Системите за климатизация с директно изпарение на хладилния агент работят на принципа на хладилната машина, за която е характерно използването на кондензаторната топлина, без да се изключва и оползотворяването и на студопроизводството. Хладилната машина теоретично използва всеки един от термодинамичните цикли, но в практиката са се утвърдили компресорните хладилни машини и в редките случаи, когато има на разположение източник на топлина с ниска цена – абсорбоционните хладилни машини.
При използване на хладилната машина за климатизиране на сграда или помещение, при работа на машината в режим на охлаждане се използва изпарителят, който се намира в климатизираното пространство и отнема топлина от него. Топлината от кондензатора се отдава извън климатизираното пространство.
При използване на термопомпен вариант, при работа в режим на отопление, кондензаторът се намира в сградата, където отдава топлина, а изпарителят е извън сградата и отнема топлина от околната среда.
Хладилен коефициент и коефициент на трансформация
Важни фактори за хладилната машина са хладилният коефициент и коефициентът на трансформация. Те, от своя страна, показват какво студопроизводство и каква отоплителна мощност се получават при определени температурни работни условия, ако за задвижването на компресора се влага 1 kW електрическа мощност.
Теоретично, коефициентът на трансформация е в порядък 4,5 до 6, при температура на източника на топлина в диапазона от -20 оС до +20 оС, след като се вземат предвид и температурните разлики за оразмеряване на изпарителя и кондензатора. Добре е да се има предвид, че колкото по-голяма е разликата на температурата (налягането) на кондензация и температурата (налягането) на изпарение, толкова по-малка е стойността на коефициента на трансформация, и обратно.
Избор на хладилен агент
Важен фактор за системите на директно изпарение е и изборът на хладилен агент. Неговият избор зависи от желаните температури на изпарение и кондензация. Към момента, сред най-използваните хладилни агенти са: R22, R134a и R123. Използват се и азеотропни смеси от хладилните агенти R407C и R410A. Изброените хладилни агенти заместват разпространените в миналото R12 и R11, които оказват неблагоприятен ефект върху озона в стратосферата и са забранени за производство след 2010 г. R22 също оказва неблагоприятен ефект върху озона, поради което е разрешен за ползване до 2030 г. в развитите страни и до 2040 г. за развиващите се.
Основните елементи на системите за директно изпарение са външно и вътрешно тяло. Външното тяло се явява компресорно-кондензаторната част и се състои от компресор, кондензатор, регулиращ вентил, вентилатор, управление и ел. част. Основни елементи на вътрешното тяло са: изпарител, вентилатор, управление и ел. част
На фиг. 1 е показана основна схема на хладилна машина. Принципът на работа е следният. Студен течен хладилен агент с ниско налягане се подава в изпарителя, където се изпарява, приемайки топлина от друго вещество (въздух или вода), следствие на което това веществото се охлажда. Хладилният агент напуска изпарителя под формата на студени пари с ниско налягане и постъпва в компресора. В него студените пари повишават температурата и налягането си. Получените горещи пари с високо налягане се нагнетяват в кондензатора, където кондензират. Въздухът или водата, с които кондензаторът са охлажда, са с по-ниска температура, от тази на хладилния агент. След кондензацията си хладилният агент е вече в течна фаза и с високо налягане. Горещият течен хладилен агент преминава през регулиращ вентил, който регулира дебита на агента и понижава налягането и температурата му. Охладената смес от течност и пара постъпва в изпарителя, с което кръгът се затваря.
Системи с директно изпарение
В практиката широко използвани са няколко системи на директно изпарение. Сред тях са сплит и мултисплит системите, както и VRV или VRF системите.
Сплит системи на директно изпарение са сред най-разпространения вид. Това са т. нар. домашни климатици. Те се използват основно в частни домове, единични офиси и административни сгради. Системата се състои от едно вътрешно тяло и едно външно, които са свързани посредством тръбна мрежа, обикновено от медни тръби, в която тече хладилен агент. Външните тела се монтират на фасадата на сградата. Вътрешните тела най-често са за висок стенен монтаж, възможно е да бъдат и касети за скрит таванен монтаж, както и за открит таванен/подов монтаж.
Мултисплит системите на директно изпарение са системи, при които се подвързват две до четири вътрешни тела с едно общо външно тяло. Външните тела се монтират на фасадата на сградата. Вътрешните тела са като при сплит системата – за висок стенен монтаж, касети за скрит таванен монтаж, за открит таванен/подов монтаж. Възможна е комбинация на вътрешни тела от различните типове.
VRV или VRF са климатични системи, при които към едно външно тяло са подвързани „n” на брой вътрешни тела. VRF е съкращение от Variable Refrigerant Flow – променлив дебит на хладилния агент, а VRV от Variable Refrigerant Volume – променливо количество на хладилния агент. И двете съкращения се отнасят за един и същ вид система за климатизация. Характерна особеност на системите на директно изпарение, работещи с променлив дебит на хладилния агент е, че количеството фреон се определя в зависимост от нуждите на съответното вътрешно тяло. Това се постига посредством използването на терморегулиращ вентил за всяко от вътрешните тела. Броят на вътрешните тела обикновено варира от 4 до 48, като външните тела могат да бъдат свързани в каскада от 2 до 4 броя. И тук могат да се комбинират вътрешни тела от различните типове – стенни, таванни, канални и т. н. Всички вътрешни тела се подвързват към една обща тръбна мрежа, която обикновено е изградена от медни тръби. Всяка от фирмите-производителки на такъв вид системи предлага и собствен софтуер, чрез който се проектира системата. По тази причина, ако при изпълнението на проекта се реши да се смени системата, това налага разработването на нов проект.
VRV/VRF системите могат да бъдат двутръбни или тритръбни. При двутръбните системи вътрешните тела работят в един и същ режим, т. е. или всички тела отопляват, или всички тела охлаждат. При тритръбните системи съществува възможност за независима работа на вътрешните тела, т. е. ако едно тяло в дадено помещение работи в режим на отопление, то в съседното помещение вътрешното тяло може да работи в режим на охлаждане. Това се счита за удачно при наличие на група от помещения, изискващи поддържане на различен режим на работа, за поддържането на подходящ микроклимат.
Особености при проектирането
След изготвянето на архитектурния проект за дадена сграда, следващият етап е изборът на подходяща система за отопление и охлаждане. Необходимо е системата за отопление и охлаждане да може да осигури поддържането на подходящ вътрешен микроклимат, както и да е енергийно ефективна. Едно от основните предимства на системите на директно изпарение е, че сградата е независима сама по себе си от външен енергоизточник. Генераторът на топлина/студ работи с електрическа енергия.
При избора на сплит система за климатизация е добре да се има предвид, че един от основните й недостатъци е големият брой външни тела, монтирани на фасадата. Обикновено се налага предварително архитектурата на сградата да е съобразена с тази особеност, за да може телата да се скрият или монтират на подходящи места. Най-често се прилага при къщи, жилищни блокове, сгради със смесено предназначение (жилищни и административни), или за сгради, при които няма възможност за отопление от друг енергоизточник.
Друг вариант е отоплението на сградата да е централно от ТЕЦ, а за летен режим и преходен сезон да се монтират климатици сплит система.
Вариантите за комбинация между сплит или мултисплит системите се считат за приложими за всякакви случаи, в зависимост от предпочитанията на собственика.
Обикновено тези системи изискват по-ниски капиталовложения в сравнение с VRVсистемите, поради което, според специалисти, към момента често биват предпочитани от инвеститорите, когато става въпрос за жилищен блок или сграда със смесено предназначение. Стандартна практика е по време на строителството да се залагат тръбната мрежа, обикновено от медни тръби, заедно с електрокабелите и да се указват местата за монтаж на вътрешните и външните тела. Собственикът на всеки един от апартаментите или офисите (магазините) в последствие сам избира фирмата-производител на сплит системата. Често, от специалистите това се отчита като недостатък, тъй като когато на фасадата се монтират външни тела от различни производители, се нарушава естетическия вид на сградата, колкото и добре да е решено местоположението на външните тела.
Отвеждане на кондензата
Друг проблем, който би могъл да се появи по време на изпълнението, е отвеждането на конденза. Добре е още на проектно ниво да се реши по какъв начин ще се отвежда кондензът от вътрешното и външното тяло. Обикновено се използват няколко варианта. Единият е свързан с отвеждането на конденза във вертикалните клонове на канализацията, с помощта на пластмасови тръби с различни диаметри, а самото заустване към вертикала по специален детайл. Вторият вариант е отвеждане на конденза към външните улуци на сградата.
По-често срещано решение е комбинацията от двата варианта, като има вариант, при който кондензът от външните тела се оставя да се оттича свободно, което не е особено приятно и това също може да се приеме за недостатък.
Принципно, системите на директно изпарение се считат за приложими за всякакъв вид сграда, като се вземат предвид архитектурните й особености, местоположение, подържането на желания микроклимат и желанието на инвеститора. Използването им е все по-често срещано, с оглед на по-ниските експлоатационни разходи, спрямо които се нареждат сред системите с най-ниска себестойност.
Термопомпени агрегати на директно изпарение
На пазара се предлагат всякакви видове климатици и възможности за системи на директно изпарение. Например, термопомпените агрегати на директно изпарение също са често срещано решение. Тези агрегати обикновено се използват като основен генератор на топлина или студ за сгради, в които вътрешната инсталация е конвенционална отоплителна/охладителна система на вода. В този случай се използват няколко варианта. Сред често използваните е въздушен термопомпен агрегат на директно изпарение, окомплектован с вътрешно и външно тяло. Връзката между двете тела обикновено е с медни тръби, в които тече фреон. Друго използвано решение е термопомпен агрегат с геотермия на директно изпарение. Тук кондензаторът е под формата на серпентини, вкопани хоризонтално в земята на дълбочина под 1,50 m. Серпентините обикновено са медни тръби, в които тече фреон.
При избора на системи на директно изпарение специалистите съветват да се обръща внимание дали системата е оборудвана с допълнителен електрически нагревател, монтиран във външното тяло. В този случай системата реално не е толкова ефективна. Електрическият нагревател се включва при много ниски външни температури и КПД на системата вече е различен.
Изт.:сп.“ТД инсталации“
