Dobra lodówka — ergonomia, konstrukcja, energooszczędność — część 1

Na pew­nym eta­pie aran­ża­cji kuch­ni i wypo­sa­ża­nia jej w sprzęt AGD, sta­je­my przed trud­nym pyta­niem: czym powin­na cha­rak­te­ry­zo­wać się dobra lodów­ka? Odpo­wiedź wyda­je się nie­zręcz­nie oczy­wi­sta: dobra to taka, któ­ra będzie zaspo­ka­jać nasze potrze­by. Przyj­rzyj­my się więc z jaki­mi lodów­ka­mi spo­tka­my się naj­czę­ściej.

Na począt­ku sku­pi­my się na omó­wie­niu roz­wią­zań kon­struk­cyj­nych lodó­wek, chło­dziar­ko-zamra­ża­rek i pozna­my ich zasa­dę dzia­ła­nia. Oso­by, któ­re nie lubią roz­wa­żań tech­nicz­nych, śmia­ło mogą pomi­nąć tę część, choć prze­czy­ta­nie jej roz­wie­je spo­ro wąt­pli­wo­ści.

Rodzaje chłodziarek

Głów­nym zada­niem chło­dzia­rek jest obni­że­nie tem­pe­ra­tu­ry śro­do­wi­ska chło­dzo­ne­go, kosz­tem dopro­wa­dzo­nej ener­gii. Chło­dziar­ka — naj­zwy­czaj­niej w świe­cie — jest wypo­sa­żo­na w pom­pę cie­pła, któ­ra odbie­ra je od umiesz­czo­nych w komo­rze chłod­ni­czej pro­duk­tów i prze­no­si na zewnątrz (do pomiesz­cze­nia, w któ­rym stoi). To, czy tem­pe­ra­tu­ra wewnątrz chło­dzo­nej prze­strze­ni, będzie utrzy­my­wa­na na pozio­mie powy­żej czy poni­żej zera, odróż­nia lodów­kę od zamra­żar­ki. Na ryn­ku chło­dzia­rek sto­so­wa­nych w warun­kach domo­wych, naj­czę­ściej spo­ty­ka­my się z trze­ma rodza­ja­mi urzą­dzeń: absorp­cyj­ny­mi, sprę­żar­ko­wy­mi i ter­mo­elek­trycz­ny­mi. Każ­de z nich ma pew­ne wady i zale­ty, więc nada­je się do sto­so­wa­nia w dia­me­tral­nie nie­kie­dy róż­nych warun­kach.

Chłodziarka absorpcyjna — na wojnę

Zasada działania chłodziarki absorpcyjnej

Chło­dziar­ka absorp­cyj­na to nie­wiel­ki kosz­ma­rek, jeśli cho­dzi o wytłu­ma­cze­nie zasa­dy dzia­ła­nia. W urzą­dze­niach tego rodza­ju, sto­so­wa­nych sze­ro­ko w kam­pe­rach (RV — recre­atio­nal vehic­le) i w nie­wiel­kich lodów­kach domo­wych, czyn­ni­kiem chłod­ni­czym jest amo­niak (NH₃). Gazem bio­rą­cy­mi udział w cyklu jest też wodór (H₂) i woda dejo­ni­zo­wa­na (H₂O) jako ciecz (przez chwi­lę jako gaz). Nie muszę przy­po­mi­nać, że zarów­no wodór, jak i amo­niak to gazy pal­ne, a w mie­sza­ni­nach z powie­trzem (w nie­któ­rych stę­że­niach) — wybu­cho­we. Jed­nak są one szczel­nie zamknię­te w insta­la­cji lodów­ki, więc nie­bez­pie­czeń­stwo jest mini­mal­ne. Poza tym zapach, a raczej fetor amo­nia­ku jest dosko­na­le wyczu­wal­ny już w nie­wiel­kich stę­że­niach, rzę­du 25 ppm. Dla łatwiej­sze­go zro­zu­mie­nia jak to się wszyst­ko prze­le­wa i bul­go­cze — poni­żej rysu­nek.

Amo­niak jest dosko­na­le roz­pusz­czal­ny w chłod­nej wodzie. Cały cykl roz­po­czy­na się w desor­be­rze (war­ni­ku), w któ­rym stę­żo­ny roz­twór wod­ny amo­nia­ku jest pod­grze­wa­ny (w jaki spo­sób — o tym póź­niej). Amo­niak wydzie­la się z wody amo­nia­kal­nej i ula­tu­je jako gorą­cy gaz do skra­pla­cza zaopa­trzo­ne­go w potęż­ny radia­tor. Po dro­dze odzy­ski­wa­na jest też woda, bo nie chce­my, aby zna­la­zła się w tych czę­ściach insta­la­cji, w któ­rych tem­pe­ra­tu­ra spa­da poni­żej punk­tu zama­rza­nia (ryzy­ko zapcha­nia insta­la­cji).

Skro­plo­ny amo­niak w parow­ni­ku, w oto­cze­niu wodo­ru, zaczy­na inten­syw­nie paro­wać, pobie­ra­jąc cie­pło z wnę­trza komo­ry chłod­ni­czej. Cza­sa­mi wydzie­la się dwa parow­ni­ki — jeden na zamra­żar­kę, a dru­gi do chło­dze­nia wnę­trza lodów­ki. Dalej mie­sza­ni­na gazów NH₃ + H₂ tra­fia do absor­be­ra (w for­mie spi­ral­nej rury), w któ­rym amo­niak schła­dza się, roz­pusz­cza się w wodzie, a wodór jest zawra­ca­ny do ujścia skra­pla­cza i do parow­ni­ka.

Z absor­be­ra roz­twór wod­ny amo­nia­ku spły­wa do nie­wiel­kie­go zbior­ni­ka, dalej do desor­be­ra i cykl pra­cy się zamy­ka. Tak to mniej wię­cej wyglą­da. Gdzieś tam po dro­dze jest zawór bez­pie­czeń­stwa, dodat­ko­we rur­ki, łączą­ce wszyst­ko z wszyst­kim, ale nie będzie­my się nimi w tej chwi­li przej­mo­wać — isto­ta dzia­ła­nia absorp­cyj­ne­go sys­te­mu chłod­ni­cze­go pozo­sta­je nie­zmien­na, podob­nie jak jego pod­sta­wo­wa zale­ta.

Zalety chłodziarki absorpcyjnej

Jak już pew­nie zauwa­ży­li­ście, w chło­dziar­ce absorp­cyj­nej nie ma agre­ga­tu, a więc nie ma rucho­mych ele­men­tów, któ­re mogły­by się zepsuć. Jest to jed­na z dwóch wiel­kich zalet tej kon­struk­cji, ponie­waż — nie­ja­ko z defi­ni­cji — chło­dziar­ce absorp­cyj­nej nie gro­zi zuży­cie mecha­nicz­ne (no, chy­ba że jakimś cudem obieg czyn­ni­ka robo­cze­go ule­gnie roz­sz­czel­nie­niu). Lodów­ki tego typu są nie do zaje­cha­nia i potra­fią pra­co­wać po kil­ka­dzie­siąt lat.

Wspo­mi­na­li­śmy wcze­śniej o ogrze­wa­niu war­ni­ka i tu wyła­nia się dru­ga zale­ta chło­dziar­ki absorp­cyj­nej. War­nik może być pod­grze­wa­ny zarów­no elek­trycz­nie (12–24-120–240 V), jak i gazo­wo — za pomo­cą nie­wiel­kie­go pal­ni­ka napę­dza­ne­go z butli LPG. Na upar­te­go dało­by się go opa­lać węglem, drew­nem, spi­ry­tu­sem, ole­jem, czy co tam jesz­cze sobie wymy­śli­my — dla­te­go w tytu­le napi­sa­łem, że lodów­ka absorp­cyj­na nada­je się na woj­nę. Albo przy­naj­mniej najazd zom­bia­ków.

Wady chłodziarki absorpcyjnej

Żeby nie było tak różo­wo, popu­lar­ne chło­dziar­ki absorp­cyj­ne nie są urzą­dze­nia­mi o jakiejś pora­ża­ją­cej spraw­no­ści. Pla­su­ją się gdzieś pomię­dzy chło­dziar­ka­mi sprę­żar­ko­wy­mi a ter­mo­elek­trycz­ny­mi. Ponad­to, jeśli doj­dzie do roz­sz­czel­nie­nia insta­la­cji, nikt przy zdro­wych zmy­słach nam tego nie nabi­je. Jak już było wspo­mnia­ne wyżej, sto­so­wa­ne są amo­niak i wodór (pod ciśnie­niem kil­ku­na­stu atm.), gazy nie­przy­jem­ne ze wzglę­du na swo­ją pal­ność. Amo­niak do tego jest tok­sycz­ny i po pro­stu śmier­dzi nie­mo­żeb­nie.

Chłodziarka sprężarkowa — do kuchni

Zasada działania chłodziarki sprężarkowej

Zna­na i lubia­na chło­dziar­ka sprę­żar­ko­wa: urzą­dze­nie wystę­pu­ją­ce w nie­mal każ­dym domu, w tej czy innej posta­ci. Czyn­ni­kiem chłod­ni­czym jest fre­on lub w now­szych mode­lach izo­bu­tan (R‑600) lub 1,1,1,2‑tetrafluoroetan (R‑134a). Fre­ony są bez­piecz­ne, ale mają poten­cjał do nisz­cze­nia war­stwy ozo­no­wej, butan jest łatwo­pal­ny, a tetra­flu­oro­etan w wyso­kich tem­pe­ra­tu­rach roz­kła­da się do tok­sycz­nych gazów. Wybór jak mię­dzy dżu­mą, cho­le­rą i Bóg wie czym jesz­cze. Tak czy ina­czej, R600 i R‑134a stop­nio­wo wypie­ra­ją fre­ony ze wzglę­du na eko­lo­gię.

Ser­cem chło­dziar­ki sprę­żar­ko­wej jest agre­gat, któ­ry na spo­dzie lodów­ki rado­śnie sobie ter­ko­cze (w wer­sji dla szczę­śliw­ców — zbyt­nio nie hała­su­je) i mozol­nie prze­pom­po­wu­je gazo­wy czyn­nik chłod­ni­czy (dla uprosz­cze­nia przyj­mij­my, że fre­on), zwięk­sza­jąc jed­no­cze­śnie jego ciśnie­nie. Czyn­nik chłod­ni­czy następ­nie tra­fia do skra­pla­cza — to ta zata­cza­ją­ca mean­dry rur­ka, wypo­sa­żo­na w ogrom­ny, gorą­cy radia­tor z tyłu lodów­ki. Cza­sa­mi jest zabu­do­wa­na gdzieś z boku. Skro­plo­ny, sprę­żo­ny fre­on, przez filtr i rur­kę kapi­lar­ną prze­ci­ska się do parow­ni­ka, jed­no­cze­śnie czę­ścio­wo odpa­ro­wu­jąc i obni­ża­jąc swo­je ciśnie­nie. Jest to nie­kie­dy zwią­za­ne z wyda­wa­niem przez lodów­kę orga­zmicz­nych jęków. W parow­ni­ku czyn­nik chło­dzą­cy już ostro wrze, pobie­ra­jąc rado­śnie spo­re ilo­ści cie­pła, któ­re ocho­czo odda zaraz po prze­tło­cze­niu przez agre­gat do skra­pla­cza. Cykl się zamy­ka.

Zalety chłodziarki sprężarkowej

Chło­dziar­ka sprę­żar­ko­wa jest tania, pro­sta i bar­dzo efek­tyw­na, co znaj­du­je odzwier­cie­dle­nie zarów­no w cenie, jak i rachun­kach za prąd. Napra­wa jest zazwy­czaj nie­skom­pli­ko­wa­na (o ile kon­struk­tor pomy­ślał o ser­wi­san­tach i nie zalał pian­ką wszyst­kie­go i wszę­dzie). Regu­la­cja tem­pe­ra­tu­ry jest bajecz­nie pro­sta: utrzy­ma­nie jej pole­ga na włą­cza­niu i wyłą­cza­niu dopły­wu prą­du do sil­nicz­ka agre­ga­tu, nad czym czu­wa ter­mo­stat. Agre­gat zawie­ra rucho­me ele­men­ty, więc się dość szyb­ko psu­je… a nie… to zale­ta dla pro­du­cen­ta czę­ści zamien­nych 🙂

Wady chłodziarki sprężarkowej

Pod­sta­wo­wą przy­pa­dło­ścią, na któ­rą cier­pią chło­dziar­ki sprę­żar­ko­we, jest agre­gat. Nie­ste­ty posia­da ele­men­ty mecha­nicz­ne, więc — siłą rze­czy — zuży­wa się. To już nie te cza­sy, kie­dy dobra lodów­ka potra­fi­ła pocho­dzić kil­ka­na­ście lat. Nie­rzad­ko słyszę/czytam, że teraz lodów­ki pada­ją tuż po gwa­ran­cji, cho­ciaż — odpu­kać — nasza jesz­cze dzia­ła po kil­ku latach (pro­du­cen­ta nie zdra­dzę).

O ile wymia­na agre­ga­tu jest raczej bez­pro­ble­mo­wa, bar­dzo pro­ble­ma­tycz­na i kosz­tow­na bywa napra­wa nie­szczel­no­ści insta­la­cji, bo jest ona nie­kie­dy — nomen omen — dość szczel­nie zala­na poro­wa­tą pian­ką. Pozo­sta­je wte­dy kupić nową lodów­kę lub chło­dziar­ko-zamra­żar­kę.

Chłodziarka termoelektryczna — do samochodu

Zasada działania chłodziarki termoelektrycznej

Nie ma chy­ba prost­sze­go urzą­dze­nia chłod­ni­cze­go, niż chło­dziar­ka ter­mo­elek­trycz­na. Zasad­ni­czo, jest to izo­la­cyj­na skrzyn­ka, w któ­rej ścian­ce zain­sta­lo­wa­no ogni­wo Pel­tie­ra, wraz z przy­le­gły­mi do jego powierzch­ni wydaj­ny­mi radia­to­ra­mi. Czę­sto są one chło­dzo­ne wymu­szo­nym prze­pły­wem powie­trza, gene­ro­wa­nym przez nie­wiel­kie wen­ty­la­tor­ki, co z jed­nej stro­ny uła­twia chło­dze­nie pro­mien­ni­ka, a z dru­giej powo­du­je “roz­pro­wa­dza­nie” chło­du rów­no­mier­nie po wnę­trzu lodów­ki. Po dopro­wa­dze­niu prą­du sta­łe­go do modu­łu Pel­tie­ra zaczy­na on prze­pom­po­wy­wać cie­pło z wnę­trza lodów­ki, na zewnątrz. Uzy­sku­je­my w ten spo­sób efekt chło­dze­nia.

Samo ogni­wo Pel­tie­ra jest ele­men­tem cera­micz­no-pół­prze­wod­ni­ko­wym. Skła­da się z dwóch ter­mo­prze­wo­dzą­cych, cera­micz­nych pły­tek, pomię­dzy któ­ry­mi umiesz­czo­ne są połą­czo­ne w sze­reg (dzię­ki cien­ko­war­stwo­wym, mie­dzia­nym ścież­kom), naprze­mien­nie (pod wzglę­dem typu prze­wod­nic­twa p i n) uło­żo­ne pół­prze­wod­ni­ko­we pro­sto­pa­dło­ścia­ny, wyko­na­ne z tel­lur­ku bizmu­tu domiesz­ko­wa­ne­go anty­mo­nem i sele­nem.

Zalety chłodziarki termoelektrycznej

Głów­ną zale­tą jest pro­sto­ta, zwar­tość i trwa­łość kon­struk­cji. Nie ma tu współ­pra­cu­ją­cych ele­men­tów mecha­nicz­nych, a więc nie ma co się zetrzeć czy zła­mać. Chło­dziar­ki ter­mo­elek­trycz­ne są sze­ro­ko sto­so­wa­ne jako nie­wiel­kie lodów­ki samo­cho­do­we, gdyż są nie­by­wa­le odpor­ne na wibra­cje i uszko­dze­nia mecha­nicz­ne. Chło­dziar­kę tego typu na praw­dę trud­no jest zepsuć.

Wady chłodziarki termoelektrycznej

Zdol­ność modu­łu Pel­tie­ra do prze­pom­po­wy­wa­nia cie­pła oto­cze­nia jest wię­cej niż mar­na, bo oprócz cie­pła zewnętrz­ne­go musi prze­pchać cie­pło Joule­’a, któ­re sam wytwa­rza. Lodów­ka samo­cho­do­wa pobie­ra mnó­stwo ener­gii w sto­sun­ku do moż­li­wo­ści, któ­re ofe­ru­je: mizer­nej spraw­no­ści i nie­wiel­kiej obję­to­ści.

Zamiast podsumowania

… będzie tabel­ka.

Mam nadzie­ję, że wszyst­ko jest w mia­rę zro­zu­mia­łe. Jeśli macie jakieś wąt­pli­wo­ści, pyta­nia lub po pro­stu chce­cie się podzie­lić swo­imi spo­strze­że­nia­mi, to zapra­szam do zosta­wie­nia komen­ta­rza. A w następ­nym arty­ku­le zapo­zna­my się z budo­wą i funk­cjo­nal­no­ścią lodó­wek.