W systemach chłodniczych, cewki skraplacza są miejscem, gdzie podczas pracy oddawana jest większość ciepła. Gdy sprężarka wtłacza czynnik chłodniczy w postaci gorącej pary, przepływa on bezpośrednio przez te cewki. W tym czasie system traci ciepło do otoczenia zarówno poprzez bezpośredni kontakt, jak i przepływ powietrza wokół cewek. Konstrukcja nowoczesnych skraplaczy obejmuje dużą powierzchnię wymiany ciepła dzięki wystającym metalowym żebrom, które często można zobaczyć. Powszechnie stosuje się takie materiały jak miedź lub aluminium, ponieważ doskonale przewodzą ciepło. Zgodnie ze standardami branżowymi, około dwóch trzecich całego ciepła pobranego przez czynnik chłodniczy opuszcza układ właśnie w tym miejscu. Jednostki komercyjne zazwyczaj posiadają większe wentylatory dmuchające powietrze przez cewki, co pomaga szybciej obniżyć temperaturę, gdy urządzenie pracuje pod większym obciążeniem. Poprawne działanie tego elementu zapewnia, że czynnik chłodniczy wychodzi z odpowiednią temperaturą, umożliwiającą mu prawidłowe przejście z powrotem w stan ciekły.
Gdy czynnik chłodniczy staje się zimniejszy wewnątrz jednostki skraplania, zmienia stan z parowego na ciekły. To, co nazywamy podchłodzeniem, zachodzi wtedy, gdy ten płyn jest dalej schładzany poniżej tzw. punktu temperatury nasycenia. Ten dodatkowy etap chłodzenia zapobiega powstawaniu tzw. gazów błyskowych tuż przed osiągnięciem zaworu rozprężnego. Poprawne praktyki podchłodzenia mogą zwiększyć ogólną wydajność systemu o około 12 do nawet 15 procent, ponieważ utrzymują stały przepływ czynnika chłodniczego przez system – wynika to z badań przeprowadzonych w zeszłym roku przez HVAC Tech Institute. Cewniki w tych systemach tworzą turbulencje, które pomagają równomiernie rozprowadzić ciepło na powierzchniach. Po całkowitym przekształceniu w ciecz i odpowiednim podchłodzeniu, czynnik kieruje się do sekcji parownika. Nowsze modele z technologią mikrokanałową osiągają podchłodzenie znacznie szybciej niż starsze konstrukcje, co oznacza, że nowoczesne lodówki zazwyczaj zużywają mniej energii, wykonując tę samą pracę.
Sposób przekazywania ciepła przez spirale skraplacza zależy głównie od dwóch procesów: przewodnictwa i konwekcji. Gdy czynnik chłodniczy ogrzewa się wewnątrz cewnika, przekazuje ciepło bezpośrednio przez ścianki metalowe. W tym samym czasie otaczające powietrze odprowadza nadmiar ciepła poprzez chłodzenie konwekcyjne, po prostu 'pobierając' nadmiar ciepła. Niektóre systemy opierają się na naturalnym ruchu powietrza, ale większość nowoczesnych układów wykorzystuje wentylatory dmuchające powietrze przez cewniki, co znacznie lepiej zapewnia chłodzenie. Badania sugerują, że zwiększenie powierzchni skraplacza o około 30 procent może podnieść efektywność odprowadzania ciepła o 18–25 procent, choć wyniki zależą od konkretnych warunków. Dlatego wielu producentów projektuje cewniki z długich, wijących się rur miedzianych połączonych z dużą liczbą wystających aluminiowych żeberek. Żebra te znacząco zwiększają powierzchnię kontaktu z chłodzącym powietrzem, dzięki czemu cały system skuteczniej oddaje ciepło.
Kształt i konstrukcja kondensatorów ma znaczenie, jeśli chodzi o ich skuteczność w przetwarzaniu ciepła. Miedź jest świetnym materiałem, ponieważ przeprowadza ciepło tak efektywnie przy około 401 W/mK. To oznacza, że ciepło szybko się przez nią przepływa. Płetwy aluminiowe przymocowane do tych miedzianych elementów również pomagają, ponieważ tworzą większą powierzchnię, co pomaga lepiej schłodzić rzeczy poprzez konwekcję. Ostatnio widzimy coraz więcej projektów mikro kanałów, które mogą zmniejszyć zapotrzebowanie na chłodniczkę o 25-40% w porównaniu do starszych modeli z rurami i płetwami. Kiedy producenci zmieniają wzory płetw, tworzą większą turbulencję w przepływie powietrza, co zwiększa odbiór ciepła o około 12-18% w systemach, w których przez nie przepływa powietrze. Badania z Raportu o wydajności materiału cewkowego potwierdzają to. Wszystkie te ulepszenia oznaczają, że mniejsze urządzenia domowe mogą nadal dobrze działać, nawet jeśli mają ograniczoną przestrzeń do pracy.
Typowy system chłodnicy cewkowej składa się z trzech głównych części współpracujących ze sobą w celu prawidłowego odprowadzania ciepła. Cewki same w sobie mają zwykle kształt wężownicy i są wykonywane z miedzi lub aluminium, ponieważ te materiały zapewniają dużą powierzchnię kontaktu niezbędną do skutecznego przekazywania ciepła poza system. Do układu podłączone są również rury wlotowe i wylotowe, które kontrolują szybkość przepływu czynnika chłodniczego przez system. Pomaga to utrzymać odpowiednią różnicę ciśnień pomiędzy miejscem, gdzie sprężarka wpompowuje czynnik chłodniczy, a miejscem, gdzie jest on ponownie pobierany przez parownik. Najnowsze badania przeprowadzone przez ASHRAE w 2023 roku wykazały, że optymalne ustawienie przepływu czynnika chłodniczego może zmniejszyć zużycie energii o około 12 procent w typowych modelach lodówek. To dość znacząca oszczędność w dłuższej perspektywie zarówno dla gospodarstw domowych, jak i firm.
Większość domów nadal polega na rurach miedzianych do potrzeb klimatyzacji, zajmując około trzech czwartych rynku dzięki doskonałej przewodności cieplnej. Aluminium zaczyna jednak zdobywać uznanie w większych instalacjach komercyjnych, obejmując około 22% tego segmentu ze względu na znacznie mniejszą wagę, co ułatwia montaż. Podczas uruchamiania tych systemów technicy zazwyczaj dobierają rury wlotowe do wyjść sprężarki o średnicy od 1/4 cala do 3/8 cala, aby zapewnić płynny przepływ bez tworzenia wąskich gardeł. Sposób konfiguracji wyjść umożliwia odpowiednie ochłodzenie czynnika chłodniczego przed dotarciem do zaworu rozprężnego. Poprawne ustawienie ma kluczowe znaczenie dla stabilnej pracy i zapewnienia, że zmiany fazy zachodzą we właściwym momencie.
Wentylatory osiowe zasilane bezszczotkowymi silnikami prądu stałego mogą przepompować od 150 do 300 stóp sześciennych powietrza na minutę przez wymienniki. To o około 40 procent lepszy wynik niż w przypadku starszych konstrukcji silników cienkopłaszczowych stosowanych jeszcze w 2018 roku. Łopatki tych wentylatorów są ustawione pod kątami w zakresie od około 22 do 35 stopni, co sprzyja efektywniejszemu odprowadzaniu ciepła, jednocześnie utrzymując poziom hałasu poniżej 45 decybeli w większości dzisiejszych urządzeń domowych. Badania systemów chłodniczych komercyjnych wykazały również ciekawy fakt: gdy producenci przeszli z wentylatorów o stałej prędkości na modele o zmiennej prędkości, ich roczne zużycie energii spadło o około 18%. Te inteligentne wentylatory dostosowują ilość przepływającego powietrza w zależności od aktualnych potrzeb systemu.
Około 92 procent komercyjnych instalacji klimatyzacyjnych opiera się na systemach z wymuszonym przepływem powietrza, ponieważ muszą one utrzymywać różnicę temperatur (ΔT) powyżej 15 stopni Fahrenheita. Tymczasem około jedna trzecia mniejszych domów nadal korzysta z metod konwekcji naturalnej, ponieważ są one prostsze i tańsze w instalacji. Nowoczesne modele hybrydowe łączą obie te techniki, uruchamiając dodatkowe wentylatory tylko wtedy, gdy temperatura wewnątrz przekracza określone wartości. Zgodnie z najnowszymi danymi Energy Star z 2023 roku, takie inteligentne podejście zmniejsza częstotliwość włączania i wyłączania sprężarek o około 23%. Mniejsza liczba cykli oznacza dłuższą żywotność części i lepszą wydajność całego systemu w czasie.
Gdy kurz gromadzi się na tych skraplaczach, zmniejsza to efektywność wymiany ciepła o około 30%. Oznacza to, że sprężarki muszą pracować znacznie dłużej, dodatkowo od 12 do 18 procent, jedynie po to, by utrzymać odpowiednią temperaturę. Efektem jest to, że jednostki mieszkalne zużywają od 15 do 25 procent więcej energii, niż powinny. Dla firm, w których urządzenia pracują bez przerwy przez cały dzień, te wartości są jeszcze gorsze. Te zatkane żebra stają się właściwie malutkimi pułapkami cieplnymi, pozwalając temperaturze przekraczać bezpieczne dla systemu granice. Większość instrukcji konserwacji systemów chłodniczych komercyjnych informuje operatorów, że regularne czyszczenie decyduje o wszystkim. Po dokładnym wyczyszczeniu większość systemów szybko wraca do normalnej pracy, zazwyczaj w ciągu dwóch dni. Warto się tym zająć, ponieważ utrzymywanie czystości tych skraplaczy oszczędza pieniądze na dłuższą metę i zapobiega przedwczesnemu uszkodzeniu sprzętu.
Nieprawidłowe poziomy czynnika prowadzą do charakterystycznych problemów eksploatacyjnych:
Dane z terenu wskazują, że 42% uszkodzeń sprężarek wynika z długotrwałego nierównowagi czynnika chłodniczego. Przepompowanie często prowadzi do uderzeń cieczy, powodując uszkodzenie tarcz zaworowych w 93% takich przypadków. Niedopompowanie przyspiesza degradację oleju trzykrotnie w porównaniu z poprawnie napełnionymi systemami, co zmniejsza skuteczność smarowania i skraca żywotność sprężarki.
Najnowsza technologia kondensatorów mikrokanalikowych przewyższa tradycyjne systemy rurkowo-łuskowe pod względem efektywności odprowadzania ciepła, oferując zazwyczaj około 22% lepszą wydajność. Czym nowe modele są tak skuteczne? Otóż posiadają ścieżki przepływu czynnika chłodniczego o około 40% węższe niż poprzednio. Dodatkowo są wykonane z aluminium, które przewodzi ciepło trzy razy szybciej niż stalowe alternatywy. Nie możemy też zapomnieć o inteligentnych prowadnicach przepływu powietrza, które oszczędzają około 18% energii silnika wentylatora. Wszystkie te ulepszenia oznaczają ogólnie lepszą wydajność systemu. Spadają również koszty konserwacji, o ok. 60 do 140 dolarów rocznie na każdą zainstalowaną jednostkę. Dla menedżerów zakładów starających się spełnić surowe nowe przepisy Departamentu Energii z 2024 roku, tego rodzaju efektywność ma kluczowe znaczenie dla utrzymania konkurencyjności bez nadmiernego obciążania budżetu.
Gorące wiadomości
EN
