Zyski ciepła w pomieszczeniu a zapotrzebowanie na moc chłodniczą urządzenia

Coraz powszechniejsze staje się instalowanie urządzeń klimatyzacyjnych w niewielkich lokalach usługowych oraz mieszkaniach i domach prywatnych. Dobierając takie urządzenia, często zapomina się o konieczności zwiększenia mocy chłodniczej urządzenia ze względu na kondensację pary wodnej zawartej w powietrzu.

Obliczanie wymaganej mocy chłodniczej urządzenia
Określając zyski ciepła, nie uwzględnia się mocy chłodniczej, która wykorzystywana jest podczas endoenergetycznego procesu skraplania pary wodnej zawartej w powietrzu na wymienniku ciepła klimatyzatora.
Fakt, że prawidłowo działający klimatyzator schładza przepływające przez niego powietrze o ok. 10–15 K, nie oznacza, że powietrze to nie jest schładzane poniżej temperatury punktu rosy. Temperatura wrzenia najpopularniejszych czynników chłodniczych stosowanych w klimatyzatorach typu SPLIT (przy właściwym ciśnieniu) to ok. 6°C. Powietrze nawiewane nie osiąga takiej temperatury ze względów konstrukcyjnych m.in. czas kontaktu powietrza z powierzchnią wymiennika, czy współczynnik obejścia powietrza (tzw. by-pass factor) sprawiają, że wynikowa temperatura powietrza nawiewanego osiąga wartość kilkunastu °C. Jednak część tego powietrza, w kontakcie z powierzchnią wymiennika ciepła w parowaczu, ochładzana jest do temperatury 6–8°C i następuje kondensacja.
Na rysunku przedstawiono dwa procesy chłodzenia powietrza:
a) chłodzenie powietrza bez przekroczenia temperatury punku rosy (brak kondensacji wilgoci);
b) chłodzenie powietrza w przypadku, gdy temperatura powierzchni wymiennika ciepła ma wartość niższą niż temperatura punktu rosy (kondensacja pary wodnej zawartej w powietrzu).
Jak widać na wykresie h–x w przypadku urządzeń, których temperatura powierzchni chłodnicy jest niższa niż temperatura punktu rosy, wymaganą moc chłodniczą urządzenia należy obliczać, wykorzystując różnicę entalpii pomiędzy punktem końcowym i początkowym procesu:

Proces chłodzenia powietrza: a) w chłodnicy o temperaturze powierzchni powyżej temperatury punktu rosy; b) w chłodnicy o temperaturze powierzchni poniżej temperatury punktu rosy

Dlaczego zwiększenie mocy chłodniczej jest tak ważne?
Uwzględnienie mocy chłodniczej niezbędnej na pokrycie zwiększonego zapotrzebowania ze względu na skraplanie pary wodnej jest nie tylko istotne ze względu na zmniejszoną wydajność w porównaniu z powstającymi w pomieszczeniu zyskami ciepła jawnego, ale również ze względów eksploatacyjnych. W części urządzeń, bez odpowiednich zabezpieczeń, bardzo intensywna, ciągła praca spowodowana brakiem możliwości osiągnięcia zadanych parametrów może być przyczyną zakłóceń wartości ciśnienia w urządzeniu. To z kolei w konsekwencji będzie prowadzić do obniżenia temperatury wrzenia poniżej 0°C i szronienia chłodnicy, a następnie do jej odmrażania, co w niektórych przypadkach może skutkować porywaniem szronu przez przepływające powietrze lub zalaniem pomieszczenia.
Jeśli producent nie umożliwił określenia mocy jawnej i całkowitej urządzenia – co często zdarza się w przypadku prostych klimatyzatorów typ SPLIT i MULTISPLIT – całkowitą moc chłodniczą powinno wyznaczać się, korzystając z przedstawionej zależności, przyjmując najczęściej występujące parametry powietrza lub w najbardziej niekorzystnej sytuacji zwiększać wymaganą moc chłodniczą urządzenia o ok. 20% w porównaniu do wyznaczonych zysków ciepła.
Niniejsza praca jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, projekt „Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej”.