Klimatyzacja

Klimatyzacja jako najbardziej udoskonalona forma wentylacji mechanicznej jest procesem, w którym powietrze poddawane jest obróbce termiczne dla zapewnienia najkorzystniejszego dla ludzi mikroklimatu pomieszczeń. Głównym celem urządzeń klimatyzacyjnych jest utrzymanie w ustalonych granicach parametrów powietrza oraz pełna ich kontrola poprzez:

temperaturę,
wilgotność,
czystość,
prędkość cyrkulacji.

Do zadań urządzeń klimatyzacyjnych należy odpowiednie przygotowanie powietrza pod względem termodynamicznym, dostosowanie parametrów do zmieniających się warunków zewnętrznych i wewnętrznych. Polega to na zmianie parametrów cieplnych i wilgotnościowych powietrza, które zależne są od aktualnych potrzeb pomieszczeń klimatyzowanych. Klimatyzacja najczęściej kojarzy się z chłodzeniem powietrza. Prawdziwa klimatyzacja to nie tylko chodzenie, ale również podgrzewanie, nawilżanie lub osuszanie oraz oczyszczanie powietrza z zanieczyszczeń.

W przypadku budynków wyposażonych w pełen układ wentylacyjno-klimatyzacyjny, temperatura, jak również wilgotność są zadane.

Klimatyzacja w wielu przypadkach nie tylko poprawia i dostosowuje warunki komfortu cieplnego, ale również zapewnia wymagane warunki pracy nowoczesnym i skomplikowanym urządzeniom, podnosząc przy tym wydajność działania całego układu instalacji.

Podział klimatyzacji

Klimatyzacja komfortu – jej zadaniem jest wytworzenie i utrzymanie odpowiedniego stanu powietrza warunkującego dobre samopoczucie ludzi,
Klimatyzacja przemysłowa – ma za zadanie zapewnić odpowiednie warunki powietrza dla potrzeb procesu technologicznego w danym zakładzie. W tym wypadku stosuje się klimatyzację złożoną z pojedynczych klimatyzatorów lub układy bardziej skomplikowane połączone z centralami wentylacyjnymi.

Podział ze względu na budowę instalacji:

Klimatyzacja miejscowa – przeznaczona do pojedynczych pomieszczeń. Przykładem takiego rozwiązania jest klimatyzator typu Split.
Klimatyzacja centralna – obejmuje ona cały budynek lub wydzielona jego część. Istnieje wiele koncepcji rozwiązań systemu.

Podział ze względu na rodzaj czynnika:

Systemy powietrzne – do transportu chłodu i ciepła wykorzystuje się strumień powietrza transportowany kanałami wentylacyjnym.
Systemy powietrzno-wodne i powietrzno-freonowe – do transportu chłodu i ciepła wykorzystuje się medium jakim jest woda lub gaz. Zasilane są nimi klimakonwektory, klimakonwektory wentylatorowe lub belki chłodzące, które ochładzają powietrze bezpośrednio w pomieszczeniach.

Wentylacja, klimatyzacja, chłodnictwo

Instalacja klimatyzacyjna jest bardziej udoskonaloną formą wentylacji mechanicznej wyposażoną w szereg funkcji służących do wszechstronnego przygotowania powietrza wewnętrznego w zależności od przeznaczenia pomieszczeń oraz indywidualnych potrzeb osób w nich przebywających.

Klasyczne definicje wentylacji i klimatyzacji podaje American Society of Heating Ventilating Engineers (ASHRAE, 1998):

Wentylacja jest procesem zorganizowanej wymiany powietrza w pomieszczeniu w celu jego odświeżenia, przy jednoczesnym usunięciu na zewnątrz zanieczyszczeń powstających w pomieszczeniu.

Klimatyzacja jest procesem nadawania powietrzu w pomieszczeniu określonych parametrów i warunków pożądanych ze względów higienicznych i z uwagi na dobre samopoczucie ludzi (klimatyzacja komfortu) lub wymaganych przez technologię produkcji (klimatyzacja przemysłowa).

Chłodnictwo – jest to dział nauki, który zajmuje się odprowadzeniem ciepła ze środowiska chłodzonego w celu uzyskania i utrzymania temperatur niższych od temperatury otoczenia (Dz. U. nr 75 poz. 690)

Najprostsze urządzenia wentylacyjne umożliwiają tylko przepływ powietrza, jego filtrację oraz utrzymanie pożądanej temperatury w okresie zimowym, w okresie letnim nie zachowują temperatury wewnątrz pomieszczenia. Natomiast urządzenia klimatyzacyjne, pozwalają utrzymywać temperaturę i wilgotność przez cały okres działania urządzeń (w ciągu całego roku).

Chcąc zapewnić właściwy komfort cieplny w danym pomieszczeniu dla uzyskania efektu schłodzenia i osuszenia powietrza, wystarczy zamontować najprostszy klimatyzator, oziębiacz/ogrzewacz powietrza. Niestety nie zapewni to właściwego składu powietrza (przede wszystkim nie zostanie usunięty CO₂), ponieważ taki klimatyzator działa tylko na powietrzu obiegowym i nie ma możliwości dostarczenia powietrza świeżego ze środowiska zewnętrznego. Możemy zatem wyeliminować jedynie dyskomfort cieplny, natomiast nie jesteśmy w stanie zapewnić powietrza o wymaganych parametrach, które jest niezbędne do oddychania przebywających tam ludzi. Dostarczenie świeżego powietrza jest celem instalacji wentylacyjnej.

Zadaniem instalacji klimatyzacji jest dostosowywanie powietrza wewnętrznego do wymagań użytkowników pomieszczeń (tzw. obróbka powietrza świeżego, która następuje w kilku etapach), której działanie zależne jest sprawności systemu wentylacyjnego. Dlatego nie może zastąpić ona wentylacji, która zapewnia stałą wymianę powietrza między środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym.

Zarówno klimatyzacja jak i chłodnictwo są to dziedziny techniki, których zadaniem jest utrzymanie odpowiedniego stanu powietrza w pomieszczeniach, w określonych granicach. Wymagane parametry powietrza są bardzo różnorodne. Zależą one od rodzaju oraz indywidualnego przeznaczenia klimatyzowanych i chłodzonych pomieszczeń. Urządzenia klimatyzacyjne są ściśle powiązane z urządzeniami chłodniczymi, ponadto urządzenia chłodnicze zdolne są do samodzielnego utrzymywania określonych warunków w pomieszczeniach (chłodniach) do przechowywania różnorodnych produktów. Najczęstszym i obecnie najważniejszym kierunkiem zastosowań techniki chłodniczej jest przechowywane i transport łatwo psujących się artykułów spożywczych.

Zasada działania urządzenia klimatyzacyjnego

Wszystkie urządzenia klimatyzacyjne do ogrzewania powietrza w zimie wymagają doprowadzenia czynnika grzejnego natomiast do ochłodzenia i osuszenia powietrza latem, niezbędne jest doprowadzenie czynnika chłodniczego. Do zadania techniki chłodniczej należy przekazanie ciepła z ośrodka o niższej temperaturze do ośrodka o wyższej temperaturze. Zasada klimatyzacji polega więc na pobraniu energii w jednym miejscu i oddaniu jej w innym. Aby proces ten mógł być zrealizowany, potrzebna jest jednostka wewnętrzna i zewnętrzna oraz miedziane rury do połączenia obu urządzeń. Poprzez rury z jednej jednostki do drugiej przepływa czynnik chłodniczy, pobierający energię w jednej jednostce i oddający ją w drugiej.

Obieg czynnika chłodniczego w urządzeniach klimatyzacyjnych

W fizyce ciepło określane jest mianem ruchu cząsteczek materii, ustającym w temperaturze zera bezwzględnego, T = 0, lub t = – 273,15 ºC. W stanie, który odpowiada temperaturze zera bezwzględnego, każda materia staje się ciałem stałym, natomiast w temperaturze wyższej, pojawia się już ciepło. W celu ochłodzenia danego pomieszczenia, należy odebrać z niego istniejącą energię. Warunkiem jest jednak to, że energia ta nie może zniknąć, dlatego konieczne jest aby ciepło, które odbieramy przekazane zostało do otoczenia o odpowiednio wyższej temperaturze. Zgodne z druga zasadą termodynamiki do przepompowania ciepła z temperatury wyższej do niższej, w celu przekazania go do otoczenia, niezbędny jest nakład energii do napędu pompy.

W zależności od zamierzonego skutku działania, w którym odbywa się taki proces, wyróżnia się następujące urządzenia:

Urządzenie chłodnicze – zamierzonym skutkiem działania jest odprowadzenie ciepła (mocy chłodniczej) z otoczenia o temperaturze niższej;

Pompa ciepła – zamierzonym skutkiem działania jest otrzymanie ciepła (mocy cieplnej) przy wyższej temperaturze, jak również gdy zamierzonym działaniem jest całkowite lub częściowe zarówno odprowadzenie ciepła, jak również jego otrzymanie.

Działania oraz budowa obu typów urządzeń nie różnią się między sobą.

Sprężarkowo-parowy obieg chłodniczy wykorzystywany jest w niemalże 90% wszystkich urządzeń na świecie. Za podstawę działania obiegu chłodniczego przyjmuje się teoretycznie idealny proces, którym jest obieg Carnota.

Sprężarkowe urządzenia chłodnicze składają się z:

parowacza – służy on do pobierania ciepła (chłodzenia);
sprężarki – inaczej kompresora, zadaniem której jest dostarczenie energii;
skraplacza – inaczej kondensatora, w którym oddawane jest ciepło;
elementu rozprężnego – który służy do obniżania ciśnienia poprzez dławienie.

Cykl obiegu chłodniczego:

W parowniku (skraplaczu), w części chłodzącej klimatyzatora, następuje gwałtowne parowanie i odparowanie czynnika chłodniczego dzięki wykorzystaniu zysków ciepła z pomieszczenia. Wentylator wymusza obieg powietrza, które jako schłodzone, obniża temperaturę pomieszczenia. Czynnik chłodniczy jako para zasysany jest do sprężarki, gdzie poddawany jest sprężaniu, powodując zarówno wzrost jego ciśnienia jaki i temperatury w zakresie od 60 do 100 ºC. Gorąca para kierowana jest następnie do skraplacza, w którym ochładza się i skrapla, gdzie już jako ciecz przepływa rurkami do zaworu rozprężnego. W tym miejscu temperatura i ciśnienie cieczy ulegają zmniejszeniu. Rozprężony ciekły czynnik trafia do parownika, gdzie poprzez parowanie pochłania ciepło z powietrza w pomieszczeniu, po czym przechodzi w rozprężony stan gazowy. Cały cykl powtarza się od początku.

Obieg czynnika chłodniczego w pompach ciepła:

Wykorzystując pompy ciepła, cały cykl obiegu może ulec odwróceniu. Pompa ciepła, jako urządzenia znajduje się w klimatyzatorze, można zastosować zarówno do chłodzenia, jak i grzania. Zasadą jej działania jest odwrócenie cyklu obiegu czynnika chłodniczego, pobierając energię z zewnątrz i przenosząc ciepło do pomieszczenia. Taka zasada działania utrzymuje się nawet w bardzo zimne dni z temperaturami do -5°C, -10°C, -15°C a nawet -25°C, zależnie od systemu jaki jest używany.

Obecnie uważa się, że najskuteczniejszym systemem pomp ciepła są systemy VRV, VRF, Supermulti, itp. W systemach tych jedna jednostka zewnętrzna może obsługiwać nawet do kilkudziesięciu jednostek zewnętrznych, co umożliwi regulację ciśnienia skraplania w pewnym zakresie, a więc lepsze dostosowanie jej do zadanych parametrów w ogrzewanych pomieszczeniach. Bez znaczenia są w tym wypadku warunki panującej w nich temperatury .

Tryb chłodzenia

Czynnik chłodniczy w postaci pary mokrej trafia do wymiennika ciepła jednostki wewnętrznej. W tym miejscu czynnik chłodniczy na wskutek kontaktu z rurkami miedzianymi, które ogrzewane są przez powietrze zewnętrzne zaczyna wrzeć, odbierając przy tym jednocześnie od powietrza zewnętrznego energię cieplną (przy temperaturze powietrza zewnętrznego -15°C czynnik chłodniczy ma temperaturę około -22 ÷ -27°C, co umożliwia wymianę ciepła). Wentylator wymusza przepływ powietrza przez wymiennik w jednostce zewnętrznej. Urządzenia konstruowane są w taki sposób, by cała cieczowa frakcja czynnika została odparowana. Następnie przegrzana para zasysana jest przez sprężarkę, gdzie ulega procesowi sprężania, w wyniku czego para zwiększa swoją temperaturę. Dalej para kierowana jest do wymiennika ciepła jednostki wewnętrznej.

Tryb grzania

Za pomocą wentylatora przez wymiennik przepływa powietrze ogrzewanego pomieszczenia. czynnik chłodniczy Na skutek wymiany ciepła, ulega ochłodzeniu do temperatury skraplania, a następnie wskutek procesu skraplania przechodzi kolejno najpierw w parę mokrą, a następnie w ciecz z dochłodzeniem około 10 K. czynnik chłodniczy w formie cieczy i wysokiego ciśnienia, wraca do jednostki zewnętrznej, w której przepływ jest dławiony w elektronicznym zaworze dławiącym do ciśnienia odparowania. Procesowi temu towarzyszy spadek temperatury czynnika oraz jego przejście w stan pary mokrej. Cały proces powtarza się i znów następuje proces wrzenia czynnika chłodniczego.

Budowa urządzenia klimatyzacyjnego

Klimatyzator składa się z jednostki wewnętrznej oraz zewnętrznej.

Na jednostkę wewnętrzną składają się:

wymiennik ciepła (chłodnica)
filtr powietrza
taca skroplin
wentylator

Jednostka zewnętrzna składa się z:

obudowy zewnętrznej
wymiennika ciepła (skraplacz)
wentylatora
silnika wentylatora
osłony wymiennika ciepła (skraplacza)
filtra osuszacza w układzie chłodniczym
elementu rozprężonego
gazowego zaworu serwisowego
sprężarki
cieczowego zaworu serwisowego
osłony wentylatora skraplacza

Rodzaje klimatyzatorów

Wyróżniamy dwa typy klimatyzatorów:

Klimatyzatory tylko z opcją chłodzenia;
Klimatyzatory chłodząco-grzejące (pompy ciepła).

Ze względu na budowę przyjęto następujący podział klimatyzatorów:

Klimatyzator typu kompakt (monoblokowy), składający się z pojedynczej jednostki wewnętrznej i zewnętrznej. Jedno urządzenie pełni funkcje zarówno parownika, jak i skraplacza, pracując w zmieniającym się cyklu pracy. Jednostki kompaktowe stosowane są tam, gdzie ograniczenia wynikają z braku miejsca. W systemie kompakt występują:

klimatyzatory przenośne (mobilne);
klimatyzatory okienne (okienno-ścienne).

Klimatyzatory te umożliwiają swobodne i równomierne rozprzestrzenianie się powietrza w pomieszczeniach. Ich wadą jest niestety stosunkowo głośna praca.

W przypadku klimatyzatorów typu Split i Multisplit możliwe są następujące rozwiązania montażowe:

klimatyzatory ścienne – montowane są bezpośrednio na ścianie;
klimatyzatory ścienno – przysufitowe – montowane bezpośrednio do konstrukcji stropowej;
klimatyzatory przypodłogowe – montowane są na ścianie w pozycji stojącej;
Klimatyzatory kasetonowe – montowane są w konstrukcji sufitu podwieszanego. Klimatyzatory oprócz tego, że wyglądają estetycznie, umożliwiają przede wszystkim równomierne rozprzestrzenianie powietrza w pomieszczeniu.
klimatyzator kanałowy – jednostka wewnętrzna umieszczana jest w suficie. Do równoczesnego ochładzania kilku pomieszczeń, wykorzystują specjalne kanały.

URZĄDZENIA KLIMATYZACYJNE:

SPLIT,
MULTISPLIT
VRV/VRF

Urządzenia dla pojedynczych pomieszczeń – urządzenia „Split”

Mając na myśli urządzenia dla pojedynczych pomieszczeń oznacza to, że systemy Split przeznaczone są do klimatyzowania tylko jednego pomieszczenia. Składają się z jednej jednostki wewnętrznej, która przyporządkowana jest do jednej jednostki zewnętrznej. Obydwie jednostki połączone są ze sobą rurociągami chłodniczymi (gazowym i cieczowym) inaczej freonowymi. Są to rurki miedziane umożliwiające transport czynnika chłodzącego oraz układem elektronicznym (sterującym). W ten sposób powstaje układ zamknięty, wypełniony czynnikiem chłodzącym.

Klimatyzator typu Split skradający się z jednostki wewnętrznej oraz jednostki zewnętrznej (www.daikin.com)

Budowa i zasada działania

W jednostce wewnętrznej znajduje się parownik agregatu czynnika chłodniczego. Jej rolą jest chłodzenie i ogrzewanie powietrza w pomieszczeniu oraz jego filtracja. Niektóre urządzenia posiadają możliwość regulacji osuszania, jak również nawilżania powietrza w pomieszczeniu, inne z kolei, mogą powietrze to odświeżać dodatkowym tlenem. W jednostce zewnętrznej natomiast, wypełnionej czynnikiem, umieszczona jest sprężarka, skraplacz oraz zawór rozprężny. Zadaniem jednostki zewnętrznej jest przygotowanie czynnika chłodzącego do odpowiedniego trybu pracy części wewnętrznej. Systemy te mogą schładzać lub ogrzewać powietrze w pomieszczeniach. Ponadto urządzenia Split wyposażone są w standardowe elementy składowe: zbiornik, filtry, zawory, wyłączniki zabezpieczające a także układ elektronicznego sterowania.

Istnieje wiele rozwiązań możliwości ukształtowania jednostek zewnętrznych. Podzielić je można na dwie grupy:

jednostki wewnętrzne przeznaczone do montażu w przestrzeni międzystropowiej;
jednostki zewnętrzne montowane w sposób widoczny na ścianie.

W przypadku klimatyzatorów montowanych w przestrzeni sufitu podwieszanego widoczna jest tylko maskownica urządzenia z jego elementami nawiewnymi.

Sterowanie temperaturą

Temperaturę w pomieszczeniu wykrywa termistor temperatury, znajdujący się w tym pomieszczeniu. Istnieje bowiem różnica pomiędzy temperaturą, którą wykrywa termistor temperatury w pomieszczeniu a temperaturą, jaka panuje w dolnej części pomieszczenia. Różnica ta zależna jest od typu jednostki wewnętrznej lub stanu instalacji. W praktyce sterowanie temperaturą odbywa się poprzez odpowiednie dostosowanie temperatury docelowej dla jednostki wewnętrznej i temperatury, jaka wykrywana jest przez termistor temperatury w pomieszczeniu. Regulacja temperatury odbywa się za pomocą sterownika naściennego lub pilota bezprzewodowego

Regulacja mocy chłodniczej

Systemy regulacji z inwerterem

Systemy z inwerterem zapewniają płynna regulację sprężarki oraz dostosowanie jej do aktualnego zapotrzebowania na moc chłodnicza lub grzewczą. Regulacja sprężarki odbywa się w sposób przemienny. Sprężarka pracuje w połączeniu z elektronicznym zaworem rozprężnym. Regulacja liczby obrotów powoduje bezstopniowe dostosowanie mocy. Powoduje to korzystne zużycie energii przez urządzenie. Stała temperatura pomieszczenia przyczynia się do poprawy komfortu, natomiast przemienna praca sprężarki ogranicza zużycie elementów urządzenia.

Aby sterować wydajnością urządzenia, poprzez zmianę prędkości obrotowej sprężarki niezbędny jest regulator częstotliwości – inwerter. Konwersja zmiany polega na przekształceniu źródła prądu stałego na trójfazowe źródło prądu zmiennego o zmiennej częstotliwości. Ilość wymienianego ciepła na jednostkę ulega zwiększeniu, na wskutek zwiększenia obiegu czynnika chłodniczego, spowodowanego wzrostem częstotliwości oraz zwiększeniem prędkości obrotowej sprężarki. Ilość wymienianego ciepła na jednostkę ulega zmniejszeniu na wskutek zmniejszenia obiegu czynnika chłodniczego, spowodowanego zmniejszeniem częstotliwości oraz zmniejszeniem prędkości obrotowej sprężarki.

Istotnym elementem stosowania technologii inwerterowej jest oszczędność energii elektrycznej nawet do 50% w stosunku do standardowych klimatyzatorów.

Schematyczny widok zasady sterowania inwerterowego (www.daikin.com).

Inwerter umożliwia:

wydajne sterowanie urządzeniem w zależności od zmian temperatury zewnętrznej, jak również obciążenia w trybie grzania lub chłodzenia;
szybkie ogrzewanie oraz szybkie chłodzenie, co w dynamiczny sposób pozwala na osiągnięcie zadanej w pomieszczeniu temperatury;
osiągnięcie wysokiej wydajność nawet w bardzo niskich temperaturach na zewnątrz, wynoszących 2°C;
utrzymane temperatury w pomieszczeniu na stałym poziomie, poprzez zintegrowaną precyzyjną regulację;
energooszczędne ogrzewanie oraz chłodzenie poprzez włączanie się, po osiągnięciu ustawionej temperatury trybu energooszczędnego, w celu utrzymania temperatury w pomszczeniu na niskiej mocy.

Zastosowanie regulacji inwerterowej wydajności jednostki zewnętrznej poprzez zmianę prędkości silnika sprężarki, pozwoliło osiągnąć bardzo dużą elastyczność działania systemu. Oznacza to, że w wielu klimatyzatorach w danym momencie możliwa jest praca zarówno jednego, jak i wielu urządzeń na pełnej lub ograniczonej mocy. Powietrze w wybranych pomieszczeniach schładzane jest tylko wtedy, kiedy nastąpi taka potrzeba, co zapewnia komfort użytkowania.

Systemy regulacji bez inwertera

Pompy ciepła z tradycyjnymi sprężarkami pracującymi na zasadzie „włącz/wyłącz” („ON/OFF”) wytwarzają w większości warunków pracy – nadwyżkę ciepła, co często wymusza stosowanie dodatkowych zbiorników buforowych wody grzewczej. Wynika to z konieczności zachowania minimalnego czasu pracy sprężarki w celu ograniczenia do minimum jej rozruchów.

Praca sprężarki uzależniona jest od obciążenia, podlegając cyklom wyłączania i włączania. Z taką regulacją przy obciążeniu częściowym, urządzenie pracuje z niską efektywnością energetyczną. Cykliczna praca jest skutkiem wahań temperatury w pomieszczeniu, co przyczynia się do odczucia dyskomfortu dla osób w nim przebywających.

Urządzenia dla większej liczby pomieszczeń – urządzenia „Multi Split”

Urządzenia typu Multisplit są elastycznym rozwiązaniem przeznaczonym do klimatyzowania mieszkań, domów jednorodzinnych, zakładów usługowych, restauracji, a także mniejszych obiektów biurowych, handlowych, hotelowych i użyteczności publicznej, Dzięki wyposażeniu ich w pompę ciepła, możliwe jest nie tylko chłodzenie, ale również ogrzewanie pomieszczeń.

Układ ten pracować może:

w trybie chłodzenia przy temperaturze zewnętrznej w granicach od -5 (-10) do +43°C,
w trybie ogrzewania od -15 (-20) do +15°C.

System łączy w sobie procesy obróbki powietrza, takie jak: chłodzenie, grzanie i osuszanie. Małe systemy Multisplit, z uwagi na fakt, że wydajność ich spada wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej nie są w stanie całkowicie zastąpić instalacji ogrzewania, stanowią jedynie jej uzupełnienie.

Układ może być zainstalowany niemalże w każdym miejscu, z uwagi na szeroki zakres temperatury. Stanowi idealne rozwiązanie dla pomieszczeń technicznych, które wymagają dostarczenie chłodu w okresie zimowym. Od tradycyjnych układów Split, układy Multisplit różnią się możliwością podłączenia do jednej jednostki zewnętrznej kilku jednostek wewnętrznych, których wydajności chłodnicza zależna jest odpowiednio od wielkości pomieszczeń. Układ ma możliwość podłączenia do jednej jednostki zewnętrznej nawet do 8 jednostek wewnętrznych, w zależności od typu systemu. Takie rozwiązanie zapewnia niższe koszty inwestycyjne przy jednoczesnej oszczędności miejsca i energii.

System Multisplit składający się z czterech jednostek wewnętrznych

Nie jest możliwe jednoczesne chłodzenie i ogrzewanie powietrza w pomieszczeniach. Jednostki wewnętrzne w obrębie jednego systemu, umożliwiają pracę w tym samym trybie: chłodzenia lub grzania w zależności od aktualnych potrzeb użytkowników poszczególnych pomieszczeń. Nie ma możliwości zmiany pracy jednostki wewnętrznej w inny tryb. Jeżeli jednak taka sytuacja miałaby miejsce, spowodowałoby to wystąpienie błędu całego układu. Aby temu zapobiec zastosowano funkcję blokady pracy, poprzez zadanie odpowiedniego trybu pracy, co skutecznie eliminuje występowanie błędów niezgodności.

Budowa i zasada działania urządzenia multisplit

Zbudowany jest na podobnej zasadzie jak klimatyzatory Split, z tą tylko różnicą, że w systemie tym istnieje możliwość podłączenia do jednej jednostki zewnętrznej (sprężarki) kilku jednostek wewnętrznych (maksymalnie 8 jednostek wewnętrznych). Jednostki połączone są ze sobą przewodami chłodniczymi za pomocą par miedzianych rur (cieczową i gazowa) bezpośrednio do skraplacza lub za pośrednictwem rozdzielaczy.

W połączeniu bezpośrednim maksymalna liczba jednostek wewnętrznych, która może być podłączona do jednostki zewnętrznej określona jest przez producenta.

W układzie z dystrybutorami rozdział czynnika chłodniczego odbywa się za pomocą specjalnych rozdzielaczy, montowanych pomiędzy jednostką zewnętrzną a wewnętrzną. Ich zastosowanie upraszcza montaż rurociągów chłodniczych, poprzez skrócenie odcinków rur chłodniczych. Jeżeli w układzie zaprojektowany jest więcej niż jeden rozdzielacz, stosuje się dodatkowy rozgałęźnik, którego zadaniem jest rozdział instalacji do poszczególnych rozdzielaczy. Zamiast w jednostkach wewnętrznych, elektryczne zawory rozprężne znajdują się w rozdzielaczach, co obniża poziom hałasu w pomieszczeniu. W rozdzielaczach umiejscowiony jest również układ elektroniki, który odpowiada za rozdział czynnika chłodniczego do odpowiednich jednostek wewnętrznych.

Jednostki wewnętrzne wykorzystywane w systemie MultiSplit są dokładnie takie same jak w systemie Split. Mogą być ścienne, kasetonowe, przypodłogowo-podsufitowe oraz kanałowe. Jednostki wyposażone są w specjalistyczne filtry powietrza, pozwalające na poprawę jakości powietrza w pomieszczeniu, chroniącymi użytkowników przed szkodliwymi substancjami oraz usuwającymi przykre zapachy. Bardzo często oprócz standardowych filtrów stosuje się filtry plazmowe i elektrostatyczne eliminujące z powietrza wirusy, bakterie, alergeny i pyłki. Nowoczesne filtry mają również działanie prozdrowotnym, poprzez wprowadzanie witaminy C do strumienia nawiewanego powietrza lub jego jonizację.

Zasada działań filtrów w klimatyzatorach (Klimatyzatory pokojowe LG)

Regulacja mocy chłodniczej

Jednostka wyposażona jest w jedną lub dwie sprężarki, w zależności od mocy. Przynajmniej jedna ze sprężarek pracować powinna w technologii inwerterowej, dzięki czemu wydajność systemu regulowana jest płynnie w zależności od obciążenia cieplnego lub chłodniczego. Praca inwerterowa sprężarki, eliminuje sytuacje częstego jej włączania i wyłączania, a także nagłych skoków napięcia przy chwilowych zyskach ciepła tak, jak ma to miejsce w przypadku zastosowania prostszych sprężarek, w których regulacja temperatury w pomieszczeniu odbywać się może w sposób konwencjonalny, polegający na regulacji on/off.

Rozruchu sprężarki odbywa się poprzez stopniowe zwiększanie prędkości obrotowej, co przy starcie klimatyzatora ogranicza wielkość prądu rozruchowego. Jest to tzw. „miękki start” który znacznie wpływa na żywotność elementów mechanicznych urządzenia. Dzieje się tak dlatego, że w czasie rozruchu sprężarki na elementy te nie działają tak duże siły, jak ma to miejsce w układach tradycyjnych.

W nowoczesnych systemach udało się uzyskać zwiększone współczynniki wydajności energetycznej oraz obniżyć poziomu hałasu dzięki zastosowaniu w skraplaczu łopatek wentylatora o udoskonalonych kształtach, które przyczyniły się do efektywniejszego przepływu powietrza.

Zastosowanie klimatyzatorów Multisplit pozwoliło na uzyskanie optymalnych rozwiązań, związanych z podłączeniem do jednostki zewnętrznej określonej ilości jednostek wewnętrznych. W każdym przypadku ilość ta podawana jest przez producenta, ale zazwyczaj oscyluje w zakresie od 1 do 8. Dawniej stosowane rozwiązania, których regulacja wydajnością opierała się na technologii on/off ograniczała ilość do maksymalnie 4 jednostek wewnętrznych, podłączonych do agregatu zewnętrznego. W zależności od liczby podłączonych jednostek wewnętrznych agregat posiadał odpowiednią liczbę sprężarek. Z uwagi na znaczny hałas jaki generował agregat podczas swojej pracy oraz jego duża waga nie było dobrym rozwiązaniem. Dzisiejsza technologia oferuje zastosowanie jednej sprężarki inwerterowej, która w znaczny sposób poprawia pracę systemu poprzez uzyskanie o wiele lepszych parametrów.

Sterowanie temperaturą

Dzięki zaawansowaniu technologicznemu systemów Multisplit praca w poszczególnych pomieszczeniach może być zróżnicowana pod względem temperatury i prędkości obrotowej wentylatora. W obrębie jednego układu istnieje możliwość nastawienia rożnej temperatury powietrza oraz zróżnicowanej prędkości nawiewu powietrza do pomieszczenia. Każda jednostka wewnętrzna może być sterowana za pomocą sterownika naściennego lub indywidualnie z udziałem bezprzewodowego pilota.

Jednostki wewnętrzne przekazują sygnały do jednostki zewnętrznej. Sterowanie przepływem czynnika chłodniczego wywołuje reakcję na zmiany obciążenia w jednostkach wewnętrznych, dzięki czemu temperatura w pomieszczeniu utrzymana jest z dokładnością nawet do 0,5°C. Elektroniczny zawór rozprężny, który zmienia przepływ czynnika chłodniczego przez wymiennik jednostki wewnętrznej, umożliwia indywidualną regulację mocy poszczególnych jednostek wewnętrznych. Indywidualna regulacja mocy poszczególnych klimatyzatorów oraz inwerterowe sterowaniu mocą sprężarki w jednostce zewnętrznej powoduje obniżenie kosztów zużycie energii do minimum. Czujnik ciśnienia w połączeniu z czujnikami temperatury, umożliwia precyzyjną jego kontrolę oraz szybsze i bardziej dokładne dostosowanie wytwarzanej mocy do aktualnego zapotrzebowania.

Urządzenia dla kompleksowych systemów klimatyzacji – systemy „VRV”

Systemy VRV (Variable Refrigerant Volume) to systemy o zmiennej objętość przepływu czynnika chłodniczego. Obecnie funkcjonuje również określeniem VRF (Variable Refrigerant Flow), które oznacza zmienny przepływ czynnika chłodniczego. Zbudowany jest na podobnej zasadzie jak klimatyzatory Multisplit, jednakże w systemie VRV istnieje możliwość podłączenia do jednej jednostki zewnętrznej (sprężarki) kilkudziesięciu jednostek wewnętrznych. Odmienną cechą systemu jest możliwość jednoczesnego grzania jak i chłodzenia, w zależności od indywidualnych potrzeb użytkowników pomieszczeń oraz ich przeznaczenia (Muller, 2008).

System VRV w systemie trójrurowym (www.aripoovachal.wordpress.com)

Budowa systemu VRV

Systemy VRV odznaczają się nie tylko dużą elastycznością, ale są przede wszystkim szczególną inteligencją. Umożliwiają przyłączenie do jednej jednostki zewnętrznej nawet do 64 jednostek wewnętrznych, dzięki czemu klimatyzowanych może być jednocześnie wiele pomieszczeń. Pomieszczenia, które wymagają klimatyzacji są chłodzone lub ogrzewane, w czasie, gdy system jest całkowicie wyłączony w pomieszczeniach, które tej klimatyzacji nie wymagają.

Schemat instalacji VRV trzyrurowej z możliwością jednoczesnego grzania i chłodzenia pomieszczeń (Katalog Produktów Daikin, 2015)

Podstawowe elementy instalacji VRV nie różnią się od standardowych układów typu Split/Mulisplit. Składają się z jednostek wewnętrznych oraz agregatu wyposażonego w sprężarkę inwerterową. Przystosowane są natomiast do połączenia z szeroką gamą różnego rodzaju jednostek wewnętrznych.

System VRV wyposażony w różnego rodzaju jednostki wewnętrzne (Katalog produktów Daikin)

Charakteryzują się wyjątkową długością orurowania, dużą różnicą poziomów a także niewielką średnicą rur chłodniczych:

całkowita długość instalacji w jednym układzie dochodzi aż do 1000 m;
najdłuższy rzeczywisty odcinek, pomiędzy najdalej położoną jednostką a agregatem wynosi 165 m (190 m);
najdłuższy odcinek za pierwszym rozgałęzieniem – 90m,
różnica między jednostkami zewnętrznymi a wewnętrznymi może osiągać nawet do 90 m;
różnica poziomów między jednostkami wewnętrznymi – 30 m.

Schemat instalacji w budynku biurowym (Katalog produktów Daikin)

Regulacja i zasada działania systemu

Regulacja wydajności urządzeń chłodniczych następuje poprzez zmianę strumienia czynnika, który przepływa przez parowacz. Przepływ ten regulowany jest przez elektroniczny zawór rozprężny, który znajduje się tuż przed parowaczem. Dzięki niemu istnieje możliwość precyzyjnego regulowania temperatury w pomieszczeniach. W zależności od tego jakie jest aktualnie zapotrzebowanie na chłód, dozowana jest odpowiednia ilość czynnika chłodniczego. Kontrolowanie ilości podawanego dodatkowego czynnika do instalacji w czasie rozruchu jest bardzo ważną i nieodłączną cechą systemu. Układy VRV III oraz VRV nowszych generacji jak VRV IV gwarantują precyzyjne warunki pracy poprzez zdolność do automatycznego napełniania czynnika. Dlatego też system VRV utrzymują komfortową temperaturę w pomieszczeniach na stałym poziomie, bez wahań, które charakterystyczne są dla systemów włącz/wyłącz.

W systemach VRV wykorzystywane są sprężarki inverterowe, które poprzez zastosowanie zmiennej prędkości obrotowej silnika, regulują ilość przepływającego przez nią czynnika, Oprócz stosowania sprężarek o zmiennej prędkości obrotowej wykorzystuje się również sprężarki typu „scroll”. Regulacja wydajności tego typu sprężarek polega na czasowym podnoszeniu jednej ze spiral, w celu wprowadzenia sprężarki w bieg jałowy, aby w ten sposób zmniejszyć strumień czynnika, który tłoczony jest do instalacji.

Dzięki wykorzystaniu sprężarek napędzanych inwerterem, osiągana jest bardzo wysoka sprawność systemu umożliwiająca zachowanie normowych wartości współczynnika wydajności przy pełnym obciążeniu urządzeń zarówno w trybie grzania jak i chłodzenia. Dzięki temu, że czynnik chłodniczy w sprężarkach kontrolowany jest sposób bezstopniowy, istnieje możliwość dostosowania wydajności urządzeń do zmieniających się obciążeń w każdym pomieszczeniu, co pozwala na uniknięcie niepotrzebnych strat energii. Ponadto sprężarki, które w pełni sterowane są inwerterem, pozwalają na precyzyjne sterowanie temperaturą czynnika chłodniczego w zależności od charakteru budynku oraz warunków klimatycznych, co pozwala zmniejszyć koszty eksploatacji.

Sterowanie temperaturą

Systemy VRV współpracują z systemami BMS, odpowiedzialnymi za sterowanie oraz monitorowanie pracy układu w całym budynku. Bardzo ważną cechą, która charakterystyczna jest dla tego typu systemów, to możliwość monitorowania i optymalizacji zużycia energii elektrycznej przez każdą jednostkę wewnętrzną, za pomocą Sterowników centralnych ITC lub iManager w podłączaniu z opcją PPD. Mikroprocesor odpowiedzialny jest za zbiór wszystkich danych dotyczących jednostek wewnętrznych, w celu proporcjonalnego podziału zużytej energii pomiędzy tymi jednostkami.

Sterownik centralny ITC (Intelligent Controller) (Katalog handlowy gamy produktów VRV Daikin)

Inteligentny sterownik centralny posiada możliwość zarządzania klimatem w pomieszczeniach za pośrednictwem prostego, centralnego sterownika. Powierzchnie detaliczne bardzo często podzielone są na odrębne strefy w zależności od potrzeby ich chłodzenia lub ogrzewania. Ponadto systemy wyposażone są w niezbędną instalację p.poż oraz systemy bezpieczeństwa. Sterownik umożliwia kontrolowanie różnych systemów w całym budynku z jednego punktu bądź za pośrednictwem usługi w chmurze (Daikin Cloud Service) przy pomocy komputera, tabletu czy smartfona. Dzięki Daikin Cloud Service można zarządzać nieskończenie wieloma instalacjami. Ważną rzeczą jest maksymalizacja efektywności a także obniżenie zużycia energii oraz emisji dwutlenku węgla (Katalog Produktów Daikin, 2016).

Sterownik centralny Intelligent Touch Manager (Katalog handlowy gamy produktów VRV Daikin)

Ważną cechą tego sterownika jest możliwość włączenia, wyłączenia oraz regulacji kilku klimatyzatorów z jednego punktu centralnego. Posiadają dotykowy ekran z menu, które zapewniają obsługę oraz monitorowanie systemu na bardzo wysokim poziomie. Narzędzia do inteligentnego zarządzania energią monitorują jej zużycie, sprawdzają zgodność poboru z założonym planem oraz wykrywają przyczyny nadmiernych strat energii, co pozwala na maksymalizację wydajności systemu.

Zapewniają szybkie i usprawnione wykrywanie lokalizacji usterek jak również ich usuwanie jest szybkie i usprawnione.

System VRF (VRV III i VRV VI) występuje w trzech wersjach:

układy tylko chłodzące (chłodzone wodą, chłodzone powietrzem);
układy z pompą ciepła (chłodząco – grzejące);
układy z odzyskiem ciepła (układ 3-rurowy pozwalający na jednoczesne chłodzenie i grzanie w obrębie jednego układu chłodniczego).