Debiut hybrydowych urządzeń HVRF Mitsubishi Electric miał miejsce w 2012 r. Obserwując kierunek, w jakim zmierza prawo europejskie oraz działania firm DuPont czy Linde, inżynierowie japońskiego producenta opracowali technologię Hybrid City Multi. Zasadę działania urządzeń oparto na sprawdzonej serii R2. Umożliwiło to współpracę jednostek zewnętrznych pracujących na czynniku R410A z jednostkami wewnętrznymi, które wykorzystują wodę jako medium do realizacji grzania lub chłodzenia pomieszczeń.

Rygorystyczne europejskie prawo ochrony środowiska związane z us­ta­wą F-gazową stymuluje rozwój technologii hybrydowej opracowanej przez inżynierów firmy Mitsubishi. Urządzenia tego rodzaju są nie tylko energooszczędne i komfortowe, ale również zwiększają bezpieczeństwo użytkowników.

System Hybrid City Multi

Hybrid City Multi to pierwszy dwururowy system służący do równoczesnego grzania i chłodzenia. Rozwiązanie łączy tradycyjną jednostkę VRF oraz nowoczesny rozdzielacz HBC (Hybrid BC controler), wykorzystujący wodę jako nośnik energii do jednostek wewnętrznych. To właśnie ten element odgrywa najistotniejszą rolę w całym układzie, ponieważ jest odpowiedzialny za odbieranie oraz przekazywanie energii od czynnika chłodniczego R410A do wody. Zastosowanie takiej koncepcji powoduje, że system jest bezpieczniejszy dla użytkownika, a w instalacji ograniczona zostaje ilość czynnika chłodniczego.
Zasadę działania urządzeń Hybrid City Multi oparto na sprawdzonej serii R2, której początek sięga 1990 roku. Doświadczenie zdobyte w produkcji i eksploatacji serii R2 potwierdza, że odzysk energii oparty na systemie dwururowym z wykorzystaniem rozdzielacza BC przynosi wiele korzyści. Począwszy od montażu, gdzie występuje mniejsza ilość połączeń lutowanych w stosunku do systemów trójrurowych, poprzez możliwości przyszłej rozbudowy systemu bez konieczności ingerencji w istniejącą instalację, a kończąc na oszczędnościach finansowych oraz komforcie użytkowania wynikających z możliwości ustawienia niezależnego trybu pracy grzania lub chłodzenia.

Rys. 1. W przypadku systemu Hybrid modyfikacji uległ rozdzielacz BC: oprócz istniejącego już separatora, został on dodatkowo wyposażony w  wymienniki płytowe typu czynnik chłodniczy-woda

Specyfika nowej technologii

W tradycyjnej technologii serii R2 wykorzystywany jest rozdzielacz czynnika, w  którym następuje separacja fazy gazowej oraz fazy ciekłej czynnika R410A. Następnie, w zależności od nastawionego w nich trybu pracy, czynnik trafia do jednostek wewnętrznych. W przypadku systemu Hybrid modyfikacji uległ rozdzielacz BC (rys. 1). Oprócz istniejącego już separatora, został on dodatkowo wyposażony w  wymienniki płytowe typu czynnik chłod­­niczy-woda. Ich zadaniem jest odbieranie lub oddawanie ciepła do przepływającej przez nie wody, która za pomocą pomp sterowanych inwerterowo trafia następnie do jednostek wewnętrznych.

Rys. 2. Jednostki wewnętrzne z typoszeregu Hybird City Multi

Korzyści
Podczas projektowania budynków typu hotele czy biurowce, częstym problemem jest wymóg spełnienia przez proponowany system VRF normy PN-EN378 dbającej o  bezpieczeństwo użytkowników i określającej maksymalną ilości czynnika chłodniczego na metr sześcienny. W przypadku przekroczenia dopuszczalnej granicy 0,44  kg/m³, dotychczasowym rozwiązaniem było zastosowanie agregatów wody lodowej w połączeniu z klimakonwektorami. Skutkowało to rezygnacją z możliwości niezależnego sterowania trybami pracy jednostek wewnętrznych.
System hybrydowy proponowany przez Mitsubishi Electric rozwiązuje tę sytuację poprzez doprowadzenie do pomieszczeń, w których przebywają ludzie, medium chłodzącego lub grzejącego, jakim jest woda. Jednostki wewnętrzne zostały wyposażone w wymienniki wodne zachowując przy tym dotychczasowy wygląd i funkcjonalność. Dodatkowym atutem tego rozwiązania jest fakt, iż instalacja chłodnicza zawierająca czynnik R410A występuje jedynie pomiędzy jednostką zewnętrzną a rozdzielaczem zlokalizowanym w pomieszczeniu technicznym lub korytarzu. Ponadto długość instalacji ma korzystny wpływ na żywotność sprężarki. Nie musi ona wówczas pokonywać oporów przepływu takich jak w tradycyjnej instalacji, której długość może sięgać aż 950 metrów.
Należy również pamiętać, iż regulacje ustawy F-gazowej spowodują po 2022 roku stopniowe wycofywanie czynnika R410A. Uwzględniając tę sytuację, inżynierowie firmy Mitsubishi przystosowali obecny rozdzielacz do pracy z innymi czynnikami chłodniczymi, wśród których można wymienić czynnik R32.

Typoszereg urządzeń

Obecnie w typoszeregu urządzeń Hybird City Multi znajdują się jednostki zewnętrzne standardowe oraz z podwyższonym współczynnikiem COP w zakresie od 22,5 kW do 56  kW nominalnej mocy chłodniczej. Jed­nos­t­­ki wewnętrzne (rys. 2) kasetonowe, kanałowe oraz przypodłogowe dysponują nominalną mocą chłodniczą od 1,7 kW do 5,6 kW. Do systemu można podłączyć od jednego do czterech rozdzielaczy BC wyposażonych w  osiem lub 16 portów przyłączeniowych.

Rys. 3. Porównanie instalacji czterorurowej i dwururowej

Przewaga nad systemem czterorurowym

Chcąc zapewnić wysoki standard budynku, inwestorzy sięgają po systemy, w których jednostki wewnętrzne mogą pracować w niezależnych trybach „grzanie” lub „chłodzenie”. W tradycyjnych rozwiązaniach realizacja takiego założenia wymaga dostarczenia osobnego źródła chłodu i ciepła oraz zastosowania instalacji czterorurowej, zajmującej dużo przestrzeni podsufitowej. W celu regulacji temperatury pomieszczeń montowane są zawory trójdrożne, znajdujące się przy każdej jednostce wewnętrznej, niezależnie na instalacji chłodu oraz ciepła. Sprawia to, że systemy te posiadają wiele elementów mogących ulec awarii. Dodatkowym aspektem, niekorzystnym dla tego typu rozwiązań, jest zastosowanie jednostek wewnętrznych posiadających dwa niezależne wymienniki ciepła dla funkcji chłodzenia oraz grzania. Wpływa to na właściwości akustyczne tych urządzeń, ponieważ zastosowany w nich wentylator musi posiadać podwyższony spręż w celu pokonania oporów wymienników ciepła.
Hybrydowy system Mitsubishi Electric jest realizowany w oparciu o instalację dwururową (rys. 3), zapewniając niezależną pracę jednostek wewnętrznych. Insta­lując jedną jednostkę zewnętrzną można dostarczać do budynku chłód oraz ciepło jednocześnie. Regulacja temperatury pomieszczeń odbywa się za pomocą zmiennego przepływu wody przez wymiennik ciepła. Zapewnia to utrzymanie temperatury z dokładnością do 1^oC.

Rys. 4. W systemie Hybrid City Multi został zaimplementowany standard komunikacji M-Net (Mitsubishi Network). Tym samym możliwe jest korzystanie z dotychczasowych sterowników indywidualnych, grupowych oraz centralnych:
a – sterownik PAR31-MAA
b – PAR-U02MEDA – wysokiej klasy pilot przewodowy M-Net

Sterowanie oraz integracja z BMS (Building Management System)

Stosując urządzenia klimatyzacji w budynkach hotelowych czy biurowych warto uwzględnić możliwości sterowania i komunikowania się tych rozwiązań z zewnętrznymi systemami zarządzającymi. W systemie Hybrid City Multi został zaimplementowany standard komunikacji M-Net (Mitsubishi Network). Tym samym możliwe jest korzystanie z dotychczasowych sterowników indywidualnych, grupowych oraz centralnych (rys. 4). Rozwiązanie to daje także możliwość podłączenia interfejsów komunikacyjnych LonWorks, BACnet, Modbus, KNX, wykorzystywanych do integracji urządzeń różnych producentów w  systemach BMS.

Piotr Jabłoński
Autor jest inżynierem wsparcia serwisu LES
(LES Service Support Engineer)
w firmie Mitsubishi Electric