I.Uwagi ogólne

Zapewniają one w pełni automatyczne przygotowanie powietrza z funkcją grzania, chłodzenia, nawilżania, osuszenia, filtrowania jak również jego zamierzoną wymianę. Dla obniżenia zużycia energii obecnie urządzenia te często pracują z dużą tolerancją temperatur i wilgotności, ponadto są wyposażone w bloki odzysku ciepła. Zdecydowanie prostsze są urządzenia tzw. cząstkowe urządzenia klimatyzacyjne, które wykonują tylko jedną funkcję. Urządzenia dzielą się na przemysłowe i komfortowe. Komfortowe urządzenia klimatyzacyjne powinny zapewniać uzyskiwanie sprzyjającego klimatu w pomieszczeniu przeznaczonym dla przebywania w nim ludzi, który obejmuje zakres temperatur od 20 – 27 stopi C i wilgotności względne od 30 – 64%. Typowymi ich zastosowaniami są biurowce, domy towarowe, kina, teatry, szpitale, hotele, restauracje, laboratoria i inne. Jeżeli parametry powietrza w pomieszczeniu są dostosowane do klimatu zewnętrznego (pory roku, pory dnia) wówczas mówi się o klimatyzacji zmiennej. Z kolei przemysłowe urządzenia klimatyzacyjne powinny gwarantować stały stan powietrza w pomieszczeniu, zalecany do przygotowania i składania produktów, czy techniki pomiarowej Szczególną kategorią są urządzenia przeznaczone dla muzeów i bibliotek, które oprócz komfortowego stanu powietrza dla ludzi, muszą również zabezpieczać trwałość wrażliwych na klimat skarbów kultury.

II. Budowa i sposób działania

Zależnie od wielkości, energooszczędnego punktu widzenia, a także wymagań ludzi i wykonania, urządzenia klimatyczne są wytwarzane według różnych systemów. Wszystkie urządzenia posiadają jednak wspólną jednostkę centralną, przeznaczoną do przygotowania powietrza. Jednostka ta może być wykonana, jako centrala klimatyzacyjna ustawiona w maszynowni, na dachu lub przed obsługiwanym pomieszczeniem, Jest ona zbudowana z pojedynczych bloków funkcyjnych, którymi są:

• komora mieszania
• sekcja filtrów
• blok nawilżania powietrza
• wymienniki ciepła (nagrzewnica, chłodnica)
• sekcja wentylatorów

Bloki funkcjonalne centrali klimatyzacyjnej, zaopatrywane są w płyny robocze przez kocioł ciepłej wody (nagrzewnicę) i zespól wody lodowej, także zasilone są wodą świeżą lub parą wykorzystywaną w bloku nawilżania. Utrzymanie wymaganych parametrów powietrza pomieszczeniu realizowane jest automatycznie przez układ sterowania, w oparciu o sygnały pochodzące z czujników temperatury i wilgotności zainstalowanych w pomieszczeniu. Powietrze zewnętrzne (świeże) i rekuperacyjne (obiegowe), zależnie od ustalonych proporcji jest zasysane przez wentylator i podlega zmieszaniu w komorze mieszania. Następnie jest on oczyszczane w filtrze. Przy obniżającej się temperaturze czujnik temperatury przesyła impuls inicjujący otwarcie zaworu ciepłej wody doprowadzanej do nagrzewnicy i w ten sposób powietrze zostaje dogrzane. Przy rosnącej temperaturze w pomieszczeniu zawór zostaje zamknięty. Gdy temperatura w pomieszczeniu jest za wysoka, wówczas otwarty zostaje zawór wody lodowej doprowadzanej do chłodnicy. Z kolei czujnik wilgoci przy obniżającej się wilgoci inicjuje otwarcie zaworu zasilającego nagrzewnice wstępną oraz zaworu zasilającego blok nawilżania. Dzięki temu powietrze jest podgrzewane, a następnie nawilżane. Przy zbyt wysokiej zawartości wilgoci w strumieniu powietrza, otwierany jest zawór wody lodowej, wówczas powietrze jest schładzane i jednocześnie osuszane w chłodnicy przeponowej, a następnie podgrzewane w nagrzewnicy wtórnej. Po obróbce cieplno-wilgotnościowej powietrze jest doprowadzane systemem kanałów do pomieszczenia, w którym jest rozprowadzane przez nawiewniki, względnie podwójny lub perforowany strop. Elementy nawiewne muszą zapewniać równomierne, pozbawione przeciągu doprowadzanie powietrza. Część doprowadzane do pomieszczenia powietrza świeżego wydostaje się z niego w efekcie panującego w nim nadciśnienia. Pozostała jego część jest odsysana przez specjalne oprawy oświetleniowe umieszczone w suficie i ponownie doprowadzane, jako powietrze obiegowe do komory mieszania centrali klimatyzacyjnej.

III. Podział systemów klimatyzacyjnych

W prostych systemach klimatyzacyjnych przygotowanie pod względem ciepło-wilgotnościowym w centrali klimatyzacyjnej powietrze rozprowadzane jest przez układ kanałów do poszczególnych pomieszczeń. W takim przypadku wszystkie pomieszczenia otrzymują powietrze o jednakowym stanie.

Jeżeli obiekty posiadają dużo pomieszczeń o znacznie różniących się warunkach, np. w nowoczesnych wysokościowcach należy na stronie północnej okresowo powietrze ogrzewać, natomiast na stronie południowej chłodzić, wówczas nie wystarcza jedna centrala klimatyzacyjna do przygotowania powietrza. W takim przypadku nawiew powietrza musi być realizowany w sposób strefowy, piętrowy lub pomieszczeniowy. Osiąga się to przez:

• stosowanie wtórnych nagrzewnic i chłodnic powietrza
• podział dolotu powietrza na strumienie ciepłe i zimne oraz indywidualne ich mieszanie w zależności od potrzeb każdego pomieszczenia
• zastosowanie klima konwektorów lub konwektorów wentylatorowych w systemie wentylacji.

IV. Instalacje wyłącznie powietrzne

W tego typu instalacjach klimatyzacyjnych realizuje się doprowadzenie względnie odprowadzenie energii dla pomieszczeń przez powietrze. Powietrze przygotowywane jest w centrali klimatyzacyjnej i przez kanały doprowadzane do poszczególnych pomieszczeń. Ponieważ powietrze nie wymaga dalszego przygotowania, w związku z tym w instalacjach tych nie przewiduje się dla pojedynczych pomieszczeń żadnych dodatkowych wodnych instalacji grzewczych lub chłodniczych. W okresie zimy zapotrzebowanie na ciepło częściowo pokrywa tradycyjny system ogrzewania.

W zależności od prędkości, z jaką prowadzone jest powietrze dolotowe przez kanały do pomieszczeń, mówi się o klimatyzacji nisko prędkościowej lub klimatyzacji wysokoprędkościowej. Z powodu wymaganych w wentylacjach niskich lub wysokich ciśnień tłoczenia mówi się o wentylacjach nisko lub wysokociśnieniowych. W instalacjach nisko prędkościowych prędkość przepływu powietrza w kanałach klimatyzacji bytowej wynosi max. 6m/s, natomiast w klimatyzacji przemysłowej 10m/s. Różnica temperatury między powietrzem w pomieszczeniu i powietrzem nawiewanym w warunkach chłodzenia nie powinno przekraczać 8-10 K. Przy wzrastającej wysokości Biurowców coraz trudniejsze jest montowanie kanałów o dużych przekrojach dla zapewnienia prowadzenia w nich wymaganych objętościowych strumieni powietrza, wówczas rozwiązaniem są wysokie prędkości przepływu powietrza w kanałach. Tego typu systemy nazywane są wysoko prędkościowymi. W instalacjach tych wcześniej prędkości przepływu powietrza wynosiły do 30m/s, jednak biorąc pod uwagę koszty eksploatacyjne obecnie najczęściej stosuje się prędkości do 15m/s., Aby uniknąć możliwości pojawienia się zjawiska przeciągu, instalacje te wymagają szczególnego uformowania dolotu powietrza do pomieszczenia. Osiąga się przy tym wysoki stopień indukcji, tj., strumień powietrza dolotowego indukuje powietrze z pomieszczenia, które się z nim miesza. Z tego powodu dopuszcza się wyższe różnice temperatur sięgające od 10-12 K między powietrzem dolotowym i powietrzem w pomieszczeniu. W wielu przypadkach w instalacjach wysokoprędkościowych dla opanowania hałasów związanych z przepływem powietrza zalecane jest stosowanie tłumików dźwięków.

V. Systemy klimatyzacyjne jednoprzewodowe

W systemach tego typu centrala klimatyzacyjna przygotowuje powietrze, a następnie jest ono dostarczane jednym kanałem do jednego lub wielu pomieszczeń. Wszystkie pomieszczenia otrzymują, zatem powietrze dolotowe o tym samym stanie. W związku z tym indywidualna regulacja zapotrzebowania ciepła jest możliwa tylko za pomocą dodatkowego grzejnika. Systemy tego typu są również nazywane konwencyjnymi klimatyzacjami i są one najczęściej wykorzystywane, jako instalacje nisko prędkościowe. Typowym ich zastosowaniem są budynki z pojedynczymi pomieszczeniami, takie jak teatry, kina, sale zebraniowe, hale i inne.

Systemy klimatyzacyjne jednoprzewodowe mogą wykonane być ze stałym strumieniem objętościowym powietrza. Jeżeli w pojedynczych pomieszczeniach lub strefach dużych budowli takich jak banki, domy towarowe, biurowce i inne, występują różne obciążenia chłodnicze, to uzasadniane jest stosowanie systemów ze zmiennym strumieniem objętościowym powietrza (VVS). Wówczas do pojedynczych pomieszczeń doprowadza się powietrze dolotowe o jednakowej temperaturze. Przy rosnącym obciążeniu chłodniczym pomieszczenia, objętościowy strumień powietrza będzie wzrastał, a w sytuacji przeciwnej zmniejszał się. Do realizacji tego zadania oprócz termostatu pokojowego potrzebny jest regulator strumienia powietrza. Strumień ten regulowany jest w wentylatorze przez czujnik ciśnienia zainstalowany w kanale. Zaleta systemu VVS wynika z faktu, iż zapotrzebowanie energii dla chłodzenia i grzania jest w nim prawie proporcjonalne do redukcji objętościowego strumienia powietrza.

VI. Systemy klimatyzacyjne dwuprzewodowe

Budynki wielo pomieszczeniowe, przede wszystkim nowoczesne budynki wielopiętrowe posiadające słabą izolację cieplną, charakteryzującą się w tym samym czasie, zmiennym obciążeniem chłodniczym i cieplnym. Są one typowym przykładem stosowania systemu dwuprzewodowego, w którym istnieją dwa oddzielne kanały dolotowe dla ciepłego i zimnego powietrza. W każdym pomieszczeniu należy umieścić szafkę nawiewną, w której ustalona jest temperatura powietrza dolotowego przez mieszanie w odpowiedniej proporcji obu strumieni.

Stany powietrza w przewodach ciepłego i zimnego powietrza muszą być takie, aby w pomieszczeniach o wyższym obciążeniu grzewczym lub chłodniczym była utrzymana wymagana temperatura powietrza. W systemie tym zawartość wilgoci nie może być regulowana indywidualnie dla pojedynczych pomieszczeń. Aby podczas mieszania nie zmieniać zawartości wilgoci powietrza, wskazane jest o w obu kanałach dolotowych zachować taką samą wilgotność powietrza. Jeżeli wymagania użytkownika są inne, wówczas w pojedynczych pomieszezeniach dodatkowo zainstalować nawilżacze powietrza. Z uwagi na duże zapotrzebowanie miejsca na kanały powietrza, systemy klimatyzacyjne dwuprzewodowe są najczęściej wykonywane, jako wysoko prędkościowe. Stosując systemy ze zmiennym strumieniem objętościowym powietrza można znacznie obniżyć zapotrzebowanie energii na klimatyzację.

VII. Systemy klimatyzacyjne strefowe

Systemy te są dostosowane do budynków, w których pomieszczenia charakteryzują się zróżnicowanym obciążeniem cieplno-wilgotnościowym. Przygotowanie powietrza ma miejsce w centrali klimatyzacyjnej. Budynek jest podzielony na grupy pomieszczeń (strefy), które w przybliżeniu mają jednakowe obciążenia grzewcze lub chłodnicze. Każda strefa jest zasilana powietrzem przez własny kanał dolotowy.

Podsumowanie

Podczas projektowania, a następnie wykonania instalacji należy bardzo szczegółowo określić wymagania stawiane instalacji oraz końcowy efekt w celu dobrania odpowiedniego klimatyzatora. Klimatyzator należy dobierać nie za duży. Jak wiemy obciążenie chłodnicze zależne od temperatury i nasłonecznienia jest bardzo różne w ciągu dnia. Urządzenia nie muszą być dobrane dla maksymalnego obciążenia, jeżeli dopuści się pewien wzrost temperatury w pomieszczeniu. Jeżeli zastosujemy za duże urządzenia, wówczas można osiągnąć zbyt dużą wilgotność względną w pomieszczeniu.