Вентилаторни конвектори

Климатична система, базирана на въздухоохлаждаем водоохлаждащ термопомпен агрегат (по-познат като чилър) и вентилаторни конвектори, е сред наложилите се решения при изграждането на системи за централна климатизация. Тя е подходяща за поддържане на благоприятен микроклимат в големи сгради с различно предназначение, в които могат да се включват както помещения със сходни, така и с напълно различаващи се функции.

Системата позволява различни варианти на конфигуриране, както по отношение на използваните вентилаторни конвектори - вертикални, хоризонтални, канални, касетъчни, корпусни, конзолни, така и спрямо поддържаните режими на работа - само отопление, само охлаждане или едновременно отопление и охлаждане.

Елементи на системата
Обикновено системата за климатизация включва чилър (явява се основен източник на студ, охлаждайки водата, постъпваща в топлообменника на конвектора през топлия период на годината) и вентилаторните конвектори (агрегати, намиращи се в помещението). Други елементи на системата са още:
- Централна система за кондициониране на въздуха, осигуряваща първичната му обработка. Функционалните блокове, които се включват в състава й, се определят в зависимост от климатичните условия в съответния район;
- Помпена станция, обезпечаваща циркулацията на студоносителя в тръбопроводната система и необходимия хидравличен режим;
- Източник на топлина, обикновено котел. Възможно е използването и на централна топлопреносна мрежа;
- Циркулационна помпа;
- Мембранен разширителен съд в съответния циркулационен контур;
- Система от въздуховоди, по които първичният въздух постъпва в помещението; 
- Система от тръбопроводи за циркулация на топлоносителя; 
- Система от тръбопроводи за циркулация на студоносителя; 
- Система от тръбопроводи за отвеждане на кондензата; 
- Регулиращи устройства;
- Система за управление.

Специфики на използваните чилъри
Чилърите са хладилни машини, широко използвани в практиката при климатизация на различни по големина и предназначение сгради. Използват се предимно за охлаждане на помещенията, но голяма част от чилърните системи могат да работят и в термопомпен режим. Съществуват достатъчно данни от практиката, свидетелстващи че приложението на чилър-термопомпа би могло да доведе до намаляване на енергийните разходи за отопление на сградата по време преходните сезони, а в някои случаи и през студените зимни месеци.
Едно от основните предимства на чилърите е широкият диапазон, в който варира мощността им по отношение на студопроизводството. Предлагат се модели с мощност от няколко киловата до няколко хиляди киловата. Те, също така, позволяват независимо регулиране на температурата в различните помещения и дават възможност за допълнително разширяване на системата.
Чилърите обикновено се класифицират на база на няколко основни признака:
- В зависимост от вида на хладилния цикъл чилърите условно се разделят на две основни групи - абсорбционни и компресорни, като в практиката по-често срещани са компресорните.
- В зависимост от начина на охлаждане на кондензатора - с въздушно охлаждане, с осов или центробежен вентилатор, както и чилъри с водно охлаждане на кондензатора.
- В зависимост от конструктивното си изпълнение - с вграден кондензатор и чилъри с изнесен кондензатор. В първия случай чилърът представлява автономна хладилна машина, а във втория кондензаторът се монтира извън помещението, докато самият чилър се разполага вътре в сградата.

Режими на работа на чилъра
Когато чилърът работи в режим на охлаждане намиращият се в изпарителя хладилен агент кипи, в следствие на отнеманата топлина от охлажданата среда. Преминал в парообразно състояние, хладилният агент ниско налягане постъпва в компресора за сгъстяване до налягане на кондензация. Парата с високо налягане в кондензатора се превръща в течност с високо налягане, която се събира в ресивер. След това преминава последователно през филтър-изсушител, електромагнитен клапан и терморегулиращ вентил, в който се превръща в течност с ниско налягане, за сметка на понижаване на налягането до стойности, характерни за изпарение. Накрая постъпва в изпарителя.
При работа на чилъра в термопомпен режим, топлообменниците сменят своите функции: изпарителят става кондензатор, а кондензаторът - изпарител. В него се подвежда топлина от нископотенциален източник, течният хладилен агент кипи при ниско налягане и се превръща в пара с ниско налягане. Преминавайки през четирипътен вентил, в който с помощта на шибър се променя превключването на ходовете, парата с ниско налягане постъпва в компресора, където се превръща в пара с високо налягане. След това постъпва в кондензатор, където топлината на кондензация се използва за нагряване на вода. От кондензатора течността с високо налягане, по обходен тръбопровод с обратен клапан, преминава през трипътен вентил и постъпва в ресивера, откъдето аналогично на предходната схема преминава през съответното оборудване, превръща се в течност с ниско налягане и постъпва в изпарителя.

Какво обхваща агрегата вентилаторен конвектор?
Вентилаторните конвектори са агрегати, включващи: вентилатор, топлообменник, филтър за очистване на въздух и пулт за управление. Характеризират се с добри топлотехнически характеристики, висока ефективност и множество варианти за монтаж, позволяващи реализацията на различни интериорни решения. В зависимост от конкретния си вид, конвекторът е подходящ за монтаж под прозореца на помещението, на стената, под тавана или в окачен таван. Вентилаторните конвектори са подходящи за използване както за охлаждане, така и в качеството на основно или допълнително отопление в помещения с различно предназначение.
Принципът им на действие се основава на конвективния топлообмен. Посредством вентилатор, въздухът от помещението постъпва в конвектора, където се загрява или се охлажда. След това преминава през топлообменник и решетка, като се подава отново в климатизираното помещение. Предлагат се и модели конвектори, които се присъединяват към вентилационна мрежа. От нея в конвектора постъпва пресен, пречистен и топлинно обработен въздух от централна климатична инсталация. Такъв конвектор осигурява подаването на свеж въздух за отопление и охлаждане.

Конвектори с един или с няколко топлообменника
В конструкцията на вентилаторния конвектор могат да бъдат включени един или два топлообменника. Тези с един топлообменник са сезонни агрегати, лятото се използват за охлаждане, а зимата - за отопление. Конвекторите с два топлообменника се прилагат в универсални системи, способни са едновременно да охлаждат, отопляват или да проветряват различни части от сградата.
Когато вентилаторните конвектори се използват и като отоплителни тела се препоръчва с цел повишаване на надеждността на работа на системата, в едно помещение да се поставят не един, а два и дори повече вентилаторни конвектора със същата мощност. Целта е осигуряване на резерв. Те се разполагат равномерно под прозорците и външните ограждения.
При охлаждане на въздуха в топлообменника на конвектора под точката на роса започва образуване на кондензат по повърхността му. По тази причина вентилаторните конвектори обикновено са снабдени с ваничка, в която се събира кондензата. Подходящо решение за отвеждане на кондензата е организиране на система от дренажен тръбопровод, по който той се отвежда в канализацията.
За по-голямо удобство при експлоатация, конвекторите са оборудвани с дистанционно управление и система за автоматизация, позволяваща групово управление и индивидуален контрол на всеки конвектор в автоматичен или ръчен режим.

Елементи на помпената станция
Сред основните елементи на системата чилър-вентилаторни конвектори е помпената станция. Тя осигурява циркулация на топлоносителя между чилъра и вентилаторните конвектори. В качеството на топлоносител (студоносител) се използва вода или незамръзваща течност на основата на гликол. Помпената станция обхваща следните съоръжения:
- Циркулационна помпа осигуряваща необходимото налягане на топлоносителя в тръбопроводната система;
- Мембранен разширителен съд, необходим за компенсация на температурното разширение или свиването на топлоносителя.
- Спирателна арматура, необходима за обслужване на системата;
- Акумулиращ съд, тъй като топлинното натоварване се променя в зависимост от частта от денонощието или съответния сезон. В процеса на експлоатация на системата възникват периоди, в които студопроизводството на чилъра съществено превишава реалните потребности. В подобни случаи чилърът поддържа режим на работа, краткотрайни импулси на включване и изключване. Честото пускане на компресора обаче, води до бързото му износване и до намаляване на експлоатационния му срок. За да се предотврати това, в системата се включва акумулиращ съд, обемът на който се определя от възможното топлинно натоварване и количеството на топлоносителя в системата. Тогава сумарният обем и топлинният капацитет на топлоносителя се увеличават, благодарение на което интервалът между включване/изключване на компресора се увеличава.
Работата на помпената станция обикновено се управлява от система за управление и защита. Тя контролира режима на работа на помпената станция, сигнализира и изключва системата в случай на възникване на опасна ситуация (повишено налягане в хидравличната система, възникване на риск от замръзване на топлоносителя и т.н.).

Използва се основно за климатизация
Системата чилър - вентилаторни конвектори се използва предимно за климатизация на помещения. От чилъра към топлообменника на вентилаторния конвектор, по система от тръбопроводи, се подава охладена вода. Преминавайки през конвектора, тя охлажда въздуха в помещението и се връща отново към чилъра. Както вече споменахме, при използването на хладилни машини с реверсивен хладилен цикъл, работещи като термопомпа, системата би могла да бъде използвана и за отопление, през преходните сезони, а така също и през студените месеци в годината.
Използването на чилър, работещ в термопомпен режим, в сравнение с електрическите източници на топлина, води до предпоставки за реализиране на съществени икономии на енергия. Термопомпите са сериозна алтернатива на традиционното отопление с котел, а също така удовлетворяват все по-сериозните изисквания за защита на околната среда. Нископотенциалната енергия, подвеждана към топлообменника (изпарителя) на чилъра-термопомпа се извлича от околния въздух при монтажа на чилъра извън сградата, от въздуха, отделян от системата за вентилация, или при смесването им, ако чилърът е монтиран вътре в сградата. Добре е да се има предвид обаче, че ефективността на работа на термопомпата в значителна степен се определя от параметрите на източника на нископотенциална топлина - с падането на температурата на външния въздух, както и при относително голяма разлика между температурата на кондензация и на изпарение, се стига до бързо намаляване на топлопроизводителността на чилъра.

Едновременно отопление и охлаждане на сградата
Приема се, че системата чилър - вентилаторни конвектори може успешно да замени отоплителните уреди в условията на мека зима, тъй като при повреда на вентилатора или при неизправност на електродвигателя топлопроизводителността на конвекторите се понижава и би могла да се окаже недостатъчна при по-сурови зимни условия. Затова системата често се комбинира с допълнителен източник на топлина - котел или централна отоплителна система.
Конкретният режим на работа се определя в зависимост от годишния период, разположението на помещенията в сградата, спецификите на технологичния процес. Обикновено в обществените сгради помещенията незначително се различават като функционално предназначение. Затова възниква необходимост от едновременното им охлаждане през топлия период и отопление в студения. Само в преходните сезони, в кратки промеждутъци от време, е възможно да се наложи охлаждането на едни и отопление на други помещения.
При технологична климатизация на въздуха обаче, натоварването на системата за кондициониране на въздуха в отделните помещения значително се различава - по величина и по знак. В особени случаи при комфортното климатизиране, също се налага да се предвиди възможност за паралелна работа на конвекторите в различни режими.

Двутръбна и четиритръбна
система
В зависимост от конкретните изисквания, системата чилър - вентилаторни конвектори се проектира като двутръбна или четиритръбна. Двутръбната система се препоръчва в приложения, характерни за които са едновременната работа на всички конвектори в един и същ режим - отопление или охлаждане.
Четиритръбната система е подходяща за поддържане на различни работни режими. Нейна специфика са изпълнението на два контура за отопление и за охлаждане, което дава възможност за едновременното поддържане, във всяко помещение в сградата, независимо от годишния период на индивидуални параметри на микроклимата. Тази система е много подходяща за сгради, в които са разположени едновременно както административни помещения, така и помещения за обслужване на клиенти и технологични помещения.

Предимства на системите с чилър и вентилаторен конвектор
Системите за климатизация на въздуха с чилър и вентилаторни конвектори се характеризират с редица предимства. Например, отоплението с вентилаторни конвектори осигурява бързо загряване на въздуха в помещението при работа на вентилатора с максимална скорост на въртене на двигателя. Друго предимство е бързото размесване на въздуха в помещението, което създава равномерно температурно поле и способства за постигане на топлинен комфорт. Преимущество на системата е и възможността за бързо охлаждане на помещението при изключване на системата в случай на необходимост. Това позволява да се постигне по-висока гъвкавост на регулиране в сравнение с традиционните системи за отопление. В неработните часове отоплението на помещенията би могло да се осъществи чрез използване на възможностите на естествената конвекция на въздуха.
Недостатък на системата е шумът, създаван при работата на вентилатора, с който е оборудван конвекторът. Като друг недостатък на системите би могла да се определи и консумацията на електроенергия. Те обаче, се компенсират за сметка на гъвкавото индивидуално регулиране на топлинната и хладилната мощност на конвектора във всяко помещение и на мощността на чилъра при намаляване на натоварването на системата за кондициониране на въздуха. Предимство на системата е и отсъствието на прегрев в преходните периоди. Загубите на електроенергия, консумирана от чилъра, също биха могли значително да се намалят при работата му през нощта, при наличие на акумулиращи способности.