Obieg chłodniczy: podstawa certyfikacji F-gazowej

Zrozumienie podstawowego obiegu chłodniczego jest niezbędne dla każdego, kto przygotowuje się do egzaminu na unijny certyfikat A1 w zakresie F-gazów zgodnie z rozporządzeniem wykonawczym (UE) 2024/2215. Niezależnie od tego, czy jako początkujący technik zdobywasz pierwsze uprawnienia F-gazowe, czy jako doświadczony specjalista powtarzasz materiał przed ponownym egzaminem, sprężarkowy obieg chłodniczy stanowi podstawę każdej decyzji podejmowanej podczas diagnozowania usterek na miejscu. Poniższe omówienie przedstawia obieg w sposób, w jaki należy umieć go wyjaśnić podczas egzaminu.

Dwie strony każdego układu

Każdy układ chłodniczy lub klimatyzacyjny z bezpośrednim odparowaniem jest podzielony na dwie odrębne strony:

• Strona wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury (zwykle oznaczana na schematach kolorem czerwonym)
• Strona niskiego ciśnienia i niskiej temperatury (zwykle oznaczana kolorem niebieskim)

Te strony oddzielają dwa elementy — i tylko dwa:

1. Sprężarka — zwiększa ciśnienie czynnika chłodniczego, co z kolei podnosi jego temperaturę
2. Element rozprężny — zmniejsza ciśnienie czynnika chłodniczego, co z kolei obniża jego temperaturę

„Zadaniem sprężarki jest zwiększenie ciśnienia czynnika chłodniczego, aby podnieść jego temperaturę. Zadaniem elementu rozprężnego jest obniżenie ciśnienia czynnika chłodniczego, aby obniżyć jego temperaturę”.

Ten prosty podział stanowi podstawę całej diagnostyki opartej na pomiarach ciśnienia i temperatury. Należy też do podstawowej wiedzy wymaganej na egzaminie teoretycznym na unijny certyfikat A1 w zakresie F-gazów.

Prześledź drogę czynnika chłodniczego w obiegu

Poniższe etapy przedstawiają drogę czynnika chłodniczego przez pełny obieg, zaczynając od wlotu sprężarki.

1. Sprężarka — początek obiegu

Czynnik chłodniczy w postaci pary o niskim ciśnieniu i niskiej temperaturze wpływa do sprężarki (w mniejszych układach często jest to sprężarka tłokowa). Sprężarka spręża tę parę, znacznie zwiększając jej ciśnienie. Wraz ze wzrostem ciśnienia rośnie temperatura. Ze sprężarki wypływa para tłoczona o wysokim ciśnieniu i wysokiej temperaturze.

Pamiętaj: sprężarka jest hermetycznie zamknięta. Znajdujące się wewnątrz uzwojenia silnika elektrycznego mają kontakt z czynnikiem chłodniczym. Oznacza to, że czynnik nie tylko przenosi ciepło w układzie — chłodzi także silnik. Wszystko, co zanieczyszcza czynnik chłodniczy (wilgoć, kwasy, drobiny zanieczyszczeń), zagraża tym uzwojeniom.

2. Skraplacz — oddawanie ciepła na zewnątrz

Gorący gaz ze sprężarki wpływa do wężownicy skraplacza. Powietrze zewnętrzne jest przez nią przetłaczane i odbiera ciepło od czynnika chłodniczego. Oddając ciepło, czynnik skrapla się, przechodząc z pary w ciecz. Na wylocie ze skraplacza powinien mieć postać przechłodzonej cieczy o wysokim ciśnieniu i wysokiej temperaturze — całkowicie w stanie ciekłym, o temperaturze nieco niższej od temperatury nasycenia.

Przechłodzenie to kluczowe pojęcie na egzaminie F-gazowym. W prawidłowo napełnionym układzie z termostatycznym zaworem rozprężnym zwykle dąży się do uzyskania określonej wartości przechłodzenia na wylocie ze skraplacza. Pomiar tej wartości jest jedną ze standardowych metod kontroli napełnienia.

3. Przewód cieczowy — filtr osuszacz i zawory serwisowe

Przechłodzona ciecz przepływa przez:

• Zawór serwisowy na przewodzie cieczowym — punkt podłączenia do pomiaru ciśnienia lub odcięcia przepływu
• Filtr osuszacz — pochłania parę wodną i zatrzymuje zanieczyszczenia

„Zadaniem filtra osuszacza jest pochłanianie pary wodnej obecnej w układzie… tak aby para wodna w układzie nie mieszała się z olejem chłodniczym, co mogłoby uszkodzić uzwojenia elektryczne sprężarki”.

Filtry osuszacze mają ograniczoną zdolność zatrzymywania wilgoci. Po każdym otwarciu układu, lutowaniu twardym lub wymianie elementu należy wymienić filtr osuszacz i prawidłowo przeprowadzić próżniowanie układu — te czynności wiążą się z tematami edycji UE: Kontrole przed uruchomieniem, Zawory rozprężne oraz Postępowanie z czynnikami chłodniczymi.

4. Element rozprężny — spadek ciśnienia

Przechłodzona ciecz jest przetłaczana przez mały otwór — w tym przypadku przez dyszę tłoczkową, choć powszechnie stosuje się również termostatyczne zawory rozprężne (TXV) i elektroniczne zawory rozprężne. Ciśnienie gwałtownie spada, a wraz z nim temperatura nasycenia. Część cieczy natychmiast odparowuje, ponieważ otaczająca ją ciecz ma teraz temperaturę wyższą od nowej temperatury wrzenia.

Do parownika wpływa mieszanina składająca się w przybliżeniu z 80% cieczy i 20% pary powstałej wskutek rozprężania — mieszanina w stanie nasycenia. Jest to stan zamierzony.

5. Parownik — pobieranie ciepła z klimatyzowanej przestrzeni

W parowniku przemiana fazowa umożliwia czynnikowi chłodniczemu pobieranie ciepła. Ponieważ czynnik znajduje się w stanie nasycenia, ciecz i para współistnieją, a całe pobierane ciepło jest wykorzystywane jako utajone ciepło parowania:

• Czynnik chłodniczy wrze w stałej, niskiej temperaturze
• Powietrze z pomieszczenia przepływające przez wężownicę oddaje ciepło wrzącemu czynnikowi chłodniczemu
• Przed końcem wężownicy cała ciecz odparowuje
• Następnie para przegrzewa się do temperatury nieco wyższej od temperatury nasycenia

Czynnik chłodniczy opuszcza parownik jako para o niskim ciśnieniu i niskiej temperaturze — gotowa do ponownego wejścia do sprężarki i rozpoczęcia kolejnego obiegu.

Dlaczego czynnik w stanie nasycenia nigdy nie może dotrzeć do sprężarki

To ważne zagadnienie w teorii F-gazowej i jedna z najczęstszych przyczyn awarii sprężarek w praktyce.

„Ta sprężarka spręża parę. Nie powinien do niej wpływać czynnik chłodniczy w stanie nasycenia — nasycenie oznacza, że w czynniku będzie niewielka ilość cieczy. To uszkodziłoby sprężarkę”.

Ciecz jest nieściśliwa. Jeśli dotrze do cylindrów sprężarki, grozi to:

• Uderzeniami cieczowymi — pękaniem zaworów, płytek zaworowych lub korbowodów
• Rozcieńczeniem oleju — czynnik chłodniczy miesza się z olejem w skrzyni korbowej, wypłukując warstwę smarną
• Uszkodzeniem łożysk — gdy film olejowy traci zdolność przenoszenia obciążeń

Częstą przyczyną jest awaria silnika wentylatora jednostki wewnętrznej lub zatkany filtr: czynnik chłodniczy nie może pobierać ciepła w parowniku, więc nie odparowuje całkowicie, a dopływający przewodem ssawnym czynnik w stanie nasycenia powoduje uderzenia cieczowe w sprężarce.

Powiązanie obiegu z obowiązkami dotyczącymi F-gazów

Choć przepisy dotyczące F-gazów skupiają się na obowiązkach środowiskowych, a nie na termodynamice, umiejętność bezpiecznego postępowania z czynnikami chłodniczymi nadal zależy od zrozumienia procesów zachodzących w układzie. Najważniejsze powiązania wynikające z rozporządzenia (UE) 2024/573 to:

• Art. 5 (kontrole szczelności) — gdy wymagane są kontrole okresowe, ich częstotliwość zależy od napełnienia wyrażonego jako ekwiwalent CO2 w przypadku gazów z załącznika I lub od napełnienia w kilogramach w przypadku gazów z sekcji 1 załącznika II. Zainstalowany system wykrywania wycieków wydłuża odstępy między kontrolami. Zrozumienie obiegu pomaga wskazać potencjalne miejsca wycieków
• Art. 8 (odzysk) — operatorzy muszą zapewnić odzysk F-gazów z obiegów urządzeń chłodniczych, klimatyzacyjnych i pomp ciepła przez osoby posiadające odpowiednie certyfikaty. Zrozumienie właściwości cieczy i pary pomaga bezpiecznie prowadzić odzysk
• Załącznik I — zawiera wykaz F-gazów i ich wartości GWP; kompetentny technik musi umieć powiązać te wartości z wielkościami napełnienia rzeczywistych układów. Sekcja 1 załącznika II wymienia dodatkowe gazy, w tym HFO, oraz ich wartości GWP

Jak pomaga w tym F-Gas Exam Prep

Podstawowy obieg chłodniczy stanowi podstawę tematu Termodynamika w edycji UE i pomaga zrozumieć zagadnienia praktyczne, takie jak Kontrole przed uruchomieniem, Wykrywanie wycieków oraz Postępowanie z czynnikami chłodniczymi. Umiejętność prześledzenia drogi czynnika chłodniczego w obiegu i wyjaśnienia przemian fazowych ułatwia zrozumienie pozostałej części programu.

Aplikacja F-Gas Pro – przygotowanie do egzaminu A1 wspiera te przygotowania na iOS i Androidzie:

• Ponad 540 pytań w stylu egzaminacyjnym z 15 tematów, ze szczegółowym wyjaśnieniem każdej odpowiedzi
• Egzaminy próbne z limitem czasu i ćwiczenia według tematów
• Fiszki i śledzenie postępów
• 12 kalkulatorów, karta urządzeń i dziennik doświadczenia

Aplikacja jest niezależną pomocą do nauki. Nie jest powiązana z żadną jednostką certyfikującą i nie zastępuje zatwierdzonego szkolenia ani egzaminu.

Ćwicz obieg, aż będziesz w stanie go naszkicować i jasno wyjaśnić każdą przemianę fazową. Ta wiedza pomoże zarówno w przygotowaniu do egzaminu na unijny certyfikat A1 w zakresie F-gazów, jak i w pracy praktycznej.