Jak działa klimatyzator: zasada działania klimatyzatora, jego budowa i schemat techniczny

Gwarancją długotrwałej i efektywnej pracy klimatyzatora jest jego prawidłowa eksploatacja i regularna konserwacja. Czy zgadzają się Państwo? Aby jednak uniknąć awarii tego niezbyt taniego urządzenia, warto zapoznać się z jego budową oraz rozważyć zasadę działania klimatyzatora.

Właśnie te zagadnienia omówimy w naszym materiale – szczegółowo przeanalizujemy podstawowe elementy konstrukcyjne typowego urządzenia klimatyzacyjnego. Porozmawiamy również o zasadzie i cechach jego funkcjonowania, przedstawimy typowy schemat. Uzupełnimy artykuł przejrzystymi zdjęciami i przydatnymi zaleceniami wideo.

Budowa typowego klimatyzatora

Trudno wyobrazić sobie komfortowe życie współczesnego człowieka bez klimatyzatora. Aby podczas jego eksploatacji u użytkownika nie występowały problemy i awarie, warto ogólnie zapoznać się z budową i zasadą działania tego typu urządzeń klimatyzacyjnych. O głównych zespołach i elementach konstrukcyjnych klimatyzatora porozmawiamy w dalszej części.

Podstawowe elementy konstrukcyjne urządzenia

Gdyby użytkownik zobaczył klimatyzator, który zwiększa komfort jego zamieszkania, w przekroju, znalazłby tam dość wiele elementów konstrukcyjnych i zespołów. Część z nich służy do sterowania urządzeniem, pomaga elektronice pokładowej i użytkownikowi kontrolować sytuację.

A głównymi, wpływającymi na funkcjonalność, są takie elementy konstrukcji, jak:

• parownik, który znajduje się w jednostce wewnętrznej klimatyzatora i służy do zapewnienia pochłaniania ciepła przez stosowany czynnik chłodniczy podczas przejścia w stan gazowy;
• kondensator – ten element konstrukcji znajduje się w jednostce zewnętrznej klimatyzatora i służy do zapewnienia przejścia istniejącego czynnika chłodniczego w stan ciekły, przy jednoczesnym wydzielaniu ciepła.

W istocie oba elementy stanowią radiatory. Zajmują one znaczną część konstrukcji jednostek klimatyzatora. Jest to konieczne do zapewnienia efektywnej wymiany ciepła między czynnikiem chłodniczym a powietrzem.

Na schemacie przedstawiono jednostkę wewnętrzną typowego klimatyzatora, niezależnie od marki, modelu i wydajności. Jego głównym elementem jest zawsze parownik, który zajmuje większą część obudowy.

Parownik i skraplacz stanowią konstrukcję składającą się z miedzianych rur o małej średnicy z nałożonymi poprzecznie aluminiowymi płytkami, które mają na celu zwiększenie szybkości wymiany ciepła.

Co jeszcze wpływa na wydajność klimatyzatorów?

Oprócz wymienionych powyżej parownika i skraplacza istnieje jeszcze kilka elementów konstrukcyjnych, które zapewniają wydajność urządzeń klimatyzacyjnych.

Należą do nich:

• wentylatory;
• kompresor;
• zawór termoregulacyjny (zawór).

Takie urządzenia jak wentylatory są zainstalowane w każdym bloku klimatyzatora. Ich zadaniem jest wzmocnienie przepływów powietrza, które omijają parownik lub skraplacz. Co znacznie zwiększa wydajność systemu jako całości.

Sprężarkę można śmiało nazwać sercem każdego nowoczesnego klimatyzatora. Powodem jest to, że to właśnie ona zapewnia przepływ czynnika chłodniczego w obiegu chłodniczym. Który zwykle składa się z miedzianych rurek.

Na schemacie przedstawiono jednostkę zewnętrzną nowoczesnego klimatyzatora. Jego głównym elementem jest tradycyjnie skraplacz, który oznaczono kolorem niebieskim. Obok tego elementu konstrukcyjnego znajduje się wentylator, bez którego nie uda się osiągnąć efektywnej pracy systemu.

Ponadto sprężarka służy do sprężania czynnika chłodniczego za parownikiem. Co również zwiększa wydajność każdego klimatyzatora.

O diagnostyce sprężarki i specyfice usuwania usterek mówiliśmy w tym materiale.

Zawór termoregulacyjny służy do obniżenia ciśnienia czynnika chłodniczego przed parownikiem. Ta cecha zapewnia lepszą wymianę ciepła.

Rola czynnika chłodniczego w pracy urządzeń klimatyzacyjnych

Każdy nowoczesny klimatyzator to system techniczny składający się z szeregu podzespołów i części. Ale wszystkie będą bezużyteczne bez czynnika chłodniczego, który jest substancją łatwo przechodzącą ze stanu ciekłego w gazowy i odwrotnie, przy czym wydziela lub pochłania znaczną ilość ciepła.

Istnieje ponad 40 rodzajów freonu, ale jako czynnik chłodniczy stosuje się tylko niektóre z nich. Przy czym najbardziej poszukiwanym obecnie jest R-22 – właśnie nim napełnionych jest ponad 98% klimatyzatorów. Należy jednak pamiętać, że jego dni są już policzone i należy to uwzględnić przy zakupie urządzeń klimatyzacyjnych.

Jako czynnik chłodniczy od wielu dziesięcioleci stosuje się różne rodzaje substancji zwanej freonem – jest to głównie mieszanina etanu i metanu. Główną cechą tej substancji jest niska temperatura wrzenia. Ma ona miejsce w temperaturze 5-10 °C. Ponadto freon podczas parowania może nagrzewać się do 70-90°. Te cechy pozwalają odprowadzać ogromne ilości ciepła, i to dość szybko.

Co więcej, wspomniany czynnik chłodniczy jest bezbarwny, bezwonny i, co najważniejsze, nieszkodliwy dla zdrowia użytkowników. Jednocześnie najpopularniejszy obecnie rodzaj freonu (R-22) ma negatywny wpływ na warstwę ozonową atmosfery. Dlatego, jeśli zależy Panu/Pani na problemach ekologii, należy nabyć klimatyzatory działające na czynnik chłodniczy R-410, który nie niszczy ochronnych warstw atmosfery.

Na zdjęciu przedstawiono napełnianie klimatyzatora freonem. Należy jednak pamiętać, że zgodnie z tzw. Protokołem Montrealskim stosowanie freonu R-22 powinno zostać zakończone do 2030 roku. Jest to bardzo ważna kwestia, ponieważ im mniej czasu pozostaje do tego terminu, tym mniej opłacalne jest nabywanie klimatyzatorów działających na szkodliwy czynnik chłodniczy.

W praktyce napełnianie klimatyzatora freonem wykonuje się dość rzadko. Na przykład po naprawie, serwisie, wycieku. W każdym z tych przypadków wspomniany czynnik chłodniczy (R-410) nie zaszkodzi zdrowiu użytkowników i ich zwierząt.

Zasada działania i schemat klimatyzatora

Klimatyzator wydaje się dość prostym urządzeniem, którego główne elementy konstrukcyjne nie są szczególnie skomplikowane. Dlatego szczegółowo omówimy zasadę jego działania, która również jest bardzo prosta.

Jak działa typowy klimatyzator?

Odparowując, ciecze pochłaniają ciepło, i to aktywnie, a podczas kondensacji (przejścia ze stanu gazowego z powrotem w ciekły) wydzielają go. Te zjawiska fizyczne stanowią tradycyjnie podstawę zasady działania klimatyzatorów.

Można się przekonać, że ten sposób odprowadzania ciepła jest skuteczny, nawet w warunkach domowych. Na przykład, nakładając na powierzchnię skóry dowolny roztwór zawierający alkohol, który szybko parując, pozostawia uczucie zimna. Ponieważ ciepło z powierzchni ciała jest pochłaniane i odprowadzane.

Mówiąc prosto, podstawą działania każdego nowoczesnego klimatyzatora są procesy wrzenia (z pochłanianiem ciepła) i kondensacji (z wydzielaniem ciepła). Podczas tych procesów następuje pochłanianie/wydzielanie ciepła zgodnie z przedstawionymi na wykresie wzorami, gdzie Q jest ilością ciepła, L – ciepłem parowania, a m oznacza masę substancji.

Dokładnie tak samo dzieje się w pomieszczeniu. Powodem jest to, że ciekły czynnik chłodniczy, dostając się do jednostki wewnętrznej klimatyzatora, aktywnie i w dużych ilościach pochłania nadmiar ciepła, przy czym jego temperatura znacznie wzrasta.

W rezultacie odparowuje i przemieszcza się do jednostki zewnętrznej (zwykle umieszczonej poza budynkiem). Gdzie pod wpływem chłodniejszego powietrza, w znaczących ilościach wtłaczanego przez wentylator, zachodzi proces odwrotny.

Na zdjęciu przedstawiono parownik klimatyzatora. Swoim wyglądem przypomina zwykły radiator. Właściwie tak właśnie jest. Ponieważ konstrukcja tego elementu zapewnia maksymalnie efektywne jego nawiewanie ciepłym powietrzem pokojowym, z którego czynnik chłodniczy pochłania ciepło, dlatego w pokoju robi się chłodniej.

To znaczy zachodzi kondensacja, w wyniku której czynnik chłodniczy staje się ponownie ciekły, przy czym odpowiednio uwalniane jest ciepło. A potem nastąpi nowy cykl i tak w nieskończoność.

Schemat ideowy działania urządzenia

Niezależnie od rodzaju, typu i nazwy klimatyzatora proces chłodzenia powietrza jest zawsze taki sam. Po włączeniu czynnik chłodniczy jest podawany do parownika. Przy tym jego ciśnienie wynosi 3-5 atmosfer, a temperatura mieści się w zakresie 10-20 °C.

Następnie w stanie gazowym freon przemieszcza się do sprężarki. I natychmiast jest sprężany do 15-20 atmosfer. Ponadto następuje ogrzanie czynnika chłodniczego do 70-90 °C.

Na schemacie, w uproszczonej formie, przedstawiono zasadę działania każdego nowoczesnego klimatyzatora. Na rysunku pokazano, że schłodzony w skraplaczu czynnik chłodniczy trafia do regulatora przepływu (zaworu termostatycznego). Gdzie jego ciśnienie ulega zmniejszeniu, co pozwala cieczy jeszcze bardziej się ochłodzić. A następnie czynnik chłodniczy transportowany jest do parownika, gdzie zachodzi główny proces. To znaczy chłodzenie powietrza z jednoczesnym ogrzewaniem czynnika chłodniczego.

Następnie gaz transportowany jest do skraplacza, aktywnie owiązanego wentylatorem. W wyniku działania wtłaczanego powietrza o niższej temperaturze freon uwalnia ciepło, co prowadzi do jego przejścia w stan ciekły.

Jednak jego temperatura pozostaje o 10-20 °C wyższa niż analogiczny wskaźnik otaczającego powietrza. Problem ten rozwiązuje się w momencie przepływu cieczy przez zawór termostatyczny. Gdzie ciśnienie czynnika chłodniczego ponownie spada do niewielkich 3-5 atmosfer. To pozwala freonowi dodatkowo ostygnąć i jest on gotowy do nowego cyklu pochłaniania ciepła, dlatego ponownie podawany jest do parownika.

Na rysunku przedstawiono schemat ideowy klimatyzatora. Jeden blok, wyposażony w parownik, znajduje się wewnątrz pomieszczenia. Drugi, z kondensatorem, na zewnątrz. Pozwala to na maksymalnie efektywną wymianę ciepła. Ponadto w bloku znajdującym się na zewnątrz zawsze umieszczony jest kompresor, który jest najgłośniejszą częścią konstrukcji.

Cechy funkcjonowania klimatyzatora

Do pracy klimatyzatora potrzebna jest energia elektryczna, ale to opłacalne, ponieważ ma on dość wysoką sprawność.

Jeśli jednak w sieci występują regularne skoki napięcia, to aby uniknąć awarii tego typu urządzenia klimatyzacyjnego, należy od razu zainstalować również stabilizator.

Pomimo prostego i skutecznego sposobu wymiany ciepła, należy zawsze pamiętać, że klimatyzator będzie spełniał deklarowane parametry tylko przy regularnym przeglądzie technicznym.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Poniższy film pomoże pogłębić i utrwalić zdobytą wiedzę na ten temat:

Zasada działania każdego klimatyzatora, niezależnie od marki czy typu, jest dość prosta, ponieważ opiera się na najprostszych zjawiskach fizycznych. Jednocześnie należy pamiętać, że urządzenia klimatyzacyjne mają różne parametry techniczne. Ponadto klimatyzatory różnią się niezawodnością, wydajnością i łatwością obsługi. Należy wziąć pod uwagę, podobnie jak przyszłe przejście na bezpieczny freon, ponieważ ta cecha może prowadzić do strat finansowych.

Chcesz uzupełnić powyższy materiał o przydatne informacje lub uwagi? A może masz pytania dotyczące tematu naszego artykułu? Zadaj je naszym ekspertom i innym odwiedzającym witrynę w bloku kontaktowym znajdującym się poniżej.