In una CA, perché una condizione di basso refrigerante causa il congelamento dell'evaporatore e/o della linea di aspirazione?
È tutta una questione di rapporto temperatura/pressione e di come la pressione influisce sul punto di ebollizione del refrigerante. Come la pressione di un refrigerante sale, così anche la temperatura e il punto di ebollizione. Quando la pressione scende, anche la temperatura e il punto di ebollizione scendono. I sistemi di condizionamento dell'aria (e alcuni sistemi di riscaldamento) ne approfittano per raffreddare (riscaldare) l'aria all'interno di un edificio.
In un sistema normale, il compressore comprime il vapore del refrigerante. Questo fa sì che il vapore sia ad alta temperatura, e ad alta pressione. Il vapore caldo si muove attraverso le bobine del condensatore, dove parte del calore viene trasferito nell'aria esterna. Quando il vapore esce infine dal condensatore, è un liquido caldo. Il liquido caldo si muove attraverso la linea del liquido, nell'edificio verso le bobine dell'evaporatore. Poco prima che il refrigerante liquido caldo raggiunga l'evaporatore, viene forzato attraverso un dispositivo di misurazione. Il dispositivo effettivamente utilizzato dipende dal sistema, ma i tubi capillari sono comuni.
Quando il liquido caldo viene forzato attraverso il dispositivo di misurazione, la pressione diminuisce notevolmente. La caduta di pressione fa sì che anche la temperatura e il punto di ebollizione del liquido scenda. Poiché l'aria interna è forzata sulle bobine dell'evaporatore, il refrigerante liquido freddo nelle bobine assorbe calore dall'aria. Il calore provoca l'ebollizione del refrigerante, che lo trasforma in un vapore a bassa pressione. Quando il refrigerante raggiunge l'estremità dell'evaporatore, è un vapore freddo. Il vapore freddo viaggia lungo la linea di aspirazione, e torna al compressore dove il ciclo di refrigerazione può ricominciare.
Quando il refrigerante nel sistema è basso, anche la pressione; e quindi la temperatura, del refrigerante sarà più bassa. In un sistema normale, la temperatura del refrigerante all'inizio dell'evaporatore sarà proprio intorno alla temperatura di congelamento dell'acqua (32°F). Quando l'aria interna si muove sulle bobine fredde, l'umidità dell'aria si condensa sulle bobine. Questa condensa sgocciolerà innocua dalle bobine e finirà nello scarico della condensa.
Quando il refrigerante è basso, la temperatura del refrigerante all'inizio delle bobine dell'evaporatore sarà più fredda del punto di congelamento dell'acqua (meno di 32°F). Poiché le bobine sono così fredde, la condensa che si forma sulle bobine congelerà. Quando il ghiaccio si accumula sulle bobine, limita il flusso d'aria attraverso le bobine. A causa della restrizione, il refrigerante non può assorbire tanto calore dall'aria interna che si muove sulle bobine. Ciò provoca l'ebollizione del refrigerante nell'evaporatore, che fa sì che il ghiaccio si formi ulteriormente lungo le bobine. Questa situazione continua a progredire, fino a quando l'intero evaporatore è un blocco di ghiaccio. Una volta che ciò accade, il refrigerante inizierà a bollire nella linea di aspirazione. Questo fa sì che la temperatura della linea di aspirazione si abbassi, e proprio come nell'evaporatore, fa congelare la condensa.
Alla fine il congelamento si fa strada fino al compressore, che è dove il problema può davvero iniziare. Se si lascia funzionare in questa condizione per troppo tempo, il refrigerante liquido può ritornare al compressore. Se ciò accade, il compressore può essere danneggiato.
Va anche notato. Una volta che il livello del refrigerante scende troppo basso, il sistema smette di funzionare. Quindi questo problema si verifica solo in un “punto dolce”, dove il refrigerante è basso, ma non troppo basso.
Prima un po’ di background. L'HVAC è costituito da un circuito refrigerante chiuso. All'esterno della vostra casa ci saranno un compressore e delle bobine. Il compressore comprime il refrigerante e il processo di compressione costringe il refrigerante a cedere il calore in eccesso che si esaurisce nelle bobine. All'interno della vostra casa c'è un'unità evaporante con bobine. Il refrigerante passa attraverso una stretta apertura, a questo punto si espande dall'altra parte come un gas (si pensi ad una bomboletta spray). Il processo di conversione in gas assorbe il calore dalle bobine (che hanno l'aria di ritorno che passa sopra di loro nel loro percorso verso i condotti).
Quando i livelli di refrigerante si abbassano, ci sono diversi modi per capire questo impatto. Ho visto descrivere che c'è meno refrigerante per assorbire il calore dalla casa e il circuito chiuso diventa troppo freddo dopo aver esaurito il poco calore che raccoglie all'esterno. Ma per me ha più senso immaginare l'effetto della caduta di pressione nelle bobine dell'evaporatore. Più le cadute di pressione in quelle bobine, più estrema è la differenza di temperatura man mano che il refrigerante si espande fino a diventare un gas sempre meno denso. Ma tenete presente che avete ancora meno refrigerante che sposta il calore, quindi, mentre il refrigerante che rimane è più freddo, è anche meno efficiente.
Inoltre, quel refrigerante a temperatura più bassa ha un lato negativo. Una volta che le bobine scendono al di sotto del punto di congelamento, l'umidità dell'aria di ritorno che passa sopra le bobine non si condensa e non esaurisce lo scarico della condensa (pensate a un bicchiere freddo in una giornata calda e umida, le vostre bobine hanno un aspetto normale). Invece, la condensa si congela fino a quando non è un blocco solido di ghiaccio e l'aria non può passare attraverso. Questo stesso problema può accadere se si fa funzionare l'HVAC quando la temperatura esterna è troppo bassa, tanto calore viene rimosso dalle bobine esterne, che quando il refrigerante passa attraverso l'evaporatore è al di sotto del punto di congelamento. Questo è il motivo per cui è molto importante non sovradimensionare un HVAC per la vostra casa, raffredderà l'aria troppo velocemente e provocherà il congelamento, e funzionerà per periodi di tempo molto brevi ma non rimuoverà abbastanza umidità a causa di quei brevi tempi di funzionamento, lasciandovi molto umidi in estate.