Jak funguje klimatizace: princip činnosti klimatizace, její struktura a technické schéma

Od samého počátku lidských dějin toužili lidé žít v pohodlných podmínkách: spát v noci a neprobouzet se z nesnesitelného horka nebo nedrbat zuby, zabaleni do kůže mamuta. Moderní životní podmínky takovou příležitost poskytují. A za mnohé vděčíme klimatizacím.

V tomto článku bych vám rád řekl historii vzniku domácí klimatizace, princip jejího fungování a podělil se o zajímavá fakta. A třeba si ráno, až přijdete do práce a nalijete si čerstvou horkou kávu, odpočinete od svých rutinních záležitostí a najdete v tomto článku pro sebe něco nového a zajímavého.

Než začnu, milý čtenáři, rád bych se představil. Jmenuji se Roman a pracuji jako technik vzduchotechniky. Netvrdím, že jsem odborník, jen se chci podělit o informace. Snad mě doplníte a podělíte se o své zkušenosti a poznatky. Toto je můj první článek o HABBR a budu rád za jakoukoli zpětnou vazbu.

Klimatizace v Persii

Badgir je věž, která prochází celou budovou od nejnižších místností a tyčí se vysoko nad střechu. Vnitřek badgiru je rozdělen dvěma kolmými a rovnoběžnými stěnami. Badgirs existují v různých typech: jedno-, dvou-, čtyř- a osmisměrné. Mohou obsahovat nádoby s vodou nebo kanály, ve kterých proudí. Design badgiru závisí na terénu a směru větru.

Ale všechny konstrukce mají stejný typ provozu: vítr vstupuje do horních otvorů, které jdou do budovy. Pod tlakem větru z návětrné strany proudění vzduchu klesá do místností a vytlačuje vzduch ohřátý v těchto místnostech. Objevuje se neustálá přirozená cirkulace vzduchu a pomáhá vytvářet pohodlnější podmínky i v horké poušti. Otvory v horní části badgiru se mohou uzavřít, když se denní teplota stane nesnesitelnou nebo se přiblíží písečná bouře.

V Egyptě se také nazývá „malkaf“ a ve Spojených arabských emirátech „barjeel“.

První pokusy o vytvoření klimatizace

Mnoho lidí se pokusilo vytvořit zařízení, které by ochlazovalo vzduch v místnosti. Například John Gorrie, americký lékař, který se zabýval tropickými nemocemi, chladil nemocniční pokoje ledovou vanou zavěšenou u stropu. Těžký studený vzduch byl nasměrován do spodní části místnosti, směrem k pacientovi, a poté vycházel otvorem blízko podlahy. Takto zkoumali vliv vzduchu na člověka. Faktem je, že v té době existovala hypotéza, že příčinou malárie byl „špatný“ vzduch (z italského mala árie – „špatný vzduch“). John Gorrie použil práci Olivera Evanse, který pracoval s parními stroji a všiml si, že plyn, jak se rozpínal, „chladl“. Jacob Perkins zároveň pokračoval ve zdokonalování myšlenky a po vylepšení konstrukce motoru získal v roce 1835 patent na „Přístroj a prostředky pro výrobu ledu a chladicích kapalin“. Proto se Johnu Gorriemu podařilo v roce 1851 získat patent na „vylepšenou technologii výroby umělého ledu“ (https://patents.google.com/patent/US8080).

Všechny výše uvedené pokusy však nebyly korunovány velkým úspěchem. Skutečný průlom nastal v roce 1902 v Americe. A jak se v životě často stává, vytvoření klimatizace se nestalo úmyslně. Faktem je, že inženýr-vynálezce Willis Carrier sestavil stroj v brooklynské tiskárně na boj s vlhkostí vzduchu. Vysoká vlhkost vzduchu v místnosti negativně ovlivnila kvalitu tisku: v létě papír při změně vlhkosti sesychal nebo bobtnal, barevný inkoust se rozmazával a obraz byl rozmazaný.

Známé slovo klimatizace pochází z angličtiny. Klimatizace (“podmínit“ – „něco zlepšit do požadovaného stavu“). Použil jej textilní inženýr Stuart Cramer na sjezdu textilních výrobců v Charlotte v Severní Karolíně v květnu 1906 ve vztahu ke stroji Willis Carrier: „Použil jsem termín „klimatizace“, abych do něj zahrnul obecné koncepty úpravy vzduchu – zvlhčování, čištění, ohřev a větrání vzduchu.“

V roce 1915 založil Willis Carrier a šest přátel společnost Carrier Engineering, která funguje dodnes. Udělali skutečné první kroky k vytvoření pohodlných vnitřních prostor. V roce 1924 byl v jednom z velkých obchodních domů v Detroitu instalován klimatizační systém. Ve stejném roce byly klimatizační systémy instalovány také v kinech v Houstonu v Texasu. Tok lidí do kin byl prostě ohromující během několika dní, obrat kin se více než ztrojnásobil. V letech 1922 až 1930 bylo klimatizováno více než 300 kin po celé Americe.

V roce 1929 vyrábí neméně slavná společnost General Electric (GE), založená Thomasem Edisonem, první dělený systém (Split-system z anglického Split – to split). Toto zařízení využívalo Čpavek, jehož výpary jsou nebezpečné pro lidské zdraví, v důsledku čehož byly kompresor a kondenzátor klimatizace vyvedeny ven.

Split systém je klimatizační systém, který se skládá ze dvou částí: jedné vnější a jedné vnitřní jednotky, vzájemně propojených měděnými trubkami, které obsahují chladivo.

První klimatizace používaly toxické plyny jako čpavek a metylchlorid, jejichž únik nebyl bezpečný. Thomas Midgley mladší byl první, kdo navrhl použití difluorchlormethanu jako chladiva, později nazývaného freon. Mimochodem, FREON je ochranná známka společnosti Dupont pro všechna chladiva CFC, HCFC nebo HFC. Správnější je zavolat chladivo R (Rchladivo – chladič, chladivo) V těchto letech Thomas Midgley mladší pracoval v General Electric, takže první split systém běžící na freon se objevil v roce 1931 od General Electric.

Podívejme se na chladicí okruh chladicího stroje:

Tento cyklus je použitelný pro každou klimatizaci

1. Fanoušci – umístěné ve vnitřní a venkovní jednotce klimatizace vytvářejí proudy vzduchu, které foukají přes kondenzátor a výparník.
2. Plyn – zařízení pro omezení přívodu kapaliny nebo regulaci průtoku pracovního materiálu.
3. Odpařovač – výměník tepla, ve kterém chladivo přechází z kapalného do plynného skupenství vlivem tepla vzduchu v místnosti; Nachází se ve vnitřní jednotce klimatizace. Vzduch vháněný přes výparník se ochlazuje, když je klimatizace v režimu chlazení, a ohřívá, když je klimatizace v režimu topení (výparník se pak stává kondenzátorem).
4. Kompresor – podporuje pohyb chladiva chladicím okruhem jeho stlačováním a dodáváním pod tlakem.
5. Kondenzátor – výměník tepla, ve kterém dochází ke kondenzaci chladiva v důsledku ochlazování venkovním vzduchem; Nachází se ve vnější jednotce klimatizace. Vzduch vháněný kondenzátorem se ohřívá, když je klimatizace v režimu chlazení, a ochlazuje, když je klimatizace v režimu topení (kondenzátor se pak stává výparníkem).
6. Chladivo – díky svým vlastnostem přenáší teplo z interiéru do exteriéru.

Jak to funguje?

Kompresor stlačuje plynné chladivo. Dále chladivo vstupuje do kondenzátoru (výměníku tepla venkovní jednotky), kde se vháněným ventilátorem ochlazuje a kondenzuje. Dále kapalná fáze chladiva vstupuje do škrticího zařízení, snižuje jeho tlak a dávkuje se. Poté vstupuje do výparníku (výměník tepla vnitřní jednotky), kde se chladivo foukané ventilátorem odpařuje a absorbuje teplo ze vzduchu. Poté plynné chladivo opět vstupuje do kompresoru, kde se cyklus opakuje. Takto funguje každá klimatizace.

• klimatizace
• historie
• historie
• klimatizace

• Fyzika
• Inženýrské systémy

Princip fungování každé klimatizace je založen na fyzikálních vlastnostech kapalin, které absorbují teplo při odpařování a uvolňují ho při kondenzaci.

Klimatizace využívá jako teplonosné médium chladivo (freon), které mění svůj stav agregace v závislosti na teplotě a tlaku v uzavřeném systému.

Princip fungování split systému

Nejprve se seznámíme s hlavními prvky děleného systému. Moderní klimatizace se skládají ze dvou jednotek: vnější a vnitřní.

Venkovní jednotka

Jak název napovídá, tato jednotka je namontována venku.

Venkovní jednotka split systému se skládá z následujících hlavních komponent:

• Fan — zajišťuje proudění vzduchu pro ofukování kondenzátoru.
• Kondenzátor — je radiátor, ve kterém dochází k procesu ochlazování a kondenzaci freonu. Proud vzduchu procházející kondenzátorem zachycuje přebytečné teplo a jde do okolí.
• Kompresor — stlačuje chladivo a udržuje jeho pohyb podél chladicího okruhu.
• Správní rada — zpravidla se instaluje do venkovních jednotek invertorových split systémů a reguluje výkon kompresoru.
• Čtyřcestný ventil – součást klimatizací s funkcí topení. Když je klimatizace zapnutá pro vytápění, tento ventil změní směr pohybu freonu tak, aby bylo teplo odebíráno z vnějšího prostředí a přiváděno do místnosti.
• Spojení odborů pro napojení trasy (měděné trubky) spojující venkovní a vnitřní jednotku.
• Filtr systému Freon se instaluje před vstup kompresoru a pomáhá jej chránit před částicemi nečistot.
• Ochranný obalzahrnující přípojky armatur a elektrické konektory.

Vnitřní jednotka

Tato jednotka je instalována přímo v interiéru.

Vnitřní jednotka se skládá z následujících hlavních součástí:

• Přední panel – plastová mřížka, kterou vzduch vstupuje do jednotky. Tento panel lze snadno sejmout pro běžnou údržbu klimatizace.
• Hrubý filtr, představující plastovou síť. Je určen k čištění vzduchu od velkých částic prachu, zvířecích chlupů, chmýří atd. Pro normální provoz klimatizace je nutné filtr čistit 2x za měsíc.
• Filtrační systém sestává z různých jemných vzduchových filtrů, mezi které obvykle patří: katechinové, elektrostatické, antibakteriální atd.
• Fan — určené k cirkulaci vyčištěného vzduchu v místnosti.
• Odpařovač – je radiátor (výměník tepla), ve kterém se ohřívá a odpařuje studené chladivo. Vzduch procházející radiátorem vydává teplo a je přiváděn ochlazený do místnosti.
• slepý — určené k nastavení směru proudění vzduchu. Mají elektrický pohon, takže jejich polohu lze nastavit pomocí dálkového ovladače. Žaluzie navíc dokážou automaticky oscilovat, aby rovnoměrně rozprostřely proudění vzduchu v místnosti.
• Panel indikátorů sestává z indikátorů zobrazujících aktuální provozní režim klimatizace; Zobrazují se na něm i chybové kódy.
• Správní rada, na kterém je umístěna elektronická jednotka s centrálním mikroprocesorem.
• Spojení odborů — umístěné ve spodní zadní části vnitřní jednotky. K nim jsou připojeny měděné trubky (trasa), které spojují venkovní a vnitřní jednotku.

Pro ochlazení vzduchu v místnosti je nutné odebírat teplo, což je energie. A energie, jak víme, nemůže zmizet beze stopy. Proto se klimatizace skládá ze dvou jednotek: vnitřní a venkovní. Existují také jednoblokové chladicí systémy, které odvádějí teplo pomocí odváděného vzduchu.

Jak funguje klimatizace?

Princip fungování klimatizace je založen na přenosu tepla z místnosti na ulici v režimu chlazení a naopak v režimu vytápění. Klimatizace Fujitsu jsou univerzální a podporují oba režimy.

K přenosu tepelné energie klimatizace spotřebovává elektřinu. Ale je třeba si uvědomit, že dobrá klimatizace předá přibližně třikrát více energie, než spotřebuje. K provozu kompresoru je zapotřebí elektrická energie, která vytvářením tlakových rozdílů dodává chladivo do kondenzátoru.

Režimy chlazení a topení

Po zapnutí klimatizace je freon v plynné formě pod nízkým tlakem přiváděn do kompresoru, kde je stlačen, zatímco chladivo je zahřáto na +70–90 °C, poté je přiváděno do kondenzátoru. Ve vzduchovém výměníku venkovní jednotky dochází ke kondenzaci chladiva – přechodu z plynného skupenství do kapalného. Tento proces je doprovázen ochlazováním chladiva a uvolňováním tepla, které se uvolňuje do okolí foukáním ventilátoru. Když chladivo prochází kapilárou, dochází k jejímu přiškrcení. Ve výměníku tepla výparníku probíhá celý proces v obráceném pořadí a chladivo přechází z kapalného do plynného skupenství. Současně se uvolňuje chlad a absorbuje teplo z místnosti, ve které je vnitřní klimatizační jednotka instalována.

V režimu vytápění probíhá proces v opačném pořadí: venkovní jednotka absorbuje atmosférické teplo a vnitřní jednotka toto teplo využívá k vytápění místnosti.