Фанкойл: функциональный блок системы нагрева-охлаждения воздуха помещений

Фанкойл: функциональный блок системы нагрева-охлаждения воздуха помещений

Фанкойл – технологическое оборудование в виде блока, куда входят: змеевик (радиатор) обогрева / охлаждения, секция вентилятора, фильтр. Блоки фанкойлов традиционно используются для забора и фильтрации наружного воздуха с последующей подачей и циркуляцией внутри помещений. Аппаратно предусмотрены функции отопления / охлаждения воздушных масс. Блоки фанкойлов допустимо размещать отдельно в едином пространстве или устанавливать для обслуживания нескольких помещений. Фанкойлы, как правило, управляются ручным переключателем, термостатом или автоматической системой управления зданием («умный» дом).

Функциональные особенности и принцип действия фанкойлов

Фанкойлы облегчают подвод или отвод из области обслуживаемого пространства за счёт использования замкнутой водяной системы, включающей нагревательный и / или охлаждающий змеевик. Применяемый в системе змеевик изготовлен из хорошо проводящего тепло материала (медь) и дополнительно оснащается (покрывается) металлическими рёбрами (алюминий).

Основное назначение медно-трубного змеевика — перенос горячей или охлаждённый воды, предварительно подготовленной бойлером, чиллером, тепловым насосом или другим устройством с теплообменной функцией. Благодаря металлическому оребрению змеевика, увеличивается площадь поверхности теплообмена, соответственно увеличивается общая ёмкость теплообменника.

Конструктивно используются разные типы змеевиков фанкойлов. Различаются конструкции расположением рядов труб, образующих змеевик. Также неотъемлемой деталью фанкойла выступает вентилятор, применяемый для активного перемещения воздуха сквозь змеевик, нагретый или охлажденный водой, с последующей подачей внутрь помещений.

ФАНКОЙЛ

Фанкойл - классическое исполнение устройства обработки воздуха
Конструкция фанкойла: 1 – водяной коллектор; 2 – поддон; 3 – электрический бокс; 4 – торцевая панель слева; 5 – пенал (опционально); 6 – вентилятор; 7 – электродвигатель; 8 – теплообменник большой ёмкости; 9 – верхняя панель; 10 – воротник исходящей зоны

Конструкция фанкойла обеспечивает подачу не только наружного обработанного воздуха. Также предусмотрена функция смешения, когда частично воздух из помещения забирается через дополнительный канал обратно в систему фанкойла. Забор воздуха, как правило, выполняется через секцию фильтра. Отобранные воздушные массы рециркулируют через змеевик и вновь перераспределяются внутри обслуживаемого пространства.

Как происходит теплообменный процесс в системе?

Например, во время летнего сезона, когда требуется охлаждение чрезмерно тёплого помещения, наружный воздух (смешанный воздух) перемещается вентилятором через змеевик фанкойла, где циркулирует охлаждённая вода. Тёплый воздух охлаждается за счёт процесса конвекции — температура воздуха снижается, но увеличивается температура жидкости внутри змеевика.

Вода, нагретая теплом, отобранным от воздушных масс, проходит через трубопровод – линию возврата воды, в систему чиллера. Здесь – в системе чиллера, холодильной компрессорной установкой от воды отводится тепло и далее выполняется рециркуляция. Воздушные массы, передавшие тепло воде и охлаждённые до заданной температуры, проходят через приточный воздуховод внутрь обслуживаемого пространства.

Обратный пример с нагревом (отопительный сезон): когда температура в помещении ниже желаемого уровня, комнатный термостат или датчик возвратного воздуха подают рабочий сигнал. Автоматикой активируется клапан горячей воды, которым открывается проток жидкости через теплообменник.

ТЕПЛООБМЕННИК

Конфигурация хода теплообменников фанкойлов
Конфигурация хода теплообменника фанкойла: 1 – вход воды; 2 – выход воды; A – расположение труб теплообменника; B – параллельный ход; C – перекрёстный (поперечный) ход; Голубые стрелки – направление потока воздуха

Горячая вода, поступающая от бойлера, циркулирует через теплообменник фанкойла, нагревая холодный воздух (наружный или поступающий из помещения) протягиваемый через змеевик вентилятором. Воздух получает тепло от воды, циркулирующей внутри змеевика. Вода, в свою очередь, отдаёт тепло воздушной массе, возвращается через трубопровод обратно в котёл для повторного нагрева и рециркуляции.

Фанкойл: критерии подбора оборудования под эксплуатацию

Блоки фанкойлов выбираются и рассчитываются таким образом, чтобы нагревать и охлаждать небольшую пространственную зону с определёнными требованиями к нагрузке. Пространственная зона может состоять из одного неразделённого помещения, разделённой комнаты или нескольких комнат с одинаково малыми нагрузками, вместе составляющими общую нагрузку, рассчитанную на фанкойл.

МЕДНЫЙ

Фанкойл - схема двухтрубной конфигурации
Схемы построения фанкойлов на двухтрубной конфигурации: 1 – горизонтальная стандартным возвратом; 2 – вертикальная стандартным возвратом; Ф – фанкойл; Ч – чиллер; К — котёл

Составными системами фанкойлов допустимо управлять одним центральным термостатом. Если в конструкцию входит канальная система возврата воздуха, датчик контроля обратного потока, установленный в общем воздуховоде, обеспечит точный контроль температуры.

Вертикальные фанкойлы, поддерживающие конфигурацию штабеля для высотных или напольных автономных блоков отдельных помещений, обычно используются только для применения в отдельно взятой комнате.

Зачастую такая конфигурация управляется термостатом, установленным внутри помещения или непосредственно на самом блоке. Схема управления для большинства фанкойлов допускает включение непосредственно в систему управления зданием (систему управления энергопотреблением здания), если такое предусмотрено проектом.

УМНЫЙ

Фанкойл - реверсивная двухтрубная схема
Схемы построения фанкойлов на двухтрубной конфигурации: 1 – горизонтальная реверсивного возврата; 2 – вертикальная реверсивного возврата; Ф – фанкойл; Ч – чиллер; К — котёл

Как правило, вода в системе гидравлических трубопроводов, которой питаются фанкойлы и другое оборудование HVAC, подаётся местной коммунальной службой на центральную станцию или в систему здания. Нагрев осуществляется с помощью бойлера, охлаждение посредством чиллера. Часто используется химическая обработка используемой воды, включая добавление пропилена или этиленгликоля для предотвращения замерзания.

Трубная конфигурация змеевиковых теплообменников фанкойлов

Конфигурации с двумя и четырьмя трубами — это варианты, наиболее часто используемые на практике. Двухтрубная система относительно простая — обслуживается двумя трубами — подачей и возвратом.

Здесь либо охлажденная, либо горячая вода циркулирует по системным трубам, но не та и другая одновременно. Соответственно, требуется переключение двухтрубной системы с режима нагрева на режим охлаждения или наоборот в случае необходимости.

Преимущество двухтрубных систем заключается в более низких первоначальных затратах, связанных с приобретением трубопроводов и установкой. Тем не менее, двухтрубные системы предлагают менее выраженную гибкость в плане потребностей в нагреве и охлаждении, поскольку не позволяют нагревать в одном блоке и охлаждать в другом.

КЛАПАН 2-Х

Четырёхтрубные схемы сборки фанкойлов
Четырёхтрубные вертикальные схемы включения фанкойлов: 1 – стандартным возвратом; 2 – реверсивным возвратом; Ф – фанкойл; Ч – чиллер; К – котёл (бойлер)

Четырёхтрубные системы строятся на основе индивидуальных систем подачи и возврата охлажденной воды, а также систем подачи и возврата горячей воды. Здесь используется трёхходовой клапан с приводом от входа охлажденной и горячей воды. Клапан обычно управляется комнатным термостатом или датчиком контроля возвращаемого воздуха.

В отличие от двухтрубных систем, четырёхтрубные конструкции часто сопровождают высокие монтажные затраты, но этот вариант обеспечивает более высокий уровень комфорта в любое время года.

FCU-C068

Схема обвязки узла управления циркуляции воды на теплообменнике фанкойла
Классическая схема обвязки теплообменника: 1 – теплообменник; 2 – воздушный вент-порт; 3 – фиксированный регулятор; 4 – клапанный регулятор; 5 – вилка Пита; 6 – штуцер; 7 – блокирующий клапан обратной линии с памятью точки останова; 8 – блокирующий клапан линии подачи; 9 – штуцер; 10 – вилка Пита; 11 – сетчатый фильтр; 12 – электрически приводной двухходовой клапан

Доступны две различные конфигурации для возвратного трубопровода (схемное исполнение обеих показано картинками выше):

  1. Стандартная возвратная конфигурация.
  2. Реверсивная обратная конфигурация.

В первом случае вода проходит из первого блока фанкойла через последний и возвращается из последнего блока обратно через первый блок. В системе реверсивного возврата, как приточный, так и обратный ход выполняется от первого блока до последнего блока фанкойла и возвращается в чиллер через отдельный стояк.

Расчёт нагрузки на фанкойл для отдельного помещения

Большая часть рассматриваемых устройств используются либо для обслуживания небольших площадей, либо в качестве дополнительного источника кондиционированного воздуха в составе более крупных установок. Расчёты нагрузки на отопление и охлаждение явно зависят от следующих условий:

  • типа используемой системы,
  • степени «герметичности» помещения,
  • условий инфильтрации,
  • локальных проектных условий.

Точность расчётов зависит и от экстремально высоких (низких) температур или уровня влажности. Также существует зависимость от конструкционных особенностей здания, включая:

  • количество и качество окон,
  • экспозицию,
  • виды строительных материалов.

При выборе и  установке оборудования не менее важным фактором видится учёт региональной климатической составляющей.

Классические уравнения расчёта установочных параметров

Ниже приведены классические уравнения, традиционно применяемые к расчётам нагрузки по нагреву и охлаждению обслуживаемого рабочего пространства:

  1. Полная теплопередача конструкции здания, где использованы несколько отделочных материалов: U = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …. 1/Rn, где: U – теплопередача всех материалов; R – термальное сопротивление отдельно взятого материала.
  2. Теплопередача через окно или стену: Q = U *A * (T1 — T2), где: Q – тепловая нагрузка, кВт; U – проводимость материала; A – обслуживаемая область, м2; T – температура, ºC.
  3. Внешние поверхности, охлаждение: Q = U * A * ΔT, где: Q – тепловая нагрузка, кВт; U — теплопроводность материала; A – обслуживаемая область, м2; ΔT – разница температур.
  4. Отопление и не наружное охлаждение: Q = U * A * ΔT, где: ΔT — разница температур (°C) помещения и улицы с учётом совокупного воздействия радиации, заданная задержка времени, аккумулирование и температура.
  5. Ощутимая нагрузка нагрева и охлаждения: Q = 1.08 * cfm * Δt, где: 1.08 – константа плотности воздуха на уровне моря; cfm — объём воздушного потока, рассчитанный для площади в квадратных метрах, помноженный на скорость в м/мин.; Δt — Разница температур приточного воздуха и воздуха обслуживаемого помещения.
  6. Скрытая нагрузка охлаждения: Q = 0.68 * cfm * GR, где: 0.68 – константа латентной постоянной нагрузки; GR — разница между абсолютной влажностью внутренней и наружной областей.

При помощи информации: Krueger-Hvac