Klimatyzatory typu split i multi-split certyfikacja i dobór wg EUROVENT

Transkrypt

1 Klimatyzatory typu split i multi-split certyfikacja i dobór wg EUROVENT W artykule poruszono podstawowe zagadnienia związane z pracą najprostszych urządzeń klimatyzacyjnych. Często inwestorzy w projektach marketingowych i reklamach swoich obiektów posługują się pojęciem, iż oferowane budynki są klimatyzowane. W praktyce okazuje się, że system klimatyzacyjny stanowi urządzenie typu split lub multi-split ze sprężarką sterowaną na zasadzie załącz/wyłącz w celu ograniczenia kosztów instalacji. Często tego typu urządzenia określane są mianem klimatyzatorów komfortu. Czy sam proces schładzania, osuszania i filtracji powietrza, (brak możliwości doprowadzenia powietrza świeżego w odpowiedniej ilości i o wymaganych parametrach powietrza pierwotnego), skokowe zmiany i wahania temperatury powietrza nawiewanego (sprężarki konwencjonalne załącz/wyłącz) mogą przyczynić się do postrzegania takiego systemu jako komfortowy? Zdecydowanie nie. Jednak dużo ciekawych rozwiązań, niska cena, atrakcyjny design jednostek wewnętrznych, podstawowy warunek dotrzymania zakładanej temperatury powietrza (choć nienadążny w odniesieniu do temperatury powietrza zewnętrznego) powoduje, iż systemy te są coraz częściej wykorzystywane jako jeden z niezbędnych elementów wyposażenia pomieszczeń. Przegląd rozwiązań producentów Klimatyzator typu split stanowi pojedyncza jednostka zewnętrzna, która jest przyporządkowana jedna jednostka wewnętrzna. Obydwie jednostki połączone są przewodami chłodniczymi, w których krąży czynnik chłodniczy. Klimatyzatory multisplit to urządzenia wykorzystujące jedną jednostkę zewnętrzną do której podłączonych jest do kilku (najczęściej do czterech) jednostek wewnętrznych. Obecnie najczęściej wykorzystywanym czynnikiem chłodniczym jest mieszanina niejednorodna R410A, charakteryzująca się małym poślizgiem temperaturowym w stosunku do obecnie wypieranego R407C. Jednostka wewnętrzna wyposażona jest w wentylator, element rozprężny i wymiennik bezpośredniego odparowania czynnika parowacz. Jednostki wewnętrzne w zależności od przeznaczenia dostępne są jako: ścienne, przypodłogowe,podsufitowe, kasetonowe, kanałowe. W zależności od wybranego typu urządzenia wewnętrznego, wykorzystywane są wentylatory promieniowe i poprzeczne. Jednostka zewnętrzna wyposażona jest w skraplacz oraz wentylator (najczęściej osiowy) umożliwiający wymuszone odprowadzenie ciepła kondensacji czynnika do atmosfery. Obecnie można spotkać również jednostki zewnętrzne chłodzone wodą, a dokładniej wodnym roztworem glikolu, w których ciepło skraplania odprowadzone zostaje przez medium pośredniczące (wodny roztwór glikolu) i z użyciem pompy cyrkulacyjnej oraz schładzacza cieczy (dry-cooler a) przekazywane do powietrza zewnętrznego. Z uwagi na dość niską temperaturę odparowania czynnika chłodniczego oraz temp. powierzchni ścianki chłodnicy, podczas schładzania powietrza z pomieszczenia, nieodłącznym procesem jest kondensacja pary wodnej zawartej w powietrzu, która zbierana jest w tacce ociekowej.

2 Odprowadzenie skroplin przeprowadzane jest z wykorzystaniem pompki skroplin, bądź grawitacyjnie. Przy podłączeniu do systemu kanalizacyjnego należy zastosować syfon, który powinien pozostać wypełniony cieczą, tak by nieprzyjemne odory nie przedostawały się do klimatyzowanego pomieszczenia. Instalacje freonowe pomiędzy jednostkami wewnętrznymi a zewnętrznymi mogą osiągać długości nawet do 70 m przy maksymalnej różnicy poziomów do 30 m. Nie wymagają przy tym zastosowania syfonów, kontrasyfonów oraz specjalnego wymiarowania optymalnych średnic przewodów freonowych (ssawnego i cieczowego) jak to ma miejsce dla tradycyjnych instalacji freonowych. Większe dopuszczalne długości przewodów freonowych z reguły dotyczą urządzeń ze sprężarką o płynnej regulacji prędkości obrotowej. Należy jednak zaznaczyć, iż podawane maksymalne długości przewodów freonowych dla klimatyzatorów typu multi-split dotyczą sumarycznej odległości pomiędzy wszystkimi jednostkami wewnętrznymi. Jeśli jednostka zewnętrzna systemu multi-split przeznaczona do współpracy z 3 jednostkami wewnętrznymi ma łączną maksymalną długość przykładowo 50 m, to odległość pomiędzy jedną z trzech jednostek wewnętrznych a zewnętrzną wynosi 16,6 m. Jeśli do jednostki zewnętrznej przeznaczonej do trzech jednostek wewnętrznych wykorzystamy tylko dwie jednostki wewnętrzne i zastosujemy zaślepkę na trzeci wolny układ chłodniczy, wówczas długości przypadające na poszczególne dwie jednostki wewnętrzne nieznacznie się zwiększą. Klimatyzatory w programie certyfikacji EUROVENT Program certyfikacji EUROVENT to program mający na celu standaryzację danych technicznych urządzeń przeznaczonych dla klimatyzacji i chłodnictwa zgodnie z europejskimi i międzynarodowym normami. Laboratorium EUROVENT pozwala producentom uczestniczącym w programie na wyrównaną konkurencję, integrację pomiędzy producentami oraz systematyzację parametrów technicznych urządzeń. Certyfikacja dostarcza korzyści przy wyborze produktów i ich osiągów zarówno dla potencjalnych odbiorców jak i producentów. Końcowemu użytkownikowi ułatwia właściwy wybór urządzenia, oszacowanie kosztów zużycia energii i tym samym dostawę produktu odpowiadającego wstępnym założeniom projektowym. Dla wytwórców urządzeń program certyfikacji EUROVENT tworzy wspólną platformę do współzawodnictwa na takich samych zasadach możliwości bezpośredniego porównania danych technicznych urządzeń. Ostatecznie, wizerunek i integracja całego rynku klimatyzacyjnego staje się korzystniejsza i wszelkie niejasności pomiędzy producentami jak też specyfikacjami technicznymi zostają rozwiane. Do aktualnych programów certyfikacji EUROVENT można zaliczyć: klimatyzatory komfortu o wydajności chłodniczej poniżej 12 kw (AC1); klimatyzatory komfortu o wydajności chłodniczej od 12 do 45 kw (AC2);

3 klimatyzatory komfortu o wydajności chłodniczej od 45 do 100 kw (AC3); szafy klimatyzacji precyzyjnej (CC); n klimakonwektory wentylatorowe (FC); klimakonwektory wentylatorowe typu kanałowego (FCP); agregaty wody ziębniczej (LCP); n chłodnice wentylatorowe przeznaczone dla chłodnictwa (HECOOL); zdalne skraplacze chłodzone powietrzem (HECOND); schładzacze cieczy / dry cooler y (HEDCOOL); wieże chłodnicze (CT); n centrale klimatyzacyjne (AHU); komory chłodnicze (RDC); wymienniki ciepła chłodzące i grzewcze (HECOILS); krzyżowo-płytowe wymienniki ciepła typu powietrze- powietrze (AAHE); obrotowe wymienniki ciepła typu powietrze-powietrze (AARE); dokładne filtry powietrza klasy F5-F9 (Filters); n belki chłodzące (CB). W dalszej części tekstu zostaną omówione zasadnicze zagadnienia związane z programem certyfikacji klimatyzatorów. Program certyfikacji dotyczący klimatyzatorów został podzielony na trzy grupy zależnie od wydajności chłodniczej urządzeń. Pierwsza grupa obejmuje urządzenia o wydajności ziębienia do 12 kw, kolejna obejmuje urządzenia o zakresie wydajności od 12 do 45 kw oraz ostatnia, trzecia grupa od 45 do 100 kw. EUROVENT podaje definicję tej grupy urządzeń: Klimatyzatory komfortu od 12 do 100 kw (AC1, AC2 i AC3) to fabrycznie wykonane urządzenia, których zadaniem jest schłodzenie powietrza na potrzeby systemu klimatyzacyjnego. Produkty te mogą być wykorzystywane zarówno jako chłodzące jak i grzewcze, poprzez zastosowanie odwracalnego układu chłodniczego. Firmy uczestniczące w programie muszą dokonać certyfikacji wszystkich produkowanych modeli z zakresu programu w jakim mają uczestniczyć. Dotyczy to szczególnie klimatyzatorów typu multi-split z dwoma jednostkami wewnętrznymi. W opisie programu certyfikacji można odszukać również opis budowy klimatyzatora. Według definicji zawartej na stronach EUROVENT: Klimatyzator jest zamkniętą konstrukcją zaprojektowaną jako urządzenie dostarczające uzdatnione powietrze do zamkniętej przestrzeni. Zawiera układ chłodniczy zasilany elektrycznie, którego zadaniem jest schłodzenie powietrza i posiadający dodatkową zaletę, a mianowicie możliwość osuszania powietrza. Urządzenie może być stosowane jako grzewcze, cyrkulujące, czyszczące i osuszające powietrze. Jeśli wyposażenie jest dostarczone w postaci rozdzielonej to traktowane są jako całość. Klimatyzator poddawany do badań może być zbudowany jako: a) urządzenie monoblokowe: fabrycznie zmontowane komponenty układu chłodniczego połączone wspólnie w formie pojedynczego urządzenia. b) urządzenie typu split (rozdzielony): fabrycznie zmontowane komponenty układu chłodniczego w postaci dwóch lub większej ilości elementów, wspólnie połączone jako funkcjonalne urządzenie. W tabeli 1 ujęto podział i kodyfikację stosowaną przy wyborze właściwego produktu spośród różnych typów urządzeń wchodzących w zakres programu certyfikacji dla klimatyzatorów AC1, AC2 i AC3. Do parametrów jakie są weryfikowane podczas testów klimatyzatorów przynależnych do grup

4 certyfikacyjnych AC1, AC2 oraz AC3 należą: a) całkowita wydajność chłodnicza; ciepło odprowadzone przez klimatyzator od powietrza w określonym przedziale czasowym; b) wydajność grzewcza dla urządzeń z odwracalnym obiegiem chłodniczym; ciepło doprowadzone poprzez odwracalny obieg chłodniczy klimatyzatora do powietrza w określonym przedziale czasowym; c) efektywne zużycie energii; średnie zużycie energii elektrycznej doprowadzonej do urządzenia obejmujące: zużycie energii doprowadzonej podczas pracy sprężarki i dodatkowe zużycie energii elektrycznej do rozmrożenia wymiennika z wyłączeniem dodatkowej nagrzewnicy elektrycznej niewykorzystywanej do rozmrożenia, zużycie energii elektrycznej wszystkich elementów sterujących i zabezpieczających urządzenie, proporcjonalne zużycie energii elektrycznej dodatkowych urządzeń (np. wentylatory, pompy służące do transferu ciepła znajdujące się w obrębie klimatyzatora). Dodatkowo weryfikowane są: d) współczynnik efektywności energetycznej (podczas trybu chłodzenia); e) współczynnik efektywności energetycznej (podczas trybu grzania); f) poziom mocy akustycznej według krzywej ważonej A po stronie jednostki wewnętrznej (urządzenie nieokanałowane); g) poziom mocy akustycznej według krzywej ważonej A po stronie jednostki zewnętrznej (urządzenie nieokanałowane); h) poziom mocy akustycznej według krzywej ważonej A emitowanej po stronie kanału (urządzenie okanałowane). Ostatnie trzy parametry związane z głośnością obowiązują dla klimatyzatorów o wydajności chłodniczej do 45 kw (grupy AC1, AC2). Dla urządzeń o większych wydajnościach kw (AC3) weryfikowane są następujące parametry: f ) poziom mocy akustycznej według krzywej ważonej A po stronie jednostki wewnętrznej (w kanale); g ) poziom mocy akustycznej według krzywej ważonej A po stronie jednostki zewnętrznej (od obudowy); h ) poziom mocy akustycznej według krzywej ważonej A po stronie jednostki zewnętrznej (w kanale). Wszystkie badania są przeprowadzane dla standardowych warunków pracy ujętych w tabeli 2. Parametry techniczne dla takich warunków pracy są weryfikowane poprzez badania przeprowadzane w niezależnych laboratoriach EUROVENT zgodnie z normami: projektem europejskiej normy pr EN (test parametrów technicznych), EN-ISO 3741:1999 (test dźwięku) oraz EUROVENT 6/C/ Komisja wdrażająca dyrektywę 92/75/EEC z odniesieniem do tabel energetycznych klimatyzatorów do użytku domowego czyni obligatoryjnym, aby wszystkie urządzenia były oklejone naklejką, gdy są wystawiane na sprzedaż w sklepach lub centrach handlowych. Jednakże nie jest obligatoryjne zastosowanie tabelek w obecnej Dyrektywie Certyfikowanych Produktów. Pełen tekst dyrektywy opisujący wszystkie specyfikacje można znaleźć na stronie internetowej Eurovent/Cecomaf: Dyrektywa definiuje dla każdego typu produktu klasę energetyczną rozpoczynającą się od A (najbardziej efektywne) do G (najmniej efektywne). Klasa efektywności energetycznej jest określona zgodnie z tabelami 3-6.

5 Wydajność chłodnicza jawna i utajona jednostek wewnętrznych Dane dotyczące wydajności znajdujące się w katalogach producentów są podawane dla warunków EUROVENT. Przykładowo całkowita wydajność chłodnicza (jawna i całkowita) jednostek wewnętrznych jest przedstawiana dla temperatury powietrza wlotowego do urządzenia 27/19 C (wg term. suchego /wg term. mokrego ). W praktyce obliczeniowe parametry powietrza wewnętrznego przyjmowane są dla okresu letniego w zakresie C, którym odpowiadają niższe temperatury odparowania czynnika chłodniczego, co wiąże się z niższą efektywnością energetyczną klimatyzatorów i mniejszą wydajnością chłodniczą w stosunku do warunków odpowiadającym programowi certyfikacji EUROVENT. Niestety nie zawsze jest to rozpatrywane przy doborze urządzeń, czego rezultatem jest niedoszacowanie wydajności ziębniczej jednostki wewnętrznej do bilansu cieplnego pomieszczenia. Kolejnym, istotnym zagadnieniem jest pojęcie całkowitej (jawnej i utajonej) wydajności chłodniczej urządzeń. Z reguły w katalogach producentów podawane są tylko całkowite wydajności chłodnicze. Część tej wydajności z uwagi na niskie temperatury powierzchni ścianki chłodnicy bezpośredniego odparowania w klimatyzatorze jest tracona na osuszanie powietrza, stąd też całkowita wydajność chłodnicza klimatyzatorów nie powinna być wyznacznikiem przy doborze urządzenia, którego zadaniem jest asymilacja określonych jawnych zysków ciepła pomieszczenia. Aby zobrazować powyższe, obydwa zagadnienia, posłużono się prostym przykładem obliczeniowym. Przykład Na potrzeby przykładu posłużono się rzeczywistym obiektem z wydzielonym pomieszczeniem o powierzchni 10 m2 i wysokości 2,6 m. Zakładaną temperaturę powietrza wewnętrznego przyjęto na poziomie tp = 23 C, zaś wilgotność względną równą: φp = 45%. Pomieszczenie wyposażone jest w jedną ścianę zewnętrzną, pozostałe przegrody wewnętrzne sąsiadują z innymi pomieszczeniami o takich samych docelowych parametrach powietrza jak dla analizowanego pomieszczenia (brak wymiany ciepła pomiędzy pomieszczeniami sąsiadującymi i analizowanym). Obliczone sumaryczne jawne zyski ciepła (od przegród przeźroczystych i nieprzeźro zystych, ludzi, oświetlenia, urządzeń komputerowych) wynoszą dla rozpatrywanego przypadku: 2,15 kw. Posługując się standardowym (i błędnym) tokiem rozumowania dobrano klimatyzator z katalogów jednego z producentów o wydajności chłodniczej całkowitej Qcałk,E = 2,15 kw. Jak wspomniano, dane te odnoszą się do parametrów powietrza wlotowego według warunków EUROVENT (tj. tp.e = 27 C, φp,e = 50%), którym odpowiada średnia temperatura odparowania czynnika chłodniczego rzędu 5 C. Temperatura powierzchni ścianki chłodnicy, gdyż ona wyznacza kierunek procesu schładzania powietrza na wykresie Molliera, jest wyższa o ok. 1 C, czyli wynosi ona dla w/w parametrów tśc,e = 6 C. Przebieg przemiany powietrza dla warunków EUROVENT przedstawiono na wykresie h-x (w postaci krzywej PE-CE; E EUROVENT). Parametry powietrza w pomieszczeniu (i na wlocie do jednostki wewnętrznej) oznaczono jako punkt PE, parametry powietrza na wylocie z chłodnicy bezpośredniego odparowania jako punkt CE. Patrząc na przebieg tej krzywej można zaobserwować, iż jawna wydajność chłodnicza jest mniejsza od zakładanej i wynosi Qj.E = 1,66 kw. Wydajność chłodnicza utajona równa jest Qu,E = 0,49 kw, co stanowi 22% całkowitej wydajności chłodniczej i jest tracona na odwilżanie pary wodnej zawartej w powietrzu wilgotnym. Stosunek jawnej wydajności chłodniczej do całkowitej wynosi: Qj.E/Qcałk,E 77%. Na tym samym wykresie naniesiono przebieg zmiany stanu powietrza dla warunków rzeczywistych PR-CR z uwzględnieniem spadku wydajności chłodniczej urządzenia. Dla obranych parametrów powietrza (tp,r = 23oC, φp,e = 45%) całkowita wydajność chłodnicza, odczytana z katalogów

6 producenta wynosi Qcałk,R = 1,70 kw. Jawna wydajność chłodnicza związana ze schładzaniem powietrza wynosi zaledwie 1,44 kw. Kierunek przemiany dla takich warunków jest bardziej zbliżony do kierunku pionowego w stosunku do warunków EUROVENT, w związku, z czym mniejsza część całkowitej wydajności chłodniczej jest zużywana na osuszenie powietrza wilgotnego. Stosunek wydajności ziębniczej jawnej do całkowitej wynosi Qj.R/Qcałk,R 84%. Sposób określenia jawnej, utajonej oraz całkowitej mocy chłodniczej przedstawiono dla obu przemian na rozpatrywanym wykresie h-x. Reasumując, prezentowany tok postępowania pozwala na uwypuklenie błędów związanych z najczęstszym doborem urządzeń. Dobrany z katalogu producenta klimatyzator nie spełni oczekiwań i w okresie maksymalnych zysków ciepła temperatura w pomieszczeniu będzie wyższa od zakładanej. Warto jednak wspomnieć, iż znając kierunek przemiany (związany z temperaturą powierzchni ścianki i parametrami powietrza wlotowego), wydajności chłodnicze całkowite oraz podawany z reguły przez producentów wydatek powietrza w jednostce wewnętrznej, można określić parametry powietrza na wylocie z klimatyzatora oraz stosunek wydajności chłodniczej jawnej i utajonej w całkowitej mocy ziębniczej klimatyzatora. Przekształcając następującą zależność na moc chłodniczą klimatyzatora Q ch = m x Δh gdzie: Q ch całkowita wydajność chłodnicza jednostki wewnętrznej [kw], m strumień masowy powietrza [kg/s], Δh różnica entalpii powietrza przed i na wylocie z klimatyzatora [kj/kg] wyliczamy różnicę entalpii powietrza przed i na wylocie z chłodnicy: Δh = Q ch /m Następnie od entalpii powietrza odpowiadającej parametrom powietrza w pomieszczeniu i na określonym kierunku przemiany powietrza na chłodnicy bezpośredniego odparowania w klimatyzatorze, zaznaczamy obliczoną uprzednio różnicę entalpii, otrzymując parametry powietrza na wyjściu z chłodnicy. Wykorzystując sposób obliczeń na prezentowanym wykresie h-x dokonujemy określenia udziałów jawnej i utajonej (w całkowitej) wydajności chłodniczej jednostki wewnętrznej systemu split. Podsumowanie Klimatyzatory są urządzeniami pozwalającymi na dotrzymanie jednego z podstawowych warunków komfortu temperatury powietrza. Stosowane przez deweloperów i innych inwestorów możliwości podniesienia prestiżu budynku poprzez wprowadzenie do folderów reklamowych pojęcia, że pomieszczenia są klimatyzowane, gdy stosowanymi urządzeniami są klimatyzatory typu split jest niezgodne z prawdą. Bardziej właściwym sformułowaniem powinien być zapis, iż pomieszczenia w okresie letnim są schładzane. Tylko część podstawowych założeń systemów klimatyzacyjnych jest realizowanych przez klimatyzatory split: filtracja, schładzanie, osuszanie, grzanie, czasami doprowadzenie powietrza świeżego. Należy jednak pamiętać, iż system klimatyzacyjny to zespół urządzeń pozwalający na utrzymanie oprócz temperatury i jakości powietrza w pomieszczeniu: właściwej wilgotności, prędkości powietrza, temperatury powietrza nawiewanego, doprowadzenie właściwej ilości powietrza świeżego (kryterium higieniczne) i o odpowiednich parametrach, co często

7 wymaga zastosowania kilku urządzeń modułowych, jednocześnie tak by wstępnie założone wymagania zostały spełnione. Takie możliwości daje tylko kompletnie wyposażona centrala klimatyzacyjna. Jednak należy podkreślić, iż z uwagi na cenę, możliwości montażu w niektórych budynkach mieszkalnych najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie klimatyzatorów typu split i multi-split. Dla niewymagających użytkowników już samo utrzymanie właściwej temperatury powietrza wewnętrznego w okresach występowania ekstremalnych temperatur powietrza zewnętrznego jest komfortem. Jeśli opisane w tekście warunki właściwego doboru urządzeń zagwarantują dotrzymanie właściwej temperatury powietrza w pomieszczeniu to, zależnie od punktu widzenia użytkownika, klimatyzatory przez jednych będą postrzegane jako symbol luksusu przez innych jako standard wyposażenia budynków. Według własnej opinii autora wkrótce klimatyzatory, będą stanowiły standard wyposażenia wszystkich pomieszczeń, przykładowo z uwagi na coraz wyższe średnie temperatury miesięczne powietrza zewnętrznego. Pamiętajmy jednak, iż pojęcie komfortu znacznie bardziej wykracza poza możliwości oferowanych najprostszych urządzeń typu split i multi-split. Problemem przed jakim staną wówczas wszystkie strony (inwestorzy, użytkownicy, projektanci) będzie związany raczej z zużyciem energii elektrycznej. Warto o tym wspomnieć już teraz. LITERATURA RECKNAGEL, SPRENGER, HONMANN, SCHRAMEK: Poradnik Ogrzewanie+Klimatyzacja. Gdańsk, Materiały reklamowe KLIMA-THERM / FUJITSU oraz innych producentów. Autor: mgr inż. Bartłomiej Adamiski członek PZITS O/Kraków KONTAKT Chłodnictwo & Klimatyzacja Tel: Fax: Adres: al. Komisji Edukacji Narodowej Warszawa