[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Spis treści
dodatek techniczny
KLIMATYZACJE 2
Obsługa
klimatyzacji cz. 2
Kompendium praktycznej wiedzy
dodatek techniczny do WIADOMOŚCI Inter Cars S.A. nr 26 / Marzec 2008
AUTOR
:
mgr inż. Stefan Myszkowski
Praca ukadu klimatyzacji
2
Nowe środki chłodnicze
6
Nieprzyjemny zapach powietrza z układu klimatyzacji
8
Źródła informacji technicznej i wiedzy o klimatyzacji
13
Dodatek techniczny
1
dodatek techniczny
KLIMATYZACJE 2
Praca układu
klimatyzacji
wody, podnosi jej temperaturę (odcinek C-D). Rośnie ona,
aż do osiągnięcia 100
O
C, w której woda wrze. Jest to zmiana
stanu skupienia, z ciekłego na gazowy, zachodząca w całej
objętości cieczy (odcinek D-E). W przypadku wody ten gaz
nazywamy parą wodną.
Podobnie jak przy topnieniu lodu, dostarczane ciepło nie
podnosi temperatury wody i jej pary (woda jest obu sta-
nach). Jest ono niezbędne, aby woda w stanie płynnym
zmieniła się w parę. Dostarczone ciepło nazywamy utajo-
nym ciepłem parowania. Dopiero, gdy cała woda zamieni
się w parę, a dalej będziemy dostarczać ciepło (odcinek E-F)
temperatura pary będzie rosnąć.
Jeśli nie będziemy doprowadzać ciepła, a para wodna będzie
miała kontakt z ciałem o niższej temperaturze, np. ściankami
zbiornika, to ciepło z pary będzie przepływać do tych ścia-
nek, a temperatura pary będzie maleć (odcinek F-G). Spa-
dek ten trwa do momentu osiągnięcia temperatury 100
O
C,
w której woda zmienia stan skupienia z gazowego na ciekły
(odcinek G-H). Podczas zmiany stanu skupienia, temperatura
pary i powstającej z niej wody jest stała, a do otoczenia o
niższej temperaturze jest odprowadzane tzw. utajone ciepło
skraplania.
Dopiero, gdy cała para zamieni się w wodę, a nadal będzie-
my odprowadzać ciepło od wody, jej temperatura będzie
się obniżać (odcinek H-I). Jeśli woda osiągnie temperaturę
0
O
C (niepokazane na rys.1), to rozpocznie się zmiana stanu
skupienia wody z płynnego na stały. Będzie ona przebiegać
w stałej temperaturze, z jednoczesnym odprowadzeniem
do otoczenia o niższej temperaturze tzw. utajonego ciepła
krzepnięcia, aż do chwili całkowitej zamiany wody w lód.
Gdzie stykamy się na co dzień z opisanymi procesami? Top-
nienie i krzepnięcie powtarza się wielokrotnie w okresie
zimowym. Wodę doprowadzamy do wrzenia gotując ją na
herbatę, a proces jej skraplania można zaobserwować na
wewnętrznej stronie pokrywki garnka z gotującą się zupą.
Podane na fot.1 temperatury zmiany stanów skupienia za-
leżą od panującego ciśnienia. Przykładowo, wzrost ciśnienia
powoduje wzrost temperatury wrzenia a jego zmniejszenie,
obniża temperaturę wrzenia. Ciśnienie atmosferyczne, któ-
remu jesteśmy codziennie poddani, zmienia się w niewiel-
kim zakresie, dlatego zmiany tych temperatur są nieistotne
w codziennym życiu.
W układach klimatyzacji, odbywają się zmiany stanów sku-
pienia: z ciekłego w gazowy lub odwrotnie, tzw. czynnika
chłodniczego, którym napełniony jest układ. Temperatury, w
których to następuje, zależą od rodzaju czynnika.
Fizyka u podstaw
Praca układu klimatyzacji, to następujące po sobie wymiany
ciepła i zmiany stanów skupienia. Poznajmy najpierw pod-
stawowe zasady dotyczące ciepła i jego wymiany:
temperatura to informacja o stanie cieplnym ciała;
•
lny jest ten sam, a więc po ich zetknięciu energia cieplna,
zwana w skrócie ciepłem, nie przepłynie między nimi;
ciepło przepływa tylko między ciałami w różnym stanie
jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to ich stan ciep-
•
cieplnym, czyli o różnych temperaturach;
ciepło przepływa zawsze z ciała o temperaturze wyższej
•
do ciała o temperaturze niższej, oczywiście do momentu
ewentualnego wyrównania temperatur obu ciał.
Druga dawka teorii dotyczy zmiany stanów skupienia ciał -
na przykładzie wody. Jeśli będziemy ogrzewać lód, o tempe-
raturze -10
O
C (odcinek A-B, rys.1), to lód będzie przyjmował
Fot.1 Woda, wskutek dostarczania lub utraty ciepła, zmienia temperaturę (odcinki
A-B, C-D, E-F, F-G, H-I) lub stan skupienia przy stałej temperaturze (odcinki B-C,
D-E, G-H). Podane temperatury zmiany stanów skupienia występują przy ciśnieniu
zewnętrznym ok. 100kPa (ciśnienie absolutne, czyli względem próżni). Opis
wykresu w artykule.
to ciepło. Woda pozostanie nadal w formie lodu, ale jego
temperatura będzie rosnąć. Gdy osiągnie 0
O
C, rozpocznie się
zmiana stanu skupienia - ze stałego na płynny (odcinek B-C).
Mimo stałego dostarczania ciepła podczas topnienia lodu,
temperatura mieszanki wody i lodu jest stała. Dostarczane
ciepło nazywany utajonym ciepłem topnienia. Jego dostar-
czanie nie powoduje wzrostu temperatury, ale jest koniecz-
ne do zmiany lodu w płyn.
Po całkowitym stopieniu lodu, dalsze dostarczanie ciepła do
Czynnik chłodniczy
To substancja, która w układzie klimatyzacyjnym podlega
ciągłym zmianom stanu skupienia - z płynnego na gazowy i
odwrotnie. Podstawowe cechy środka chłodniczego to:
możliwie niska temperatura wrzenia;
•
peraturze 70
O
C, przy możliwie niskim ciśnieniu;
skraplanie się gorącego środka chłodniczego, np. w tem-
2
Dodatek techniczny
•
•
dodatek techniczny
KLIMATYZACJE 2
•
przy różnych ciśnieniach i temperaturach;
zdolność do szybkiego transportu dużych ilości ciepła i
1. Uzyskanie czynnika chłodniczego o temperaturze
niższej od temperatury powietrza otoczenia T1, tak by
czynnik mógł pobrać z niego ciepło.
•
jego wymiany ze ściankami parowalnika lub skraplacza.
Są różne czynniki chłodnicze. Ich oznaczenie składa się z
litery R (od słowa „Refrigeration”) oraz oznaczenia cyfrowe-
go, które jest informacją o składzie chemicznym i budowie
cząsteczki. W samochodach osobowych był używany śro-
dek chłodniczy o symbolu R12, zastąpiony przez R134a, ze
względu na przyczynianie się do powiększania tzw. dziury
ozonowej. Powoduje ona, że więcej promieniowania ultra-
oletowego dopływa od słońca do ziemi. Jest ono szkodliwe
dla organizmów żywych.
Według obecnych standardów ekologicznych, również
czynnik chłodniczy R134a nie spełnia wymagań. Po prze-
dostaniu się do atmosfery (jest to nieuniknione), przyczynia
się do powstawania efektu cieplarnianego. W najbliższych
latach zastąpią go inne. Pracują nad tym np. rmy Behr i Del-
phi - więcej w artykule pt. „Nowe środki chłodnicze”.
Dopływający do zaworu rozprężnego płyn chłodzący ma
wysokie ciśnienie i temperaturę - przykładowo p = 1500kPa;
T = 52 - 56
O
C. Jak wynika z wykresu na fot.3 jest w stanie
płynnym. W zaworze rozprężnym (8, fot.2) czynnik chłodni-
czy jest rozpylany w postaci mgły, a jego ciśnienie i tempe-
ratura obniża się do wartości p = 250kPa; T = -5
O
C (przekrój
A). Jak wynika z wykresu na fot.3, czynnik o takim ciśnieniu i
temperaturze, jest na granicy przejścia z fazy ciekłej w gazo-
wą, ale musi pobrać ciepło.
2. Odparowanie czynnika chłodniczego z pobraniem
ciepła z powietrza przepływającego przez parownik.
Czynnik chłodniczy ma temperaturę niższą od temperatu-
ry powietrza otoczenia (T1, fot.2). Może więc, za pośredni-
ctwem ścianek parowalnika, pobrać potrzebne do parowa-
nia ciepło, z powietrza przepływającego wokół parowalnika,
w następstwie czego temperatura powietrza obniży się do
temperatury T3.
Teoretycznie, ciśnienie i temperatura czynnika chłodnicze-
go przed i za parowalnikiem, odpowiednio w przekrojach A
i B, są takie same, ponieważ czynnik chłodniczy powinien
pobrać od powietrza (w parowalniku) tylko tyle ciepła, ile
Droga czynnika chłodniczego przez
układ klimatyzacji
Omówimy kolejne procesy zachodzące podczas pracy typo-
wego układu klimatyzacji (fot.2).
Fot.2 Schemat typowego układu klimatyzacji. Elementy układu: 1 - sprężarka; 2 - sprzęgło sprężarki; 3 - skraplacz; 4 - wentylator elektryczny; 5 - ltr-osuszacz; 6 - parownik;
7 - dmuchawa elektryczna; 8 - zawór rozprężny. Temperatury powietrza zaznaczone na ilustracji (w nawiasach temperatury przykładowe): T1 - temperatura powietrza
otoczenia (25OC); T2 - temperatura powietrza napływającego z otoczenia, po przepłynięciu przez skraplacz (32OC); T3 - temperatura powietrza napływającego z otoczenia,
po przepłynięciu przez parownik (10OC). W charakterystycznych dla układu klimatyzacji przekrojach przewodów czynnika chłodniczego, zaznaczonych też na wykresie na
fot.3, temperatury i ciśnienia mają następujące teoretyczne wartości: A i B - p = 250kPa, T = -5OC; C i D - p = 1500kPa, T = 56OC (uwaga! ciśnienia są w skali absolutnej).
Rzeczywiste temperatury są nieco inne, co wyjaśniam w artykule. Również w rzeczywistości ciśnienia w przekrojach A i B oraz B i C nie mają tych samych wartości, ze względu
na opory przepływu.
Dodatek techniczny
3
możliwie wysokie utajone ciepło parowania i skraplania,
dodatek techniczny
KLIMATYZACJE
potrzeba do procesu odparowania, natomiast nie powinna
wzrosnąć jego temperatura. W praktyce pozwala się jednak,
aby czynnik w stanie gazowym lekko się zagrzał, np. od -5
do -2
O
C, aby mieć pewność, że jego całość będzie w stanie
gazowym.
Czynnik w stanie gazowym ponownie wpływa do zawo-
ru rozprężnego (8), którego zadaniem jest regulacja ilości
rozpylanego czynnika chłodniczego, w zależności od ilości
przepływającego przez parowalnik powietrza. Jeśli będzie
go za mało, czynnik chłodniczy będzie parować gwałtow-
nie, a chłodzenie będzie mniej efektywne. Jeśli czynnika
chłodniczego zostanie rozpylone za dużo, może pozostać w
formie kropelek, co jest niebezpieczne dla sprężarki (1), bo-
wiem powinna ona sprężać gaz, bez kropelek płynu.
Na zewnętrznej powierzchni parowalnika skrapla się para
wodna zawarta w chłodzonym powietrzu. Powstała woda
spływa po parowalniku do odpływu, a dalej rurką na ze-
wnątrz pojazdu. Ilość skraplanej wody zależy od wilgotności
powietrza oraz od temperatury, do której jest schładzane
powietrze. Osuszanie chłodzonego powietrza jest korzyst-
ne ze względu na eliminację niebezpieczeństwa parowania
szyb samochodu, ale nie jest korzystne ze względów zdro-
wotnych osób jadących samochodem. Piszę o tym w artyku-
le pt.
„Komfort termiczny”
w Wiadomościach IC.
wietrza podczas parowania w parowniku. Ponieważ czynnik
chłodniczy krąży w układzie klimatyzacji w obiegu zamknię-
tym, więc za chwilę, ten sam czynnik będzie ponownie prze-
pływał przez parownik, i będzie musiał ponownie odebrać
od powietrza otoczenia kolejną porcję ciepła.
Aby to uczynić, musi najpierw oddać ciepło, już pobrane
podczas parowania. Ponieważ ciepło będzie oddawane
również do powietrza otoczenia, ale do innego strumienia
niż ten, który płynie do przedziału pasażerskiego, tak więc
temperatura czynnika chłodniczego musi zostać podnie-
siona powyżej temperatury powietrza otoczenia. Trzeba
też zmienić stan skupienia czynnika gazowego z gazowe-
go na płynny, aby możliwe było ponowne parowanie, pod-
czas którego nastąpi pobór ciepła z otoczenia. Podniesienie
temperatury i ciśnienia czynnika chłodniczego następuje w
sprężarce (1, fot.2). Utrzymuje ona również krążenie czynni-
ka chłodniczego. Sprężarka jest napędzana przez silnik sa-
mochodu, za pośrednictwem sprzęgła (2).
Czynnik chłodniczy po wypłynięciu ze sprężarki, ale przed
wpłynięciem do skraplacza (przekrój C), jest w stanie ga-
zowym, pod ciśnieniem p = 1500kPa i o temperaturze T =
56
O
C. Proszę zauważyć na fot.3, że czynnik chłodniczy w
stanie gazowym, o tym ciśnieniu i temperaturze, może ulec
skropleniu - musi jednak oddać ciepło.
3. Podniesienie temperatury czynnika chłodniczego
w stanie gazowym, aby była ona wyższa od tempera-
tury powietrza otoczenia, oraz ciśnienia, aby umożliwić
zmianę stanu skupienia z gazowego na ciekły.
4. Skroplenie czynnika chłodniczego, z oddaniem cie-
pła do powietrza otoczenia.
Czynnik w stanie gazowym wpływa do skraplacza. Za po-
średnictwem ścianek skraplacza oddaje ciepło do powietrza
przepływającego wokół żeberek skraplacza. Teoretycznie
jest to ta sama ilość ciepła, którą czynnik odebrał od powie-
trza, które przepłynęło wokół parowalnika, do przedziału
pasażerskiego.
Czynnik chłodniczy stopniowo zmienia stan z ciekłego na
gazowy, a temperatura powietrza przepływającego wokół
skraplacza zwiększa się od T1 do T2. Na wyjściu ze skrapla-
cza, w przekroju D, ciśnienie i temperatura czynnika chłod-
niczego są takie same jak w przekroju C. Aby mieć jednak
pewność, że cały czynnik chłodniczy zamieni się w ciecz,
lekko się go schładza, do ok. 52
O
C.
Czynnik chłodzący, płynący w stanie gazowym od zaworu
rozprężnego do sprężarki, niesie z sobą ciepło pobrane z po-
5. Filtracja i osuszenie czynnika chłodniczego
Fot.3 Granica pomiędzy stanem ciekłym a gazowym, lub inaczej wykres
temperatury wrzenia dla czynnika chłodniczego R134a, w zależności od ciśnienia.
Zaznaczone na wykresie punkty: niebieski i czerwony, ilustrują teoretyczne
wartości ciśnień i temperatur, występujące w przekrojach, odpowiednio: A i B oraz
C i D, układu klimatyzacji, przedstawionego na fot.2.
Czynnik chłodniczy po wypłynięciu ze skraplacza, płynie do
ltra-osuszacza (5). Usuwa on z niego cząstki stałe o średni-
cy większej niż 0,015mm, które mogą zakłócić pracę zaworu
rozprężnego oraz uszkodzić sprężarkę.
Filtr-osuszacz wiąże też wodę zawartą w czynniku chłodni-
czym. Dostaje się ona do czynnika chłodniczego podczas
napełniania układu, oraz przez ścianki węży i uszczelnienia
połączeń. Woda, może zamarznąć w zaworze rozprężnym
lub parowalniku, hamując cyrkulację. Ponadto może wcho-
dzić w reakcje z olejem lub czynnikiem chłodniczym, po-
wodując powstawanie kwasów, które powodują korozję
elementów układu.
4
Dodatek techniczny
KLIMATYZACJE 2
dodatek techniczny
KLIMATYZACJE 2
Inną funkcją ltra-osuszacza (5), jest utrzymywanie zapasu
czynnika chłodniczego w układzie. Jeśli chwilowo zawór roz-
prężny (8) rozpyla więcej czynnika chłodniczego niż tłoczy
sprężarka, różnica jest uzupełniana z zapasu przechowywa-
nego w ltrze-osuszaczu. W odwrotnej sytuacji, gdy sprężar-
ka tłoczy więcej czynnika niż zawór rozprężny rozpyla, jego
nadmiar przyjmuje ltr-osuszacz. Filtr-osuszacz pełni też rolę
tłumika pulsacji ciśnienia w układzie klimatyzacji, których
źródłem jest sprężarka.
Część „zimna” i „gorąca” układu klima-
tyzacji
Z przedstawionego opisu pracy układu klimatyzacji wynika,
że ma część „zimną” i „gorącą”.
W części „zimnej” występują niskie temperatury i ciśnienia.
Do tej części układu należą: przewód pomiędzy sprężarką (1,
fot.2) a skraplaczem (3), skraplacz, przewód pomiędzy skrap-
laczem a ltrem-osuszaczem (5), ltr-osuszacz i przewód po-
między ltrem-osuszaczem a zaworem rozprężnym (8).
W części „gorącej” występują wysokie temperatury i ciśnie-
nia. Do tej części układu należą: przewody łączące zawór
rozprężny (8) z parowalnikiem (6) i sprężarką (1) oraz paro-
walnik.
Taki podział jest podstawą do prostej diagnostyki układu kli-
matyzacji, wykonywanej przez kontrolę temperatury, wyko-
nywanej ręką - uwaga elementy gorące mogą poparzyć, dla-
tego do elementów gorących rękę należy najpierw zbliżyć a
potem dotknąć, jeśli nie grozi to poparzeniem! Elementy za-
liczane do części „gorącej” mają być gorące, a z zaliczane do
części „zimnej” zimne. Inne temperatury pracującego układu
świadczą o jego uszkodzeniu.
Fot.4 Przekrój zespołu klimatyzacyjnego i schemat jego układu sterowania. Ele-
menty układu: 1 - dmuchawa; 2 - parownik, 3 - czujnik temperatury parownika; 4
- nagrzewnica; 5 - czujnik temperatury powietrza wypływającego do przedziału
pasażerskiego; 6 - regulator wymaganej temperatury w przedziale pasażerskim;
7 - czujnik temperatury powietrza w przedziale pasażerskim; 8 - sterownik układu
klimatyzacji; 9 - odprowadzenie wody skraplającej się na parowalniku; 10 -
sprężarka układu klimatyzacji; 11 - zawór elektromagnetyczny płynu chłodzącego
silnik. Kanały przepływu powietrza: a - dopływ powietrza z zewnątrz; b - nawiew
powietrza na szyby; c - nawiew do strefy środkowej przedziału pasażerskiego; d
- wlot powietrza z przedziału pasażerskiego tzw. obieg wewnętrzny powietrza; e
- kanał obejściowy; f - nawiew powietrza na nogi.
Zespół klimatyzacyjny samochodu
Nagrzewnica elektryczna w układzie
klimatyzacji
Zespół przedstawiony na fot.4 może powietrze ogrzewać
lub chłodzić.
W układach bez elektronicznego układu regulacji, kierow-
ca zależnie od własnej oceny, decyduje czy włączyć układ
ogrzewania lub chłodzenia. W układach klimatyzacyjnych
sterowanych elektronicznie, kierowca wykorzystując regu-
lator (6) określa tzw. wymaganą temperaturę w przedziale
pasażerskim. Układ regulacji stara się ją utrzymać.
Sterownik układu klimatyzacji ocenia, jak wywiązuje się z
tego zadania, mierząc temperaturę powietrza w przedziale
pasażerskim (7). Zależnie od tego czy zmierzona temperatu-
ra przedziału pasażerskiego jest niższa lub wyższa od wyma-
ganej, powietrze słabiej lub silniej jest chłodzone lub ogrze-
wane. Sterownik kontroluje wilgotność powietrza pośrednią
drogą, przez pomiar temperatury parowalnika (3). Jeśli nie
ma zagrożenia, że zaparują szyby w samochodzie, to może
być zwiększona temperatura parowalnika.
Oprócz nagrzewnicy zasilanej płynem chłodzącym silnik,
źródłem ciepła w samocho-
dzie, może być też nagrzew-
nica elektryczna. Jej montaż
może być koniecznością,
gdyż coraz bardziej oszczęd-
ne silniki spalinowe, mogą
w niektórych stanach pracy
nie tracić do układu chłodze-
nia takiej ilości ciepła, która
jest potrzebna do ogrzewa-
nia przedziału pasażerskie-
go. Pomocne są wówczas
nagrzewnice
Fot.5 Elektryczna nagrzewnica
powietrza i jej elementy: 1 - złącze
elektryczne oraz elektroniczne ukła-
dy regulacyjne; 2 - lamele, oddające
ciepło przepływającemu powietrzu; 3
- elementy grzejne typu PTC.
(fot.5).
Źródłem ciepła są elementy
typu PTC (3, ich oporność
rośnie wraz ze wzrostem
Dodatek techniczny
5
elektryczne
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
© 2009 Po zniszczeniu przeszłości przyszedł czas na budowanie przyszłości. - Ceske - Sjezdovky .cz. Design downloaded from free website templates