Що таке фанкойл і як він працює у зв’язці з чіллером

Побутові кондиціонери охолоджують або нагрівають повітря локально в 1-2 кімнатах. Системи чіллер-фанкойл здатні вирішувати розширене коло завдань, наприклад, одночасно підтримувати мікроклімат в десятках окремих приміщень. Зауважимо, що фасад офісної будівлі або торгового центру не спотворюється зовнішніми блоками «сплитів». Аналогічну схему кондиціонування (СКП) можна реалізувати у приватному котеджі. Пропонуємо розібратися, що таке фанкойл, описати принцип його роботи і види сучасних кліматичних агрегатів.

Конструкція фанкойла

Англійська назва апарата fan coil дослівно означає «вентилятор змійовик» і вказує на конструктивну схожість з давно відомими калориферами типу АПО (агрегати повітряного опалення). Зовнішністю та внутрішньою будовою фанкойли також нагадують кімнатні блоки спліт-системи, але замість фреону в них застосовується вода або незамерзаюча рідина — антифриз.

Довідка. Рідким робочим тілом в промислових системах кондиціонування традиційно виступає токсичний антифриз етиленгліколь. Безпечний аналог — пропіленгліколь — дорожчий на 30—50 відсотків тому використовується нечасто.

Фанкойл складається з таких елементів:

• корпус, оснащений зовні повітряними гратами чи патрубками для приєднання повітропроводів;
• теплообмінник — мідна трубка у вигляді змійовика з великою кількістю пластин;
• вентилятор, зазвичай відцентровий;
• фільтр грубої очистки повітря;
• електромагнітний клапан — регулятор протоку рідини крізь теплообмінний радіатор;
• ручний клапан для видалення повітря;
• електронна плата управління.

Під теплообмінником встановлений резервуар для збору конденсату. Він відводиться по дренажній трубці на вулицю або в каналізаційний приймач. Якщо агрегат розміщений на значній відстані від місця скидання, конденсат відкачується спеціальним насосом.

Принцип роботи

Апарат працює за принципом згаданого вище калорифера: по трубках змійовика тече антифриз або вода необхідної температури, вентилятор продуває крізь ребра кімнатне повітря. Відбувається теплообмін, потік нагрівається або охолоджується. Звідси друга назва пристрою — вентиляторний доводчик.

Особливості роботи фанкойла:

• агрегат діє в режимі нагріву або охолодження в залежності від температури води, що надходить з мережі;
• основна функція — передавати повітрю тепло або холод, який виробляють інші установки;
• рух рідини по трубам і радіаторам забезпечується зовнішнім насосом, власного немає;
• всмоктуваний повітряний струмінь очищується фільтром від пилу;
• зазвичай фанкойл обробляє тільки внутрішнє кімнатне повітря (повна рециркуляція);
• деякі моделі інтегруються в систему примусової вентиляції та «вміють» гріти/охолоджувати припливне повітря;
• регулювання теплової/холодильної потужності відбувається двома способами — зміною продуктивності вентилятора і обмеженням протоку води електромагнітним двоходовим клапаном.

Примітка. Потужність регулює електронний блок апарату — відкриває/закриває клапан та змінює оберти крильчатки за сигналом датчика температури або кімнатного терморегулятора.

Отже, фанкойл — це складовий елемент централізованої кліматичної системи, що підтримує температуру повітря в конкретному приміщенні або в певній зоні виробничого цеху. Додаткові функції:

• осушування;
• провітрювання (режим вентиляції);
• підмішування очищеного вуличного повітря — опція;
• дистанційне керування від пульта;
• додатковий підігрів потоку електричним ТЕНом (теж опція).

Відмінність фанкойла від спліт-системи полягає в принципі дії — парокомпресійний цикл в ньому відсутній, робочим тілом служить вода, яка не змінює агрегатний стан. Теплова енергія надходить до радіатора ззовні, разом з рідиною, як це відбувається у калорифері.

Джерелами холоду/тепла можуть виступати:

1. Традиційні котли, що працюють на різних енергоносіях. Звісно, це обладнання забезпечує тільки нагрівання води або антифризу.
2. Теплові насоси (ТН) двох типів — геотермальні і водяні. Взимку обладнання підігріває теплоносій, влітку, навпаки, охолоджує.
3. Чіллери — потужні холодильні машини з повітряним або водяним охолодженням конденсатора.

Довідка. Сучасні чіллери функціонують у режимах зима-літо та оснащуються інверторами — частотними регуляторами обертів компресора. Завдяки цьому холодильна установка може нагрівати теплоносій (як і тепловий насос) при мінус 15…20 °C надворі, хоча на морозі її продуктивність помітно знижується.

Найбільш поширена зв’язка — система чіллер-фанкойл. Це оптимальний варіант за ціною обладнання, купити і встановити ТН аналогічної продуктивності обійдеться дорожче. Як взаємодіють агрегати схеми, читаємо далі.

Типи вентиляторних доводчиків

Усі фанкойли діляться на типи за способом встановлення:

1. Настінні (інакше — консольні) модулі. Подібно до внутрішнього блоку «спліта», вони підвішуються на стіну у верхній зоні приміщення або над підлогою.
2. Канальні апарати найчастіше випускаються без декоративного пластикового облицювання, всі деталі закріплені на металевій рамі. Безкорпусні моделі монтуються всередину повітропроводу припливної вентиляції або рециркуляції.
3. Касетні стельові фанкойли зовні схожі на аналогічні блоки спліт-систем — роздають оброблене повітря в 2—4 напрямах і оснащуються поворотними жалюзі на сервоприводах. Ці модулі розраховані на монтаж у підвісну стелю, декоративна панель передбачена виробником тільки знизу.
4. Підлогові колонні агрегати, відповідно, встановлюються на підлогу. Заради економії корисної площі блок зроблений у вигляді прямокутної колони, тобто, витягнений по висоті.

Примітка. Крім вказаних варіантів, існують також універсальні доводчики, наприклад, підлогово-стельові. Модуль дозволяється монтувати в 2 положеннях — горизонтальному (кріплення до стелі) чи вертикальному (над підлогою). Відповідно, для збору конденсату передбачені 2 ванночки.

Стандартні фанкойли обладнані 1 теплообмінником, який приєднується до магістралей за двотрубною схемою. Касетні, підлогові і канальні версії можуть оснащуватися двома окремими радіаторами, спосіб під’єднання — чотиритрубний.

Задіяні у єдиній мережі двотрубні агрегати отримують теплоносій з одного джерела — водонагрівальної установки або чіллера. Значить, усі приміщення будівлі будуть тільки опалюватися або охолоджуватися, користувачі мають змогу лише налаштувати комфортну температуру.

Доводчики з 2 теплообмінниками призначені для багатозональних СКП. Перший радіатор отримує гарячу воду від котла або іншого нагрівача, другий — холодну від чіллера. Користувачі в сусідніх приміщеннях можуть одночасно вмикати свої фанкойли у різних режимах — підігріву або охолодження.

Система чіллер-фанкойл

Насамперед розглянемо, як працює проста однозональна СКП на 3 блоки + інверторний чіллер, зображена нижче на схемі. Система підтримує комфортну температуру влітку і протягом перехідного періоду осінь — весна. Зимовий обігрів ефективно функціонує при -5…-10 градусів морозу.

Уточнення. Чиллер — це установка, що використовує для охолодження/підігріву теплоносія парокомпресійний цикл Карно. Агрегат розташовується надворі, робочим тілом виступає фреон R410a або R407a. Теплообмінник-конденсор обдувається повітрям або охолоджується рідиною.

Робочий алгоритм виглядає наступним чином:

1. Влітку чіллер типу «повітря-вода» охолоджує теплоносій до стандартної температури +7 °C (якщо на вулиці +35 градусів і менше).
2. Гідромодуль направляє холодну воду до мережі фанкойлів, підключених за двотрубною схемою (як радіатори в системі опалення).
3. За допомогою пульта дистанційного управління користувач налаштовує бажану температуру повітря окремо в кожній кімнаті.
4. Спочатку доводчики працюють на максимальній потужності та наганяють задану температуру. Потім контролер за сигналом датчика знижує інтенсивність охолодження — ступінчасто зменшує оберти вентилятора (всього буває від 3 до 8 ступенів залежно від моделі).
5. Коли повітряне середовище досягає встановлених параметрів, двоходовий електроклапан перекриває подачу теплоносія по команді електроніки. Далі фанкойл починає підтримувати температуру.
6. Нагріта до 12 °C (середній показник) вода повертається у теплообмінник-випарник чіллера, цикл повторюється.
7. Восени вулична температура знижується, чіллер отримує від фанкойлів запит на гарячий теплоносій і переходить в режим нагріву. Перемикання робиться вручну або вмикається автоматично — по команді додаткового контролера.

Примітка. Відомі виробники кліматичного обладнання Gree і Carrier вказують максимальну робочу температуру навколишнього середовища плюс 46 °C. В таких умовах воду вдається охолодити до +18 градусів.

Гідромодуль, що забезпечує подачу теплоносія, складається з насоса, розширювального бака і блоку виконавчої автоматики. Ці елементи входять в конструкцію чіллера або встановлюються окремо. Агрегати підвищеної потужності мають гідромодулі з 2—3 насосами.

В недорогих моделях фанкойлів електромагнітний клапан може не встановлюватися. Тоді потрібна зовнішня обв’язка доводчика — на вході монтується виконавчий триходовий вентиль, сервопривод і запірна арматура. Як працює цей вузол, розповість майстер на відео:

Щоб однозональна система повноцінно працювала взимку, до мережі фанкойлів приєднується котел. При морозі нижче мінус 10…15 градусів чіллер зупиняється. Виконавча арматура перемикає теплоносій на лінію водонагрівача з окремим насосом.

Як функціонує багатозональна система:

1. До чіллера і котла одночасно під’єднується потрібна кількість доводчиків. Застосовується чотиритрубна схема, точніше, 2 двотрубних тупикових гілки. Потужність теплосилового обладнання визначається розрахунком.
2. Коли перший користувач вмикає обігрів, автоматика фанкойла відкриває протоку через «гарячий» теплообмінник, другий радіатор не діє. На виході отримуємо тепле повітря.
3. Якщо другий користувач увімкне охолодження, то доводчик в сусідній кімнаті запустить тільки «холодний» теплообмінник, а «гарячий» перекриє.
4. Фанкойли в одній мережі працюють незалежно один від одного.

Якщо з будь-яких причин клапани всіх доводчиків закриються, чіллер по температурі зворотної води «зрозуміє», що потрібно припиняти холодопостачання і зупиниться. Аналогічним чином спрацює автоматика котла.

Плюси і мінуси СКП з доводчиками

Очевидна перевага кондиціонування фанкойлами — точне додержання бажаної температури у різних приміщеннях. Багатозональні системи дозволяють дуже широко регулювати параметри мікроклімату в межах однієї будівлі. Інші плюси порівняно зі звичайними кондиціонерами:

• вартість обладнання на 2—3 кімнати вийде явно меншою, ніж ціна мульти-спліт-системи тієї самої потужності;
• джерела тепла і холоду розташовуються у технічному приміщенні або на вулиці, зовнішні блоки не загромаджують фасад;
• фанкойли можна ставити за 50…200 метрів від чіллера;
• комунікації між агрегатами робляться з недорогих пластикових труб — поліетилену низького тиску ПНД або поліпропілену (останній потрібно паяти);
• в разі аварії та протікання легше зробити ремонт і поповнити систему очищеною водою.

Зауваження. Відстань від чіллера до фанкойла обмежена лише міркуваннями доцільності, оскільки на занадто довгих магістралях виникають високі втрати тепла (холоду) плюс зростає споживання енергії більш потужним насосом.

Не варто думати, що СКП типу чіллер-фанкойл має застосовуватися лише у виробничих будівлях. Бренди Daikin, Carrier і Gree випускають невеликі чиллери продуктивністю 3…10 кВт, що цілком підходять для приватних будинків.

Недоліки фанкойлів:

• СКП на 2 кімнати дорожча за дві окремі спліт-системи;
• великі розміри і вага чиллерного блоку;
• потрібен кваліфікований монтаж і запуск обладнання;
• техніку доведеться обслуговувати, щорічно викликати майстрів.

У промислових масштабах основними конкурентами водяних СКП лишаються фреонові VRF системи, що діють за принципом «сплитів». Тільки до зовнішнього парокомпресійного модуля підключається до 50 внутрішніх блоків. Ціна обладнання приблизно однакова, але фанкойли виграють за рахунок простоти прокладки магістралей та меншої вартості пластикових труб порівняно з мідними. Окрема історія — витік фреону з величезної системи, який нелегко відшукати і усунути.

Заключний висновок

Виникає питання: фанкойл — це кондиціонер чи ні? Відповідь — звісно так. Згадаймо визначення терміну кондиціонування — доведення повітряного середовища приміщення до необхідної кондиції. За допомогою чілерів, котлів та теплових насосів наші агрегати якраз забезпечують необхідну температуру повітря. Тому їх можна впевнено назвати кондиціонерами-доводчиками.