Systemy wodno-powietrzne w klimatyzacji – belki chłodzące i klimakonwektory

Dwustopniowe systemy klimatyzacyjne powietrzno-wodne cieszą się zasłużonym uznaniem w budynkach wielopomieszczeniowych o zróżnicowanych zyskach ciepła.

System „dwustopniowy” oznacza tu, że powietrze pierwotne (zewnętrzne) jest przygotowywane centralnie, np. w centrali wentylacyjno-klimatyzacyjnej, pod względem higienicznym i wilgotnościowym, natomiast powietrze obiegowe w pomieszczeniach (lub mieszanina powietrza zewnętrznego i obiegowego) jest chłodzone lub ogrzewane dzięki wodzie lodowej lub grzewczej z zastosowaniem urządzeń indywidualnych (końcowych) – najczęściej belek chłodzących lub klimakonwektorów.

Klimatyzacyjne systemy wodno-powietrzne wybierane są najchętniej w biurach, hotelach, budynkach edukacyjnych i placówkach kulturalnych (biblioteki, sale koncertowe), centrach handlowych czy restauracjach. Sprawdzają się w nowych budynkach o dużych powierzchniach, także tych nowoczesnych i nietypowych.

Architekci doceniają, że klimakonwektory mogą zostać efektownie dobrane do szczególnych rozwiązań architektonicznych, a belki chłodzące uważane są za rozwiązanie elastyczne, dopasowujące się do zmiennego sposobu użytkowania wnętrza.

W pomieszczeniach remontowanych, w których jest mało miejsca na nowe urządzenia, sprawdzą się belki chłodzące o obniżonej wysokości (nawet 110 mm). Do belek o odpowiedniej szerokości można zamontować dodatkowe instalacje – oświetlenie, nagłośnienie czy tryskacze bez ingerencji w konstrukcję belki (zmienia się tylko wygląd płyty czołowej).

Klimakonwektory

Klimakonwektory to urządzenia indywidualne, które występują jako klimakonwektory indukcyjne (ciepłe powietrze z pomieszczenia zasysane jest na zasadzie indukcji) lub klimakonwektory wentylatorowe, tzw. fan coile (przepływ powietrza wymusza wentylator). Mają wymiennik ciepła (najczęściej miedziano-aluminiowy) działający jako chłodnica lub nagrzewnica dla powietrza obiegowego, lub mieszaniny powietrza zewnętrznego i obiegowego.

Ważnym elementem jest też filtr powietrza oraz tacka do zbierania i odprowadzenia skroplin (dodatkowym elementem może być pompa skroplin odprowadzająca je do kanalizacji).

Klimakonwektory występują w kilku rozwiązaniach (jednostki ścienne, przypodłogowe, podsufitowe – czyli poziome z obudową i bez niej – kanałowe oraz kasetonowe), a bogactwo wykonań materiałowych obudów i estetyka kratek wywiewnych pozwalają swobodnie dobierać je do dowolnych aranżacji.

Dostępne są dwa typy tych urządzeń: mogą być wyposażone w jeden lub dwa wymienniki ciepła.

W systemie dwururowym jest jeden wymiennik ciepła, który w zależności od potrzeb pracuje jako chłodnica lub nagrzewnica.

System czterorurowy obejmuje dwa wymienniki – nagrzewnicę i chłodnicę, których wspólne działanie jest odpowiednio bilansowane.

Jak wynika z rokrocznych badań biura Eurovent Market Intelligence, prowadzonych wśród producentów HVACR w regionie EMEA (Europa, Bliski Wschód, Afryka), popularność tych rozwiązań jest zróżnicowana.

Badanie pokazuje przede wszystkim utrzymujący się renesans zainteresowania klimakonwektorami w Europie – w 2015 roku po raz pierwszy od kilku lat rynek ten odnotował wzrost o ok. 10%, a sprzedaż dla całego regionu wyniosła 1,51 mln urządzeń.

Rynek ustabilizował się w 2016 roku – wzrost wyniósł wówczas 3% w skali całego regionu, przynosząc 1,61 mln sprzedanych urządzeń. Jego siłą napędową pozostają Włochy z 20-proc. udziałem w rynku (318 tys. sprzedanych urządzeń w 2016), a także Hiszpania, Grecja i Portugalia (ok. 125 tys. urządzeń ze wzrostem ok. 20% dla Hiszpanii w 2016).

Duże wahania występują w Turcji i Rosji, stabilizację odnotowują Wlk. Brytania, Francja i Niemcy.

W odniesieniu do Polski brakuje szczegółowych danych.

Klimakonwektory z obudową poziomą i bez niej miały po 30% rynku, natomiast urządzenia kasetonowe i kanałowe stanowią resztę.

Urządzenia dwururowe mają 77% rynku, a czterorurowe 23%.

Popularność systemów dwururowych wynika zapewne z niższych nakładów inwestycyjnych – nie ma dodatkowego wymiennika w urządzeniu wewnętrznym. System dwururowy jest jednak mniej efektywny podczas okresu przejściowego, kiedy zapotrzebowanie na ciepło i chłód jest zmienne (urządzenie przełącza się z trybu chłodzącego w grzewczy), a częsta reakcja na zmiany temperatury powinna być elastyczna. Stosuje się regulację przez termostat, który pozwala na dokonanie ręcznej lub automatycznej zmiany sezonowej. 

 Czytaj też: Wentylacja, klimatyzacja z odzyskiem ciepła i rekupertory - zasady działania >>>

Belki chłodzące

Według EMI w 2016 roku w Europie rynek belek chłodzących wart był 65 mln euro, z czego 28 mln przypadało na Europę Północną, 6 mln na Francję, 3,2 mln na Włochy i 2,8 mln na Niemcy. Rynek europejski jako całość wzrósł o ok. 10% (po spadku z poprzedniego roku ok. 5%) – głównie dzięki imponującemu wzrostowi w Szwecji, Włoszech, Wielkiej Brytanii i Irlandii (ponad 20%) oraz Europie Wschodniej (15%). Spadki rynku odnotowuje niezmiennie Rosja (ponad 20%) oraz Francja i Turcja (5%).

Belki chłodzące występują jako belki pasywne (statyczne, bierne) z chłodzeniem/grzaniem i belki aktywne (wentylowane) dostarczające dodatkowo świeże powietrze z zewnątrz przez system wentylacji.

Belki pasywne nie są podłączone do systemu wentylacyjnego – chłodzą ciepłe powietrze z pomieszczenia, które następnie konwekcyjnie spływa w dół.

W belkach aktywnych uzdatnione powietrze pierwotne dostarczane jest z centrali klimatyzacyjnej do kolektorów, po czym wypływa z dysz nawiewnych, zasysając (indukując) dopływające przez wymiennik ciepła powietrze obiegowe. Tak powstała mieszanina powietrza nawiewanego (świeżego) i indukowanego (obiegowego) jest wprowadzana do pomieszczenia np. przez szczeliny po obu stronach belki na całej jej długości.

Belki aktywne, dzięki wymuszonemu przepływowi powietrza obiegowego, umożliwiają bardziej intensywny proces wymiany ciepła. Mogą być instalowane jako całkowicie widoczne, wbudowane w sufit podwieszony lub umieszczone ponad sufitem perforowanym.

Wedle badania EMI, urządzenia aktywne miały w 2016 roku ponad 90% rynku EMEA, z czego 73% stanowiły urządzenia wbudowane, a 27% – eksponowane.

Co ciekawe, siłą napędową tego rynku są głównie budynki nowe – dostawy do obiektów remontowanych to zaledwie 25% sprzedanych urządzeń.

Inwestorzy i architekci cenią belki jako urządzenia „bezinwazyjne” i zapewniające wysoki komfort: ciche, niepowodujące przeciągów i zapewniające równomierny rozkład temperatury. Umieszczone na suficie, dają duże możliwości zmian aranżacji, są więc postrzegane jako system elastyczny oraz przyjazny dla architektów i najemców. Chętnie wybierane są do budynków o szeroko rozumianej przestrzeni otwartej – biura typu open space, hale sportowe czy wystawowe, biblioteki, sale koncertowe etc.

Belka chłodząca czy klimakonkwektor?

Decyzja zawsze zależy od potrzeb i charakteru budynku.

Projektanci systemów HVAC zwracają uwagę, że klimakonwektory nie wymagają osuszania powietrza świeżego (zewnętrznego) dostarczanego do pomieszczenia, tak jak pozostałe systemy wodne. Natomiast na powierzchni aktywnej belki chłodzącej, jeśli temperatura wody chłodzącej jest niższa niż temperatura punktu rosy w pomieszczeniu, występuje kondensacja.

Projektanci (zgodnie z § 154.12 warunków technicznych [1]) mają obowiązek tak dobierać temperatury zasilania i powrotu czynnika chłodzącego, by kondensacja pary wodnej nie występowała. O ile woda chłodząca powinna mieć możliwie najniższą temperaturę zasilania, z uwagi na kondensację temperatura ta nie powinna być niższa niż 13°C.

Stosuje się także zabezpieczenia przeciwkondensacyjne, które obejmują m.in. dodatkowe osuszanie powietrza w centrali wentylacyjno-klimatyzacyjnej (takie moduły występują np. w centralach przeznaczonych do współpracy z belkami chłodzącymi), czujniki punktu rosy – pomieszczeniowe lub przylgowe, pokrycie lameli wymiennika warstwą materiału higroskopijnego (np. z perlitu).

Dostawcy fan coili pracują głównie nad udoskonaleniem wentylatorów, poprawiając energooszczędność i parametry akustyczne urządzeń. Korzystają z odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych – np. wentylatory promieniowe w klimakonwektorach kasetonowych czy poprzeczne w klimakonwektorach ściennych – jednak główną metodą jest tu stosowanie technologii wpływających na energooszczędność i elastyczność urządzeń – np. silniki bezszczotkowe prądu stałego bezpośrednio zintegrowane z inwerterem. Pozwala to zmniejszyć nawet o 70% zużycie energii (w porównaniu do silników prądu stałego).

Stosowanie silników elektronicznie komutowanych z regulacją inwerterową pozwala także uzyskać mniejsze natężenie dźwięku przy tej samej efektywności pracy urządzeń.

Zastosowanie technologii inwerterowej reguluje przepływ powietrza do aktualnych potrzeb i zmniejsza wahania temperatury w pomieszczeniu.

O elastyczności decydują m.in. dysze

Rozwiązania związane z konstrukcją i regulacją dysz chłodzących w belkach stanowią istotny czynnik wpływający na tak cenioną elastyczność tych urządzeń i pozwalają stosować belki w systemach VAV czy DCV (wentylacja na żądanie).

Producenci stosują szereg rozwiązań, wśród nich:

• odpowiednie kształtowanie dysz geometrii – tak, by uzyskiwać optymalne kierunki i prędkości rozpływu powietrza;
• specjalne profilowanie kierownic, umożliwiające uzyskanie rozpływu 360° (Lindab w swoich rozwiązaniach, np. belce Plexus, stosuje technologię JetCone – układ „słonecznika” – która zmniejsza zasięg o 30% i ogranicza przeciągi);
• regulacja kierunku nawiewu – dzięki przestawianiu kierownic powietrza  odrębnie dla każdego modułu belki (zwykle 300 mm);
• regulacja strumienia powietrza – można regulować długości otworów dysz z poziomu sterownika pomieszczeniowego;
• uzyskiwanie wyższego ciśnienia w dyszach wylotowych belki bez uszczerbku dla akustyki pomieszczenia i z lepszymi wydajnościami (odpowiednie do przestrzeni takich jak sale konferencyjne). Zastosowanie belki o większym przepływie pozwala na wykorzystanie mniejszej liczby urządzeń z zachowaniem efektu Coandy, bez negatywnego wpływu na efektywność energetyczną;
• zmiana geometrii układu dysz poprzez siłowniki liniowe uruchamiane przez sterownik na podstawie sygnału z czujnika obecności i/lub czujnika stężenia dwutlenku węgla (np. w opatentowanym rozwiązaniu Motorized Energy Control Grupy Fläkt Woods, stosowanym w belkach Wega i Wega Power) może zapewnić redukcję wydatku powietrza o 65% w stosunku do systemu belek CAV.

Kształt, liczba i rozmieszczenie dysz oraz kształt boków belki zapewniają zachowanie efektu Coandy – strumień powietrza przemieszcza się pod sufitem.

W kierunku doskonałości

Klimakonwektory i belki chłodzące cenione są także ze względu na komfort oraz walory estetyczne i użytkowe. Napływ schłodzonego (nagrzanego) powietrza do pomieszczenia odbywa się w sposób niemal nieodczuwalny dla użytkowników, a ustawienie dysz w belce chłodzącej lub żaluzji w klimakonwektorze umożliwia regulację kąta napływu powietrza do pomieszczenia. Zmiany ustawień odbywają się w bardzo prosty i przyjazny dla użytkownika lub instalatora sposób (poczynając od zmian ręcznych, ale niewymagających żadnych narzędzi, przez sterownik pomieszczeniowy, po automatyczną reakcję siłowników dysz na zmiany zadanych parametrów w pomieszczeniu).

Wykonanie urządzeń umożliwia dostosowanie ich do niemal każdego pomieszczenia – szczególnie cenione są małe wysokości belek oraz „wyszczuplone” klimakonwektory o tzw. smukłej obudowie, które zajmują mało miejsca w pomieszczeniu i poprawiają jego estetykę. Możliwe jest także poprawienie parametrów higienicznych powietrza świeżego, np. dzięki zastosowaniu technologii wzbogacających powietrze o tlen aktywny.

Większość dostępnych na rynku klimatyzacyjnych systemów powietrzno-wodnych może być podłączona do systemu zarządzania budynkiem (Building Management System), co szczególnie w przypadku obiektów biurowych staje się standardem.

Niektórzy producenci standardowo umożliwiają również współpracę klimakonwektorów np. z kontaktronami albo kartami otwierającymi pomieszczenia (np. w hotelach) lub wyposażają je w komunikację ModBus. Dzięki zarządzanej  w ten sposób współpracy urządzeń klimatyzacyjnych z pozostałymi komponentami, zarówno instalacji HVACR, jak i innymi elementami budynku, efektywność ich pracy jest zmaksymalizowana.

Producenci obu grup urządzeń – klimakonwektorów i belek – chętnie sięgają również po niezależne potwierdzenie własności oferowanych przez siebie urządzeń, jakim są certyfikaty Eurovent.  

Czytaj też: Co daje wymiennik ciepła i chłodu? >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!