Chłodnictwo i obchodzenie się ze środkami chłodniczymi (gaz F)

Pompa ciepła i urządzenie chłodzące to technicznie ta sama maszyna: cykl chłodzenia, który przenosi ciepło z zimnego miejsca do ciepłego. W lodówce ciepło jest usuwane z lodówki; w pompie ciepła ciepło jest przenoszone z powietrza zewnętrznego, gleby lub wody do domu. Ponieważ proces używa czynnika chłodzącego pod ciśnieniem, jest zarówno technicznie wymagający, jak i ściśle regulowany — czynniki chłodzące to silne gazy cieplarnianych, a praca wymaga certyfikacji.

Obwód chłodzący wykorzystuje fakt, że płyn pochłania ciepło, gdy się odparowuje, i uwalnia ciepło, gdy się kondensuje. Sterując ciśnieniem, możesz wybrać, gdzie następuje odparowanie i kondensacja — przesuwając w ten sposób ciepło z zimna na gorące. Cztery komponenty napędzają obwód:

• 01Parownik: chłodziwo paruje przy niskim ciśnieniu i niskiej temperaturze i POBIERA ciepło z otoczenia (powietrze zewnętrzne, grunt, pomieszczenie chłodzone). Tu robi się zimno.
• 02Sprężarka: ssie zimną parę i kompresuje ją, więc ciśnienie i temperatura gwałtownie rosną. To tutaj do procesu dodawana jest praca elektryczna.
• 03Skraplacz: gorąca, ścieżona para ODDAJE swoje ciepło i skrapla się do cieczy przy wysokim ciśnieniu. Tu dostarcza się użyteczne ciepło (w pompie ciepła).
• 04Zawór ekspansji: obniża ciśnienie płynu ponownie, aby stał się zimny i gotowy do parowania — obwód zaczyna od nowa.

Najważniejszym narzędziem chłodnictwa jest diagram log p,h (diagram ciśnienie-entalpia). Przedstawia stan czynnika chłodzącego z ciśnieniem p (logarytmicznie) na osi pionowej i entalpią h (zawartość ciepła na kg) na osi poziomej. Na diagramie narysowana jest krzywa nasycenia w kształcie dzwonka: na lewo od dzwonka czynnik chłodzący jest czystą cieczą, na prawo czystą parą, a wewnątrz dzwonka jest mieszaniną cieczy i pary. Cztery etapy cyklu razem tworzą prostokąt na diagramie.

• 01Parowanie: ruch w prawo pod zegarem przy niskim ciśnieniu — płyn chłodzący pochłania ciepło i przechodzi z cieczy na parę przy stałym ciśnieniu i temperaturze parowania.
• 02Sprężanie: w górę wzdłuż linii z (prawie) stałą entropią — kompresor podnosi ciśnienie, a punkt przesuwa się w górę do wysokiego ciśnienia na prawo od zegara (para przegrzana).
• 03Kondensacja: poziomo w lewo przy wysokim ciśnieniu — para jest chłodzona, kondensuje i oddaje ciepło przy stałym ciśnieniu i temperaturze kondensacji.
• 04Ekspansja: opadanie pionowe przy (prawie) stałej entalpii przez zawór ekspansji — ciśnienie spada z powrotem do ciśnienia parowania, a cykl zaczyna się od nowa.

Diagram sprawia, że niewidzialne ciśnienia i temperatury są czytelne: ciśnienia parowania i kondensacji są widoczne bezpośrednio jako dwie poziome linie, a towarzyszące temperatury nasycenia są odczytywane, gdzie linie przecinają krzywą dzwonka. Długość linii parnika na osi entalpii to przyjęta wydajność chłodnicza na kilogram, linia kondensatora to oddana ciepło na kilogram, a różnica to praca sprężarki. Dwa świadome dodatki są narysowane: przegrzanie (para jest ogrzewana trochę bardziej po parowniku, więc płyn nigdy nie zostaje ssany do sprężarki) i podchlodzenie (płyn jest chłodzony trochę poniżej temperatury kondensacji, tak że płyn stoi na pewno przed zastawką ekspansji). Oba są odczytywane jako poziome kawałki poza dzwonkiem.