаграмата е обратна на часовниковата стрелка.

Особености при проектиране на системите
След предоставено задание от страна на Възложителя за отопление или климатизация с водоохлаждащ агрегат следва да се направят редица проучвания и запитвания. Необходимо е да се определи сградата, за която ще се използва агрегата при какви режими ще се експлоатира, т. е. само охлаждане или отопление и охлаждане. Добре е да се има предвид, че при необходимост от голямо количество топла вода за БГВ, се допуска използване на водоохлаждащия агрегат, но само в летен режим. Необходимо е да се определи видът на агрегата, дали да бъде вода-въздух или вода-вода, в зависимост от спецификата на терена и съответно от особеностите на сградата, както и наличието на достатъчно електрическа мощност за захранване на съоръжението. Също така е необходимо да се проучат възможностите за монтаж - на покрива, на терена или в сградата; спецификата на вътрешната инсталация; температури на топлоносител и студоносител; тип на вътрешните отоплителни тела (основно вентилаторни конвектори); наличието на общообменна вентилация и др.

Водоохлаждащите агрегати вода-въздух
се монтират предимно на покрива на сградата или на терена. Ако в близост има други сгради, следва да се обезпечи шумът, който се генерира от агрегата.
Обикновено водоохлаждащите агрегати, работещи само в режим на охлаждане, се използват предимно в сгради със сезонно използване като например хотели по морето, които се използват само през топлите месеци в годината. Обикновено агрегатът освен за климатизация на хотела се използва и за производство на топла вода за БГВ, като допълнително се предвижда възможност за рекуперация на топлина (heat-recovery). Рекуперацията на топлина се реализира с помощта на допълнителен топлообменник, който използва отпадната топлина от кондензатора на агрегата.

Вътрешната инсталация най-често е водно-конвективна, двутръбна с принудителна циркулация. Вътрешните тела обикновено са вентилаторни конвектори. Възможно е да се предвиди и охлаждане на въздуха, използван за вентилация на обществените части като ресторанти, фоайета и др.

Друг възможен вариант е използването на агрегатите за климатизация на административни сгради, търговски центрове, хотели за целогодишно ползване и др. В тези сгради водоохлаждащите агрегати обикновено работят както в режим на охлаждане, така и на отопление, предимно през преходните сезони (пролет и есен). В този случай вече се говори за термопомпено съоръжение. Добре е да се има предвид, че в режим отопление агрегатите обикновено работят до -5 оС външна температура. При използването им в отоплителен режим при външни температури през зимата по-ниски от -5 оС, следва да се предвиди допълнителен енергиен източник за отопление. Това може да бъде котел или захранване от ТЕЦ.

При реализация на инсталацията с термопомпени агрегати вътрешната инсталация е двутръбна или четиритръбна, а най-често използваните вътрешни тела и тук са вентилаторните конвектори. С водоохлаждащия агрегат се осигурява предимно охлаждане на въздуха за вентилация през топлите месеци, а през студените за отопление се използва котел или ТЕЦ.

От особена важност е предвиждането на система против замръзване. Това се осигурява чрез допълнителен топлообменник, който се монтира вътре в сградата. От едната му страна преминава топлоносителят - смес от вода и пропилен гликол, а от другата - само вода.

Водоохлаждащи агрегати вода-вода
При водоохлаждащите агрегати вода-вода е добре да се има предвид, че ако системата е отворена, т. е. със сондаж и подпочвени води, преди всичко е необходимо да се определи разполагаемият дебит на водата, необходим за агрегата и нейната температура. При температура на подпочвените води под +10 оС, този вид агрегати се счита за неподходящо решение. Агрегатите се монтират в отделно техническо помещение. Подходящи се за използване до -10 оС външна температура.

При реализацията на вътрешната инсталация се използват същите принципи като при агрегатите вода-въздух.

Най-често този вид агрегати се предпочитат, когато теренът върху който ще се строи сградата е с високо ниво на подпочвените води. За да се обезпечи работата на водоохлаждащия агрегат вода-вода, следва да се направи хидрогеоложки доклад с данни за подпочвените води на терена като дебит и температура. След което може да се пристъпи към избор на съоръжение и изготвяне на проектната документация.