Sokszor tapasztaljuk az internetes fórumokon és közösségi platformokon, hogy a klímaberendezések működésének megértése, sok esetben téves elképzeléseken alapul.

Mivel a működéséhez áram szükséges, rendszeresen belefutunk, hogy a működését más villamos berendezések, pl fűtőpanelek vagy elektromos olajradiátorokhoz hasonlítják. Ezért az egyik félelem velük kapcsolatban az áramfogyasztásuk miatt merül fel.  Holott ez igen távol áll a valóságtól, mert bár a működésükhöz valóban elektromos áram szükségeltetik, de míg más elektromos fűtőberendezések az elektromos energiával fűtik fel magukat, a klímáknak valóban csak a működésükhöz használnak némi áramot, de nem azzal fűtenek. Ezáltal az említett panelekhez, olajradiátorokhoz képest mindössze negyed, ötöd annyi villamos energiát használnak fel.

No de mégis hogyan lehetséges ez?

A klímák levegő-levegő hőszivattyúk, vagyis kiszivattyúzzák a környezeti hőt és továbbítják azt. Hűtéskor a hűtendő helyiség levegőjének hőjét szivattyúzzák el és továbbítják a helyiségen kívüli levegőnek. Fűtéskor meg az épületen kívüli levegőből szivattyúzzák ki a hőt és továbbítják a fűtendő helyiség levegőjének. Minderre egy közvetítő közeget használnak, amit hűtőközegnek hívunk. Tehát nem gázról beszélünk (ahogy azt sokszor tévesen nevezik), hanem hűtőközegről, ami hol gáz (inkább gőz), hol pedig folyadék halmazállapotú.

Hogy miért tudja ezt megtenni a hűtőközeg?

Érzékeltessük egy egyszerű példával. Fontos fizikai tétel, amit már az általános iskolában is megtanulunk, hogy a hidegebb közeg felveszi a melegebb közegtől a hőjét, illetve a melegebb leadja a hőjét a hidegebb közegnek. Ha a hidegről behozunk egy fűtött térbe egy jégdarabot, akkor az egy idő után szépen elolvad. Ezt úgy teszi, hogy felveszi a környezete hőenergiáját és hűti azt. Persze lehűteni egy darab jég nem fogja a nagy helyiséget, de egy nagy jégtömb már elvonna annyi hőt, hogy a helyiséget lehűtené. Sőt alkalmazták is ezt a módszert épülethűtésre az ókorban, amikor dupla fal közé jégtömböket tettek. Ez lehűtötte a falat és persze az épületet.

A hűtőközeg pontosan ezt csinálja, csak még a jég szilárdból folyékony halmazállapotú lett a hűtőközeg folyékonyból gőz(gáz) halmazállapotba jut. Erre speciális fizikai tulajdonságokkal rendelkező anyagokat használnak. Például a forráspontja -30 C˚ körüli ami azért nem semmi, hiszen például a víz 100 C˚ kezd forrni. Ez az anyag képes arra a helyiség levegővel találkozva annak szállított hőjét felvegye, ezáltal lehűtse azt.

Ez a hűtőközeg miközben felveszi és leadja a hőt, egy teljesen zárt hűtőkörben kering. Ez fontos, hiszen egyrészt a hűtőközeg egy környezetkárosító anyag (bár a modern hűtőközegek kevésbé, mint régen), másrészt, ha távozna, akkor nem valósulna meg a folyamatos hűtés és fűtés.

A zárt hűtőkör fő elemei az elpárologtató, a kompresszor, a kondenzátor és a fojtóelem (adagoló vagy szabályozószelep). Természetesen ezek a részek össze vannak kötve egymással, mégpedig csövekkel. Így alakul ki a zárt hűtési kör vagy kalorikus kör.

Persze vannak egyéb elengedhetetlenül szükséges elemek is, mint a ventilátorok, működtető elektronika vagy például 4 utas szelep, amik a klíma működéséhez kellenek, de velük nem foglalkozunk most, kivéve a 4 utas szelepet, de arról majd később.

Nézzük, hogyan működik ez a hűtőkör, vagyis a klíma. Íme, a hűtési körfolyamat:

Haladjunk végig a folyamaton megismerkedve a részeivel.

Az elpárologtató a beltéri egységben található. Ha le van szedve a burkolat, láthatóvá válik a sűrű lemezekből álló szerkezet (lamellák), mely lemezek között rézcsövek futnak, amelyekben a hűtőközeg áramlik.. Na, ez az elpárologtató.

Az elpárologtatóba beáramlik a folyadék (kis részben gőz) állapotú hűtőközeg (lásd körfolyamat kép), amely a hűtendő közegből (levegő) felvett hő hatására párologni kezd, és mire végigér az elpárologtató egységen teljesen elpárolog és gőz(gáz) halmazállapotúvá válik. Ilyenkor kerül lehűtésre a helyiség, ahol a beltéri egység el van helyezve azáltal, hogy a beltéri egység ventilátora (ezt hívják mókuskeréknek) folyamatosan átáramoltatja a helyiség levegőjét az elpárologtató lemezlamellái között, miközben a hűtőközeg lehűti a levegőt és az visszaáramlik a térbe. Tehát a hasznos hűtés az elpárologtatóban megy végre.

A kompresszor a körfolyamat második eleme, amit szemügyre veszünk. A kompresszor a falon kívüli kültéri egységben kap helyet. Működését legjobban egy biciklipumpához lehet hasonlítani. 

Aki használt már pumpát, az tudja, hogy amikor felhúzzuk a működtető rudat, a pumpa levegőt szív be, majd amikor lenyomjuk a működtető rudat, akkor egy kis dugattyú segítségével a pumpa testében összesűríti a beszívott levegőt, majd ezt a nagyobb nyomású levegőt kifújja. A pumpa háza pedig melegszik. Növekvő nyomás és növekvő hőmérséklet. 

A kompresszor is ezt csinálja csak a nyomás és a hőmérséklet sokkal nagyobb lesz, valamint nem levegőt, hanem hűtőközeget mozgat. Nos a kompresszor magába szívja (lásd a körfolyamat kép) az immáron gáz halmazállapotú hűtőközeget, majd összesűríti azt (komprimálja, vagyis összenyomja). Ezután a kompresszor továbbnyomja az immáron erőteljesen túlhevült, nagynyomású hűtőközeget a kondenzátor felé.

A kondenzátor mint harmadik elem következik a sorban, amely szintén a kültéri egységben kap helyet. Az elpárologtatóban már megismert lemezlamellákból és a közöttük tekergő rézcsövekből áll. A csövekben áramlik a kompresszorból idekerülő gáz (gőz) halmazállapotú hűtőközeg. A kondenzátorban a hűtőközeg leadja a felvett hőt a környezetnek. Ezt azért teszi meg, mert sokkal magasabb hőmérsékletű, mint a kinti levegő. Ne feledjük a fizikából tanultakat. Ebben igen nagy segítségére van a nagyteljesítményű ventilátor, amely folyamatosan áramoltatja át a környezeti levegőt a lemezlamellák között. Akárcsak bent az elpárologtatónál.

A hűtés hatására a hűtőközeg kondenzálódik, vagyis lecsapódik, és folyadék halmazállapotúvá válik. Ez a folyadék továbbáramlik az elpárologtató felé, hogy újra kezdődjön a körfolyamat (lásd körfolyamat kép). Azonban mielőtt az elpárologtatóhoz érne, találkozik a hűtési körfolyamat negyedik fontos elemével.

A fojtóelem vagy szabályozó szelep  de nevezik adagolószelepnek is, tulajdonképpen egy szűkületet képez és lefojtja az átáramló folyadékot amelynek csökken a nyomása és ezzel együtt a hőmérséklete, mégpedig pontosan olyan mértékben, ami az elpárologtatónál szükséges lesz a körfolyamat újraindulásához(lásd körfolyamat kép). A fojtóelem lehet például egyszerű kapilláriscső, ami tulajdonképpen egy nagyon vékony cső, ami jóval kisebb átmérőjű, mint az összekötő csővezeték, viszont nagyon pontosan van méretezve. Ez a legolcsóbb fojtási megoldás és például háztartási hűtőszekrényeknél is ezt alkalmazzák. Ismeretes még az adagolószelep alkalmazása, amelynél nem fix értékű a fojtás, hanem a szelep az elpárologtatótól vett jel alapján fokozatos nyitásra és zárásra képes, az igénynek megfelelően. Ezek az adagolószelepek nagyon sokfélék lehetnek az egyszerűbbektől a bonyolultakig.

A fojtásnál rendkívül fontos, hogy pontosan adagolja a hűtőközeget, mert az elpárologtatóba csak annyi hűtőközeg kerülhet be, ami el is tud párologni. Ellenkező esetben ha az elpárologtatóból folyadék halmazállapotú hűtőközeg kerülne ki és a kompresszor beszívná, akkor az folyadékütést okozhatna és a kompresszor tönkremenne. Tehát a fojtóelem nagyon fontos eleme a hűtőkörnek, mert elválasztja a nagynyomású kondenzátort a kisnyomású elpárologtatótól.

A csővezetékek feladata, hogy összekössék a hűtő körfolyamat fenti elemeit. Az elpárologtatót a kompresszorral a szívóvezeték köti össze, míg a nyomóvezeték a kompresszort a kondenzátorral. A folyadékvezeték a kondenzátort és az adagolószelepet, az adagolóvezeték pedig az adagolószelepet és az elpárologtatót köti össze. A vezetékek anyag jellemzően vörösréz és az átmérőjűk különböző méretű. Összekötésük vagy forrasztással, vagy oldható kötéssel történik.

Tehát a fent ismertetett egységeken keresztül ez a hűtési körfolyamat játszódik le és ilyen módon működik a klímaberendezés.

A régi be és ki kapcsolgató klímák (on-off klímák) ezt a folyamatot valóban be-ki kapcsolgatták. Lehűtötték a helyiséget majd kikapcsoltak. Amikor felment a hőmérséklet újra bekapcsoltak és teljes erővel hűteni kezdtek, majd megint kikapcsoltak. Ezt a folyamatot játszották. A következmény drága, zajos és kellemetlen hideg huzathatású működés volt.

Ma már az inverteres modern berendezések nem így működnek. Bekapcsolás után megmérik a levegő hőmérsékletét és a teljesítményt hozzá igazítják. Persze ha nagyon meleg a hűtendő helyiség, az inverteres gép is igyekszik gyorsan lehűteni, emiatt akár turbó fokozatra is kapcsol. Ilyenkor, ha automata módban van, akkor elfordítja a légáramot, hogy ne legyen zavaró. A hangja messze elmarad a régi gépek hanghatásaitól. Amikor sikerül lehűtenie a teret, akkor fokozatosan visszaszabályozza magát és csak annyira működteti a kompresszort és a ventilátorokat, ami a hőmérséklet fenntartásához szükséges. Tehát nem be ki kapcsolgat. Ezért van az, hogy például egy 3,5 kW teljesítményű gép nem ennyit fogyaszt, hanem amint elérte a megfelelő hőmérsékletet már csak 500-600 watt fogyasztást produkál, sőt a kiváló szabályozású japán gépek még kevesebbre is képesek.

Igen ám, de az elején a többi villamos fűtőtesthez hasonlítottuk, itt meg a hűtésről beszéltünk. Hogy lesz ebből fűtés?

Úgy lesz belőle fűtés, hogy egy ügyes kis szerkezet segítségével a körfolyamat megfordítható és nem hűtési, hanem fűtési körfolyamat lesz belőle. Ez a szerkezet pedig nem más, mint az írás elején már említett négyjáratú vagy négyutas szelep.

Ez a fontos részegység felel azért, hogy a teljes körfolyamat megfordításra kerüljön. Ilyenkor a helyiségben lévő elpárologtató fog kondenzátorként működni és a kültéri egységben lévő kondenzátor pedig elpárologtatóként funkcionál. Létrejön a fűtési körfolyamat.

A megfordítás után (lásd: fűtési körfolyamat ábra), tulajdonképpen a hűtőközeg a kültéri egységben külső tér levegőjének hőjét veszi, fel ahol a kondenzátor immáron elpárologtatóként viselkedik és közeg gőz halmazállapotban ugyanúgy a kompresszorba kerül. A kompresszor megnöveli a nyomását és a hőmérsékletét a közegnek azáltal, hogy összenyomja (komprimálja). Ez a forró, nagynyomású gőz pedig a beltéri egységbe, ahol az elpárologtató meg kondenzátorként viselkedik és kondenzálódó, vagyis folyadékká váló hűtőközeg leadja a hőjét a beltéri levegőnek. Ezután a folyadék állapotú hűtőközeg a fojtóelemhez kerül, majd abból alacsony nyomású és hőmérsékletű folyadékként a kültéri egységhez és újra kezdődik a fűtési körfolyamat.

Feltehetnénk azt a kérdést, hogy a kinti hideg levegőből, ugyan miféle hőt vonhat ki a hűtőközeg? Hát hideg van? Ez igaz a kinti hőmérséklet hideg, de a hűtőközeg hőmérséklete bizony még annál is hidegebb. Ha pedig hidegebb a hűtőközeg a kinti levegőnél, akkor beindul a fránya fizika, vagyis a melegebb közeg átadja a hőjét a hidegebbnek, az pedig felveszi azt. Például a hűtőközeg -20 C˚ hőmérsékletű a kinti levegő pedig ennél több pl. -5 C˚, akkor bizony hőátadás és halmazállapot változás fog történni. Ez ugye még kevés lenne, de már tudjuk, hogy a kompresszor, majd összenyomja a közeget és az forró lesz, mire bekerül a belső térbe.

Íme a leírtakhoz egy kis video azoknak akik inkább vizuálisan szeretnék átlátni a teljes működést:

Láthatjuk hát, hogy a klímaberendezés működése abszolút nem hasonlítható egy elektromos konvektor, vagy villanyradiátor működéséhez. Míg az utóbbiak a villamos energiát alakítják hővé és melegítik fel a helyiséget, igen sokat fogyasztva, addig a klíma (és más hőszivattyúk), csak a működéshez használják az áramot, sokkal kevesebbet, de sokkal hatékonyabban működve.

Természetesen ennek feltétele, hogy a klímaberendezés jól legyen méretezve, telepítve és karbantartva. Ebben a Klíma Szektor profi segítséget tud nyújtani.

Köszönjük, hogy végigolvasta cikkünket.

„Telepítés vagy karbantartás? A Klíma Szektor a profi megoldás!”