Zadanie chłodnic polega na ochładzaniu powietrza przepływającego przez centralę, czyli obniżaniu jego temperatury i najczęściej zawartości wilgoci do wartości wymaganej względami technologicznymi. Ochładzanie może być połączone z osuszaniem powietrza i wtedy w trakcie przemiany następuje również zmniejszenie zawartości wilgoci w powietrzu w wyniku jej wykroplenia na powierzchni chłodnicy.
Jak zbudowana jest chłodnica w klimatyzacji oraz rodzaje chłodnic
W klimatyzacji stosuje się chłodnice przeponowe. Są to wymienniki ciepła pomiędzy powietrzem a chłodziwem lub czynnikiem chłodniczym. Chłodziwo lub czynnik chłodniczy przepływa przez rurki ożebrowane (miedziane, ożebrowane z lameli aluminiowych), powietrze w przestrzeni pomiędzy rurkami. Rurki te usytuowane są zazwyczaj poziomo.
Mimo podobieństwa budowy chłodnica nie jest po prostu nagrzewnicą zasilaną zimną wodą lub czynnikiem chłodniczym, bo:
- Wymagane różnice temperatury czynnika powietrza są w chłodnicy znacznie mniejsze niż w nagrzewnicy, wskutek czego powierzchnia wymiany ciepła chłodnicy musi być znacznie większa,
- W chłodnicy może wystąpić wykroplenie pary wodnej z powietrza na jej powierzchni, w związku z tym musi być ona wyposażona w wanienkę ściekową z odprowadzeniem kondensatu do kanalizacji oraz odkraplacz, zatrzymujący krople wody porwane przez przepływające powietrze,
- Rurki wchodzące w skład chłodnicy połączone są w obiegi o takich samych stratach ciśnienia, dla zapewnienia równomiernego rozdziału czynnika wychodzące z rozdzielacza, a nie wężownicowo lub kolektorowo, jak w nagrzewnicach.
W klimatyzacji stosuje się dwa rodzaje chłodnic powietrza: z bezpośrednim odparowaniem czynnika chłodniczego (freonowe) i z czynnikiem pośredniczącym (wodno-glikolowe).
Chłodnica z bezpośrednim odparowaniem
Chłodnica z bezpośrednim odparowaniem stanowi parownik układu chłodniczego. W parowniku tym następuje, kosztem ciepła odebranego od powietrza, odparowanie czynnika chłodniczego, który dopływa do niego w postaci cieczy o niskim ciśnieniu. Jako czynniki chłodnicze obecnie stosuje się najczęściej freony z grupy hydrofluorowęglowodorów HFC, np. R134a, R4067a, r404a, R410a, niestanowiące zagrożenia dla warstwy ozonowej. Są to substancje wrzące w niskich temperaturach kilku stopni powyżej 00C. Charakterystyczną cechą takiej chłodnicy jest stała temperatura czynnika chłodniczego, a co za tym idzie niezmienna temperatura całej powierzchni chłodnicy. Przepływ czynnika następuje w olamelowanych rurkach poziomych z prędkością 2-3,5 m/s.
Zaletą takich chłodnic jest niski koszt inwestycyjny i eksploatacyjny, mała bezwładność cieplna urządzenia chłodniczego (istotne przy zmiennych obciążeniach chłodniczych), możliwości odwrócenia obiegu i pracy urządzenia jako pompy ciepła. Wadą są gorsze własności termodynamiczne, przede wszystkim mniejsze od wody ciepło właściwe powszechnie stosowanych freonów.
Ze względu na duże zapotrzebowanie na masę czynnika chłodniczego, chłodnice freonowe znajdują zastosowanie w: centralach klimatyzacyjnych małej mocy, a także w klimatyzatorach i urządzeniach typu split i multisplit.
Chłodnica z bezpośrednim odparowaniem
Chłodnica z czynnikiem pośredniczącym (wodna) zasilana jest chłodziwem najczęściej wodnym roztworem glikolu etylenowego lub propylenowego (30-40%), ochłodzonym uprzednio w agregacie zimniej wody do temperatury z zakresu 5-180C. Przy przepływie przez chłodnice temperatura chłodziwa rośnie o około306K, pobierając ciepło od ochładzanego powietrza wentylacyjnego. Parametry chłodziwa przed i za chłodnicą wynoszą przykładowo 6/120C, 7/120C, 5/110C. Zmienna jest zatem również temperatura powierzchni chłodnicy, zazwyczaj podaje się jej średnią wartość.
Prędkość przepływu chłodziwa w lamelowanych rurkach poziomych powinna wynosić v=0,5-2 m/s. W stosunku do powietrza powinien być stosowany układ przeciwprądowy, co umożliwia ochłodzenie powietrza poniżej temperatury końcowej chłodziwa.
Stosowane chłodziwa mają lepsze własności termodynamiczne, w tym większe ciepło właściwe niż freony. Jest to zaletą takich chłodnic, gdyż pozwala na zmniejszenie masy chłodziwa w porównaniu z masą freonu. Ponadto, istnieje możliwość akumulowania chłodu w obiegu chłodziwa, co umożliwia wyrównanie wpływu zmiennych obciążeń cieplnych na pracę sprężarki. Ich wadami są duża bezwładność cieplna i konieczność utrzymywania dużych różnić temperatury. Należy także wspomnieć, że coraz częściej stosowane są również inne chłodziwa, takie jak woda amoniakalna o cieple właściwym większym od roztworu glikolowego i mrówczan potasu (Freezium) o gęstości większej od wody. Dzięki temu możliwa jest oszczędność energii do przetłaczania czynnika w porównaniu z wodnym roztworem glikolu.
Chłodnice wodno-glikolowe znajdują zastosowanie w: centralach klimatyzacyjnych o dużej mocy, urządzeniach klimatyzacji powietrzno-wodnej: klimakonwektorach: indukcyjnych i wentylatorowych oraz belkach chłodzących.
Parametry charakteryzujące chłodnice:
- współczynnik obejścia BF,
- powierzchnia czołowa chłodnicy,
- prędkość czołowa powietrza w chłodnicy,
- współczynnika przenikania ciepła chłodnicy,
- wskaźnik wymiany wilgoci,
- temperatura powierzchni chłodnicy
- strata ciśnienia przy przepływie powietrza przez chłodnicę,
- strata ciśnienia przy przepływie czynnika chłodniczego lub chłodziwa przez chłodnicę,
Jak dobrać wodną lub freonową chłodnicę powietrza do centrali klimatyzacyjnej
Przed przystąpieniem do doboru chłodnicy należy ustalić wartości następujących parametrów:
- Strumienia masy powietrza wentylacyjnego przepływającego przez chłodnicę,
- Temperatury powietrza przed i temperatury za chłodnicą,
- Wilgotności względnej powietrza przed i za chłodnicą,
- Rodzaju i parametrów dostępnego czynnika chłodniczego.
Na projektowanie chłodnicy składają się następujące etapy:
- Określenie powierzchni czołowej chłodnicy.
- Wyznaczenie powierzchni wymiany ciepła w chłodnicy przez określenie jej parametrów konstrukcyjnych: liczby rzędów rur, głębokości, liczby obiegów chłodniczych.
- Określenie parametrów czynnika chłodniczego: strumienia masy, temperatury wrzenia lub końcowej temperatury wody chłodzącej.
- Sprawdzenie wartości współczynnika przenikania ciepła chłodnicy dla oceny poprawności jej cieplnego doboru.
- Obliczenie strat ciśnienia powietrza i strat ciśnienia czynnika chłodzącego.
Oprócz doboru chłodnicy w centrali klimatyzacyjnej bardzo ważne jest również odpowiedni dobór nagrzewnicy.
