Dziewięć OK / Getty Images
Działanie domowego systemu klimatyzacji jest dla wielu z nas zagadką. Piece są łatwe do zrozumienia - ogrzewają powietrze i nadmuchują je dookoła domu za pomocą przewodów. Kotły wytwarzają gorącą wodę lub parę i przenoszą je w domu rurami. Ale w jaki sposób systemy klimatyzacyjne wytwarzają przyjemne zimne, osuszone powietrze w letnie dni psa? Aby to zrozumieć, musisz wrócić do zasady, której nauczyłeś się na lekcji fizyki w liceum lub na studiach: prawa naukowego, że każdy gaz ochładza się wraz ze wzrostem objętości.
Części
Chociaż jest to niewielkie uproszczenie, można myśleć o klimatyzatorze jako maszynie, która odbiera ciepło z domu i zrzuca go na zewnątrz, używając pięciu powiązanych ze sobą części:
- Czynnik chłodniczy Sprężarka Kondensator Zawór rozprężny Cewka parownika
Istnieje wiele rodzajów systemów klimatyzacji, które mogą być stosowane w domu, w tym jednostki okienne, przenośne klimatyzatory, klimatyzatory bezkanałowe i systemy centralnej klimatyzacji. Jednak pomimo tych różnic fizyka ich działania jest taka sama i wszyscy wykorzystują proces chłodzenia z bezpośrednim odparowaniem. Zasadniczo działa to tak samo jak lodówka kuchenna w domu.
Chłodziwo
Czynnik chłodniczy to „krew” pompująca przez rurki chłodzące w układzie klimatyzatora. Zmienia stan z pary gazowej w ciecz, ponieważ zbiera ciepło z domu i wyrzuca je na zewnątrz. Czynnik chłodniczy jest wyjątkową substancją, ponieważ ma bardzo niską temperaturę wrzenia. Oznacza to, że zmienia się z cieczy w parę w niskich temperaturach. Jest to klucz do bezpiecznej pracy układu klimatyzacji bez generowania niebezpiecznego poziomu ciepła. Czynnik chłodniczy nie przemieszcza się jednak sam przez system; wymaga sprężarki do jej pompowania.
Kompresor
Pomyśl o sprężarce jako o „sercu” systemu, komponencie, który pompuje czynnik chłodniczy przez wszystkie elementy chłodnicze w dużej miedzianej pętli. Czynnik chłodniczy dostaje się do sprężarki w postaci ciepłej pary o niskim ciśnieniu i pozostawia ją w postaci gorącej pary o wysokim ciśnieniu. Ta transformacja będzie możliwa dzięki kondensatorowi .
Skraplacz
Z kompresora gorące pary czynnika chłodniczego przemieszczają się do skraplacza. Tutaj para gorącego czynnika chłodniczego pod wysokim ciśnieniem jest schładzana, gdy przechodzi przez wężownice skraplające. Cewki mają cienkie metalowe żebra (podobne do konstrukcji z przodu chłodnicy samochodowej), które przewodzą ciepło z cewek. Wentylator skraplacza wdmuchuje powietrze przez żebra, aby przyspieszyć chłodzenie pary wewnątrz cewek. (Użycie grzebienia płetw podczas rutynowej konserwacji pomaga utrzymać kształt żeber.) Gdy czynnik chłodniczy ochładza się, zmienia stan z gorącej pary na gorącą ciecz pod wysokim ciśnieniem i przesuwa się na zawór rozprężny. Sprężarka, cewka skraplacza i wentylator skraplacza znajdują się w tym dużym hałaśliwym pudełku na podwórku, które często nazywane jest agregatem skraplającym.
Zawór rozprężny
Zawór rozprężny naprawdę działa w trybie chłodzenia. Gdy gorący czynnik chłodniczy przechodzi z jednej strony przez mały otwór pod wysokim ciśnieniem w zaworze, z drugiej staje się chłodną mgłą niskociśnieniową. Wynika to z naturalnej właściwości gazów: w miarę rozszerzania się gazu ochładza się. Klimatyzator jest tak naprawdę niczym więcej niż urządzeniem zaprojektowanym w celu wymuszenia rozprężania się czynnika chłodniczego, i to właśnie tworzy jego zdolność do chłodzenia powietrza przez wydalanie jego ciepła.
Cewka parownika
Następnym krokiem jest to, w którym domu rzeczywiście się ochładza. Niskociśnieniowy zimny płyn, który teraz opuszcza zewnętrzny zawór rozprężny, płynie w pomieszczeniu do cewki parownika znajdującej się w komorze pieca. (Komora ciśnieniowa to duża metalowa skrzynia między piecem a przewodem). Tutaj cieplejsze powietrze w domu wieje przez cewkę parownika i ogrzewa je, a jednocześnie cewka przenosząca zimny, rozprężony gaz chłodniczy ochładza się powietrze nadmuchujące przez parownik. To schłodzone powietrze jest następnie przepuszczane przez kanał. Gdy czynnik chłodniczy zaczyna się teraz nagrzewać, zaczyna wrzeć i zmienia się z zimnej cieczy w ciepłą parę (proces parowania). Ciepła para czynnika chłodniczego wraca następnie do sprężarki i zewnętrznej jednostki skraplającej, gdy ponownie się rozszerza i chłodzi, kontynuując cykl chłodzenia.
Złożenie go razem
W typowej centralnej jednostce klimatyzacyjnej cykl chłodzenia jest ciągłym procesem, w którym chłodny czynnik chłodniczy pochłania ciepło z powietrza wewnętrznego i rozpręża się w ciepły gaz, przemieszczając się do jednostki zewnętrznej, gdzie wydala to ciepło i powraca do chłodnej cieczy, a następnie wraca wewnątrz, aby pochłonąć więcej ciepła i kontynuować cykl. Pomimo pozornej złożoności elementów, zaangażowana fizyka jest dość prosta - zasada, zgodnie z którą gaz ochładza się podczas rozszerzania. Każdy system klimatyzacji lub chłodzenia jest jedynie systemem, dzięki któremu ekspansja i kondensacja gazu chłodniczego jest dokładnie kontrolowana, aby wykorzystać tę właściwość fizyczną.
