Πολυζωνικά Συστήματα Κλιματισμού και η εξέλιξη των ψυκτικών μέσων

Γράφει ο Θοδωρής Σταμούλης / Thodoris Stamoulis
Τομέας Ολοκληρωμένων Εφαρμογών Integrated Applications Department

Τα πολυζωνικά συστήματα κλιματισμού εισήχθησαν στην ευρωπαϊκή αγορά το 1987 και εμφανίστηκαν στην Ελλάδα την αντίστοιχη δεκαετία. Η αρχή λειτουργίας τους έγκειται στην τεχνολογία ελέγχου μεταβλητής ροής ψυκτικού, η οποία κυκλοφορεί στο δίκτυο ψυκτικών σωληνώσεων μόνο την ελάχιστη ποσότητα ψυκτικού μέσου που απαιτείται για να ικανοποιήσει την εκάστοτε πραγματική ζήτηση για ψύξη ή θέρμανση.

Αποτέλεσαν τεχνολογική επανάσταση στον παγκόσμιο κλιματισμό, αφού επέτρεψαν την ανεξάρτητη ρύθμιση θερμοκρασίας σε πολλαπλές ζώνες ενός κτηρίου, με μία μόνο εξωτερική μονάδα. Χάρη στην υψηλή ενεργειακή τους απόδοση, στην ευελιξία σχεδιασμού και στην ικανότητά τους για ταυτόχρονη ψύξη και θέρμανση, αποτελούν μέχρι και σήμερα την ιδανική λύση σε μεγάλες κτηριακές εφαρμογές όπως ξενοδοχεία, κτήρια γραφείων και εμπορικά κέντρα. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας, τα πολυζωνικά συστήματα απαντώνται πλέον και σε κατοικίες.

Οι εξωτερικές μονάδες μπορούν να λειτουργήσουν είτε ως αντλίες θερμότητες (ταυτόχρονη ψύξη ή θέρμανση ανάλογα την εποχή λειτουργίας ) είτε ως μονάδες ανάκτησης θερμότητας (ταυτόχρονη ψύξη και θέρμανση ανεξαρτήτου εποχής λειτουργίας). Καλύπτουν όλο το φάσμα των απαιτήσεων κλιματισμού αφού απαντώνται σε ισχύ από 8Kw-270Kw, με πλευρική ή άνωθεν έξοδο αέρα και μπορούν να συνδεθούν με έως και 64 εσωτερικές μονάδες. Αναλυτικότερα, διατίθενται στην αγορά :

• Μονάδες με 1 ανεμιστήρα, πλευρικής εξόδου αέρα από 8kW-16Kw(R410a) και 8kW-18kW (R32).
• Μονάδες με 2 ανεμιστήρες, πλευρικής εξόδου αέρα από 25kW-62kW (R410a)
• Μονάδες αυτόνομεςμε άνωθεν έξοδο αέρα από 25kW-90kW και σε συνδυασμό από 95kW-270kWμε ψυκτικό μέσο R410a.

Εκτός από τα παραπάνω, καινοτόμα χαρακτηριστικά των εξωτερικών μονάδωντων πολυζωνικών συστημάτωνθεωρούνται επίσης:

• Οι συμπιεστές FULLDC INVERTER που προσφέρουν εξοικονόμηση ενέργειας και εκτεταμένα όρια λειτουργίας από -15°C έως +55°C στην ψύξη και από -30°C έως +30°C στην θέρμανση με συνεχόμενη λειτουργία σε περίπτωση αποπαγοποίησης.
• Το εκτεταμένο δίκτυο ψυκτικών σωληνώσεων έως 1.100μ και η υψομετρική διαφορά 110μ., κάνοντας την χρήση πολυζωνικών συστημάτων εφικτή ακόμα και σε υψηλά κτήρια.
• Hαυτόματη λειτουργία απομάκρυνσης σκόνης και χιονιού (σε μονάδες με άνω έξοδο αέρα).
• Η λειτουργία εφεδρείας μονάδας, ανεμιστήρων, συμπιεστών και αισθητηρίων σε συστήματα συνδυασμένης λειτουργίας.
• Τα σύγχρονα πρωτόκολλα επικοινωνίας (SuperLink) , που προσφέρουν σύνδεση του καλωδίου επικοινωνίας σε μεγάλη απόσταση και με εναλλακτικούς τρόπους σύνδεσης (σειριακά, παράλληλα, με κόμβο ή/και συνδυασμό αυτών).
• Η έξυπνη διαχείριση ενέργειας, που μεταβάλλει την θερμοκρασία εξάτμισης και συμπύκνωσης ανάλογα με τις ανάγκες κλιματισμού, μεγιστοποιώντας την άνεση και την ενεργειακή αποδοτικότητα.

Οι εσωτερικές μονάδες των πολυζωνικών συστημάτων προσφέρουν τις παρακάτω λύσεις :

1. Κλιματισμό εσωτερικών χώρων.

Καλύπτουν όλες τις αρχιτεκτονικές ανάγκες σχεδιασμού, είναι είτε κρυφές είτε εμφανείς και μπορούν να τοποθετηθούν επίτοιχα, στο δάπεδο και σε ψευδοροφές. Αναλυτικότερα, οι διαθέσιμοι τύπου εσωτερικών μονάδων είναι οι παρακάτω:

• Κασέτες 4αρων κατευθύνσεων κυκλικής ροής 360°, διαστάσεων πάνελ 62εκ × 62εκ και 95εκ × 95εκ., με ισχύ από 1.5kWέως 14kW. Κασέτες 1ας κατεύθυνσης με ισχύ από 1,8kW έως 7,1kW. Κασέτες 2ων κατευθύνσεων με ισχύ από 2,2kW έως 7,1kW.
• Μηχανήματα για σύνδεση με αεραγωγούς, χαμηλής, μεσαίας και υψηλής στατικής πίεσης αέραμε ισχύ από 1,5kW-56kWκαι ύψος από 20εκ. έως 73εκ.
• Τοίχου με ισχύ από 1,5kWέως 8,0kW.
• Δαπέδου – Οροφής εμφανή με ισχύ από 3,6kWέως 14kW.
• Δαπέδου κρυφά και εμφανή με ισχύς από 2,8kWέως 6,3kW.

Προσφέρουν καινοτόμα χαρακτηριστικά και τεχνολογίες όπως:

• Αυτόματη λειτουργία καθαρισμού των εσωτερικών τους στοιχείων.( *R32).
• Αυτόματη προσαρμογή διαθέσιμης στατικής πίεσης (μονάδες αεραγωγών) με χρήση ανεμιστήρων DC.
• Χαμηλά επίπεδου θορύβου (7 επιλέξιμες ταχύτητες ανεμιστήρα)
• Αυτόματη επανεκκίνηση σε περίπτωση διακοπής ηλεκτρικής τροφοδοσίας
• Αυτόματη ρύθμισης θερμοκρασίας μέσω αισθητήρα παρουσίας για εξοικονόμηση ενέργειας.
• Ενσωματωμένη αντλία ανύψωσης συμπυκνωμάτων (καναλάτα και κασέτες)

2. Αερισμό με εναλλάκτες αέρα /αέρα και ανάκτηση θερμότητας.

 Έχουν δυνατότητα αερισμού από 300 m³/h έως 1.000 m³/hμε θερμοκρασιακούς βαθμούς απόδοσης έως 80% και διαθέτουν χάρτινους εναλλάκτες υψηλής απόδοσης.

3. Σύνδεση με Κεντρικές Κλιματιστικές Μονάδες μέσω ψυκτικού κιτ.

Ενσωματώνονται εύκολα σε Κ.Κ.Μ με ψυκτικά ή/και θερμαντικά στοιχεία απευθείας εκτόνωσης, προσφέροντας θερμοκρασιακό έλεγχο ή έλεγχο ισχύος. Συνοδεύονται εργοστασιακά από ηλεκτρονική εκτονωτική βαλβίδα, αισθητήρες και χειριστήριο. Σε αυτόνομή λειτουργία έχουν ισχύ από 1.8kW έως 56kW ενώ σε συνδυασμό φθάνουν έως την ισχύ των 224kW.

4. Σύνδεση με υδροδοχεία για την παραγωγή θερμού νερού.

 Ικανοποιούν ανάγκες θέρμανσης ή παραγωγής Ζεστού Νερού Χρήσης και αξιοποιούν θερμοκρασία εξόδου νερού από 25°C έως 80°C., ενσωματώνοντας εσωτερικά συμπιεστήμε ψυκτικό μέσο R134a. Μπορεί να γίνει συνδυασμός μέχρι 10 μονάδων για συνδυαστική ισχύ έως και 140kW. O συνδυασμός των υδροδοχείων με εξωτερικά μηχανήματα ανάκτησης θερμότητας προσφέρει πλήρη εξοικονόμηση κατά την λειτουργία των μονάδων κλιματισμού σε ψύξη.

 

Προκειμένου όμως ο τελικός χρήστης, να αξιοποιήσει τις προηγμένες τεχνολογικά λειτουργίες των συστημάτων αυτών θα πρέπει να έχει στην διάθεση του πληθώρα χειριστηρίων (ασύρματων και ενσύρματων) με πρωτοποριακές λειτουργίες τοπικού αλλά και απομακρυσμένου ελέγχου. Η διασύνδεση των συστημάτων αυτών με κεντρικά κτηριακά συστήματα BMS είναι εξίσου σημαντική για την εξασφάλιση της αποδοτικής και απρόσκοπτης λειτουργίας.

Για τον λόγο αυτό προσφέρονται κεντρικά χειριστήρια ή διεπαφέςπροκειμένου να ελεγχθούν τα συστήματα, εργοστασιακά ή μέσω τρίτων, με τοπική ή απομακρυσμένη πρόσβαση.

Η αρχή λειτουργίας των πολυζωνικών συστημάτων βασίζεται στα ψυκτικά μέσα και τον κύκλο λειτουργίας αυτών. Για τον λόγο αυτό, η τεχνολογία τους προσαρμόστηκε και εναρμονίστηκε πλήρως με τους περιβαλλοντολογικούς κανονισμούς περί ψυκτικών μέσων.

Ενώ τα πρώτα πολυζωνικά συστήματα χρησιμοποιούσαν R22, αυτά αντικαταστάθηκαν το 1998 από το R407c, το οποίο πολύ σύντομα (2001) αντικαταστάθηκε με την σειρά του από το R410a, λόγω του ζεοτροπικού μίγματος του. Μέχρι και σήμερα κυκλοφορούν ακόμα στην αγορά πολυζωνικά συστήματα με R410a, κυρίως με ισχύ πάνω από 20kW. Σύμφωνα όμως με τον νέο κανονισμό (F-Gas Regulation) (ΕΕ) 2024/573, ο οποίος τέθηκε σε ισχύ στις 11 Μαρτίου 2024, το R410a θα πρέπει να καταργηθεί οριστικά μέχρι το 2032 ακόμα και για την συντήρηση ή επισκευή προϋπάρχοντας εξοπλισμού.

Για τον λόγο αυτό οι κατασκευαστές πολυζωνικών συστημάτων, έχουν ήδη στραφεί στο R32 (για τα συστήματα αντλιών θερμότητας) που εναρμονίζεται πλήρως με τον παραπάνω κανονισμό, ενώ η τεχνολογία των συστημάτων ανάκτησης θερμότητας παραμένει στο ψυκτικό μέσο R410a.

Ως γνωστό, το ψυκτικό μέσο R32 έχει δείκτη επικινδυνότητας Α2L, που υποδηλώνει χαμηλή τοξικότητακαι ήπια ευφλεκτότητα με πολύ χαμηλή ταχύτητα καύσης

 

Θα πρέπει λοιπόν, να αποφεύγεται η μεγάλη συγκέντρωση ψυκτικού μέσου σε κλειστούς χώρους σε περίπτωση διαρροής. Όπως φαίνεται στον παραπάνω πίνακα σύμφωνα με το ευρωπαϊκό πρότυπο ασφαλείας ΕΝ378, για ένα πολυζωνικό σύστημα που περιέχει συνολικά 10 κιλά ψυκτικού μέσου R32 (= εργοστασιακή πλήρωση εξωτερικής μονάδας + επιπλέον πλήρωση) τότε το ελάχιστο εμβαδό του κλειστού χώρου θα πρέπει να είναι 94,6 τ.μ.

Με πρόσθετα μέσα ασφαλείας , όπως ανιχνευτή διαρροής και μηχανικό εξαερισμό, το ελάχιστο εμβαδό μπορεί να είναι 19,8 τ.μ., ενώ με ανιχνευτή διαρροής και συσκευή αποκοπής ψυκτικού μέσου το ελάχιστο εμβαδό είναι 21,4 τ.μ.

Το ψυκτικό μέσο R-32 είναι επίσης βαρύτερο από τον αέρα, με αποτέλεσμα σε περίπτωση διαρροής να συγκεντρώνεται χαμηλά στο δάπεδο. Για τον λόγο αυτό οι κατασκευαστές απαγορεύουν την σύνδεση εσωτερικών μηχανημάτων τύπου δαπέδου (κρυφά ή εμφανή) σε συστήματα με ψυκτικό μέσο R32.

Για τους παραπάνω λόγους ασφαλείας, προσφέρονται στους μελετητές, υπολογιστικές πλατφόρμες  με  καθοδήγηση στην μελέτη και διαστασιολόγηση αυτών των συστημάτων. Αντίστοιχα για τους εγκαταστάτες προσφέρονται, ειδικά λογισμικά συντήρησης, διάγνωσης και επίλυσης βλαβών.

Από άποψη σχεδιασμού, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μικρότερα συστήματα σε ισχύ (αρά και περιεκτικότητας σε ψυκτικό μέσο) και οι εφαρμογές σε μεγάλους χώρους να προσαρμόζονται ανάλογα σε περισσότερα μικρότερα συστήματα, χωρίζοντας τους χώρους σε περισσότερες ζώνες σύμφωνα με τις εκάστοτε ανάγκες κλιματισμού.

Σύμφωνα λοιπόν με τους ισχύοντες κανονισμούς, το μέλλον των πολυζωνικών συστημάτων κλιματισμού διαφαίνεται στην χρήση του ψυκτικού μέσου R32, λαμβάνοντας υπόψιν κατά την εγκατάσταση τα παραπάνω μέτρα ασφαλείας και απαιτήσεις σχεδιασμού.