FAN COIL RENDSZEREK 1
BEVEZETŐ
Minden nagyobb épület,hotel, irodaház, középület stb. klimatizálása a legegyszerűbben legolcsóbban fan coilokkal oldható meg. Ezért nem is csoda, hogy a legtöbb esetben ilyen megoldással találkozunk. A rendszer előnyeinek köszönhetően a magánszféra is átvette, és számos családi házban alkalmazzák, igaz még sok előítélet övezi, és téves elgondolás. Cikkemben vizsgáljuk meg a fan coilos rendszereket, az elmúlt éve fejlesztéseinek tükrében,és látni fogjuk, hogy a vélt, vagy valós előítéletek nem is annyira helytállóak.
A fan coilok jelenleg a piacon fellelhető termékek közül, az egyik legtöbb szolgáltatást nyújtó mikroprocesszoros szabályozással készülnek. A fan coilok számos verzióban, kivitelben, és konfigurációban rendelhetők (álló, fekvő, burkolatos, burkolat nélküli, álmennyezeti, kazettás, falba süllyeszthető stb.) és rengeteg különböző kiegészítőkkel gyártják, hogy a helyszíni adottságoknak megfelelő ideális megoldást lehessen választani. Ezen túlmenően maguk a termosztátok is igen sokfélék lehetnek, a legegyszerűbb, kézi vezérlésűtől, amelyek a téli/nyári átváltást, ventilátor fokozatváltást kézi kapcsolóval végzi a teljesen automata vezérlésű, programozható, egész épületeket rendszerbe foglaló megoldásokig terjed. A termosztátok kivitele is módot ad a felhasználónak, hogy biztosan megtalálja a számára legmegfelelőbbet: készülékbe épített, fali vagy falba süllyesztett kivitel, infra távirányítós, design vagy egyszerű megjelenésű, LCD kijelzős vagy anélkül lehet.
1 FAN COILOK MINT HŰTŐ- FŰTŐ BERENDEZÉSEK A fan coil-ok az alacsonyabb bekerülési költségnek és az alább ismertetett kedvező tulajdonságoknak köszönhetően lassan egyeduralkodó hűtő/fűtő berendezéssé léptek elő. A berendezést a magasabb komfort igények kielégítésére tervezték, és a piac visszaigazolása szerint egyre többen támasztanak színvonalas követelményeket az életkörülményeikkel szemben. A fan coil berendezések mellett szólnak a következő előnyös tulajdonságok: Elegáns, gömbölyített forma, vagy éppen burkolat nélküli, eltakarható, ellentétben a radiátorokkal, harmonikusan illeszkedik minden igényes környezetbe
könnyű tisztítani a beépített kivehető és mosható légszűrő megszűri az átáramoltatott levegőt, megtisztítva azt a lebegő hajszálaktól, pókhálótól és egyéb szennyeződésektől, nem okoz porlebegtetést a helyiségben csak egy berendezést kell alkalmazni, szemben a radiátor és klímakészülék együttes alkalmazásával alacsony elektromos áramfogyasztás alacsonyabb beruházási költség, mint hagyományos radiátoros és klíma rendszer együttes alkalmazása esetében falra szerelhető, alatta takarítható álmennyezetbe szerelhető, így nem foglal helyet, és nem látszik légcsatornázható, ezáltal a friss levegő ellátás is megoldható csendes üzem rendkívül gyorsan felfűti a helyiséget A berendezések hagyományos alkalmazási területe tehát olyan épületek, ahol a hűtés követelmény, de alkalmazhatók például padlófűtés kiegészítéseként is. Ebben az esetben kompenzálni lehet a padlófűtés hőtechnikai rugalmatlanságát, tehetetlenségét, átmeneti időben gyorsan ki lehet fűteni a helyiséget. A rendszer szerelése nem igényel hűtés végzettséget, hiszen a csövekben ugyanolyan közeg áramlik, mint a radiátoros rendszerekben. A rendszert nem kell tisztított rézcsőből építeni, nem kell vákuumozni, majd a későbbiek során szivárgás ellenőrzésnek alávetni, mint a split vagy VRV hűtések esetén. Mivel a fan coil alkalmas hűtésre is és fűtésre is, ideálisan kombinálható geotermikus vagy levegős hőszivattyúkkal. A hőszivattyú télen meleg vizet termel, a fan colok fűtenek, nyáron hideg vizet, és ugyanazok a fan coilok hűtenek. A fan coil tehát egymagában egyesíti a radiátor, a konvektor, és a klímaberendezések előnyeit, sőt még a szellőzés is megoldható segítségükkel. 1 MI A FAN COIL TULAJDONKÉPPEN ? A fan coil: az angol „fan coil” elnevezés- ventilátor (fan) hőcserélőt, kalorifert (coil) jelent - szó szerinti fordításban, a továbbiakban ezt fogjuk használni, mivel szakmai körökben ez az elterjedtebb és ismertebb, de hívják még hűtő konvektornak, ventilátoros- konvektornak stb. is. Ez egy lamellás hőcserélő felület, amelyen egy ventilátor segítségével a helyiség levegőjét átáramoltatjuk. A hőcserélő csövekre erősített apró bordák sokasága, ezáltal többszörösére megnövekedik a hőleadó felület egy hagyományos radiátorhoz képest. A nagy hőcserélő felület és a ventilátoros levegő keringtetésnek köszönhetően a berendezés hűtésre is alkalmas, amennyiben hideg vizet keringtetünk rajta keresztül. A hagyományos radiátorok több okból sem alkalmasak a hűtésre. Az egyik ok; a hideg felületen keletkező kondenzáció, amely a radiátoroknál szabadon a padlóra csöpögne, a másik ok, a hűtéshez túl kis hőcserélő felület. Vizsgáljuk meg a felületi hőközlés egyenletét: Q = α x F x ∆t Ahol:
α F ∆t
hőátadási tényező, (W/m2) hőcserélő felület, (m2) a hőleadó felület és a környezet hőmérséklete közti különbség (K)
A ventilátoros kényszer áramoltatással az α hőátadási tényező (amely függ a Re számtól) megnő, továbbá az F hőcserélő felület a sok apró hőleadó bordával jelentősen nagyobb felületet jelent, a radiátorhoz képest, ezáltal biztosítható a hűtéshez szükséges megfelelő mennyiségű hőcsere, a viszonylag alacsony ∆t esetén is (hűtéskor 12°C a hűtőfelület, 22 °C a helyiség hőmérséklettel számolva: ∆t = 10 °C, szemben a fűtéskor fennálló kb. ∆t= 60 °C esettel !).
Látható, hogy ugyanazon a fan colon a fűtéskori magasabb ∆t – ken köszönhetően sokkal nagyobb fűtési teljesítmény adható le, mint hűtéskor, ezért a fan coilokat mindig a hűtésre kell méretezni, mert ez az üzem közbeni kedvezőtlenebb eset. A fan coil alkalmas tehát maradéktalanul fűtésre és hűtésre. Amennyiben a berendezést csak fűtésre szeretnénk használni, akkor a hagyományos, zárt fűtésrendszerben a radiátorok helyett kell felszerelni. A berendezés ára, mivel jóval többet tud mint egy hagyományos radiátor, természetesen arányosan drágább, de rendszerben gondolkodva, egy fan coilos rendszer kevesebbe kerül, mint egy hagyományos fűtési rendszer mellé kiépített splites hűtő rendszer. De a kedvező beruházási árait leginkább a gyakorlat igazolja vissza, nem véletlenül ez terjedt el a leginkább. Hűtés esetében a rendszert szükséges még kiegészíteni egy folyadékhűtővel, amely a hideg vizet szolgáltatja. Amennyiben ezt a hideg vizet keringtetjük a fan coilon keresztül, akkor az hűteni fogja a helyiség hőmérsékletét. A folyadékhűtő kiválasztási szempontjait a későbbiek során fogjuk megvizsgálni. KÉTCSÖVES ÉS NÉGYCSÖVES FAN COIL. A kétcsöves esetében a hűtő víz ugyanabban a csőpárban kering mint a fűtővíz, szezonálisan kell a hőközpontban kiválasztani a fűtési vagy hűtési üzemmódot. Kivéve, ha eleve hőszivattyút alkalmazunk,mert ez esetben ugyanaz a hőtermelő berendezés télen is nyáron is, és csak az üzemállapotot kell átváltanunk. A fentiekből következik, hogy a fan coilon csak két csonk van, és egy hőcserélő, amelyben felváltva hideg (nyáron) illetve meleg víz (télen) kering. A négycsöves változatoknál viszont külön rendszert kell kiépíteni a téli illetve a nyári üzemnek, külön csőpáron kering a fűtővíz és külön csőpáron, a meleg víztől függetlenül a hűtővíz, ezért hívják "négy csöves" rendszernek. A fan coil ebben az esetben két egymástól független hőcserélőt tartalmaz, és négy vízoldali csonkja van. Az előnye a négycsöves berendezésnek a kétcsöveshez képest, hogy a berendezés automatikusan, az igényeknek megfelelően hűteni vagy fűteni tud, szinte azonos időben, emberi beavatkozás nem szükséges az átálláshoz, és központi átkapcsolás sem szükséges a kazán és a folyadékhűtő között. Ezáltal pl. átmeneti időben (Március, Október) az épület északi tájolású helyiségeiben fűtenek, míg a déli tájolású részben hűtenek, természetesen azonos időben! Erre a módra akkor lehet szükség, ha a helyiség magasabb komfortfokozatú (Pl. bankok, irodák, laborok stb. ) vagy a helyiség belső hőmérséklete nem függ a külső időjárástól, nagy üvegfelületekkel rendelkezik az épület, ezért a nap egyik időszakában hűteni kell, a másik részében viszont fűteni (pl. számítógép termek, laborok, nagy ablakfelülettel rendelkező helyiségek stb.), vagy nagy az eltérés különböző helyiségek igényei közt. Négycsöves rendszer választása esetében szükséges egy- egy mágnesszelep alkalmazása a fan coil fűtés és hűtés oldali csonkjain. Fűtéskor a hűtési mágnesszelep van zárva, és hűtéskor viszont a fűtési szelep zárt, így elkerülhető, hogy a fan coilon egy időben hideg és meleg víz is áramoljon. A szelepeket a termosztát vezérli- zárja/nyitja, ezért négycsöves rendszer esetében erre alkalmas vezérlő- termosztát szükséges. 1
Négycsöves rendszer további előnye, hogy a fűtési hőcserélő kisebb felületű mint a hűtési hőcserélő, ezért a fűtési teljesítménye a fan coilnak összhangban van a hűtési teljesítménnyel, vagyis nem áll fenn az veszély, mint a kétcsöves rendszer esetében, hogy a fűtési teljesítmény, szükségtelenül, sokkal nagyobb mint a tényleges, a helyiség által igényelt. Négycsöves rendszer esetében, éppen ezért meg kell vizsgálni, és méretezni a fan coilokat téli esetre is. Újszerű megoldások születtek az elmúlt években a négycsöves rendszerek lehető leg energiatakarékosabb kiszolgálására. Miközben korábban jellemzően nyáron folyadékhűtővel hűtöttünk, télen gázkazánnal, mindkét központi elemet ki kellett építeni. A gázkazánház kiépítése és gázkazán telepítése számos egyéb járulékos költséggel jár. A négycsöves rendszer lényege,hogy ugyanabban az időben előfordulhat fűtési és hűtési igény is. A hagyományos folyadékhűtős- gázkazános rendszerek esetében ilyenkor a folyadékhűtő is működik, és a gázkazán is. A furcsaság az, hogy a folyadékhűtővel elvonunk az épületből hőt, eldobjuk azt a környezetbe. Ezzel párhuzamosan meg a gázkazánnal hőt termelünk. Nem túl ésszerű megoldás. Az új, négycsöves folyadékhűtő-hőszivattyú berendezések képesek az elvont hőt szabályzottan a fűtött oldalra irányítani, vagyis nincs hulladékhő eldobás, amíg az épület igényel meleget! Jól méretezett rendszer esetében egy négycsöves folyadékhűtő-hőszivattyú ellátja egy épület fűtési igényeit télen hőszivattyú
üzemmódban, nyáron meg a hűtési igényeit folyadékhűtő üzemmódban, és átmeneti időszakban egy időben hűt és fűt a négycsöves fan coil rendszer segítségével, és természetesen a HMV igényeket is kielégíti. Nem szükséges kazánház, kémény, és nem dobjuk el az elvont hőt miközben a gázkazánnal ismét megtermeljük a meleget átmeneti időszakban. Éves hatékonyság várhatóan primer energiára vetítve 7 – szeres!
1 MÉRETEZÉS ZAJRA A fan coil berendezések jellegéből adódóan, általában igényesebb helységekben alkalmazzák. Ebben az esetben meghatározó szempont lehet a kibocsátott zajszint. Csak olyan gyártmányt érdemes ebben az esetben kiválasztani, amely minősített (pl. EUROVENT) és a gyártó megadja, hogy milyen körülmények közt történt a berendezés zajszintjének a megállapítása. Egy korrekt műszaki adatlap kell tartalmazza berendezés zajszintjeit minden ventilátor fokozatra, ebben az esetben lehetséges a berendezés kiválasztása a zajszint "követelmények" figyelembe vételével. Ha ismerjük hogy a helységben mekkora a megengedett legnagyobb zajszint (MSZ 18151), csak annyit kell tenni, hogy a fan coilt nem a maximális fordulatra választjuk, hanem egy kisebbre, így akár az is előfordulhat, hogy ennek megfelelően hőleadás szempontjából egy "kicsit" túlméretezett fan coilt kell alkalmazni. A berendezések használóját a nem megfelelő belső hőmérséklet után a zaj zavarhatja a legjobban ezért különös figyelmet kell fordítani a zajszintekre! Továbblépve, az Inverteres fan coil motoroknak köszönhetően a ventilátor fordulatszám 0-100 % közt fokozatmentesen szabályzott. Amellett, hogy pontosan a helyiség igényeinek megfelelő teljesítményen üzemel a fan coil, elmarad a fokozatváltásokból adódó hirtelen zajhatás változás, amely igen zavaró és észrevehető az emberi fül számára. Az Inverteres fan coilok ventilátorai fokozatosan 0-ról indulnak, és lassan kúszik a fordulatszám felfele, a fül meg hozzászokok, és nem lehet érzékelni, hogy működik. 1 MÉRETEZÉS HŰTÉSI TELJESÍTMÉNYRE A fan coiloknál, főleg a kétcsöves rendszereknél, a kedvezőtlenebb állapot a hűtés. Ezért mindig erre kell méretezni a berendezést, viszont négycsöves fan coil kiválasztásakor ellenőrizni kell a fűtési teljesítményt is. A fan coilok műszaki adattáblájában két hűtési teljesítmény értéket szokás megadni: az érezhető- (sensibile) és a teljes- (total) hűtőteljesítményt. A fan coil hideg hőcserélőjének a felületén a levegőben lévő vízpára kondenzálódik, amely a folyamat során kondenzációs latens hő szabadul fel, ezt a fan coil a hűtési teljesítményének a rovására kompenzálja, vagyis a helyiség hűtésének szempontjából ez a nem értékelhető, elveszett hűtési hőmennyiség. A fennmaradó hűtési energia a levegőt hűti, tehát a hőmérsékletét érezhető módon csökkenti. Veszteség (kondenzáció) Teljes hűtési teljesítmény
6.1
Érezhető hűtési teljesítmény (csökkenti a helyiség hőmérsékletét)
Érezhető hűtési teljesítmény
A helyiség levegőjének a hűtésére csupán az érezhető teljesítmény szolgál. A hőterhelések megállapítása után a fan coilokat az érezhető teljesítmény szerint kell kiválasztani, ellenkező esetben nem lesz a hűtés megfelelő. A fan coilok műszaki adatlapja szerinti kiválasztásuk során figyelembe lehet/kell venni a zajszinteket is (vagyis a csökkentett fordulatszámon leadott érezhető hűtési teljesítményre is méretezhetünk!). A névleges 7/12 °C víz ill. 20 °C helység-hőmérséklettől eltérő esetre való méretezés esetén a gyártó külön fan coil tervezési segédletében lévő táblázataiban megtalálhatóak a szükséges korrekciós adatok. A fan coil teljesítménye nagyban függ a helyiségben uralkodó viszonyoktól (pl. páratartalom, hőmérséklet) továbbá a
keringtetett hűtővíz hőmérsékletétől. Amennyiben a tervezett létesítményben a névleges, és szokásos méretezési viszonyoktól eltérő állapotok vannak, akkor a korrigált értékeket kell a kiválasztás során figyelembe venni. 6.2 Teljes hűtési teljesítmény A teljes hűtőteljesítmény az érezhető hűtési teljesítmény és a kondenzációs veszteség összege. Mivel a központi folyadékhűtő a vesztességet is "ki kell termelje", ezért a létesítményben betervezett fan coilok "teljes" teljesítményeinek az összegére kell kiválasztani, természetesen az egyidejűségi tényezők figyelembevételével. A teljes hűtési teljesítmény szolgál tulajdonképpen a folyadékhűtő pontos méretezésére. 1 FAGYVÉDELEM Megkülönböztethető aktív és passzív fagyvédelem. A legtöbb esetben a rendszert ellátó folyadékhűtő vagy levegős hőszivattyú a szabadban van, ezért a fagyvédelemről gondoskodni kell. Ebben az esetben az aktív fagyvédelemről van szó. Ez lehet leürítés, de ez nem biztonságos, és árthat a berendezésnek is. Jobb megoldás a rendszert fagyállóval (Pl. glikollal) feltölteni. A külső legalacsonyabb várható hőmérséklet figyelembevételével megállapítható a fagyálló %- os arány a vízhez keverve. Nem szabad ebben az esetben figyelmen kívül hagyni, hogy a hozzáadott fagyálló csökkenti a hőközvetítő folyadék hőkapacitását (a korrekciós szorzókat lásd a Táblázatok fejezetben), ezért a fan coilok a névlegesnél kevesebb hűtési és fűtési teljesítményen üzemelnek. A friss levegővel üzemelő fan coilokat, és a légcsatornázható folyadékhűtőket külön fagyvédelmi zsaluval kell ellátni, amely a kaloriferek túlzott lehűlése esetén elzárják külső hideg levegőt! A fagyvédelem passzív megoldása az osztott folyadékhűtő választása. Ebben az esetben csak a kondenzátor található a szabadban, amelyben hűtőközeg kering, a rendszer hűtővize a beltéri egységen keresztül, fagy-védett helyiségben áramlik.
1
HIDRAULIKA
A fan coilos rendszer jellemzője,hogy minden helyiségben, függetlenül a többi helyiségtől, beállítható a hőmérséklet. Igény esetén a készülék automatikusan bekapcsol, vagy kikapcsol. Hogy bármikor rendelkezésre álljon a készüléknek a hideg vagy meleg „forrás”, a rendszerben folyamatosan keringtetni kell a fűtővizet. A központi folyadékhűtők- hőszivattyúk szabályzása is értéktartó (az időjárásfüggő szabályzást is ennek tekinthetjük), ezért a visszatérő víz hőmérsékletét figyelve , annak változásából von le következtetéseket, hogy az épületben van fogyasztás, és tartja annak hőmérsékletét, vagyis leáll stand-by módba, vagy éppen elindul. Hogy minden fan coil megfelelően le tudja adni a méretezett és igényelt hőt, ahhoz elengedhetetlenül szükséges, hogy a megfelelő térfogatáram átáramoljon rajta. Ha a vízmennyiség kevesebb, akkor kevesebb teljesítményt tud a fan coil leadni. Fejlettebb szabályzók figyelik a fan coilban a víz hőmérsékletét, és az amennyiben túlhűl fűtéskor, vagy túlmelegszek hűtéskor, akkor leállítja a ventilátort, hiszen a folyamatok azt sugallják, hogy nem megfelelő a víztérfogat áram, és fölöslegesen ne járjon a ventilátor. Ha a víz hőmérséklete ismét eléri a kívánatos értéket, a ventilátor ismét elindul. A folyadékhűtők és hőszivattyúk szintén rendkívül érzékenyek az áramlásra, nem megfelelő vízmennyiség esetén leállnak áramláshibára, rosszabb esetben hűtőközeg oldali alacsony nyomású hibára, vagy éppen fagyvédelemre. Fan coilos rendszere esetében tehát fokozott figyelmet kell fordítani a hidraulikai méretezésre,a csövek átmérőjére, és a hidraulikai beszabályzásra.
