Hoe werkt uw airconditioningsysteem thuis?

De werking van een airconditioningsysteem voor thuis is voor velen van ons een raadsel. Ovens zijn gemakkelijk te begrijpen: ze verwarmen lucht en blazen deze door uw huis door kanalen. Ketels maken heet water of stoom en verplaatsen het via leidingen door uw huis. Maar hoe zorgen airconditioningsystemen voor lekkere koude, ontvochtigde lucht tijdens de zomerdagen? Om het te begrijpen, moet je teruggaan naar een principe dat je misschien hebt geleerd in een natuurkundeles op de middelbare school of universiteit: de wetenschappelijke wet dat elk gas afkoelt als het in volume toeneemt.

De onderdelen

Hoewel het een kleine vereenvoudiging is, kun je een airconditioner zien als een machine die warmte uit je huis haalt en deze naar buiten dumpt door vijf onderling verbonden onderdelen te gebruiken:

• Koelmiddel
• Compressor
• Condensor
• Expansieklep
• Verdamperbatterij

Er zijn veel soorten airconditioningsystemen die in huis kunnen worden gebruikt, waaronder raamunits, draagbare airconditioners, kanaalloze airconditioners en centrale airconditioningsystemen. Ondanks hun verschillen is de fysica van hoe ze werken echter hetzelfde, en ze gebruiken allemaal het proces van directe-expansie-koeling. Dit werkt in principe hetzelfde als de koelkast in de keuken van uw huis.

Koelmiddel

Het koelmiddel is het "bloed" dat door koelbuizen in het airconditioningsysteem pompt. Het verandert van toestand van gasdamp naar vloeistof terwijl het warmte uit uw huis verzamelt en die warmte naar buiten afvoert. Een koudemiddel is een unieke stof omdat het een zeer laag kookpunt heeft. Dit betekent dat het bij lage temperaturen verandert van een vloeistof naar een damp. Dit is essentieel om een airconditioningsysteem veilig te laten werken zonder gevaarlijke hitte te genereren. Het koelmiddel beweegt echter niet vanzelf door het systeem; het vereist een compressor om het te pompen.

Compressor

Beschouw de compressor als het "hart" van het systeem, het onderdeel dat het koelmiddel door alle koelcomponenten pompt in een grote koperen lus. Koudemiddel komt de compressor binnen als warme damp onder lage druk en verlaat deze als hete damp onder hoge druk. Deze transformatie wordt mogelijk gemaakt door de condensor.

Condensor

Van de compressor gaat hete koelmiddeldamp naar de condensor. Hier wordt de hete koudemiddeldamp onder hoge druk gekoeld terwijl deze door condensorspiralen stroomt. De spoelen hebben dunne metalen vinnen (vergelijkbaar met de structuur aan de voorkant van een autoradiator) die de warmte van de spoelen geleiden. Een condensorventilator blaast lucht over de vinnen om de afkoeling van de damp in de spoelen te versnellen. (Het gebruik van een vinkam tijdens routineonderhoud helpt om deze vinnen in vorm te houden.) Als het koelmiddel afkoelt, verandert het van een hete damp in een hete vloeistof onder hoge druk en beweegt het naar het expansieventiel. De compressor, condensorbatterij en condensorventilator bevinden zich allemaal in die grote luidruchtige doos in uw achtertuin, die vaak een condensatie-unit wordt genoemd.

Expansieklep

Het expansieventiel is wat echt het werk van koeling doet. Als het hete vloeibare koudemiddel aan de ene kant door een kleine opening onder hoge druk in de klep gaat, komt het aan de andere kant tevoorschijn als een koele lagedruknevel. Dit is het resultaat van een natuurlijke eigenschap van gassen: als een gas uitzet, koelt het af. De airconditioner is eigenlijk niets meer dan een apparaat dat is ontworpen om het koelgas te laten uitzetten, en dat is wat het vermogen creëert om de lucht te koelen door zijn warmte af te voeren.

Verdamperbatterij

De volgende stap is waar uw huis daadwerkelijk wordt gekoeld. De koude vloeistof onder lage druk die nu het expansieventiel buiten verlaat, loopt binnen naar de verdamperspiraal gelegen in het plenum van uw oven. (Het plenum is de grote metalen doos tussen de oven en het leidingwerk.) Hier blaast de warmere lucht in uw huis over de verdamperspiraal en verwarmt deze, terwijl de spiraal die het koude, geëxpandeerde koelgas vervoert lucht die over de verdamper blaast. Deze gekoelde lucht wordt vervolgens door het kanaalwerk gecirculeerd. Terwijl het koelmiddel nu begint op te warmen, begint het te koken en verandert het van een koude vloeistof in een warme damp (een proces van verdamping). De warme koudemiddeldamp gaat vervolgens terug naar de compressor en de condensatie-unit buiten, wanneer deze weer uitzet en weer afkoelt, waardoor de koelcyclus wordt voortgezet.

Het samenvoegen

In de typische centrale airconditioning is de koelcyclus een continu proces waarbij koel koelmiddel warmte absorbeert uit de binnenlucht en zich uitbreidt tot een warm gas, naar een buitenunit gaat waar het die warmte afvoert en terugkeert naar een koele vloeistof, en vervolgens terugkeert binnenshuis om meer warmte te absorberen en de cyclus voort te zetten. Ondanks de schijnbare complexiteit van de componenten, is de betrokken fysica vrij eenvoudig: het principe waarmee een gas altijd afkoelt als het uitzet. Elk airconditioning- of koelsysteem is slechts een systeem waarmee de uitzetting en condensatie van koelgas zorgvuldig wordt gecontroleerd om te profiteren van die fysieke eigenschap.