W poprzedniej części przedstawiłem podstawowe informacje z zakresu techniki klimatyzacyjnej stosowanej w budownictwie. Omówione zostały także rozwiązania bazujące na zintegrowanych klimatyzatorach. W tym artykule (część druga) skupię się na rozwiązaniach bardziej zaawansowanych, czyli urządzeniach i systemach dzielonych.
Klimatyzatory single split
Klimatyzatory pojedyncze, podzielone na jednostkę wewnętrzną i zewnętrzną są najczęściej spotykanymi urządzeniami. Charakteryzują się one szerokim zakresem wydajności, zazwyczaj od 2,5 do około 16,0 kW przez co mogą obsługiwać zarówno małe pokoje w mieszkaniu, jak i duże sale w restauracji, czy biurze. Rozwiązania te cechują się ponadto bogatym wachlarzem typów jednostek wewnętrznych, co sprawia, że są one w stanie odpowiedzieć na różne potrzeby użytkownika oraz wiele cech i charakterystyk pomieszczeń. Najczęściej spotykane modele jednostek wewnętrznych klimatyzatorów single split przedstawia rysunek 8, a opisane i pokazane są one na kolejnych rysunkach – 12–16.
Do najczęściej wybieranych z pewnością zaliczyć można modele ścienne (rysunek 12). Cechują się one najczęściej zakresem wydajności od 2,2 do ok. 7,0 kW, choć spotkać można modele komercyjne o mocy nawet do 10,0 kW. Urządzenia ścienne oferują największy wybór pod względem designu i kształtu (np. o małej wysokości lub głębokości, matowe lub błyszczące), koloru (najczęściej białe, czarne, szare, choć dostępne są również złote lub czerwone), funkcjonalności (sterowanie WiFi, automatyczne żaluzje kierunkowe powietrza pionowe i poziome, regulator czasowy), czy parametrów (poziom ciśnienia akustycznego, klasa efektywności energetycznej, zakres nastaw temperatury). Montuje się je na dowolnej ścianie, zazwyczaj ok. 15–30 cm pod sufitem, a w przypadku wyjątkowo wysokich pomieszczeń na wysokości ok. 2,5–3,0 m od podłogi. Do ich zalet zaliczyć można także niewielkie gabaryty oraz łatwy montaż. Z tego względu są to najwszechstronniejsze urządzenia stosowane zarówno w domach i mieszkaniach, jak i biurach, sklepach czy restauracjach.
Klimatyzatory pojedyncze kasetonowe (rysunek 14) są powszechnie spotykanie w stosunkowo niewielkich obiektach komercyjnych. Montowane są one zawsze na suficie i najczęściej zabudowywane sufitem podwieszanym (płyty typu Armstrong, płyty g-k). Główną linią podziału urządzeń kasetonowych jest liczba kierunków nawiewu powietrza. Najczęściej wykorzystywanymi są klimatyzatory czterostronne lub z nawiewem obwodowym, jednak występują również kasety jedno- lub dwustronne. Moce urządzeń pojedynczych zazwyczaj mieszczą się w zakresie 3,5–16,0 kW. Zaletą wykorzystania klimatyzatorów kasetonowych jest ich możliwość zabudowy w przestrzeni sufitu podwieszanego przez co prezentują się estetycznie w każdego rodzaju pomieszczeniach. Są one gabarytowo większe niż modele ścienne. Wadą jest natomiast najczęściej konieczność wykorzystania pompki skroplin do odprowadzania kondensatu (rysunek 13). Urządzenia te są powszechnie w nią wyposażane już fabrycznie. Poza generowaniem dźwięków podczas pracy, pompka skroplin może z czasem ulec zablokowaniu przez zanieczyszczenia (pompki pływakowe) lub uszkodzeniu. Ryzyko to jest raczej pomijalne w przypadku grawitacyjnego odprowadzenia skroplin.
Jeżeli urządzenie nie jest wyposażone w styk alarmowy pracy pompki, skutkiem może być wyciek wody. Cechy i zalety urządzeń kasetonowych w połączeniu z wyborem różnych stylów i kolorów paneli sprawiają, że klimatyzatory kasetonowe są chętnie stosowane w sklepach, biurach czy salach konferencyjnych.
Modele kanałowe (rysunek 15) single split również zaliczyć można do grupy lekkich komercyjnych. Ich konstrukcja, cechy, a co za tym idzie zastosowania są jednak zupełnie inne niż modeli kasetonowych. Modele te przystosowane są bowiem do czerpania powietrza z pomieszczenia oraz rozprowadzania klimatyzowanego powietrza siecią kanałów w różne miejsca pomieszczenia lub nawet różnych pomieszczeń. Najczęściej wykonuje się przewody elastyczne lub typu spiro. Przy projektowaniu takiego układu należy jednak pamiętać o wykonaniu rzetelnego projektu uwzględniającego m.in. spręż dyspozycyjny maszyny, wydatek powietrza, opory instalacji oraz rozpływ powietrza w poszczególnych odnogach systemu. Zdarza się jednak, że tzw. „kanałówki” nie są wyposażane w przewody dystrybucyjne, przez co nawiewają powietrze bezpośrednio do pomieszczenia. Rozwiązanie to najczęściej spotykane jest w pokojach hotelowych, gdzie klimatyzator zabudowany jest w zabudowie z płyt g-k i widoczne są tylko kratka zaciągu i nawiewu powietrza. Wiele modeli można ponadto doposażyć w kanał dopływu świeżego powietrza. Dzięki temu klimatyzator może mieszać powietrze zaciągane z pomieszczenia z powietrzem zewnętrznym. Realizuje dzięki temu również w pewnym stopniu (stosunek powietrza świeżego do powietrza nawiewanego zazwyczaj nie przekracza 20%) funkcję wentylacji. Dzięki możliwości dystrybucji powietrza w różne miejsca klimatyzatory kanałowe świetnie sprawdzają się między innymi w pomieszczeniach o powierzchni powyżej kilkudziesięciu, a nawet ponad stu metrów kwadratowych. Wykonanie kilku nawiewników powietrza z jednego urządzenia pozwala bowiem uniknąć powstawania tak zwanych „martwych stref” i równomiernie klimatyzować salę. Innym zastosowaniem jest obsługa wielu pomieszczeń jednocześnie. Z tego względu klimatyzatory kanałowe montowane są również na poddaszu nieużytkowym w domach jednorodzinnych. Dzięki temu samo urządzenie oraz kanały można łatwo zamontować w przestrzeni poddasza klimatyzując wiele pokoi. Modele kanałowe przewidziane do zabudowy charakteryzują się prostą konstrukcją i surowym wyglądem. Dzieli się je zazwyczaj ze względu na spręż dyspozycyjny (niskiego, średniego oraz wysokiego sprężu), możliwość doprowadzenia świeżego powietrza oraz występują modele tzw. slim, charakteryzujące się małą wysokością ułatwiającą montaż w niewielkich sufitach podwieszanych.
Klimatyzatory przypodłogowo-sufitowe charakteryzują się możliwością montażu zarówno w pionie (na ścianie, przy podłodze), jak i poziomie (na suficie). Zdarzają się jednak wersje do montażu jedynie pionowego lub poziomego. Ze względu na jeden kierunek nawiewu oraz lekką komercyjną konstrukcję cechuje je często daleka struga nawiewanego powietrza. Z tego względu bardzo często wykorzystywane są w pomieszczeniach takich jak hale, sale konferencyjne, czy pomieszczenia długie i wąskie jak korytarze. Zakres mocy typowych modeli przypodłogowo-sufitowych to najczęściej 3,5 – 16,0 kW.
Konsole, tj. klimatyzatory o niedużej mocy nie przekraczającej często 5,0 kW, często na pierwszy rzut oka mylone z klimatyzatorami przypodłogowo- sufitowymi. Pomimo podobnego wyglądu oferują one jednak wyłącznie instalację w pionie, na ścianie przy podłodze. Bardzo często również wyposażone są w dwa nawiewniki powietrza – górny oraz dolny, kierujące strumień powietrza odpowiednio w górę lub poziomo przy podłodze. Dzięki temu mogą w znacznie bardziej efektywny sposób zarówno chłodzić (wykorzystując nawiew górny), jak i ogrzewać (wykorzystując nawiew dolny). Urządzenia ze względu na przeznaczenie do lokali raczej mieszkalnych i biurowych charakteryzują się estetycznym designem. Dzięki swojej konstrukcji i zaletom są one bardzo często wykorzystywane jako urządzenia obsługujące poddasza w domach ze skośnym dachem. W pomieszczeniach tych ze względu na brak możliwości montażu klimatyzatora ściennego najczęściej inwestorzy zagospodarowują ściankę kolankową właśnie konsolą. Jest ona również powszechnie wybierana, gdy inwestor wyklucza montaż wysoko na ścianach i sufitach. Przykładem może być galeria sztuki lub muzeum. W takich miejscach, poza względami estetycznymi, montaż klimatyzatora na suficie czy wysoko na ścianie, w przypadku usterki układu odprowadzenia skroplin, groziłby zalaniem i zniszczeniem eksponatów.
Inną opcję urządzeń pojedynczych typu split stanowią modele wolnostojące. Choć są one popularne głównie poza Europą, to niekiedy można je również spotkać w naszym kraju. Modele te, skonstruowane jako stojące na podłodze, wielu instalatorom wyglądem przypominają regały lub lodówki. Mogą one osiągać moc nawet kilkunastu kilowatów. Ze względu na specyficzną konstrukcję oraz duży zakres mocy stosowane są między innymi w halach dworców, sklepach czy galeriach handlowych.
Rozwiązaniem łączącym zalety klimatyzatora przenośnego oraz urządzenia typu split są natomiast klimatyzatory mobilne (rysunek 16) single split. Jednostka wewnętrzna najczęściej przypomina wyglądem klimatyzator przenośny, jej konstrukcja jest jednak odmienna. Jako urządzenie typu split posiada również jednostkę zewnętrzną, przez co kompresor zlokalizowany jest poza pomieszczeniem. Pozwala to na obniżenie poziomu hałasu w lokalu w porównaniu do klasycznych modeli przenośnych. Dodatkowo nie wymaga on montażu rury odprowadzenia powietrza. Z jednostką zewnętrzną, ustawianą na zewnątrz budynku lub pomieszczenia łączy się elastycznymi przewodami czynnika chłodniczego. Klimatyzator ten, pomimo zaklasyfikowania jako model split, wykonany jest jako hermetycznie zamknięty układ chłodniczy. Kwestią kluczową przy zastosowaniu urządzenia mobilnego split jest przeprowadzenie elastycznych przewodów z pomieszczenia na zewnątrz. Nierzadko wykonuje się to przez szczelinę pod drzwiami (o ile jej wysokość jest wystarczająca) lub przez niedomknięte przesuwne okno. Zaletą takiego rozwiązania jest brak konieczności montażu oraz możliwość przenoszenia klimatyzatora. Wadą jest stosunkowo niewielka moc chłodnicza (do kilku kilowatów) oraz wysoka cena w związku z małą popularnością.
Systemy klimatyzacji multi split
Układy multi split (rysunek 17) to systemy w których jedna jednostka zewnętrzna obsługiwać może do 5, a czasem nawet do 7 jednostek wewnętrznych. Każda jednostka wewnętrzna jest wówczas połączona z agregatem własną linią czynnika chłodniczego oraz okablowaniem. Systemy te są powszechnie stosowane, gdy klimatyzowane mają być sąsiadujące ze sobą, bądź nie bardzo oddalone od siebie pomieszczenia w jednym budynku. Prowadzenie instalacji ograniczają bowiem wytyczne producenta takie jak maksymalna sumaryczna długość rur chłodniczych (nierzadko nawet 100 mb). Zaletą takiego rozwiązania jest brak konieczności montażu kilku jednostek zewnętrznych na elewacji (co może mieć wątpliwe walory estetyczne) lub dachu (brak miejsca). Wśród wad można wymienić konieczność zastosowania większej jednostki zewnętrznej, co często skutkuje wyższym poziomem ciśnienia akustycznego pracy oraz większymi wymaganiami przestrzeni montażowej. Systemy multi split są również przy wystąpieniu awarii i błędów bardziej narażone na wyłączenie z klimatyzowania wszystkich pomieszczeń jednocześnie. Zwłaszcza, gdy problem dotyka wspólnej jednostki zewnętrznej bądź uszkodzenia instalacji chłodniczej. W przypadku kilku klimatyzatorów typu single split awaria jednego z nich nie wpływa bowiem na poprawną pracę innych urządzeń. Systemy multi oferują możliwość wyboru wielu różnych typów jednostek wewnętrznych opisanych wcześniej, a ich wydajności sięgają zazwyczaj kilkunastu kilowatów.
Systemy klimatyzacji VRF
Układy VRF są to zazwyczaj rozbudowane systemy klimatyzacji, gdzie jedna jednostka zewnętrzna jest w stanie obsługiwać od kilku do nawet osiemdziesięciu jednostek wewnętrznych. Ich wydajności najczęściej zaczynają się od 12 kW, a kończą nawet na niemal 250 kW. Nazwa jest skrótem od angielskiego Variable Refrigerant Flow (zmienny przepływ czynnika), u niektórych producentów można spotkać również tożsame określenie VRV (Variable refrigerant volume – zmienna objętość/natężenie czynnika). Układy te charakteryzują się bowiem zmiennością przepływu czynnika chłodniczego przez poszczególne jednostki wewnętrzne w zależności od zapotrzebowania chłodu lub ciepła. Jednostka zewnętrzna zbudowana jako pojedyncze urządzenie może się również składać z kilku modułów. Przykładowy układ 3-modułowy przedstawia rysunek 18. Ponadto występują one nierzadko w różnych seriach. Często spotykane są jednostki typu Mini i Slim (zazwyczaj wyrzut powietrza do przodu, małe gabaryty) lub urządzenia modułowe (zazwyczaj wyrzut powietrza do góry, możliwość łączenia modułów). Systemy VRF oferują największy wybór typów jednostek wewnętrznych od urządzeń ściennych i konsol, po wiele rodzajów jednostek kasetonowych, kanałowych, czy przypodłogowych. Urządzenia łączy się instalacją czynnika chłodniczego rozdzielaną do każdego z urządzeń za pomocą miedzianych trójników i rozdzielaczy (rysunek 19). Całkowita długość instalacji może wynosić nawet 1000 m.
Klasyczne systemy VRF wykorzystują instalację chłodniczą dwururową (przewód cieczowy i gazowy). Konstrukcja ta umożliwia pracę uruchomionych jednostek wewnętrznych jednocześnie tylko w jednym trybie (chłodzenie/ogrzewanie). Popularność zdobywają jednak układy trójrurowe, nazywane także systemami z odzyskiem ciepła (ang. Heat Recovery). Konstrukcyjnie poza trzema przewodami chłodniczymi (gazowy niskiego ciśnienia, gazowy wysokiego ciśnienia oraz cieczowy) wykorzystują one moduły odzysku ciepła. Schemat układu HR przedstawia rysunek 20. Rozwiązania Heat Recovery posiadają nad klasycznymi układami dwururowymi istotne przewagi. Jedną z nich jest możliwość jednoczesnej pracy różnych jednostek w chłodzeniu oraz ogrzewaniu. Tryb ten jest często wykorzystywany w biurowcach choćby w okresach przejściowych (wiosna lub jesień). Budynki te przez swoje duże przeszklenie mogą wtedy wykazywać zapotrzebowanie jednocześnie na chłód (pomieszczenia po południowej stronie z dużymi zyskami ciepła słonecznego) oraz ogrzewanie (lokale po północnej stronie bez zysków ciepła). Co więcej praca ta charakteryzuje się odzyskiem ciepła, który może być realizowany w różnym stopniu. Polega on na przekazywaniu odebranego z pomieszczeń chłodzonych ciepła do pomieszczeń, które realizują funkcję ogrzewania. Ciepło to w klasycznych dwururowych systemach jest bowiem transportowane do jednostki zewnętrznej i usuwane do powietrza zewnętrznego, a finalnie tracone. Systemy HR mogą być także wyposażane w hydromoduły, dzięki czemu odzyskane ciepło można wykorzystać do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, centralnego ogrzewania lub podgrzewania basenu hotelowego.
Rozwiązaniem wartym uwagi są również moduły, dzięki którym systemy VRF mogą obsługiwać wymienniki bezpośredniego odparowania w centralach wentylacyjnych. Dzięki temu możliwa jest realizacja sprawnej chłodnicy lub nagrzewnicy powietrza wentylacyjnego. Dodatkowo układy VRF oferują często szerokie opcje sterowania. Poza standardowymi pilotami i kontrolerami przewodowymi większość producentów oferuje sterowniki centralne, moduły WiFi oraz bramki BMS. Ostatnie rozwiązanie jest najczęściej stosowane w dużych, komercyjnych inwestycjach takich jak hotele, galerie handlowe czy biurowce. BMS, czyli Building Management System (ang. System zarządzania budynkiem) to zintegrowany, centralny układ sterowania instalacjami takimi jak klimatyzacja, wentylacja, ogrzewanie, oświetlenie, schody ruchome, monitoring, czy systemy przeciwpożarowe. Przykładowy interfejs przedstawia rysunek 21. Ze względu na rozbudowanie układy VRF projektuje się zazwyczaj wykorzystując komputerowe programy doborowe oferowane przez producentów.
Wśród negatywnych cech systemów VRF warto wymienić natomiast umiejscowienie zaworów rozprężnych zazwyczaj w jednostkach wewnętrznych. Elementy te dynamicznie regulujące ilość czynnika przepływającego przez jednostkę wewnętrzną mogą powodować powstawanie w pomieszczeniach dźwięków przypominających przepływającą ciecz lub szum.
Ze względu na swoje cechy układy VRF stosowane są zarówno w niewielkich inwestycjach jak sklepy, małe biura czy restauracje, ale i komercyjnych obiektach takich jak hotele, czy biurowce.
Systemy wody lodowej
Układy tzw. wody lodowej, podobnie jak systemy VRF charakteryzują się obsługą komercyjnych obiektów przez jedną jednostkę zewnętrzną współpracującą z wieloma urządzeniami wewnętrznymi. Ich cechą charakterystyczną jest natomiast praca instalacji wewnętrznej na czynniku chłodniczym R718 czyli czystej wodzie lub wodzie z dodatkiem środka przeciwko zamarzaniu, na przykład glikolu etylenowego. Agregaty wody lodowej, zwane również chillerami (rysunek 22) wyposażone są w hermetycznie zamknięty układ sprężarkowy oparty na sztucznym czynniku chłodniczym (np. R410a), a także wymiennik przekazujący ciepło/chłód do układu wodnego. Konstrukcja ta wymusza wykorzystanie jednostek wewnętrznych pracujących również w oparciu o wodę lodową czyli klimakonwektorów (ang. fan coil). Klimakonwektory nierzadko wyglądem przypominają zwykłe jednostki klimatyzacyjne, różnią się przede wszystkim czynnikiem pracy, a co za tym idzie zastosowanym wymiennikiem ciepła. Agregaty wody lodowej mogą wymieniać ciepło zarówno z powietrzem zewnętrznym jak i na przykład wodą odpadową z procesów technologicznych. Systemy te cechują się ponadto możliwością budowy układów o wyjątkowo dużych mocach sięgających kilkuset lub ponad 2000 kW. Ich zaletą jest niewątpliwie hermetyczna konstrukcja układu ze sztucznym czynnikiem chłodniczym i brak jego przepływu wewnątrz budynku, co podnosi bezpieczeństwo użytkowników, a także dbałość o środowisko i ewentualne koszty naprawy w przypadku wystąpienia wycieku. Ze względu na swoją charakterystykę wykorzystywane są one najczęściej w dużych obiektach takich jak galerie handlowe czy kompleksy hotelowe.
Podsumowanie
Rozwiązania, systemy i urządzenia klimatyzacyjne możemy zatem podzielić względem wielu kryteriów takich jak funkcja, technologia chłodzenia, czy konstrukcja. Sprawia to, że różnią się one między innymi funkcjonalnością, cechami oraz zaletami. Dzięki temu mają one szerokie zastosowanie zarówno w realizacjach domowych jak i komercyjnych i przemysłowych. Podsumowanie opisanych w niniejszym vademecum rozwiązań klimatyzacji sprężarkowych zawiera tabela 1.
