Как устроен и работает кондиционер
Для регулировки и сохранения оптимальной температуры в помещениях используются кондиционеры. Климатическое оборудование устанавливают в частных домах, квартирах и в рабочих помещениях. Чтобы прибор эффективно работал длительный срок, нужно изучить правила эксплуатации кондиционеров, понять принцип его работы и изучить технические особенности устройства.
В статье мы рассмотрим все, что важно знать о конструкции типового кондиционера, техническая схема оборудования, как происходит охлаждение и обогрев воздуха в помещении.
Оглавление:
Особенности устройства кондиционера
Кондиционеры имеют в оснащении ряд элементов, обеспечивающих функциональность прибора. Рассмотрим составные части современных сплит-систем.
Внешний блок
Внешний модуль устанавливается с уличной стороны помещения. В этом блоке находится несколько важных составляющих.
Что входит во внешний модуль:
Внутренний блок
Вторая составная часть сплит-системы – внутренний блок, устанавливаемый внутри помещения, который и обеспечивает распространение охлажденных потоков воздуха.
Составляющие внутреннего блока:
Кроме этого, кондиционеры оснащены передней панелью, через которую внутрь поступает воздух, штуцерными соединениями и мотором вентилятора, обеспечивающим вращение крыльчатки.
Принцип работы и схема кондиционера
Все элементы кондиционера – единая система, соединенная медными трубками, образующими холодильный контур. Принцип работы основан на замкнутом цикле. Рассмотрим, как работает обычный кондиционер.
Принцип работы:
Работа на охлаждение
Охлаждение воздуха – основная функция кондиционеров. Пользователь самостоятельно устанавливает оптимальные параметры температуры воздуха в помещении для обеспечения комфортного микроклимата. При повышении температуры воздуха выше заданных параметров прибор автоматически включается.
Работа на обогрев
В режиме обогрева функционируют некоторые модели двухконтурных сплит-систем. Они выполняют нагрев воздуха до температуры, установленной пользователем. Нагретый воздух равномерно распределяется по помещению. Производительность работы невысокая, поэтому это оборудование нельзя применять в качестве основного источника обогрева.
Изучив особенности устройства кондиционера, принцип работы и его возможности, можно выбрать наиболее подходящий вариант для установки. Это также позволит правильно эксплуатировать климатическое оборудование, обеспечивая комфортный микроклимат в помещении в любую погоду.
История кондиционирования воздуха. Принцип работы кондиционера
С самого начало истории человечества люди хотели жить в комфортных условиях: спать по ночам и не просыпаться от невыносимой жары или не стучать зубами, закутавшись в шкуру мамонта. Современные условия жизни дают такую возможность. И во многом этим мы обязаны кондиционерам.
В данной статье я бы хотел рассказать вам историю создания бытового кондиционера, принцип его работы и поделиться интересными фактами. И быть может, утром, придя на работу и налив себе свежего горячего кофе, вы отвлечетесь от рутинных дел и найдете для себя что-то новое и интересное в этой статье.
Перед тем как начать, дорогой читатель, я хотел бы представиться. Меня зовут Роман, и я работаю техническим специалистом в области кондиционирования воздуха. Я не претендую на звание эксперта, а просто хочу поделиться информацией. Возможно, вы дополните меня и поделитесь своим опытом и знаниями. Это моя первая статья на ХАБР, и я буду рад любой обратной связи
Кондиционирование воздуха в Персии
Бадгир представляет из себя башню, проходящую через всё здание от самых нижних помещений и возвышающуюся высоко над крышей. Внутренняя часть бадгира разделена двумя перпендикулярными и параллельными стенками. Бадгиры бывают разных видов: одно-, двух-, четырех- и восьминаправленные. Могут иметь в своём составе ёмкости с водой или каналы, в которых она протекает. Конструкция бадгира зависит от местности и направления движения ветра.
Но все конструкции имеют один тип работы: ветер попадает в верхние отверстия, которые идут внутрь здания. Под давлением ветра с наветренной стороны поток воздуха опускается в комнаты и вытесняет нагретый в этих помещениях воздух. Появляется постоянная естественная циркуляция воздуха, и она помогает создать более комфортные условия даже в условиях знойной пустыни. Отверстия в верхней части бадгира могут закрываться, когда температура днем становится невыносимой или надвигается песчаная буря.
В Египте её ещё называют «малькаф», а в ОАЭ — «барджиль».
Первые попытки создания кондиционера
Многие люди пытались создать устройство, которое бы охлаждало воздух в помещении. Например, Джон Горри, американский врач, изучавший тропические болезни, охлаждал больничные комнаты при помощи таза со льдом, подвешенного к потолку. Тяжелый холодный воздух направлялся в низ комнаты, к пациенту, а затем уходил через отверстие возле пола. Так изучали влияние воздуха на человека. Дело в том, что в то время существовала гипотеза, что причиной малярии является «плохой» воздух (от итальянского mala aria – «плохой воздух»). Джон Горри использовал труды Оливера Эванса, который работал с паровыми двигателями и заметил, что газ, расширяясь, «охлаждается». В то же время Джейкоб Перкинс продолжил совершенствовать эту идею и, улучшив конструкцию двигателя, получил патент на «Аппарат и средства для производства льда и охлаждающих жидкостей» в 1835 году. Поэтому Джон Горри смог получить патент на «улучшенную технологию производства искусственного льда» в 1851 году (https://patents.google.com/patent/US8080).
Однако все вышеперечисленные попытки большим успехом не увенчались. Настоящий прорыв произошел в 1902 году в Америке. И, как часто это бывает в жизни, создание кондиционера произошло не специально. Дело в том, что инженер-изобретатель Уиллис Кэрриер в типографии Бруклина собрал машину для борьбы с влажностью воздуха. Высокая влажность воздуха в помещении отрицательно влияла на качество печати: летом бумага сохла или разбухала при изменении влажности, цветные чернила при этом расплывались, и изображение получалось размытым.
1915 году Уиллис Кэрриер и шесть его друзей создали компанию Carrier Engineering, которая работает и по сей день. Они сделали настоящие первые шаги по созданию комфорта в помещениях. В 1924 году была установлена система кондиционирования воздуха в одном из крупных универмагов штата Детройта. В этом же году системы кондиционирования также были установлены в кинотеатрах г. Хьюстона в штате Техас. Поток людей в кинотеатры был просто умопомрачительным, в считанные дни оборот кинотеатров вырос более чем в три раза. В период с 1922 по 1930 год были кондиционированы уже свыше 300 кинотеатров по всей Америке.
Уиллис Кэрриер с холодильной машиной
Сплит-система– это система кондиционирования воздуха, которая состоит из двух частей: одного внешнего и одного внутреннего блоков, соединенных между собой медными трубками, в которых находится хладагент.
Первые кондиционеры использовали токсичные газы, такие как аммиак и метилхлорид, которые были не безопасны при их утечке. Томас Мидгли Младший первым предложил в качестве хладагента использовать дифторхлорметан, названный впоследствии фреоном. К слову, FREON — это торговая марка компании Dupont для всех CFC, HCFC или HFC хладагентов. Правильнее называть хладагент R (Refrigerant — охладитель, хладагент) В те годы Томас Мидгли Младший работал в компании General Electric, поэтому первая сплит-система, работающая на фреоне, появилась в 1931 году от компании General Electric.
Давайте рассмотрим холодильный контур холодильной машины:
Данный цикл применим для каждого кондиционера
Вентиляторы – располагаются во внутреннем и внешнем блоке кондиционера, создают потоки воздуха, обдувающие конденсатор и испаритель.
Дроссель – устройство для ограничения подачи жидкости или регулирования потока рабочего материала.
Испаритель – теплообменник, в котором хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное за счет теплоты воздуха в помещении; располагается он во внутреннем блоке кондиционера. Воздух, продуваемый через испаритель, охлаждается, когда кондиционер работает в режиме охлаждения, и нагревается, когда кондиционер работает в режиме обогрева (тогда испаритель становится конденсатором).
Компрессор – поддерживает движение хладагента по холодильному контуру путем его сжатия и подачи под давлением.
Конденсатор – теплообменник, в котором за счет охлаждения наружным воздухом конденсируется хладагент; располагается он во внешнем блоке кондиционера. Воздух, продуваемый через конденсатор, нагревается, когда кондиционер работает в режиме охлаждения, и охлаждается, когда кондиционер работает в режиме обогрева (тогда конденсатор становится испарителем).
Как это работает?
Компрессор сжимает газообразный хладагент. Далее хладагент попадает на конденсатор (теплообменник наружного блока), где, обдуваясь вентилятором, охлаждается и конденсируется. Далее жидкая фаза хладагента попадает на дросселирующее устройство, уменьшает свое давление и дозируется. Затем попадает в испаритель (теплообменник внутреннего блока), где, обдуваясь вентилятором, хладагент испаряется, поглощая тепло из воздуха. После этого уже газообразный хладагент снова попадает в компрессор, где цикл повторяется. Так работает каждый кондиционер.
Устройство кондиционера и принцип работы
Из чего же состоит стандартная сплит-система? Как правило, внутри нее находится замкнутый контур, по которому движется жидкость — хладагент. Перетекая внутри контура, хладагент в одном месте поглощает тепло, для того чтобы выделить его в другом. Этот процесс протекает в специальных трубках – теплообменниках, которые изготавливаются из меди и содержат поперечные перегородки из алюминия. Для более быстрого протекания процессов в теплообменники нагнетают воздух, делая это при помощи специальных вентиляторов.
Исходя из названия процессов, протекающих в теплообменнике, один из них принято называть конденсатором, а другой – испарителем. Когда кондиционер работает «на тепло» в качестве конденсатора выступает внутренний испаритель (часть кондиционера, находящаяся в помещении), а при работе «на холод» – все происходит наоборот. Таков принцип работы кондиционера, но в чем суть?
Холод сам по себе не является законченным продуктом, а лишь производным от переноса тепла с помощью хладагента. Этот процесс в литературе именуется «тепловым насосом». Благодаря ему производительность кондиционера получается в три раза выше, чем его энергопотребление. На первый взгляд это может вызвать недоумение: КПД 300% — неужели такое возможно? Что такое хладагент и как его можно перенести из помещения, в котором температура около 20 градусов, наружу, где температура в два раза выше?
Оказывается все гораздо проще, чем это можно себе предположить. Перенос температуры напрямую зависит от давления, причем происходит он не линейно, а монотонно. Таким образом, в процессе транспортировки величина давления становится выше, чем температура фазового перехода. Закипевший хладагент меняет свое состояние из жидкого в парообразное и начинает поглощать из окружающего воздуха тепло, при этом в теплообменнике создается необходимое давление, при котором температура фазового перехода становится ниже окружающей. В обратном процессе хладагент отдает свое тепло воздуху, и температура перехода повышается.
Еще одной важной деталью в работе кондиционера является замкнутый контур, для создания которого необходимо хотя бы два элемента: компрессор — для повышения давления конденсации и дроссельное устройство — для его понижения. Первый из них устанавливается непосредственно перед конденсатором, а второй перед испарителем.
В целом, насчитывается пять элементов, обязательных в кондиционерах любого типа: замкнутый контур, наружный и внутренний теплообменник, компрессор и дросселирующее устройство. Они являются основной составляющей как самой простой, так и самой сложной сплит-системой.
В наше время для полнофункциональной работы кондиционера в контур добавляют четырехходовой вентиль, благодаря которому он может вырабатывать как тепло, так и холод. Такая сплит-система получила название «кондиционер с реверсивным циклом», дополнительной функцией которого стал перенос тепла из помещения на улицу и обратно.
Наружный блок кондиционера
Важные теплообменники — за что отвечают конденсор и испаритель системы кондиционирования автомобиля?
Работа автомобильного кондиционера основана на переходе хладагента из одного агрегатного состояния в другое: при испарении хладагента поглощается тепло из салона машины, а при последующей конденсации хладагента это тепло рассеивается в атмосферу. Эти процессы происходят в двух теплообменниках, установленных в салоне (испаритель) и во фронтальной части автомобиля (конденсор).
Качество охлаждения салона, нагрузка на компрессор и многие другие параметры в значительной степени зависят от того, насколько эффективно эти два теплообменника выполняют свою функцию.
Основное назначение конденсора — обеспечивать конденсацию предварительно сжатого компрессором газообразного хладагента. Поскольку при сжатии температура хладагента значительно повышается, процесс конденсации невозможен без отвода тепла во внешнюю среду. Как раз этим и занимается конденсор.
Главной его особенностью по сравнению с другими теплообменниками (радиатором двигателя, испарителем, интеркулером и т. д.) является возможность работать под значительно более высоким внутренним давлением — до 34 бар. Этой особенностью, а также необходимостью преобразовывать хладагент из газообразного состояния в жидкое, обусловлен ряд нюансов конструкции конденсоров.
В конденсорах DENSO используется высококачественный алюминий, обладающий максимальной теплопроводностью, благодаря чему обеспечивается эффективный теплообмен с внешней средой. К тому же алюминий не подвержен коррозии и достаточно пластичен. Последние два качества обеспечивают надежную защиту алюминиевых конденсоров DENSO от протечек и других механических повреждений.
Для конденсоров DENSO была разработана конструкция с большим количеством каналов охлаждения сверхтонкого сечения. Такой дизайн обеспечивает значительно большую поверхность охлаждения, что позволяет хладагенту быстрее и эффективнее переходить в жидкое состояние. Сверхтонкие каналы не требуют значительного увеличения толщины стенок для подержания работы при высоком давлении, в силу чего конденсор, оставаясь эффективным и надежным, отличается компактностью и легкостью.
Значительная часть современных конденсоров DENSO оснащена встроенным ресивером осушителем. Раньше автовладельцу периодически приходилось менять осушитель в силу несовершенства используемых для абсорбирования влаги материалов. Встроенные осушители служат гораздо дольше и меняются только в случае разгерметизации системы кондиционирования, например, при проведении ремонта автомобиля или замене компонентов самой системы. Кроме того, такое решение повышает герметичность контура охлаждения
В зависимости от необходимой производительности конденсоры DENSO доступны в двух-, трех- или многоконтурном исполнениях, благодаря чему обеспечивается надлежащее соотношение теплообмена, площади рассеивания и производительности для каждого конкретного варианта применения. Такой подход возможен потому, что инженеры DENSO разрабатывают решения для кондиционирования индивидуально для каждой модели автомобиля в строгом соответствии с требованиями производителя, в силу чего конденсоры, равно как и другие компоненты систем кондиционирования DENSO, обладают оригинальным качеством и максимально легко интегрируются в конструкцию автомобиля.
По функционалу испаритель — полная противоположность конденсора: в нем происходит переход хладагента из жидкого состояния в газообразное за счет нагрева и испарения хладагента. Нагреваясь и испаряясь, хладагент собирает тепло из салонного воздуха, проходящего через ребра испарителя, и переносит это тепло дальше по системе для последующего выведения в атмосферу в конденсоре. При этом воздух, прошедший через испаритель, охлаждается и понижает температуру в салоне автомобиля
Функционал испарителя предопределил конструкцию агрегата — его каналы толще, чем в конденсоре, а работа при низком давлении не требует увеличения прочности стенок каналов. Важной особенностью работы испарителя является низкая температура его поверхности (по сравнению с температурой воздуха как снаружи, так и внутри автомобиля). Из-за этого испаритель может покрываться конденсатом, небольшие лужицы которого можно наблюдать под машиной при ее долгой стоянке с включенным кондиционером.
Наличие конденсата требует усиленной защиты испарителя от коррозии. Помимо этого, необходимо свести к минимуму риск возникновения и размножения бактерий, которые неизбежно появляются во влажной среде, окружающей испаритель. Для решения этой проблемы на поверхность испарителей DENSO наносится особое покрытие. Оно препятствует росту бактерий и появлению неприятного запаха в салоне. Высококачественный алюминий, применяемый в конструкции испарителя, надежно противостоит коррозии. Таким образом обеспечивается долгая и беспроблемная работа одного из самых труднодоступных элементов системы кондиционирования. В некоторых случаях для доступа к испарителю может понадобиться разборка половины салона автомобиля.
Слаженная и правильная работа всех элементов системы кондиционирования — залог ее долгой жизни. Эффективное отведение тепла в атмосферу конденсором снижает нагрузку на компрессор, от площади и производительности испарителя во многом зависти комфорт в салоне. Чем быстрее охлаждается салон, тем реже система будет включать компрессор на полную мощность, что также положительно влияет на долговечность всех узлов. Качественные теплообменники от DENSO — это гарантия того, что кондиционер будет исправно и быстро охлаждать салон автомобиля на протяжении долгих лет. Эти и другие компоненты системы кондиционирования DENSO для рынка послепродажного обслуживания автомобилей можно подобрать в нашем электронном каталоге.
Где находится испаритель кондиционера и зачем он нужен
Испаритель способствует хладагенту в заборе тепла из воздуха в процессе его испарения внутри контура. В моноблоке он размещается рядом с конденсатором, а в сплит-системе во внутреннем блоке.
Принцип действия
Главная функция испарителя – охлаждение прогоняемого через вентилятор воздушного потока. Испаритель является обязательной частью замкнутого фреонового круга.
Состав системы охлаждения и нагрева воздуха:
Фреон, изначально находящийся в газообразном состоянии, сжимается в компрессоре и превращается в жидкость. Воздуху, который попадает в устройство за счёт работы вентилятора, фреон отдаёт своё тепло.
Жидкость попадает в терморегулирующий вентиль, предварительно сбросив часть температуры. Хладагент, получив пониженное давление внутри спиралевидного устройства, охлаждается ещё сильнее.
Попав в испаритель, фреон вновь возвращается в газообразное состояние при взаимодействии с комнатным воздухом, охлаждая пространство комнаты. Циркуляция происходит за счёт работы вентилятора.
Разновидности теплообменников и их устройство
Испарительные теплообменники делятся на 2 типа.
Первый тип: пластинчатые. Между смежных пластин расположены каналы для циркуляции воздуха, попадающего с улицы, и хладагента.
Подтипы пластинчатых теплообменников:
Второй тип: кожухотрубчатые теплообменники. Установленные в кожухе металлические трубы размещены в виде спиральной ленты или пучков, закрепленных внутри патрубков, камеры, крышек, кожуха. Чаще всего в качестве материала используется медь.
Кожухотрубчатые теплообменники разделяются на несколько типов:
| По хладагенту | Аммиачные | Фреоновые | — |
| По расположению труб | Вертикальные | Горизонтальные | — |
| По структуре труб | Ребристые | Гладкие | — |
| По количеству рядов труб | Однорядные | Двухрядные | Пучковые |
Неисправности испарителя
Самая частая проблема – прекращение охлаждения воздуха. В большинстве случаев это случается из-за накопления пыли и грязи, так как они мешают воздуху поступать к теплообменной поверхности.
Загрязнение опасно и для других частей охлаждающей системы – при длительной работе в несоответствующих условиях зачастую перегорает компрессор.
Испаритель кондиционера может покрыться слоем льда, а затем тающая вода, переполнив дренажную ёмкость, польётся в комнату. Такая ситуация происходит из-за разгерметизации контура и утечки фреона. При такой серьёзной поломке рекомендуется обращаться в сервисный центр.
Кондиционер и испаритель в частности могут работать некорректно из-за неправильного монтажа системы. Поэтому, если нет личного опыта по ремонту и установке кондиционеров, не стоит самостоятельно браться за дело. Нужно доверить работу профессионалам.
Вентилятор, который начинает выходить из строя и работает слишком слабо, также влияет на работоспособность всей теплообменной системы.
Очистка оборудования
Внутренний блок сплит системы
Чистка кондиционера проводится минимум 2 раза в год – весной и осенью. Шерсть животных и слишком грязный или влажный воздух, способствующий появлению грибков и плесени, быстрее приводят устройство в критическое состояние. При наличии этих факторов чистка проводится хотя бы 1 раз в 3 месяца.
Сигналы о сильном засорении:
Для процедуры очистки можно вызвать профессионала либо взяться за дело самостоятельно — процесс не слишком сложный.
Схема очистки
Средства для чистки выпускаются в виде пены или аэрозоля. Они обладают дезинфицирующими свойствами, содержат в составе биологически активные компоненты, щелочные добавки и кислоты. Применять их следует согласно инструкции, размещённой на упаковке.
Сэкономить на специальных средствах очистки поможет хлоргексидин. Он эффективно справляется с грязью, грибками и бактериями, а цена его на порядок ниже. Используется в медицине как антисептический раствор. Приобрести можно в любой аптеке.
Самостоятельная чистка теплообменника включает несколько этапов.
Отключите устройство от электропитания. Для большей безопасности обесточьте подачу энергии в квартире на время проведения операции.
Откройте лицевую панель и снимите воздушные фильтры. Под теплой проточной водой промойте фильтр грубой очистки и положите его сушить. Горячую воду и принудительную сушку горячим воздухом применять не следует, так как сетка фильтра может деформироваться.
В зависимости от модели кондиционера испаритель находится под фильтрами либо под крышкой. Чистить нужно аккуратно во избежание поломки устройства. Рекомендуется использовать пылесос с узкой насадкой для шланга.
Аккуратно соберите всю скопившуюся пыль с теплообменника. Затем используйте моющее средство. Лучшим выбором для чистки испарителя станет спрей из-за удобства его использования. Распыляйте спрей на теплообменник до момента, пока средство не начнёт с него капать. Остановитесь, подождите 5 минут и распылите еще раз.
С корпуса и трубок осторожно вытрите остатки от моющего средства. Теплообменник протирать нельзя – высока вероятность случайно деформировать ламели. Средство само постепенно стечёт естественным путём.
Установите все снятые части обратно. Фильтр можно вставлять, когда он будет полностью сухим. Возобновите подачу питания и включите кондиционер.
Если устройство загрязнено слишком сильно из-за отсутствия обслуживания на протяжении долгого времени, следует обращаться в сервис. В критическом состоянии обычные средства для чистки могут не справиться с поставленной задачей. Профессионалы чаще всего используют парогенератор для борьбы с въевшейся грязью.
Цены на обслуживание
Сервис по ремонту и обслуживанию кондиционеров берёт немалые деньги за свою работу. Для ориентации в этом вопросе проанализированы средние цены в Москве на несколько услуг:
| Вид услуги | Минимальная цена (в рублях) |
| Очистка дренажной системы | 500 |
| Сухая очистка конденсатора внешнего блока | 1300 |
| Очистка лопастей вентилятора внутреннего блока | 1400 |
| Чистка испарителя внутреннего блока антибактериальным составом | 1500 |
| Очистка конденсатора внешнего блока с помощью моечной машины | 3000 |
Испаритель является важной деталью в работе кондиционера, поэтому своевременное обслуживание позволит ему долгие годы функционировать без поломок.