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.
Parametr | Rodzaj chłodziarki | ||
---|---|---|---|
absorpcyjna | sprężarkowa | termoelektryczna | |
Różnorodność | ++ | +++ | + |
Pojemność | ++ | +++ | + |
Efektywność energetyczna | ++ | +++ | + |
Trwałość konstrukcji | ++ | + | +++ |
Łatwość naprawy | + | ++ | +++ |
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.
Bardzo to techniczne i skomplikowane 🙂
A starałem się jak najprościej opisać 🙂 Na szczęście następna część będzie przyjemniejsza.
Ciekawy artykuł. Może by tak następny o transporcie lodówek bo dużo kłótni na ten temat,
Dzięki 🙂 Coś pomyślę, bo jakiś czas temu sam miałem z tym kłopot.
Jest jakiś sposób na podniesienie wydajności lodówki absorbcyjnej? Jakiś wentylator na radiatorze czy coś?
Myślę, że kombinowałbym właśnie w tę stronę. Wentylator na radiatorze-skraplaczu powinien przyspieszyć oddawanie ciepła do otoczenia, a tym samym poprawić zdolność chłodziarki do przepompowywania ciepła z wnętrza na zewnątrz. Jednocześnie tracimy jej największą zaletę, czyli brak konieczności używania energii elektrycznej, ponieważ wentylatory z reguły zasilane są prądem.
Można by się pokusić też o zainstalowanie niewielkiego wentylatorka wewnątrz, który wyrównywałby temperaturę w obrębie całej komory, gdyż zimne powietrze będzie miało tendencję (jako cięższe) do gromadzenia się w jej dolnej części.
Obydwa rozwiązania będą wymagały zużycia dodatkowej energii, co pogorszy sprawność, jako taką, ale jednocześnie zawartość chłodziarki będzie szybciej schładzana. Kwestia do rozważenia.
Witam.
Jak sprawdzić lodówkę absorbcyjną ?Słychać , że coś w niej chlupie ‚komin robi się ciepły a nie chłodzi ?Pozdrawiam
Specjalistą od lodówek absorpcyjnych się nie czuję, ale spotkałem się z taką sugestią, żeby “przyblokowaną” chłodziarkę absorpcyjną odłączyć od zasilania, poprzewracać na różne strony i przetrzymać w danej pozycji, aż ustanie chlupot. Chodzi o to, aby cała ciecz spłynęła do dolnej części układu chłodniczego. Nie wiem czy pomoże, ale może warto spróbować.
Zasada działania absorpcyjnej… …mózg staje w poprzek…
hm ciekawe jak by tu skonstruować zamiast podgrzewacza instalacje na dachu z panela i wykorzystać ciepło do klimatyzacji ?
Pomysł wydaje się genialny =)
Ok …z praktycznej strony Chłodziarka absorpcyjna w przyczepie …niby traci się na niezależności podłączając wentylatory gdyż używają prąd …ale mały , naprawdę mały panel słoneczny na dachu zasila te wentylatory …niezależnie od akumulatora a nawet jeszcze kolejne służące do wentylacji przyczepy . czym bardziej słońce grzeje tym bardziej przyczepa i lodówka są wentylowane .I takie proste rozwiązanie niweluje niską sprawność tych chłodziarek . W moim przypadku po zastosowaniu wiatraczków ( z zasilaczy PC) temperatura w lodówce spadła o 10 stopni i byłem zmuszony przestawić termostat .…działała zbyt dobrze 😉
Świetne rozwiązanie z tym panelem fotowoltaicznym 🙂 Na wszystko jest sposób.
Do Piotr Londyn:
A gdzie dokładnie należy umieścić te wentylatorki z tyłu lodówki czy wewnątrz) ? Pytam bo mam taką lodówkę w Kampingu i zależy mi na jak najlepszym jej działaniu.