Funkcje klimatyzacji
Klimatyzacja stanowi technikę umożliwiającą utrzymywanie optymalnych warunków klimatycznych w zamkniętych pomieszczeniach budynków mieszkalnych lub użytkowych bądź wnętrzach pojazdów mechanicznych – w szczególności temperatury, wilgotności, czystości i jakości zapachowej powietrza, w celu zapewnienia komfortowych warunków do życia i funkcjonowania człowieka (tzw. klimatyzacja bytowa) lub odpowiednich warunków dla określonych procesów technologicznych (tzw. klimatyzacja przemysłowa). Uzyskanie wymaganych parametrów możliwe jest dzięki stosowaniu szeregu różnorodnych procesów przetwarzania i uzdatniania powietrza zachodzących z użyciem urządzeń klimatyzacyjnych.
Funkcje klimatyzacji obejmują:
- chłodzenie powietrza – obniżenie temperatury powietrza w pomieszczeniach budynków mieszkalnych i użytkowych lub wnętrzach pojazdów mechanicznych w celu zwiększenia komfortu termicznego przebywających w nich osób (np. w okresie letnim przy wysokich temperaturach panujących na zewnątrz);
- ogrzewanie powietrza – podwyższenie temperatury w pomieszczeniach budynków mieszkalnych i użytkowych w celu zwiększenia komfortu termicznego przebywających w nich osób (np. w okresie zimowym przy niskich temperaturach panujących na zewnątrz); stanowiące dodatkowe lub główne źródło ogrzewania;
- oczyszczanie powietrza – filtracja, pochłanianie i neutralizacja szkodliwych substancji chemicznych; usuwanie zanieczyszczeń pyłowych i gazowych, alergenów (np. pyłków roślinnych, zarodników pleśni), drobnoustrojów chorobotwórczych (np. wirusów, bakterii, grzybów) i nieprzyjemnych zapachów za pomocą filtrów powietrza;
- jonizowanie powietrza – neutralizacja zanieczyszczeń pyłowych (np. cząstek kurzu domowego), alergenów (np. pyłków roślinnych, zarodników pleśni, roztoczy kurzu domowego) lub drobnoustrojów chorobotwórczych (np. wirusów, bakterii, grzybów) z wykorzystaniem jonów ujemnych (anionów);
- regulacja wilgotności powietrza (nawilżanie i osuszanie) – utrzymywanie optymalnych parametrów wilgotnościowych powietrza w pomieszczeniach zamkniętych w celu zapewnienia komfortu cieplnego przebywających w nich osób bądź prawidłowego przebiegu procesów technologicznych.
Główną funkcją klimatyzacji jest chłodzenie powietrza, czyli zapewnienie odpowiednich parametrów komfortu cieplnego użytkowników budynków lub pojazdów w okresie letnim. Temperatura klimatyzowanych pomieszczeń powinna być niższa od temperatury panującej na zewnątrz maksymalnie o 6°C i z reguły wynosi 23-26°C; zaś poziom wilgotności względnej powietrza wynosi 40-60%. Funkcje oczyszczania i regulacji wilgotności powietrza są ważne dla alergików, gdyż umożliwiają skuteczną eliminację zanieczyszczeń powietrza i alergenów.
Główną funkcją klimatyzacji jest chłodzenie powietrza w celu obniżenia temperatury panującej w pomieszczeniach budynków mieszkalnych i użytkowych. Fot. y_seki/Shutterstock
Zasada działania klimatyzacji
Proces chłodzenia powietrza w urządzeniach klimatyzacyjnych odbywa się z wykorzystaniem czynnika chłodniczego (chłodziwa) przepływającego przez tzw. obieg chłodniczy składający się z dwóch wymienników ciepła (skraplacza i parownika), sprężarki i elementu rozprężnego. Czynniki chłodnicze są jednorodnymi substancjami chemicznymi lub mieszaninami substancji chemicznych, których główną funkcją jest odbieranie ciepła z pomieszczeń klimatyzowanych. Należą do nich głównie syntetyczne substancje chemiczne z grupy freonów, np. czynnik R32 (difluorometan CH₂F₂), czynnik R410a (mieszanina difluorometanu CH₂F₂ i pentafluoroetanu CF₃CHF₂), czynnik R407c (mieszanina difluorometanu CH₂F₂, tetrafluoroetanu CF₃CH₂F oraz pentafluoroetanu CF₃CHF₂) i czynnik R1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropen CH₂CFCF₃).
Obieg chłodniczy. (Źródło: Shutterstock)
- proces sprężania – przemiana zachodząca w sprężarce; polegająca na sprężaniu lotnych par czynnika chłodniczego, prowadzącym do gwałtownego wzrostu jego ciśnienia i temperatury oraz zmniejszenia objętości właściwej;
- proces skraplania (kondensacji) – przemiana zachodząca w skraplaczu; polegająca na chłodzeniu sprężonych i gorących par czynnika chłodniczego wraz z oddawaniem ciepła do otoczenia, prowadzącym do ich skraplania się (kondensacji) i powstania przechłodzonej cieczy pod wysokim ciśnieniem;
- proces rozprężania – przemiana zachodząca w elemencie rozprężnym; polegająca na obniżaniu ciśnienia przechłodzonej cieczy pod wysokim ciśnieniem, prowadzącym do spadku jej temperatury poniżej temperatury panującej w pomieszczeniu;
- proces parowania – przemiana zachodząca w parowniku; polegająca na parowaniu zimnej i rozprężonej cieczy wraz z pobieraniem ciepła z pomieszczenia, prowadzącym do powstania lotnego czynnika chłodniczego (płynącego z do sprężarki) i obniżenia temperatury powietrza w pomieszczeniu.
Niektóre urządzenia klimatyzacyjne można również wykorzystywać jako powietrzne pompy ciepła w celu ogrzewania pomieszczeń budynków mieszkalnych i użytkowych w chłodnym okresie jesiennym i zimowym. Działają one na zasadzie odwróconego cyklu obiegu czynnika chłodniczego; w odróżnieniu od tradycyjnej klimatyzacji chłodzącej skraplacz pełni funkcję parownika pobierając ciepło z otoczenia, zaś parownik pełni funkcję skraplacza oddającego pobrane ciepło do pomieszczenia, przyczyniając się do wzrostu temperatury w jego wnętrzu. Funkcje oczyszczania powietrza z zanieczyszczeń, alergenów i drobnoustrojów realizowane są dzięki obecności jonizatorów powietrza lub filtrów (np. węglowych, antybakteryjnych).
Rodzaje i zastosowania klimatyzatorów
Klimatyzatory są urządzeniami elektrycznymi, które umożliwiają utrzymywanie we wnętrzu budynków lub pojazdów odpowiedniej temperatury i wilgotności oraz czystości powietrza. Klimatyzatory zbudowane są z jednostki zewnętrznej składającej się ze sprężarki i skraplacza z wentylatorem wywiewnym odprowadzającym ciepło do otoczenia i jednostki wewnętrznej złożonej z parownika z wentylatorem nawiewnym doprowadzającym ochłodzone powietrze do wnętrza pomieszczenia. Obie jednostki połączone są ze sobą za pośrednictwem instalacji elektrycznej oraz miedzianymi przewodami freonowymi (gazowym i cieczowym).
Budowa klimatyzatora typu split. (Źródło: Shutterstock)
- przenośne klimatyzatory monoblokowe (tzw. monobloki) – urządzenia składające się z jednostki zewnętrznej i jednostki wewnętrznej umieszczonych w pojedynczej obudowie; stosowane do klimatyzowania niewielkich pomieszczeń (np. mieszkań);
- klimatyzatory typu split – urządzenia złożone z jednostki zewnętrznej umieszczonej na zewnątrz i jednostki wewnętrznej umieszczonej wewnątrz budynku; stosowane do klimatyzowania małych i średnich pomieszczeń mieszkalnych (np. mieszkań, domów jednorodzinnych) lub użytkowych (np. biur, sklepów, lokali gastronomicznych);
- klimatyzatory typu multi-split – urządzenia złożone z jednostki zewnętrznej położonej na zewnątrz i kilku jednostek wewnętrznych we wnętrzu budynku; stosowane do klimatyzowania kilku niezależnych pomieszczeń mieszkalnych (np. apartamentów, domów jednorodzinnych) lub użytkowych (np. biurowców, niewielkich hoteli);
- systemy klimatyzacji VRF – urządzenia złożone z jednostki zewnętrznej położonej na zewnątrz i kilkudziesięciu jednostek wewnętrznych w jego wnętrzu; stosowane do klimatyzowania wielu pomieszczeń w obrębie danego piętra lub całego budynku (np. dużych biurowców, centrów handlowych, hoteli, szpitali).
Najczęściej stosowanymi urządzeniami do klimatyzacji budynków mieszkalnych i użytkowych są klimatyzatory typu split i klimatyzatory typu multi-split. Są one instalowane na ścianach pomieszczeń (tzw. klimatyzatory ścienne), przy podłodze pod oknami, w rogach lub wnękach pomieszczeń (tzw. klimatyzatory przypodłogowe), przy sufitach i stropach pomieszczeń (tzw. klimatyzatory przysufitowe), pod powierzchnią sufitu podwieszanego (tzw. klimatyzatory kasetonowe) bądź wewnątrz przestrzeni międzystropowej (tzw. klimatyzatory kanałowe).
Schemat instalacji klimatyzacji typu multi-split. (Źródło: Shutterstock)
Bibliografia
- David Chadderton, Routledge, ; “Air Conditioning: A Practical Introduction ”; Abingdon 2014.;
- Dariusz Butrymowicz, Kamil Śmierciew, Jerzy Gagan, Kazimierz Gutkowski; “Chłodnictwo i klimatyzacja ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2020.;
- “Nowa Encyklopedia Powszechna PWN ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.;
- G. F. Hundy, A. R. Trott, T. C. Welch, Butterworth-Heinemann ; “Refrigeration, Air Conditioning and Heat Pumps ”; Oxford 2016.;
- Aleksander Pełech ; “Wentylacja i klimatyzacja. Podstawy ”; Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2013.;
- promil
