Dlaczego przy niskiej zawartości czynnika chłodniczego parownik i/lub przewód ssawny zamarzają?
Chodzi o stosunek temperatury do ciśnienia oraz o to, jak ciśnienie wpływa na temperaturę wrzenia czynnika chłodniczego. Wraz ze wzrostem ciśnienia czynnika chłodniczego wzrasta również jego temperatura i temperatura wrzenia. Kiedy ciśnienie spada, temperatura i temperatura wrzenia również spadają. Systemy klimatyzacji (i niektóre systemy grzewcze) wykorzystują to do chłodzenia (ogrzewania) powietrza wewnątrz budynku.
W systemie normalnym, sprężarka spręża parę czynnika chłodniczego. Powoduje to, że para ma zarówno wysoką temperaturę, jak i wysokie ciśnienie. Gorąca para przechodzi przez wężownice skraplacza, gdzie część ciepła jest przekazywana do powietrza zewnętrznego. Kiedy para wydostaje się w końcu ze skraplacza, jest to gorąca ciecz. Gorąca ciecz przemieszcza się przez rurociąg cieczowy, do budynku w kierunku wężownic parownika. Tuż przed tym, jak gorący płynny czynnik chłodniczy dotrze do parownika, jest on przepuszczany przez urządzenie dozujące. Rzeczywiste zastosowanie urządzenia zależy od układu, ale rurki kapilarne są powszechne.
Kiedy gorąca ciecz jest przepuszczana przez urządzenie dozujące, ciśnienie znacznie spada. Spadek ciśnienia powoduje również spadek temperatury i temperatury wrzenia cieczy. Ponieważ powietrze wewnętrzne jest przepuszczane przez wężownice parownika, zimny płynny czynnik chłodniczy w wężownicach absorbuje ciepło z powietrza. Ciepło to powoduje wrzenie czynnika chłodniczego, co zmienia go w parę o niskim ciśnieniu. Kiedy czynnik chłodniczy dociera do końca parownika, jest to zimna para. Chłodna para przemieszcza się w dół przewodu ssawnego i z powrotem do sprężarki, gdzie cykl chłodniczy może się ponownie rozpocząć.
Gdy czynnik chłodniczy w układzie jest niski, ciśnienie, a więc i temperatura, czynnika chłodniczego również będzie niższa. W normalnym układzie, temperatura czynnika chłodniczego na początku parownika będzie zbliżona do temperatury zamarzania wody (32°F). W miarę jak powietrze w pomieszczeniu będzie się przemieszczać nad wężownicami chłodniczymi, wilgoć w powietrzu będzie się na nich skraplać. Kondensacja ta będzie nieszkodliwie ściekać z wężownic i przedostawać się do odpływu skroplin.
Gdy czynnik chłodniczy jest niski, temperatura czynnika na początku wężownicy parownika będzie zimniejsza niż temperatura zamarzania wody (poniżej 32°F). Ponieważ wężownice są tak zimne, kondensacja, która powstaje na wężownicach będzie zamarzać. Ponieważ na wężownicach gromadzi się lód, ogranicza on przepływ powietrza przez wężownice. Ze względu na to ograniczenie czynnik chłodniczy nie może pochłaniać tyle ciepła z powietrza wewnętrznego poruszającego się po wężownicach. Powoduje to, że czynnik chłodniczy gotuje się później w parowniku, co powoduje, że lód tworzy się dalej wzdłuż wężownic. Sytuacja ta postępuje dalej, aż cały parownik stanie się blokiem lodu. Gdy to nastąpi, czynnik chłodniczy zacznie się gotować na przewodzie ssawnym. Powoduje to spadek temperatury na przewodzie ssawnym i, podobnie jak w parowniku, powoduje zamarzanie kondensatu.
Ostatecznie zamrażanie działa aż do sprężarki, w której naprawdę może zacząć się problem. W przypadku zbyt długiego czasu pracy w takim stanie ciekły czynnik chłodniczy może wrócić do sprężarki. Jeśli tak się stanie, sprężarka może zostać uszkodzona.
Należy również zauważyć. Gdy poziom czynnika chłodniczego spadnie zbyt nisko, układ przestaje działać. Problem ten występuje więc tylko w “słodkim miejscu”, gdzie poziom czynnika chłodniczego jest niski, ale nie za niski.
Najpierw trochę tła. HVAC składa się z zamkniętego obiegu czynnika chłodniczego. Na zewnątrz domu znajduje się kompresor i cewki. Kompresor spręża czynnik chłodniczy, a proces jego sprężania zmusza go do wydzielania nadmiaru ciepła, które zostaje wyczerpane z wężownic. Wewnątrz twojego domu znajduje się parownik z wężownicami. Czynnik chłodniczy przechodzi przez wąski otwór, w którym rozpręża się po drugiej stronie jako gaz (pomyślmy o puszce rozpylającej). Proces przemiany w gaz pochłania ciepło z wężownic (w których powietrze powrotne przepływa przez nie w drodze do kanałów).
Gdy poziom czynnika chłodniczego jest niski, istnieją różne sposoby na zrozumienie tego wpływu. Widziałem, jak opisano, że jest tam mniej czynnika chłodniczego, który pochłania ciepło z domu, a zamknięta pętla staje się zbyt zimna po wyczerpaniu niewielkiej ilości ciepła, które zbiera na zewnątrz. Ale dla mnie bardziej sensowne jest wyobrażenie sobie wpływu spadku ciśnienia w cewkach parownika. Im większy spadek ciśnienia w tych wężownicach, tym bardziej ekstremalna jest różnica temperatur, ponieważ czynnik chłodniczy rozszerza się do coraz mniej gęstego gazu. Ale pamiętaj, że nadal masz mniej czynnika chłodniczego, który przenosi ciepło, więc podczas gdy pozostały czynnik chłodniczy jest zimniejszy, jest on również mniej wydajny.
Dodatkowo, ten czynnik chłodniczy o niższej temperaturze ma swoją wadę. Gdy wężownice spadną poniżej temperatury zamarzania, wilgoć w powietrzu powracającym, które przechodzi nad wężownicami, nie tylko skrapla się i wypływa z nich kondensat (pomyśl o zimnej szklance do picia w gorący, wilgotny dzień, a wężownice wyglądają tak samo normalnie). Zamiast tego kondensat zamarza, aż stanie się stałym blokiem lodu i nie będzie mogło przez niego przepłynąć żadne powietrze. Ten sam problem może się zdarzyć w przypadku zasilania systemu HVAC, gdy temperatura zewnętrzna jest zbyt niska, tak duża ilość ciepła jest usuwana przez wężownice zewnętrzne, że gdy czynnik chłodniczy przepływa przez parownik, jest on poniżej temperatury zamarzania. Dlatego bardzo ważne jest, aby nie przewymiarowywać urządzenia HVAC w domu, ponieważ zbyt szybko schłodzi ono powietrze i spowoduje zamarzanie, a także będzie pracowało przez bardzo krótkie okresy czasu, ale nie usunie wystarczającej ilości wilgoci z powodu tych krótkich okresów pracy, co spowoduje, że latem będzie bardzo wilgotno.