Klimatizace

Klimatizaci vynalezl již v roce 1902 američan Willis Carrier. Od té doby klimatizace prodělala mohutný vývoj a pronikla v mnoha variantách do všemožných oblastí našeho života. Dnež už se v kancelářích a obchodech stala nutností a začala vítězné tažení i do domácností…

Základní druhy klimatizace

Dělená klimatizace, tzv. SplitSystém

Nejůčinnější, nejtišší, nejkomfortnější…a dnes jednoznačně nejobvyklejší varianta klimatizace. Nabízí nejnižší provozní náklady. Vyznačuje se nejmenší hlučností, díky kompresoru umístěnému ve venkovní jednotce mimo klimatizovaný prostor. Vnitřní jednotka může být vybavena speciální filtrační funkcí jako čistička vzduchu, ionizátor a podobně.

Díky technickému řešení se dodává i v provedení tepelného čerpadla s účinností až 5,1 a s provozem až do nízkých venkovních teplot při vysoké účinnosti provozu.
Splitová klimatizace se skládá ze tří základních částí:

– vnitřní jednotky
– venkovní jednotky
– spojovací potrubí pro chladivo.

Okenní klimatizace

Kompaktní jednotka, jejíž název je odvozen od její nejčastější montáže, tj. do okna. Jedná se o klimatizaci kostku, u které jedna strana koukná z okna ven, druhá strana přečnívá do místnosti. Kompaktní provedení skýtá výhodu snadné montáže, nevýhodou je vyšší hlučnost, neboť kompresor je umístěn přímo v místnosti. Také narušuje prostor okna atd..
Mobilní klimatizace

Opět kompaktní provedení zařízení, které je postavene celé v místnosti. Ze zařízení je vyvedena „roura“ jako výfuk teplého vzduchu, kterou je nutno opět vyvést mimo chlazený prostor např. oknem, zdí nebo alespoň dveřmi do vedlejší místnosti. Díky odvodu teplého vzduchu se však velmi snižuje účinnost, neboť netěsnostmi se do místnosti žene teplý vzduch z okolí…a také patří mezi hlučnější zařízení z důvodu kompresoru v místnosti, stejně jako ventilátorů ženoucích vzduch ven z místnosti.
Ochlazovače vzduchu

Toto zařízení bohužel není klimatizací, byť je za klimatizaci mylně vydáváno. Jedná se nejčastěji o „krabici s ventilátorem, do které se jen dolévá voda“. Zařízení neklimatizuje ani nechladí, jen díky odparu vody ze zařízení vychází příjemnější proud vzduchu než z ventilátoru, neboť má vyšší vlhkost a nižší teplotu. Nemá však podstatnější vliv na teplotu v místnosti a proto od tohoto zařízení nečekejte klimatizovaný prostor…jen prostor s vyšší vlhkostí. ;o)

Princip klimatizace

Nejsnazším vysvětlením funkce klimatizace je princip chladničky. Chladnička odnímá teplo potravinám a to následně uvolňuje do místnosti (nejčastěji černým žebrováním na zadní straně). Jednoduše z jednoho prostoru teplo odebírá a do druhého jej předává. Klimatizace dělá to samé – představte si, že váš pokoj je chladničkou a venkovní jednotka předává na balkoně teplo do okolí…

Fyzikální proces klimatizace:
Fyzikální princip v klimatizaci je složený z více procesů za sebou. Základní etapy jsou stlačování par chladiva, kondenzace vysokotlakého plynu na kapalinu (ochlazením), transoprt kapaliny pod tlakem do vnitřní jednotky, expanzi do oblasti s nižším tlakem (přes kapiláru, expanzní ventil) spojené s odpařováním, tj. přeměně kapaliny na plyn (ohřívání, přejímá teplo z prostoru). A pak jsou páry chladiva opět nasávány do kompresoru a stlačovány…

1. fáze – komprese

Kompresor nasává chladivo v podobě par a pod vysokým tlakem tyto páry stlačuje. Páry se při kompresi rovněž stlačováním zahřívají.

2. fáze – kondenzace (předávání tepla)

Vysoce stlačené páry chladiva se v kondenzátoru intenzivně ochlazují a tím dochází k jejich kondenzaci, přičemž se uvolňuje energie nejen stlačení, ale hlavně energie změny skupenství látek (obdobně vodní pára při ohřívání předmětů, například pokličky, chladne a sráží se na vodu – proces chladiva je obdobný, jen probíhá při nižší teplotě (cca 20-55°C). Zkondenzované chladivo v podobě kapaliny je transportováno do místa určení.

3. fáze – expanze (přijímání tepla)

Chladivo v podobě kapaliny proudí k rozstřikovacímu ventilu nebo kapiláře, které slouží díky malému otvoru jako „zúžený“ prostor neřkuli tryska. Průchodem přes rozstřikovací ventil se zařízení dostane do oblasti, kde je nižší tlak a vyšší teplota (výparník s pokojovou teplotou) a kapičky chladiva se tím pádem intenzivně odpařují (obdoba varu vody při 100°C s nutností dodávat teplo vařičem – zde proces probíhá při teplotě okolo 6°C a chladivo si teplo odebírá samo ve výparníku, který se intenzivně ochlazuje). Proud vzduchu procházející výparníkem se tím pádem o výparník velmi intenzivně chladí.

1. fáze – komprese

Ohřátý plyn proudí zpět ke kompresoru, kde dochází k opětovné kompresi a celý cyklus se opakuje.

Dělená klimatizace – Split Systém a MultiSplit systém

Dělená klimatizace proto, že jednotka má venkovní a vnitřní část spojenou rozvodem chladiva. To umožňuje umístit venkovní jednotku daleko od klimatizované místnosti, tj. na balkoně, na střeše budovy, u paty budovy, v provětrané půdě a podobně.
Části splitsystému

vnitřní jednotka (obsahuje výparník, kterým odebírá teplo z místnosti)
venkovní jednotka (obsahuje kompresor a tepelný výměník, kterým odevzdává teplo do venkovního prostoru)
rozvod chladiva (měděné potrubí o průměru 6 +10 mm, 6+12mm, … a větší podle výkonu opatřené izolací)
regulace (řídí provoz celého zařízení)
Split = dělená klimatizace 1:1

Dělená klimatizace se skládá z jedné venkovní a jedné vnitřní jednotky, propojené mezi sebou rozvodem chladiva. Jak jsme již předeslali, jedná se dnes o nejčastěji používaný typ klimatizace.

Multisplit = dělená klimatizace 2:1, 3:1, 4:1,…

Obdoba split systému, jen s tím rozdílem, že na jednu společnou venkovní jednotku je připojeno více vnitřních jednotek. Výhodou je menší „ozdoba“ na fasádě nebo balkoně objektu a možnost navíc menších rozměrů venkovní jednotky oproti použití standardní jednotky 1:1.

Invertorová technologie a standardní typy kompresorů

Standard kompresor

Jedná se o standardní rotační (Scroll) kompresor, který má pevný počet otáček a tedy i stálý provozní výkon. Jeho výkon je možno regulovat pouze zapínáním a vypínáním celého zařízení (obdoba elektromotoru – běží nebo neběží).

Technologie rotačních kompresorů se vyznačuje oproti klasickým pístovým kompresorům mnohem nižší hlučností zařízení, pravidelným chodem bez rázů a vibrací, podstatně sníženou hlučností provozu a energetickými úsporami.

Nevýhodami jednoduché regulace typu zapnout/vypnout jsou méně přesné hlídání teploty prostoru, mechanické ztráty při rozběhu a celkově menší možnosti regulace zařízení oproti invertorovým kompresorům (viz níže).
Invertorový kompresor

Jedná se o rotační kompresor, u kterého je možno plynule řídit jeho otáčky a tím plynule regulovat okamžitý výkon kompresoru i celého zařízení. Invertorový se nazývá proto, že je řízen a napájen z invertoru, což je vlastně frekvenční měnič, který řídí nejen frekvenci napětí (počet otáček kompresoru) ale i velikost napětí (výkon kompresoru).

Plynulá regulace zajistí, že zařízení dodává popř. odebere jen takový výkon, jaký je v místnosti právě potřeba a díky tomu nedochází k mechanickým ztrátám při rozběhu kompresoru a zároveň nedochází ke ztrátám díky přechlazování klimatizovaného prostoru.

Invertorová technologie

U klimatizačních zařízení se setkáváme se dvěma základními řadami zařízení s označením FixSpeed a Inverter. Navenek se zařízení jeví naprosto stejně, rozdíl je v použité technologii uvnitř zařízení. Konkrétně se jedná o srdce celého klimatizačního zařízení – kompresor.
Vzhledem ke skutečnosti, že kompresor je v zařízení největším „žroutem“ el. energie, je z hlediska uživatele rozdíl v uvedených dvou zařízeních v tom, že invertorové zařízení mají mnohem nižší spotřebu el. energie, klidnější a hlavně tišší provoz, vyšší životnost a také spolehlivost celého zařízení.

Tepelné čerpadlo

Původním účelem klimatizace bylo ochladit prostor, tj. odvézt teplo z prostoru do okolí. Až v 60. letech 20. století vědce napadlo, že celý princip chlazení místnosti je možné otočit a dokázali upravit zařízení tak, aby dokázalo topit. Zařízení pak odebírá teplo z okolí a naopak prostor místnosti ohřívá. Jedná se o stejný princip, jen je otočen směr předávání energie.

Tepelné čerpadlo – více než klimatizace!
Pokud zařízení umí nejen chladit, ale i takto topit, mluvíme o tepelném čerpadle.Název tepelné čerpadlo vystihuje, že zařízení „čerpá“ teplo, resp. energii z jednoho prostoru do druhého. Od čerpání se snadno dostaneme k termínu kompresoru, který zajišťuje transport a úpravu teplonosného média.

Výhody tepelného čerpadla
Principem klimatizace je pouze transport energie a tepla. Teplo pouze odebereme a předáme o kousek dál. Tento jednoduchý princip má velkou výhodu ve své nízké energetické náročnosti. Topení tepelným čerpadlem je zatím doposud nejekonomičtější způdob vytápění s nejnižšími provozními náklady. Teplo není třeba oproti klasickým zdrojům tepla neekonomicky vyrábět (hoření) ani přeměňovat (elektrické topení) a hradí se pouze náklady na jeho transport. Na transport 1 kW tepelné energie je potřeba cca 250W el. energie – koeficient účinnosti (COP) je v tomto případě 4. Dnešní moderní systémy však za určitých podmínek mohou dosáhnout COP až 6 a více.

Provozní omezení
V přírodě je vždy „něco za něco“. Jedinou nevýhodou tepelného čerpadla je skutečnost, že fyzikální procesy nutné pro transport tepla mají určitá teplotní omezení. Tepelné čerpadlo pracuje, pokud je venkovní teplota vyšší než -15°C. Optimální venkovní teplota pro topení je od -5°C do +5°C. V našich zeměpisných podmínkách nelze tedy spoléhat na vytápění teplným čerpadlem typu vzduch-vzduch celoročně, ale pokryje řádově 90% až 95% roku.

Pokud se instaluje do budovy s moderními izolačními vlastnostmi, je jeho využití v průběhu roku vylmi výrazné – jek v létě pro chlazení, tak v přechodných obdobých a v zimně k velmi ekonomickému vytápění.

Klasické topení + tepelné čerpadlo vzduch-vzduch
Mnoho objektů je dnes vybaveno klasickým topným systémem (radiátory, ustřední topení, plynový nebo elektrický kotel, přímotopy). Vyvstává však otázka potřeby chlazení v létě. Bez velkých investičních nákladů je možno instalovat klasickou klimatizaci – teplené čerpadlo vzduch-vzduch, které umožňuje v létě chladit, v přechodném období přitápět. Je tak zaručen v létě komfort chlazení a po dobu přechodných období přitápění. Pokud instalujeme zařízení do všech místností, můžeme počítat i s efektem skoro celoročního velmi úsporného přitápění a ba dokonce i se zálohou topného systému.

Tepelná čerpadla vzduch-voda, země-voda
V posledních letech narůstá trend vytápění objektů tepelným čerpadlem získávající energii ze země nebo ze vzduchu a pracující do topného systému (radiátory, podlahové topení).

Zejména to platí pro typ tepelného čerpadla vzduch-voda, který má nižší investiční náklady než země-voda, případně voda-voda a díky moderním invertorovým technologiím a COP u tohoto typu vyrovnalo s druhými dvěma. Kromě vytápění objektu a přípravy TUV mohou některá tepelná čerpadla vzduch-voda v létě připravovat chladící vodu k použití např. do fan-coil jednotek.

Chladiva

Klimatizační jednotky používají pro transport tepla a chladu speciální náplně nazývané chladiva. Nejedná se pouze o teplonosné médium např. vodu, která se ohřívá a ochlazuje a přenáší v kapalném provedení teplo např. od kotle k radiátorům. Jedná se o speciální látky s nízkým bodem varu, které pro transport tepla využívají nejen změnu teploty, ale i změnu svého skupenství. Výsledkem je neporovnatelně vyšší schopnost předávat a přenášet energii.

Ekologická chladiva
Dnes zařízení značky TOSHIBA, Daikin, LG, Panasonic aj. obsahují výhradně ekologická chladiva nepoškozující ozonovou vrstvu země a nepodporující skleníkový efekt země. Standardně je používáno chladivo R410A, které se vyznačuje nejlepšími fyzikálními parametry z dosud objevených chladiv používaných v praxi. Číselné označení zohledňuje složení chladiva a poměr jednotlivých složek.

Chladivo R410A má výrazně vyšší koeficient přenosu výkonu a nižší odpor při proudění systémem, což přináší mnohem lepší energetické parametry celého zařízení.