Chiller-fancoil systeem: werkingsprincipe en inrichting van het thermoregulatiesysteem

Het multizone klimaatbeheersingssysteem chiller-fan coil is ontworpen om comfortabele omstandigheden te creëren in een groot gebouw. Het werkt continu - in de zomer voorziet het van koelte en in de winter van warmte, waarbij de lucht tot de ingestelde temperatuur wordt verwarmd. Het is de moeite waard om de werking ervan te leren kennen, vindt u niet?

In het door ons voorgestelde artikel worden de constructie en de onderdelen van het klimaatbeheersingssysteem in detail beschreven. De aansluitmethoden van de apparatuur worden gepresenteerd en uitgebreid behandeld. We leggen u uit hoe dit thermoregulatiesysteem is opgebouwd en functioneert.

Onderdelen van het chiller-fan coil schema

De rol van het koelapparaat is toegewezen aan de chiller - een externe unit die koude produceert en levert via leidingen met daarin circulerend water of ethyleenglycol. Hierdoor verschilt het van andere split-systemen, waar freon als warmtedrager wordt gepompt.

Voor het verplaatsen en transporteren van freon, het koelmiddel, zijn dure koperen leidingen nodig. Hier worden waterleidingen met warmte-isolatie uitstekend voor deze taak ingezet. De werking ervan wordt niet beïnvloed door de buitentemperatuur, terwijl split-systemen met freon al bij -10⁰ hun functionaliteit verliezen. De interne warmtewisselaar is de fan coil.

Deze neemt vloeistof met een lage temperatuur op, geeft vervolgens de koude af aan de lucht in de ruimte, en de verwarmde vloeistof keert terug naar de chiller. Fan coils worden in alle kamers geïnstalleerd. Elk van hen werkt volgens een individueel programma.

De belangrijkste onderdelen van het systeem zijn het pompstation, de chiller en de fan coil. De fan coil kan op grote afstand van de chiller worden geïnstalleerd. Het hangt allemaal af van de kracht van de pomp. Het aantal fan coils is evenredig met het vermogen van de chiller.

Meestal worden dergelijke systemen toegepast in hypermarkten, winkelcentra, ondergrondse constructies en hotels. Soms worden ze gebruikt voor verwarming. Dan wordt via het tweede circuit verwarmd water naar de fan coils gestuurd of wordt het systeem omgeschakeld naar een verwarmingsketel.

Constructieve uitvoering van het systeem

Wat de constructie betreft, zijn chiller-fan coil systemen er in 2-pijps en 4-pijps uitvoeringen. Wat het installatietype betreft, worden er wand-, vloer- en inbouwapparaten onderscheiden.

Het systeem wordt beoordeeld op de volgende hoofdparameters:

• vermogen of koelcapaciteit van de chiller;
• capaciteit van de fan coils;
• efficiëntie van luchtverplaatsing;
• lengte van de leidingen.

De laatste parameter hangt af van de kracht van de pompinstallatie en de kwaliteit van de buisisolatie.

Aansluiting van de chiller en de fan coil

Het soepel functioneren van het systeem vindt plaats door het verbinden van chiller met een of meerdere fancoils via geïsoleerde leidingen. Bij afwezigheid van isolatie daalt het rendement van het systeem aanzienlijk.

Elke fancoil heeft een individuele aansluitunit waarmee de prestatie ervan wordt geregeld, zowel voor warmte- als koudeproductie. Het koelmiddeldebiet in een afzonderlijke unit wordt geregeld met speciale afsluit- en regelarmatuur.

Om gekoeld water naar de warmtewisselaar te leiden, wordt één pijp aangesloten op de fancoil en de andere - voor afvoer van vloeistof - op de chiller. Het systeemontwerp laat mengen van koelmiddel met warmteoverdrachtsmedium toe.

Als vermenging van het warmteoverdrachtsmedium met het koelmiddel niet is toegestaan, wordt het water in een aparte warmtewisselaar verwarmd en wordt het schema aangevuld met een circulatiepomp. Om een vloeiende regeling van de stroom werkvloeistof door de warmtewisselaar te garanderen, wordt bij het monteren van het aansluitschema een 3-wegklep gebruikt.

Als in het gebouw een tweepijpssysteem is geïnstalleerd, worden zowel koeling als verwarming verzorgd door de koelmiddel — een chiller. Om de efficiëntie van de verwarming te verhogen met behulp van fancoils in de koude periode, wordt naast de chiller een ketel aan het systeem toegevoegd.

In tegenstelling tot een tweepijpssysteem met één warmtewisselaar, bevat een vierpijpssysteem 2 van deze eenheden. In dit geval kan de fancoil zowel verwarmen als koelen, waarbij in het eerste geval gebruik wordt gemaakt van de vloeistof die in het verwarmingssysteem circuleert.

Een van de warmtewisselaars wordt aangesloten op de leiding met koelmiddel, en de andere op de leiding met warmtedrager. Elke warmtewisselaar heeft een individuele klep, bediend door een speciale afstandsbediening. Als dit schema wordt toegepast, wordt het koelmiddel nooit gemengd met de warmtedrager.

Omdat de temperatuur van de warmtedrager in het systeem tijdens het stookseizoen schommelt tussen 70 en 95⁰ en voor de meeste fancoils de toegestane waarde overschrijdt, wordt deze vooraf verlaagd. Daarom heet water dat van het centrale verwarmingsnet naar de fancoils stroomt, passeert een speciaal warmtepunt.

Belangrijkste klassen van chillers

De voorwaardelijke indeling van chillers in klassen gebeurt afhankelijk van het type koelcyclus. Op basis hiervan kunnen alle chillers voorwaardelijk worden ingedeeld in twee klassen: absorptie- en dampcompressiechillers.

Werking van de absorptie-eenheid

Een absorptiechiller of ABHM gebruikt voor de werking een binaire oplossing met daarin water en lithiumbromide — een absorber. Het werkingsprincipe is de absorptie van warmte door het koelmiddel in de fase van omzetting van damp naar vloeibare toestand.

Dergelijke aggregaten gebruiken de warmte die vrijkomt bij de werking van industriële apparatuur. De absorberende absorber met een kookpunt dat aanzienlijk hoger is dan de overeenkomstige parameter van het koelmiddel, lost deze goed op.

Het werkingsschema van een chiller van deze klasse is als volgt:

1. Warmte van een externe bron wordt toegevoerd aan de generator, waar het het mengsel van lithiumbromide en water verhit. Tijdens het koken van het werkmengsel verdampt het koelmiddel (water) volledig.
2. De damp wordt naar de condensor getransporteerd en wordt vloeistof.
3. Het koelmiddel in vloeibare vorm komt in de smoorklep. Hier wordt het gekoeld en de druk daalt.
4. De vloeistof komt in de verdamper, waar verdamping van water plaatsvindt en absorptie van de damp door de lithiumbromide-oplossing — de absorber. De lucht in de ruimte wordt gekoeld.
5. De verdunde absorbent wordt opnieuw verwarmd in de generator en de cyclus start opnieuw.

Een dergelijk airconditioningssysteem is nog niet wijdverbreid, maar het is volledig in lijn met de moderne trends op het gebied van energiebesparing, en heeft daarom goede vooruitzichten.

Constructie van dampcompressie-installaties

De meeste koelinstallaties werken op basis van compressiekoeling. Koeling vindt plaats door ononderbroken circulatie, koken bij lage temperatuur- en drukniveaus, en condensatie van de koeldrager in een gesloten systeem.

De constructie van een chiller van deze klasse omvat:

• compressor;
• verdamper;
• condensor;
• leidingen;
• stroomregelaar.

Het koelmiddel circuleert in een gesloten systeem. Dit proces wordt geregeld door de compressor, waarin de gasvormige stof met een lage temperatuur (-5⁰) en een druk van 7 atm wordt samengedrukt terwijl de temperatuur wordt verhoogd tot 80⁰.

Droge verzadigde stoom in samengeperste toestand gaat naar de condensor, waar het wordt gekoeld tot 45⁰ bij constante druk en omgezet in vloeistof.

Het volgende punt op de route is de smoorklep (reduceerklep). In deze fase daalt de druk van de waarde die overeenkomt met condensatie tot de limiet waarbij verdamping plaatsvindt. Tegelijkertijd daalt de temperatuur tot ongeveer 0⁰. De vloeistof verdampt gedeeltelijk en er ontstaat natte stoom.

In het schema is een gesloten cyclus afgebeeld waarmee de dampcompressie-installatie werkt. In de compressor (1) wordt de natte verzadigde stoom samengeperst totdat deze een druk p1 bereikt. In de compressor (2) geeft de stoom warmte af en wordt omgezet in vloeistof. In de smoorklep (3) dalen zowel de druk (p3 – p4) als de temperatuur (T1-T2). In de warmtewisselaar (4) blijven de druk (p2) en de temperatuur (T2) onveranderd.

Na binnenkomst in de warmtewisselaar – verdamper, geeft het werkzame medium, een mengsel van damp en vloeistof, koude af aan de warmtedrager en onttrekt warmte aan het koelmiddel, terwijl het tegelijkertijd droogt. Het proces vindt plaats bij constante druk en temperatuur. Pompen voeren de vloeistof met lage temperatuur naar de fancoils. Na deze weg te hebben afgelegd, keert het koelmiddel terug naar de compressor om de gehele dampcompressiecyclus opnieuw te herhalen.

Specificaties van de dampcompressie-chiller

In de koude periode kan de chiller werken in de modus van natuurlijke koeling – dit wordt free cooling genoemd. Hierbij koelt de warmtedrager de buitenlucht. Theoretisch kan vrije koeling worden gebruikt bij een buitentemperatuur lager dan 7⁰C. In de praktijk is de optimale temperatuur hiervoor 0⁰.

Bij instelling op de modus «warmtepomp» werkt de chiller voor verwarming. De cyclus ondergaat veranderingen, met name de condensor en de verdamper wisselen van functie. In dit geval moet de warmtedrager niet worden gekoeld, maar verwarmd.

De eenvoudigste zijn monoblock-chillers. Daarin zijn alle elementen compact geïntegreerd. Ze worden te koop aangeboden voor 100% compleet, inclusief vulling met koelmiddel.

Deze modus wordt het meest gebruikt in grote kantoren, openbare gebouwen, magazijnen. De chiller is een koelaggregaat dat 3 keer meer koude levert dan het verbruikt. De efficiëntie als verwarming is nog hoger – hij verbruikt 4 keer minder elektriciteit dan de warmte die hij levert.

Wat is het verschil tussen koelmiddel en warmtedrager?

Koelmiddel is een werkzame stof die tijdens de koelcyclus in verschillende aggregatietoestanden kan verkeren bij verschillende drukken. Warmtedrager verandert niet van fase. Zijn functie is het overbrengen van koude of warmte over een bepaalde afstand.

Het transport van het koelmiddel wordt geregeld door de compressor, en dat van de warmtedrager door de pomp. De temperatuur van het koelmiddel kan zowel onder het kookpunt dalen als erboven stijgen. De warmtedrager werkt, in tegenstelling tot het koelmiddel, constant bij temperaturen die niet boven het kookpunt bij de heersende druk komen.

De rol van de fan coil in het airconditioningsysteem

Een fancoil is een belangrijk onderdeel van een centrale klimaatregeling. Een andere benaming is ventilatorconvector. Als de term fan-coil letterlijk uit het Engels wordt vertaald, betekent dit ventilator-warmtewisselaar, wat het werkingsprincipe het meest nauwkeurig weergeeft.

De constructie van de fancoil omvat een netwerkmodule voor aansluiting op de centrale besturingseenheid. Een stevige behuizing verbergt de constructieonderdelen en beschermt ze tegen beschadiging. Aan de buitenkant is een paneel gemonteerd dat de luchtstromen gelijkmatig in verschillende richtingen verdeelt.

Het doel van het apparaat is het ontvangen van een medium met een lage temperatuur. Tot de functies behoren zowel recirculatie als koeling van de lucht in de ruimte waar het is geïnstalleerd, zonder toevoer van buitenlucht. De belangrijkste onderdelen van de fancoil bevinden zich in de behuizing.

Daartoe behoren:

• centrifugaal- of diameterwaaier;
• warmtewisselaar in de vorm van een spiraal, bestaande uit een koperen buis en aluminium ribben die erop zijn gemonteerd;
• stoffilter;
• regeleenheid.

Naast de belangrijkste componenten omvat de fancoilconstructie een opvangbak voor condensaat, een pomp om dit af te voeren, een elektromotor waarmee de luchtkleppen worden bediend.

Op de foto een kanaalfancoil van het merk Trane. Het vermogen van de dubbelrijige warmtewisselaars is 1,5 – 4,9 kW. Het apparaat is uitgerust met een geluidsarme ventilator en een compacte behuizing. Het past perfect achter valse panelen of een verlaagd plafond.

Afhankelijk van de montagemethode zijn er plafondfancoils, kanaalfancoils (gemonteerd in kanalen voor luchttoevoer), behuizingsloze (alle componenten op een frame gemonteerd), wand- of consolefancoils.

Plafondapparaten zijn het meest populair en hebben twee uitvoeringen: cassette- en kanaalfancoils. De eerste worden gemonteerd in grote ruimtes met verlaagde plafonds. De behuizing bevindt zich achter het verlaagde plafond. Het onderste paneel blijft zichtbaar. Ze kunnen de luchtstromen naar twee of alle vier zijden verspreiden.

Als het systeem uitsluitend voor koeling wordt gebruikt, is de beste plaats ervoor het plafond. Indien de constructie bedoeld is voor verwarming, wordt het apparaat op de muur geplaatst, in het onderste gedeelte.

De behoefte aan koeling is niet altijd aanwezig, daarom wordt, zoals te zien is in het schema dat het werkingsprincipe van het chiller-fancoilsysteem weergeeft, in de hydraulische module een reservoir ingebouwd dat fungeert als accumulator voor het koelmiddel. De thermische uitzetting van water wordt gecompenseerd door een expansievat dat is aangesloten op de aanvoerleiding.

De fancoils worden zowel handmatig als automatisch bediend. Als de ventilatorconvector werkt op verwarming, wordt in de handmatige modus de toevoer van koud water afgesloten. Bij koeling wordt het warme water afgesloten en wordt de weg vrijgemaakt voor de toevoer van koelvloeistof.

Afstandsbediening voor zowel 2-pijps- als 4-pijps-fancoil. De module wordt rechtstreeks op het apparaat aangesloten en in de nabijheid geplaatst. Vanaf de module worden het bedieningspaneel en de voedingsdraden aangesloten.

Voor automatische werking stelt u op het paneel de gewenste temperatuur voor de specifieke ruimte in. Het handhaven van de ingestelde waarde gebeurt via thermostaten die de circulatie van de warmtedragers - koud en warm - aanpassen.

Het voordeel van de fancoil ligt niet alleen in het gebruik van een veilig en goedkoop warmtemedium, maar ook in het snel oplossen van problemen zoals waterlekken. Dit verlaagt de servicekosten. Het gebruik van deze apparaten is de meest energiezuinige manier om een aangenaam binnenklimaat in een gebouw te creëren.

Aangezien elk groot gebouw zones heeft met verschillende temperatuurvereisten, moet elke zone worden bediend door een aparte fancoil of een groep met identieke instellingen.

Het aantal units wordt in de ontwerpfase van het systeem door berekening bepaald. De kosten van afzonderlijke onderdelen van het chiller-fancoilsysteem zijn vrij hoog, daarom moeten zowel de berekening als het ontwerp van het systeem zo nauwkeurig mogelijk worden uitgevoerd.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video #1. Alles over de opbouw, werking en het werkingsprincipe van het thermoregulatiesysteem:

Video #2. Over het installeren en in bedrijf stellen van een chiller:

De installatie van een chiller-fancoilsysteem is zinvol in middelgrote en grote gebouwen met een oppervlakte van meer dan 300 m². Voor een privéwoning, zelfs een enorme, is het installeren van een dergelijk thermoregulatiesysteem een dure aangelegenheid. Aan de andere kant zorgen dergelijke financiële investeringen voor comfort en welzijn, en dat is niet niets.

Schrijft u alstublieft opmerkingen in het onderstaande blok. Stel vragen over interessante punten, deelt u uw eigen mening en indrukken. Hebt u wellicht ervaring op het gebied van de installatie van een chiller-fancoil klimaatregelingssysteem of foto's over het onderwerp van het artikel?