Fan-coil rendszerek

2014. október 10. | VGF&HKL online |  31 672 |

Az alábbi tartalom archív, 11 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Talán nem túlzás, ha kijelentjük, hogy minden nagyobb épület, hotel, irodaház, középület stb. klimatizálása a legegyszerűbben, legolcsóbban fan-coilokkal oldható meg, ezért nem is csoda, hogy a legtöbb esetben ilyen megoldással találkozunk. A rendszert előnyeinek köszönhetően a magánszféra is átvette, és számos családi házban alkalmazzák, igaz, még sok előítélet övezi, és téves elgondolás.

Cikkünkben megvizsgáljuk a fan-coilos rendszereket az elmúlt évek fejlesztéseinek tükrében, és látni fogjuk, hogy, mint ahogy az lenni szokott, az előítéletek nem is annyira helytállók.

A fan-coilok jelenleg a piacon fellelhető termékek közül az egyik legtöbb szolgáltatást nyújtó mikroprocesszoros szabályozással készülnek. A fan-coilok számos verzióban, kivitelben és konfigurációban rendelhetők (álló, fekvő, burkolatos, burkolat nélküli, álmennyezeti, kazettás, falba süllyeszthető stb.), és rengeteg különböző kiegészítővel gyártják a berendezéseket, hogy a helyszíni adottságoknak megfelelő, ideális megoldást lehessen választani.

Ezen túlmenően maguk a termosztátok is igen sokfélék lehetnek, a legegyszerűbb kézi vezérlésűektől, amelyek a téli/nyári átváltást, ventilátor-fokozatváltást kézi kapcsolóval végzik, a teljesen automata vezérlésű, programozható, egész épületeket rendszerbe foglaló megoldásokig. A termosztátok kivitele is módot ad a felhasználónak, hogy biztosan megtalálja a számára legmegfelelőbbet: készülékbe épített, fali vagy falba süllyesztett kivitel, infra távirányítós, design vagy egyszerű megjelenésű, LCD kijelzős stb.

A fan-coilok mint hűtő-fűtő berendezések

A fan-coilok az alacsonyabb bekerülési költségüknek és az alább ismertetett kedvező tulajdonságoknak köszönhetően lassan egyeduralkodó hűtő/fűtő berendezéssé léptek elő. A berendezést a magasabb komfortigények kielégítésére tervezték, és a piac visszaigazolása szerint egyre többen támasztanak színvonalbeli követelményeket az életkörülményeikkel szemben.

A fan-coil berendezések mellett szólnak a következő előnyös tulajdonságok:

• Elegáns, gömbölyített forma, vagy éppen burkolat nélküli, eltakarható (ellentétben a radiátorokkal), harmonikusan illeszkedik minden igényes környezetbe,
• könnyű tisztítani,
• a beépített, kivehető és mosható légszűrő megszűri az átáramoltatott levegőt, megtisztítva azt a lebegő hajszálaktól, pókhálótól és egyéb szennyeződésektől, és nem okoz porlebegtetést,
• a helyiségben csak egy berendezést kell alkalmazni, szemben a radiátor és klímakészülék együttes alkalmazásával,
• alacsony elektromos áramfogyasztás,
• alacsonyabb beruházási költség, mint hagyományos radiátoros és klímarendszer együttes alkalmazása esetében,
• falra szerelhető, alatta takarítható,
• álmennyezetbe szerelhető, így nem foglal helyet, és nem látszik,
• légcsatornázható, ezáltal a frisslevegő-ellátás is megoldható,
• csendes üzem,
• rendkívül gyorsan felfűti a helyiséget.

A fan-coilok hagyományos alkalmazási területei tehát az olyan épületek, ahol a hűtés követelmény, de alkalmazhatók például padlófűtés kiegészítéseként is. Ebben az esetben kompenzálni lehet a padlófűtés hőtechnikai rugalmatlanságát, tehetetlenségét, átmeneti időben gyorsan ki lehet fűteni a helyiséget. A rendszer szerelése nem igényel hűtős végzettséget, hiszen a csövekben ugyanolyan közeg áramlik, mint a radiátoros rendszerekben. A rendszert nem kell tisztított rézcsőből építeni, nem kell vákuumozni, majd a későbbiek során szivárgásellenőrzésnek alávetni, mint a split vagy VRV hűtések esetén.

Mivel a fan-coil alkalmas hűtésre és fűtésre is, ideálisan kombinálható geotermikus vagy levegős hőszivattyúkkal. A hőszivattyú télen meleg vizet termel, ilyenkor a fan-coilok fűtenek, nyáron pedig hideg vizet, és ugyanazok a fan-coilok hűtenek.
A fan-coil tehát egymagában egyesíti a radiátor, a konvektor és a klímaberendezés előnyeit, sőt még a szellőzés is megoldható segítségel.

Vizsgáljuk meg a felületi hőközlés egyenletét: Q = x F x t, ahol hőátadási tényező (W/m²), F a hőcserélő felület (m²) és t a hőleadó felület és a környezet hőmérséklete közti különbség (K). A ventilátoros kényszeráramoltatással az hőátadási tényező (amely függ az Re számtól) megnő, továbbá az F hőcserélő felület a sok apró hőleadó bordával jelentősen nagyobb felületet jelent a radiátorhoz képest, ezáltal biztosítható a hűtéshez szükséges megfelelő mennyiségű hőcsere a viszonylag alacsony t esetén is (hűtéskor 12 0C a hűtőfelület, 22 0C-os helyiséghőmérséklettel számolva t = 10 0C, szemben a fűtéskor fennálló kb. t = 60 0C esettel !).

Látható, hogy ugyanazon a fan-coilon a fűtéskori magasabb t-nek köszönhetően sokkal nagyobb fűtési teljesítmény adható le, mint hűtéskor, ezért a fan-coilokat mindig a hűtésre kell méretezni, mert ez az üzem közbeni kedvezőtlenebb eset.

A fan-coil tehát maradéktalanul alkalmas fűtésre és hűtésre. Amennyiben a berendezést csak fűtésre szeretnénk használni, akkor a hagyományos, zárt fűtésrendszerben a radiátorok helyett kell felszerelni. A berendezés ára, mivel jóval többet tud, mint egy hagyományos radiátor, természetesen arányosan drágább, de egy fan-coilos rendszer kevesebbe kerül, mint egy hagyományos fűtési rendszer mellé kiépített splites hűtőrendszer. Kedvező beruházási árait leginkább a gyakorlat igazolja viszsza, nem véletlenül ez terjedt el a leginkább.

Mi a fan-coil tulajdonképpen?

Az angol „fan-coil” elnevezés ventilátoros (fan) hőcserélőt, kalorifert (coil) jelent szó szerinti fordításban, és mi a továbbiakban is ezt fogjuk használni, mivel szakmai körökben ez az elterjedtebb és ismertebb, de hívják még hűtőkonvektornak, ventilátoros konvektornak stb. is.
Technikailag ez egy lamellás hőcserélő felület, amelyen egy ventilátor segítségével a helyiség leve-gőjét átáramoltatjuk. A hőcserélő csövekre apró bordák sokaságát erősítették, ezáltal többszörösére növekszik a hőleadó felület egy hagyományos radiátorhoz képest. A nagy hőcserélő felületnek és a ventilátoros levegőkeringtetésnek köszönhetően a berendezés hűtésre is alkalmas, amennyiben hi-deg vizet keringtetünk rajta keresztül. (A hagyományos radiátorok több okból sem alkalmasak a hűtésre. Az egyik ok a hideg felületen keletkező kondenzáció, amely a radiátoroknál szabadon a padlóra csöpögne, a másik ok pedig a hűtéshez túl kicsi hőcserélő felület.)

Méretezés zajra

A fan-coil berendezések jellegéből adódóan azokat általában igényesebb helyiségekben alkalmazzák. Ebben az esetben meghatározó szempont lehet a kibocsátott zaj. Csak olyan gyártmányt érdemes ebben az esetben kiválasztani, amely minősített (például Eurovent), és a gyártó megadja, hogy milyen körülmények között történt a berendezés zajszintjének a megállapítása. Egy korrekt műszaki adatlap kell, hogy tartalmazza a berendezés zajszintjeit minden ventilátorfokozatra, ebben az esetben lehetséges a berendezés kiválasztása a zajszint „követelmények” figyelembevételével.

Ha ismerjük, hogy a helyiségben mekkora a megengedett legnagyobb zajszint (MSZ 18151), csak annyit kell tenni, hogy a fan-coilt nem a maximális fordulatra választjuk, hanem egy kisebbre, így akár az is előfordulhat, hogy ennek megfelelően hőleadás szempontjából egy „kicsit” túlméretezett fan-coilt kell alkalmazni.

A berendezések használóját a nem megfelelő belső hőmérséklet után a zaj zavarhatja a legjobban, ezért különös figyelmet kell fordítani a zajszintekre!
Továbblépve, az inverteres fan-coil motoroknak köszönhetően a ventilátor-fordulatszám 0 és 100% között fokozatmentesen szabályozott. Amellett, hogy pontosan a helyiség igényeinek megfelelő teljesítményen üzemel a fan-coil, elmarad a fokozatváltásokból adódó hirtelen zajhatás-változás, amely igen zavaró, és bizony észrevehető az emberi fül számára. Az inverteres fan-coilok ventilátorai nulláról indulnak, és lassan kúszik a fordulatszám felfelé, a fül pedig hozzászokik, így lényegében nem lehet érzékelni, hogy működik a gép.

Hűtés esetében a rendszert szükséges még kiegészíteni egy folyadékhűtővel, amely a hideg vizet szolgáltatja. Amennyiben ezt a hideg vizet keringtetjük a fan-coilon keresztül, akkor az csökkenteni fogja a helyiség hőmérsékletét. A folyadékhűtő kiválasztási szempontjait a későbbiek során fogjuk megvizsgálni.

Kétcsöves és négycsöves fan-coil

A kétcsöves esetében a hűtővíz ugyanabban a csőpárban kering, mint a fűtővíz, szezonálisan kell a hőközpontban kiválasztani a fűtési vagy hűtési üzemmódot, kivéve, ha eleve hőszivattyút alkalmazunk, mert ez esetben ugyanaz a hőtermelő berendezés télen és nyáron is, és csak az üzemállapotot kell átváltanunk. A fentiekből következik, hogy a fan-coilon csak két csonk van, és egy hőcserélő, amelyben felváltva hideg (nyáron), illetve meleg víz (télen) kering.

A négycsöves változatoknál viszont külön rendszert kell kiépíteni a téli, illetve a nyári üzemnek, külön csőpáron kering a fűtővíz, és külön csőpáron, a meleg víztől függetlenül a hűtővíz, ezért hívják ezt „négycsöves” rendszernek. A fan-coil ebben az esetben két, egymástól független hőcserélőt tartalmaz, és négy vízoldali csonkja van. Az előnye a négycsöves berendezésnek a kétcsöveshez képest, hogy a berendezés automatikusan, az igényeknek megfelelően tud hűteni vagy fűteni, szinte azonos időben, emberi beavatkozás nem szükséges az átálláshoz, és központi átkapcsolás sem szükséges a kazán és a folyadékhűtő között. Ezáltal például átmeneti időben (március, október) az épület északi tájolású helyiségeiben fűtenek, míg a déli tájolású részben hűtenek, természetesen azonos időben! Erre a módra akkor lehet szükség, ha a helyiség magasabb komfortfokozatú (például bankok, irodák, laborok stb.), vagy a helyiség belső hőmérséklete nem függ a külső időjárástól, nagy üvegfelületekkel rendelkezik az épület, ezért a nap egyik időszakában hűteni kell, a másik részében viszont fűteni (például számítógéptermek, laborok, nagy ablakfelülettel rendelkező helyiségek stb.), vagy nagy az eltérés különböző helyiségek igényei közt.

Négycsöves rendszer választása esetében szükséges egy-egy mágnesszelep alkalmazása a fan-coil fűtés- és hűtésoldali csonkjain. Fűtéskor a hűtési mágnesszelep van zárva, hűtéskor viszont a fűtési szelep zárt, így elkerülhető, hogy a fan-coilon egy időben hideg és meleg víz is áramoljon. A szelepeket a termosztát vezérli, zárja/nyitja, ezért négycsöves rendszer esetében erre alkalmas vezérlőtermosztát szükséges.

A négycsöves rendszer további előnye, hogy a fűtési hőcserélő kisebb felületű, mint a hűtési, ezért a fan-coil fűtési teljesítménye összhangban van a hűtési teljesítménnyel, vagyis nem áll fenn az veszély, mint a kétcsöves rendszer esetében, hogy a fűtési teljesítmény – szükségtelenül – sokkal nagyobb, mint a ténylegesen a helyiség által igényelt. Négycsöves rendszer esetében éppen ezért meg kell vizsgálni, és méretezni a fan-coilokat téli esetre is.

Újszerű megoldások születtek az elmúlt években a négycsöves rendszerek lehető legenergiatakarékosabb kiszolgálására. Miközben korábban nyáron jellemzően folyadékhűtővel hűtöttünk, télen gázkazánnal fűtöttünk, így mindkét központi elemet ki kellett építeni. A kazánház kiépítése és a gázkazán telepítése számos egyéb járulékos költséggel is jár.

A négycsöves rendszer lényege, hogy ugyanabban az időben előfordulhat fűtési és hűtési igény is. A hagyományos folyadékhűtős-gázkazános rendszerek esetében ilyenkor a folyadékhűtő és a gázkazán is működik. A furcsaság az, hogy a folyadékhűtővel elvonunk az épületből hőt, és eldobjuk azt a környezetbe. Ezzel párhuzamosan meg a gázkazánnal hőt termelünk. Nem túl ésszerű megoldás.

Az új négycsöves folyadékhűtő–hőszivattyú berendezések képesek az elvont hőt szabályozottan a fűtött oldalra irányítani, vagyis nincs hulladékhő-eldobás, amíg az épület igényel meleget! Jól méretezett rendszer esetében egy négycsöves folyadékhűtő-hőszivattyú ellátja egy épület fűtési igényeit télen hőszivattyú üzemmódban, nyáron pedig a hűtési igényeit folyadékhűtő üzemmódban, és átmeneti időszakban egy időben hűt és fűt a négycsöves fan-coil rendszer segítségével, és természetesen a HMV-igényeket is kielégíti. Nem szükséges kazánház, kémény, és nem dobjuk ki az elvont hőt, miközben a gázkazánnal ismét megtermeljük a meleget átmeneti időszakban. Az éves hatékonyság várhatóan primer energiára vetítve hétszeres!

Méretezés hűtési teljesítményre

A fan-coiloknál, főleg a kétcsöves rendszereknél, a kedvezőtlenebb állapot a hűtés, ezért mindig erre kell méretezni a berendezést, viszont négycsöves fan-coil kiválasztásakor ellenőrizni kell a fűtési teljesítményt is. (A fan-coilok műszaki adattáblájában két hűtési teljesítményértéket szokás megadni: az érezhető (sensibile) és a teljes (total) hűtőteljesítményt.)

A fan-coil hideg hőcserélőjének a felületén a levegőben lévő vízpára kondenzálódik, amely folyamat során kondenzációs látens hő szabadul fel, ezt a fan-coil a hűtési teljesítményének a rovására kompenzálja, vagyis a helyiség hűtésének szempontjából ez a nem értékelhető, elveszett hűtési hőmennyiség. A fennmaradó hűtési energia a levegőt hűti, tehát a hőmérsékletét érezhető módon csökkenti.

Érezhető hűtési teljesítmény

A helyiség levegőjének hűtésére csupán az érezhető teljesítmény szolgál. A hőterhelések megállapítása után a fan-coilokat az érezhető teljesítmény szerint kell kiválasztani, ellenkező esetben nem lesz a hűtés megfelelő.

A fan-coilok műszaki adatlapja szerinti kiválasztásuk során figyelembe lehet/kell venni a zajszinteket is (vagyis a csökkentett fordulatszámon leadott érezhető hűtési teljesítményre is méretezhetünk!).

A névleges 7/12 °C víz-, illetve 20 °C helyiséghőmérséklettől eltérő esetre való méretezés esetén a gyártó külön fan-coil tervezési segédletében lévő táblázataiban megtalálhatók a szükséges korrekciós adatok. A fan-coil teljesítménye nagyban függ a helyiségben uralkodó viszonyoktól (például páratartalom, hőmérséklet), továbbá a keringtetett hűtővíz hőmérsékletétől. Amennyiben a tervezett létesítményben a névleges és szokásos méretezési viszonyoktól eltérő állapotok vannak, akkor a korrigált értékeket kell a kiválasztás során figyelembe venni.

Teljes hűtési teljesítmény

A teljes hűtőteljesítmény az érezhető hűtési teljesítmény és a kondenzációs veszteség öszszege. Mivel a központi folyadékhűtő a veszteséget is „ki kell, hogy termelje”, ezért a létesítményben betervezett fan-coilok „teljes” teljesítményeinek az összegére kell kiválasztani, természetesen az egyidejűségi tényezők figyelembevételével. A teljes hűtési teljesítmény szolgál tulajdonképpen a folyadékhűtő pontos méretezésére.

Fagyvédelem

Megkülönböztethető aktív és passzív fagyvédelem. A legtöbb esetben a rendszert ellátó folyadékhűtő vagy levegős hőszivattyú a szabadban van, ezért a fagyvédelemről gondoskodni kell. Ebben az esetben aktív fagyvédelemről van szó. Ez lehet leürítés, de ez nem biztonságos, és árthat a berendezésnek is. Jobb megoldás a rendszert fagyállóval (például glikollal) feltölteni. A várható legalacsonyabb külső hőmérséklet figyelembevételével megállapítható a fagyálló százalékos aránya a vízhez keverve. Nem szabad ebben az esetben figyelmen kívül hagyni, hogy a hozzáadott fagyálló csökkenti a hőközvetítő folyadék hőkapacitását (a korrekciós szorzókat lásd a Táblázatok fejezetben), ezért a fan-coilok a névlegesnél kisebb hűtési és fűtési teljesítményen üzemelnek.

A friss levegővel üzemelő fan-coilokat és a légcsatornázható folyadékhűtőket külön fagyvédelmi zsaluval kell ellátni, amely a kaloriferek túlzott lehűlése esetén elzárja a külső hideg levegőt.

A fagyvédelem passzív megoldása az osztott folyadékhűtő választása. Ebben az esetben csak a kondenzátor található a szabadban, amelyben hűtőközeg kering, a rendszer hűtővize pedig a beltéri egységen keresztül, fagyvédett helyiségben áramlik.

Hidraulika

A fan-coilos rendszer jellemzője, hogy minden helyiségben, függetlenül a többi helyiségtől, beállítható a hőmérséklet. Igény esetén a készülék automatikusan bekapcsol vagy kikapcsol. Hogy bármikor rendelkezésre álljon a készüléknek a hideg vagy meleg „forrás”, a rendszerben folyamatosan keringtetni kell a fűtővizet. A központi folyadékhűtők–hőszivattyúk szabályozása is értéktartó (az időjárásfüggő szabályozást is ennek tekinthetjük), ezért a visszatérő víz hőmérsékletét figyelve, annak változásából von le következtetéseket, hogy az épületben van fogyasztás, és tartja annak hőmérsékletét, vagyis leáll standby módba, vagy éppen elindul.

Hogy minden fan-coil megfelelően le tudja adni a méretezett és igényelt hőt, ahhoz elengedhetetlenül szükséges, hogy a megfelelő térfogatáram átáramoljon rajta. Ha a vízmennyiség kevesebb, akkor kisebb teljesítményt tud a fan-coil leadni. Fejlettebb szabályozók figyelik a fan-coilban a víz hőmérsékletét, és amennyiben az túlhűl fűtéskor vagy túlmelegszik hűtéskor, akkor leállítja a ventilátort, hiszen a folyamatok azt sugallják, hogy nem megfelelő a víztérfogatáram, és fölöslegesen ne járjon a ventilátor. Ha a víz hőmérséklete ismét eléri a kívánatos értéket, a ventilátor újra elindul.

A folyadékhűtők és hőszivattyúk szintén rendkívül érzékenyek az áramlásra, nem megfelelő vízmennyiség esetén leállnak áramláshibára, rosszabb esetben hűtőközegoldali alacsony nyomású hibára, vagy éppen fagyvédelemre.
Fan-coilos rendszer esetében tehát fokozott figyelmet kell fordítani a hidraulikai méretezésre, a csövek átmérőjére és a hidraulikai beszabályozásra.

Fan coil

---