Obsługa klimatyzacji (Inter Cars).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

Nowe środki chłodnicze

Nieprzyjemny zapach powietrza z układu klimatyzacji

Źródła informacji technicznej i wiedzy o klimatyzacji

Dodatek techniczny

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-

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

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.

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

elektryczne

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: