Klimatyzatory typu split i multi-split – certyfikacja i

Klimatyzatory typu split i multi-split – certyfikacja i

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.
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);
●
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
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 45-100
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
14511 (test parametrów technicznych), EN-ISO 3741:1999 (test dźwięku) oraz EUROVENT
6/C/006-97.
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:
http://www.eurovent-cecomaf.org.
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.
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 24÷26°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
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
Qch = m x Δh
gdzie:
Qch – 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 = Qch/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
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
1. RECKNAGEL, SPRENGER, HONMANN, SCHRAMEK: „Poradnik Ogrzewanie+Klimatyzacja”.
Gdańsk, 1994.
2. www.eurovent-certification.com
3. Materiały reklamowe KLIMA-THERM / FUJITSU oraz innych producentów.
Autor: mgr inż. Bartłomiej Adamiski – członek PZITS O/Kraków
KONTAKT
Chłodnictwo & Klimatyzacja
Tel: +48 22 678 84 94
Fax: +48 22 678 84 94
Adres:
al. Komisji Edukacji Narodowej 95
02-777 Warszawa