Chladenie je neoddeliteľnou súčasťou nášho každodenného života, od uchovávania potravín v domácnostiach až po zabezpečenie optimálnych podmienok v priemyselných prevádzkach. Tento článok poskytuje komplexný prehľad o princípoch chladenia, rôznych technológiách a ich rozsiahlych aplikáciách.
Základy Chladenia
Chladenie je proces znižovania teploty objektu alebo priestoru. Tento proces je založený na niekoľkých základných fyzikálnych princípoch:
- Termodynamika: Chladenie využíva zákony termodynamiky, najmä zákon zachovania energie. Chladné médium absorbuje teplo z teplejších objektov, čím ich ochladzuje.
- Fázové premeny: Pri zmene skupenstva, napríklad odparovaní alebo kondenzácii, sa teplo absorbuje alebo uvoľňuje, čo spôsobuje zmeny teploty.
- Prenos tepla: Teplo sa prenáša z teplejších oblastí do chladnejších, čo je základom mnohých chladicích systémov.
Technológie Chladenia
Chladničky a Mrazničky
Chladničky a mrazničky sú bežné domáce spotrebiče, ktoré využívajú chladivo cirkulujúce v uzavretom systéme. Chladivo prechádza cyklom odparovania a kondenzácie, čím absorbuje teplo z vnútorného priestoru chladničky a uvoľňuje ho do okolia. Tento proces udržiava potraviny čerstvé a predlžuje ich trvanlivosť. Chladivo sa najprv odparí v chladničke, čím absorbuje teplo, a potom sa stlačí a kondenzuje vonku, čím uvoľňuje teplo do prostredia.
Klimatizácia
Klimatizačné systémy fungujú na podobnom princípe ako chladničky, ale sú navrhnuté na chladenie väčších priestorov. Existujú rôzne typy klimatizácií, vrátane split systémov, okenných klimatizácií a centrálnych klimatizačných systémov. Klimatizačné zariadenie slúži pre vytvorenie tepelnej pohody v miestnosti, ktoré využíva princíp chladiaceho okruhu, ktorý je veľmi podobný princípu chladničky.
- V 1.
- V 2. fáze je chladiace médium pri vysokej teplote a tlaku privedené do výmenníka - kondenzora (vonkajšia jednotka), kde je ochladzované okolitým vzduchom (médium kondenzuje).
- V 3. fáze je kvapalina transportovaná cez kapiláru, alebo expanzný ventil, za ktorým sa prudko zníži tlak, a tým i teplota. Médium pokračuje do ďalšieho výmenníka - výparníka (vnútorná jednotka). Kvapalina sa začne odparovať, čím odoberá teplo z priestoru výparníka, spravidla ochladzovanej miestnosti. Na distribúciu studeného vzduchu do miestnosti slúži ventilátor, ktorý je umiestnený pri výparníku. Potom je chladivo v plynnom skupenstve privedené do kompresoru a cyklus sa opakuje.
Chladenie Vzduchu
Chladenie vzduchu je proces, pri ktorom sa vzduch ochladzuje pomocou rôznych metód, ako je chladenie vodou alebo chladenie pomocou chladív. Tento proces sa používa najmä v komerčných a priemyselných aplikáciách.
Prečítajte si tiež: Sprievodca chladením morských akvárií
Adiabatické Chladenie
Adiabatické chladenie funguje na princípe rozstrekovania mikrónových častíc vody, ktoré sú 10 - krát menšie ako priemer vlasu. Studená rozprašovaná voda na seba viaže okolité teplo a v momente sa odparuje. Takýto princíp ochladzovania môžete vidieť vo voľnej prírode, napríklad pri vodopádoch. Trysky na adiabatických systémoch vytvoria okolo seba „hmlu“, vďaka čomu mikrónové kvapky vody dokážu ochladiť priestor za rýchly čas. Treba si však uvedomiť, že adiabatické chladenie nefunguje ako štandardná klimatizácia, teda nedokážeme na ňom nastaviť presnú teplotu, napríklad 22°C. Najväčšou výhodou adiabatického chladenia v interiéri je, že vzduch nie len ochladí, ale zároveň aj zvlhčí na prirodzené hodnoty. Adiabatické chladiče väčšinou pozostávajú z odparovacej membrány na ktorú je rozprašovaná voda. Voda steká po membráne cez ktorú prechádza vzduch ktorý sa pri prechode cez membránu ochladí. Princíp adiabatického chladenia je využívaný aj pri tzv. vodnej hmle. Voda je pod vysokým tlakom rozprašovaná cez mikro trysky do priestoru. Vďaka malému otvoru trysky a vysokému tlaku dochádza k tvorbe veľmi malých kvapôčok vody ktoré sa vzápätí odparujú a tým ochladzujú vzduch.
Pri porovnaní nákladov na chod klimatizácie a adiabatických systémov máme jednoznačného víťaza. Pri klíme sa pohybuje spotreba elektrickej energie v širšom rozmedzí na úrovni 200-500kW/hod. Adiabatické systémy Sanfog, ktoré sú schopné vychladiť rovnako veľký priestor spotrebujú za rovnaký čas do 5kW/hod. V prvom rade chceme zdôrazniť, že pri chladení vodnou parou nevznikajú na pracovisku vlhké ani mokré miesta. Kvapky vody sú tak malé, že sa bleskovo odparia kým prejdú vzdialenosť maximálne jedného metra. V našich systémoch sú namontované komplexné riadiace systémy, ktoré presne vedia, koľko vody majú dávkovať. Vďaka tomu nehrozí žiadne zamočenie materiálu, ľudí a strojov. Nevzniká tak žiadna kondenzácia vody a korózia. Riadiaci systém prísne sleduje úroveň vlhkosti a okolitú teplotu, takže sa nemôže stať, že systém zvýši vlhkosť na takú úroveň, že by niečo zamočil vodou. Ďalšou veľkou výhodou je, že naše zariadenia dokážu zároveň počas chladenia dezinfikovať celý priestor. Dezinfekcia je na 100 % zdraviu nezávadná a taktiež nezanecháva stopy vlhkosti či mokrosti.
Adiabatické chladenie je vhodné hlavne do oblastí s teplým a suchým vzduchom. Čím vyššia je teplota a čím nižšia je vlhkosť vzduchu tým je adiabatické chladenie účinnejšie. Kvôli klimatickým zmenám a postupnému otepľovaniu je adiabatické chladenie čím ďalej tým populárnejšie aj v oblasti strednej Európy. Z princípu fungovania je jasné že okrem ochladenia vzduchu dochádza aj k prirodzenému zvlhčeniu vzduchu. V mnohých prípadoch to je žiadaný efekt ale v niektorých prevádzkach to môže byť aj problém a preto tento systém nie je vhodný do všetkých priestorov. Pri porovnaní adiabatických systémov a klasickej klimatizácie pre chladenie rovnakého priestoru sú väčšinou obstarávacie náklady adiabatických systémov nižšie. Najväčšia úspora je však v prevádzkových nákladoch keďže spotreba elektrickej energie je podstatne nižšia ako pri kompresorových klimatizáciách. Pri adiabatických systémoch je možné získať z 1kW elektrickej energie približne 30 kW chladiaci výkon. Ďalšou výhodou je že tieto systéme nepotrebujú žiadne chladivo, čiže neobsahujú skleníkové plyny a preto sú aj ekologickejšie. Nevýhodou adiabatických systémov je že nejde o presné chladenie, tzn. výkon a efektivita chladenia závisí od teploty a vlhkosti vonkajšieho vzduchu. Čím je vonkajšia teplota vyššia tým je aj efektivita adiabatického chladiča vyššia. Pri vonkajšej teplote 35 °C a vlhkosti 30 %RH dochádza k ochladeniu o vzduchu o 10 až 12 °C. Adiabatické chladenie je efektívne a vhodné pre použitie vo výrobných halách, skladoch, dielňach a v otvorených priestoroch kde použitie klasickej kompresorovej klimatizácie by nebolo efektívne alebo ekonomické.
Stropné Chladenie
Stropné chladenie je inovatívny systém, ktorý využíva princíp sálavého chladenia. Tento systém je často prirovnávaný k "podlahovému vykurovaniu naopak". Rúrkový systém je inštalovaný v konštrukcii stropu a cirkuluje v ňom chladiaca kvapalina. Táto kvapalina ochladzuje stropnú konštrukciu, ktorá následne ochladzuje steny, podlahu, predmety a vzduch v miestnosti. Princíp plošného chladenia nie je prievanový, nárazový, ale mierny, sálavý. Ten je pre ľudí podstatne prirodzenejší a pocitovo príjemnejší ako prúdiaci chladný vzduch. Systém nevíri to, čo dýchame ako klasické vetranie, ventilátory či klimatizácia. Cirkulujúca chladiaca kvapalina v rúrkovom plošnom rošte v strope ochladzuje stropnú konštrukciu. Strop s teplotou 15 - 19 °C postupne cez steny ochladzuje podlahu, predmety, ľudí a aj vzduch miestnosti. Jemne, nenárazovo, bez prievanu a vírenia prachu a nečistôt. Výsledkom je komfortný, príjemný pocit a celková rovnomerná tepelná pohoda interiéru.
Stropné chladenie funguje na fyzikálnych princípoch zdieľania tepla či chladu veľkoplošnou aktívnou plochou. Okrem komfortných a zdravotných má aj ekologické a ekonomické benefity. Ale aj estetické, akýkoľvek variant stropného chladiaceho systému je neviditeľný a nehlučný.
Prečítajte si tiež: Kompaktný vodný filter Sawyer
Chladenie Rekuperáciou
Princíp chladenia rekuperáciou je založený na výmene tepla medzi privádzaným a odvádzaným vzduchom. V letných mesiacoch, keď je vonku chladnejšie ako v interiéri, sa využíva tzv. voľné chladenie. Teplý vzduch z interiéru odchádza von a ochladzuje sa pri kontakte s chladnejším vonkajším vzduchom. Tento chladný vzduch sa následne privádza späť do interiéru, čím sa znižuje jeho teplota. Ďalšou možnosťou je využitie externého chladiča. Ten sa pripája k rekuperačnej jednotke a ochladzuje privádzaný vzduch pomocou chladiacej kvapaliny. Zdrojom chladu môže byť napríklad tepelné čerpadlo alebo chladiaca veža.
Chladenie rekuperáciou je ideálne pre pasívne a nízkoenergetické domy. V týchto domoch je veľmi dôležitá energetická účinnosť a rekuperácia je ideálnym riešením. Rekuperačná jednotka v porovnaní s klasickou klimatizáciou zaberá menej miesta. Takže ide o skvelé riešenie v prípade, že disponujete vo svojej domácnosti obmedzeným priestorom. V neposlednom rade, veľmi pozitívny prínos má rekuperácia pre ľudí trpiacimi alergiami. Neustály prísun čerstvého vzduchu zlepšuje kvalitu ovzdušia a zmierňuje príznaky alergií.
Absorpčné Chladenie
Plynové (absorpčné) chladničky fungujú na princípe absorpčného chladenia. Roztok s vysokou koncentráciou amoniaku je privedený do bojlera. Tam sa nahreje a dochádza k stúpaniu amoniakovej pary do kondenzátora. Slabý roztok amoniaku je následne odvedený do trubice. Pod vplyvom vysokého tlaku dochádza v kondenzátore k skvapalňovaniu amoniaku a pri dodávaní kyslík sa splyňuje. Vďaka uvedenému procesu je teplo z chladiaceho priestoru odoberané. Absorbér zabezpečuje absorbovanie amoniakového plynu prostredníctvom slabého amoniakového roztoku. Dôjde k nasýteniu amoniakového roztoku a k opätovnému zohrievaniu v bojleri. Proces sa neustále opakuje a tak absorpčné autochladničky zabezpečujú chladenie obsahu.
A to nahrievanie bojlera môže byť buď elektrickou špirálou (12V alebo 230V) alebo plameňom. V prípade plynových chladničiek sú palivom pre plameň cenovo dostupné a takmer na každom rohu zakúpiteľné plynové fľaše, s obľubou nazývané propánbutánové bomby. V takejto prenosnej plynovej autochladničke s objemom 31-37 litrov dosiahnete teplotu o cca 25 až 33°C nižšiu ako je teplota okolia.
Tepelné Čerpadlá
Tepelné čerpadlá sa v povedomí ľudí spájajú hlavne s funkciou vykurovania priestorov a prípravou teplej úžitkovej vody. Určitými úpravami systému je však možné dosiahnuť aj opačný efekt, teda chladenie priestorov, ktoré je v dnešnej dobe výrazných teplotných extrémov čoraz častejšia požiadavka zákazníkov. Pasívny režim chladenia predstavuje menej efektívny, ale aj ekonomicky menej náročný proces výroby chladu. Vo svojej podstate je tepelné čerpadlo úplne odstavené a využíva sa prirodzený tok tepla z teplejšieho zdroja do studenšieho. V prevádzke je len obehové čerpadlo, ktoré cirkuluje vodu (alebo iné teplonosné médium) medzi chladeným priestorom s vyššou teplotou (obytný priestor) a napr. zemným vrtom (tepelné čerpadlo typu voda/zem), ktorý má nižšiu teplotu. Voda sa v zemnom vrte prirodzene ochladí a smeruje k chladenému priestoru, kde prijíma teplo z okolia, a tým priestor ochladzuje. Efektívnejší spôsob výroby chladu je pri aktívnom režime chladenia. V podstate sa jedná o reverzný chod tepelného čerpadla, kedy sú v prevádzke obehové čerpadlo, kompresor aj kondenzátor, ale teplo nie je odvádzané zo zemného vrtu alebo vody, ale z obytného priestoru. Jednoducho povedané, z obytného priestoru vytvoríme veľkú chladničku.
Prečítajte si tiež: Problémy s kúrením Honda CR-V
Aplikácie Chladenia
Chladenie má široké spektrum aplikácií v rôznych odvetviach:
- Potravinársky priemysel: Chladenie je kľúčové pre uchovávanie čerstvých potravín a predlžovanie ich trvanlivosti.
- Komfort v budovách: Klimatizačné systémy zabezpečujú pohodlie v budovách, najmä počas horúcich letných mesiacov.
- Automobilový priemysel: Chladenie motora a klimatizácia vozidiel zvyšujú pohodlie a efektívnosť.
- Elektronika: Chladenie elektronických zariadení, ako sú počítače a servery, zabraňuje prehriatiu a zvyšuje ich výkon.
- Priemyselné chladenie: Znižovanie teploty vo fabrikách bez vysokých nákladov sa oplatí investovať do chladiarenských zariadení s vysokou energetickou účinnosťou, optimalizovať využitie chladiarenských boxov a zabezpečiť kvalitné chladiarenské dvere, ktoré minimalizujú tepelné straty.
Zelené Technológie v Chladení
V súčasnosti sa čoraz viac pozornosti venuje ekologickým aspektom chladenia. Zelené technológie, ako sú obnoviteľné zdroje energie a efektívne chladivá, sa stávajú čoraz populárnejšími:
- Solárne chladenie: Využíva slnečnú energiu na chladenie, čím sa znižuje spotreba fosílnych palív.
- Efektívne chladivá: Nahradenie tradičných chladív ekologickejšími alternatívami, ktoré majú nižší potenciál globálneho otepľovania.
Budúcnosť Chladenia
Budúcnosť chladenia sa bude pravdepodobne sústreďovať na zvyšovanie efektivity a znižovanie environmentálnych dopadov. Nové technológie, ako sú kvantové chladenie a pokročilé chladicí systémy, môžu zmeniť spôsob, akým chladíme v budúcnosti.