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Die Funktionsweise einer Haushaltsklimaanlage ist für viele von uns ein Rätsel. Öfen sind leicht zu verstehen - sie erwärmen die Luft und blasen sie durch Rohrleitungen um Ihr Haus. Kessel machen heißes Wasser oder Dampf und bewegen es in Rohren um Ihr Haus. Aber wie machen Klimaanlagen in den Hundetagen des Sommers kalte, entfeuchtete Luft? Um dies zu verstehen, müssen Sie auf ein Prinzip zurückgreifen, das Sie vielleicht in einem Physikkurs an einer High School oder einem College gelernt haben: das wissenschaftliche Gesetz, dass jedes Gas abkühlt, wenn es sich in seinem Volumen ausdehnt.
Die Komponenten
Obwohl es sich um eine leichte Vereinfachung handelt, können Sie sich eine Klimaanlage als eine Maschine vorstellen, die Wärme aus Ihrem Haus entnimmt und sie mithilfe von fünf miteinander verbundenen Teilen nach außen abgibt:
- KältemittelKompressorKondensatorAusdehnungsventilVerdampferregister
Es gibt viele Arten von Klimaanlagen, die zu Hause verwendet werden können, einschließlich Fenstereinheiten, tragbaren Klimaanlagen, kanallosen Klimaanlagen und zentralen Klimaanlagen. Trotz ihrer Unterschiede ist die Physik ihrer Arbeitsweise dieselbe und sie alle verwenden das Verfahren der direkt expandierenden Kühlung. Im Prinzip funktioniert dies genauso wie der Küchenkühlschrank Ihres Hauses.
Kältemittel
Das Kältemittel ist das "Blut", das durch die Kühlschläuche in der Klimaanlage gepumpt wird. Es ändert seinen Zustand von Gasdampf zu Flüssigkeit, während es die Wärme aus Ihrem Haus sammelt und diese Wärme nach außen abgibt. Ein Kältemittel ist eine einzigartige Substanz mit einem sehr niedrigen Siedepunkt. Dies bedeutet, dass es bei niedrigen Temperaturen von einer Flüssigkeit in einen Dampf übergeht. Dies ist der Schlüssel zum sicheren Betrieb einer Klimaanlage ohne gefährliche Wärmeentwicklung. Das Kältemittel bewegt sich jedoch nicht alleine durch das System. Zum Pumpen ist ein Kompressor erforderlich.
Kompressor
Stellen Sie sich den Kompressor als das "Herz" des Systems vor, die Komponente, die das Kältemittel in einem großen Kupferkreislauf durch alle Kältekomponenten pumpt. Kältemittel tritt als warmer Niederdruckdampf in den Kompressor ein und verlässt ihn als heißer Hochdruckdampf. Diese Umwandlung wird durch den Kondensator ermöglicht .
Kondensator
Vom Kompressor gelangt heißer Kältemitteldampf zum Kondensator. Hier wird der heiße Hochdruck-Kältemitteldampf gekühlt, während er durch Kondensationsschlangen strömt. Die Spulen haben dünne Metallrippen (ähnlich der Struktur auf der Vorderseite eines Autokühlers), die die Wärme von den Spulen ableiten. Ein Kondensatorlüfter bläst Luft über die Lamellen, um die Abkühlung des Dampfes in den Spulen zu beschleunigen. (Die Verwendung eines Lamellenkamms während der routinemäßigen Wartung hilft, diese Lamellen in Form zu halten.) Wenn das Kältemittel abkühlt, wechselt es den Zustand von heißem Dampf zu heißer Flüssigkeit bei hohem Druck und bewegt sich auf das Expansionsventil. Der Kompressor, die Kondensatorschlange und der Kondensatorlüfter befinden sich alle in dem großen, lauten Kasten in Ihrem Garten, der oft als Kondensatoreinheit bezeichnet wird.
Expansionsventil
Das Expansionsventil ist das, was die Arbeit der Kühlung wirklich erledigt. Während das heiße flüssige Kältemittel auf der einen Seite eine winzige Öffnung mit hohem Druck im Ventil passiert, tritt es auf der anderen Seite als kühler Niederdrucknebel aus. Dies ist das Ergebnis einer natürlichen Eigenschaft von Gasen: Wenn sich ein Gas ausdehnt, kühlt es ab. Die Klimaanlage ist eigentlich nichts anderes als ein Gerät, das die Expansion des Kältemittels erzwingt, und dadurch wird die Fähigkeit geschaffen, die Luft durch Abgabe der Wärme zu kühlen.
Verdampfer-Spule
Der nächste Schritt ist, wo Ihr Zuhause tatsächlich gekühlt wird. Die kalte Flüssigkeit mit niedrigem Druck, die jetzt das Außenexpansionsventil verlässt, fließt in das Innere der Verdampferspule, die sich im Sammelraum Ihres Ofens befindet. (Das Plenum ist der große Metallkasten zwischen dem Ofen und dem Luftkanal.) Hier bläst die wärmere Luft in Ihrem Haus über die Verdampferspule und erwärmt sie, während gleichzeitig die Spule mit dem kalten, expandierten Kältemittelgas die Luft abkühlt Luft bläst über den Verdampfer. Diese gekühlte Luft wird dann durch die Rohrleitung umgewälzt. Sobald sich das Kältemittel erwärmt, beginnt es zu kochen und verwandelt sich von einer kalten Flüssigkeit in einen warmen Dampf (ein Verdampfungsprozess). Der warme Kältemitteldampf gelangt dann zum Kompressor und zur Außenkondensationseinheit zurück, dehnt sich aus und kühlt wieder ab, wodurch der Kühlzyklus fortgesetzt wird.
Etwas zusammensetzen
In der typischen zentralen Klimaanlage ist der Kühlkreislauf ein fortlaufender Prozess, bei dem kühles Kältemittel Wärme aus der Innenluft aufnimmt und sich in ein warmes Gas ausdehnt. Das Kältemittel gelangt zu einem Außengerät, wo es diese Wärme abgibt und zu einer kühlen Flüssigkeit zurückkehrt und dann zurückkehrt drinnen, um mehr Wärme aufzunehmen und den Zyklus fortzusetzen. Trotz der scheinbaren Komplexität der Komponenten ist die Physik recht einfach - das Prinzip, nach dem sich ein Gas bei seiner Expansion immer abkühlt. Jedes Klima- oder Kühlsystem ist lediglich ein System, mit dem die Expansion und Kondensation von Kältemittelgas sorgfältig gesteuert wird, um diese physikalische Eigenschaft auszunutzen.
