Что охлаждает воздух в кондиционере
Принцип работы кондиционера
В основе работы любого кондиционера лежит свойство жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять его при конденсации. Рассмотрим, как происходит этот процесс в сплит-системе:
Подробнее об устройстве кондиционера рассказывается в следующем разделе — Конструкция кондиционера.
Этот процесс лежит в основе работы любого кондиционера и не зависит от его типа, модели или производителя. В «теплых» кондиционерах в холодильный контур дополнительно устанавливается четырехходовой клапан (на схеме не показан), который позволяет изменить направление движения фреона, меняя испаритель и конденсатор местами. В этом случае внутренний блок кондиционера нагревает воздух, а наружный блок охлаждает его.
Отметим, что одна из наиболее серьезных проблем при работе кондиционера возникает в том случае, если в испарителе фреон не успевает полностью перейти в газообразное состояние. Тогда на вход компрессора попадает жидкость, которая, в отличие от газа, несжимаема. В результате происходит гидроудар и компрессор выходит из строя. Причин, по которым фреон может не успевать испариться, может быть несколько. Самые распространенные — загрязненные фильтры (при этом ухудшается обдув испарителя и теплообмен) и работа кондиционера при низких температурах наружного воздуха (в этом случае в испаритель поступает переохлажденный фреон).
В чем разница между кондиционером и осушителем воздуха
Обращаем Ваше внимание, что в статье мы опишем работу осушителей, построенных на конденсационной схеме, основой работы которых является компрессор. Существуют и другие типы воздухоосушителей, основанные на принципе адсорбции. Однако на рынке климатической техники подавляющее большинство именно конденсационных. Это обусловлено их высокой эффективностью и относительно низкой ценой.
Как работают кондиционеры
Кондиционеры применяются везде, где требуется охладить воздух. Это частные дома, офисные здания, склады, автомобили и даже лодки. Чтобы упростить статью, мы собираемся ограничиться только центральными системами кондиционирования (СК) или, иначе говоря, сплит системами. Почти все они разделены на 2 блока, один находится внутри помещения, а другой за пределами – на улице.
Основные части кондиционера
И кондиционеры, и осушители состоят из четырех основных компонентов:
1. Компрессор – нагнетает хладагент
2. Конденсатор – сжимает и уплотняет хладагент переводя его в жидкое состояние
3. Клапан расширения – облегчает резкое сокращение давления
4. Испаритель – испаряет хладагент (переводя его из жидкого в газообразное состояние)
Движение хладагента
Работа СК основана на основах термодинамики. Многие вещества имеют несколько агрегатных состояний. Агрегатное состояние зависит от температуры и давления. В природе существует 3 состояния вещества – твердое, газообразное и жидкое. В зависимости от температуры и давления происходит переход от газообразного состояния в жидкое и наоборот. В кондиционерах применяется именно это свойство – переход агрегатных состояний вещества. Переход из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией, а наоборот испарение. При рассуждении о газообразном состоянии применяют два термина – газ и пар.
Чтобы лучше понять, как системы кондиционирования работают, давайте проследуем по пути хладагента, когда он двигается трубкам СК. Отметим температуру, давление и фазу (жидкость/газ) хладагента во время каждой стадии процесса, поскольку эти качества диктуют направление тепла.
Практически все сплит системы имеют два блока – один внутренний, где расположен вентилятор с испарителем, другой внешний, где находятся вентилятор с конденсатором и компрессор. Оба блока соединены трубопроводом, по которому они обмениваются теплоносителем.
Начнем с испарителя. Как говорилось выше, теплообменник испарителя находится внутри здания. Компрессор (расположенный вне дома рядом с теплообменником конденсатора) создает на входе зону пониженного давления и холодный пар низкого давления из испарителя засасывается внутрь, где он сжимается и превращается в горячий пар высокого давления. При сжатии температура теплоносителя резко повышается. Горячий пар высокого давления после компрессора нагнетается в конденсатор, где пар конденсируется в жидкое состояние. У конденсатора, как испарителя, есть множество металлических ребер с большой суммарной площадью поверхности, для того чтобы отдать избыточное тепло в атмосферу. Предусмотренный вентилятор прогоняет более холодный наружный воздух через конденсатор для более активной передачи тепла.
Отдав избыточное тепло фреон попадает в расширительный клапан, где резко снижается давление и жидкость частично испаряется. Во время испарения температура хладагента резко падает. Процесс испарения требует энергии. И уже охлажденный теплоноситель возвращается в испаритель. Вентилятор, установленный рядом с испарителем, забирает теплый воздух из охлаждаемого помещения и пропускает его через пластины испарителя, заставляя остающуюся жидкую часть смеси испаряться. Это испарение вызывает дальнейшее понижение температуры хладагента. У нас теперь образовался прохладный пар низкого давления, который в конечном счете снова засасывается в компрессор системы. Этот процесс происходит непрерывно по замкнутому кругу.
Отметим, что в описании процесса, мы описали два различных пути, которыми охлаждается воздух.
1 Для жидкой части газовой смеси а в змеевике испарителя, чтобы превратиться в пар нужна энергия. Эта энергия поставляется в форме тепловой энергии от теплого воздуха, который поставляется через теплообменник. Теплый воздух охлаждается, и жидкий компонент охлаждающей смеси в теплообменнике испарителя получает энергию, это и заставляет изменить фазу от жидкости до газообразного.
2 Тепловой энергии от теплого воздуха недостаточно, чтобы существенно поднять температуру хладагента, поэтому для перехода в жидкое состояние требуется компрессор, который повышая давление существенно увеличивает температуру.
Как работает осушитель
Различия между кондиционерами и конденсационными осушителями
Что касается конструкции, то осушители состоят из тех же четырех компонентов – компрессор, конденсатор, клапан расширения (или подобное устройство), и испаритель. Существенное различие в месторасположении этих компонентов. В воздухосушителе все детали располагаются в одном корпусе. Вы скажете, что существуют мобильные кондиционеры и они тоже состоят из одно блока. И Вы будете правы, но только отчасти, т.к. расположением и параметрами компонентов они все равно отличаются.
Расположение каждого из этих компонентов, которые мы упомянули выше, очень важно, поскольку это касается того, для чего каждая установка оптимизирована (для охлаждения или осушения). Повторимся, что у кондиционера испаритель и конденсатор находятся в двух отдельных местах. Один расположен в доме (испаритель), а другой расположен вне дома (конденсатор). В системе СК воздух, который охлаждается в испарителе, подается назад в дом как прохладный воздух. В осушителе воздух, который охлаждается в испарителе, вместо этого немедленно подается на теплообменник конденсатора, прежде чем попадет обратно в помещение.
Прежде всего потому, что преследуются разные цели. В обоих устройствах проходят одни и те же физические процессы. Задача кондиционера забрать тепло из здания и выбросить тепло наружу именно поэтому блоки находятся в разных местах, теплоноситель является связующим звеном между ними. И да, вернусь к мобильным версиям – они менее эффективно охлаждают воздух чем сплит-системы и да, они все равно выбрасывают горячий воздух наружу здания. Еще одним неоспоримым их минусом является шум от работы установки внутри помещения. Что касается осушителей, то их цель превратить воду из газообразного состояния в жидкое, тем самым осушить пространство или вытянуть влагу из продукта.
Конструкция осушителя построена таким образом, что оба теплообменника расположены рядом в виде моноблока. Вентилятор засасывает влажный воздух через испаритель (не забыли – он холодный) где он охлаждается до точки росы. Точка росы — это температура воздуха, при которой содержащийся в нём пар достигает состояния насыщения и начинает конденсироваться в воду. Так вот эта влага конденсируется на ребрах испарителя и стекает в дренажный лоток, откуда потом отводится в канализацию. Воздух же, уже сухой затем проходит через теплообменник конденсатора, забирая тепло нагревается снова (у нас нет задачи понизить температуру) и отдается обратно в помещение.
Есть и другие отличия: осушителем управляет гигростат, а кондиционером термостат. Гигростат измеряет влажность, а термостат температуру. Установив требуемый уровень влажности, осушитель будет его поддерживать в автоматическом режиме. Он будет включаться при повышении установленного уровня влажности и отключаться при понижении.
Другие преимущества, которые осушители имеют перед кондиционерами:
2. Дополнительные функции, такие как таймер и автоматическое размораживание. Многие производители также предлагают дополнительные режимы, чтобы обеспечить более эффективное удаление влажности.
3. Намного более низкая потребляемая мощность – ОВ потребляют намного меньше энергии, чем системы центральной системы кондиционирования воздуха.
4. Неизменная температура воздуха – ОВ незначительно поднимает температуру в помещении.
5. Встроенный гидростат – позволяет потребителю устанавливать точный желаемый уровень влажности.
Как работает кондиционер в режиме охлаждения и нагрева воздуха
Сегодня кондиционеры присутствуют почти в каждом доме, жители используют их для охлаждения воздуха в помещении в жаркую погоду. Вместе с тем, прибор способен и выполнять противоположную задачу — прогревать комнаты в холода. Немногие знают, как именно работают эти две функции, основные возможности и особенности техники.
Устройство и принцип работы обычного кондиционера
Важно! Некоторые пользователи полагают, что принцип работы сплит-системы заключается в заборе уличного воздуха и его последующей отдачи в помещение. Это мнение ошибочно. Модели, способные подмешивать свежий уличный воздух, встречаются крайне редко и стоят очень дорого.
Как охлаждается и нагревается воздух с помощью кондиционера
Действие системы представляет собой замкнутый цикл. Охлаждение и нагрев — это два взаимообратных процесса, поэтому понять принцип работы аппарата можно, ознакомившись только с одним из них.
При охлаждающем режиме происходят следующие действия:
При обогреве протекает обратный процесс — вместо испарения происходит конденсация охладителя.
Полезно! Кондиционирующие агрегаты потребляют немало электроэнергии, поскольку в основе их работы лежат двигатель и компрессор. С другой стороны, потребляемая энергия раза в три меньше трансформируемой, в связи с чем использование кондиционера в качестве обогревателя считается экономически выгодней, чем применение специализированной техники.
Устройство кондиционеров
Лучшим образом понять принцип работы системы можно, ознакомившись с отдельными составляющими прибора. Сплит-система состоит из двух комплектующих — внутреннего и внешнего, которые не могут существовать друг без друга и являются взаимосвязанными.
Внешняя часть кондиционера
Внутренний блок
Располагается внутри помещения, его устройство во многом схоже с конструкцией внешнего, но имеет свои конструктивные особенности:
Разновидности кондиционеров
Существует несколько видов охлаждающей техники. Все они работают по одинаковому принципу, но все же имеют свои особенности, отличительные черты. Приспособления различаются по типу подачи воздуха, конструкции, способу установки внутреннего блока.
Инверторный
Такой аппарат предназначен для экономии энергии и увеличения срока службы компрессора. Работа осуществляется не рывками в смене режимов «включение-выключение», а непрерывно, но плавно и не в полную силу. Благодаря такой особенности, двигатель не выходит из строя быстро. Скорость вращения компрессора регулируется при помощи преобразования переменного тока в постоянный и обратно, но уже с другой частотой.
Сплит-система
Такие системы не подают свежий воздух, а работают только за счет циркуляции воздушных потоков в помещении. Содержащиеся фильтры помогают не только повышать или понижать температуру, но и очищать воздух, удалять пыль, бактерии, ионизировать воздух. Такая разновидность считается самой экономичной и удобной.
Рекомендация! Несмотря на то, что сплит-системы способны работать и на охлаждение, и на обогрев, не стоит включать прибор при сильном морозе. Их эффективная и безопасная эксплуатация обеспечивается при температуре не ниже 15 градусов Цельсия.
Мультисплит-система
Отличие таких установок заключается в том, что они состоят из одного наружного и нескольких внутренних блоков. Данные экземпляры предназначены для создания оптимальных климатических условий сразу в нескольких комнатах или одной очень большой. При всем удобстве и эффективности подобной техники, она имеет свои минусы, такие как высокая стоимость и сложный монтаж, требующий привлечения специалистов.
Напольный
Мобильный
Для автомобиля
Принцип работы такой системы ничем не отличается от комнатных. Он также способен формировать и поддерживать оптимальный микроклимат в салоне, дополнительно снижая влажность, устраняя неприятные запахи и очищая воздух. Более современные модели оснащены ионизаторами и увлажнителями для повышения комфорта водителя и пассажиров.
Польза кондиционера
Получить все положительные качества от пользования кондиционирующими аппаратами удастся только в том случае, если обеспечивать регулярную чистку, качественный уход и своевременный ремонт изделий. Особенно важна чистка фильтров, поскольку загрязненные фильтрующие элементы способны навредить здоровью человека.
Как работают режимы кондиционера: охлаждение, обогрев, осушение и кое-что еще
Содержание
Содержание
Суровые зимние морозы остались позади, а вместе с ними ушло и последнее тепло из отопительных батарей квартир. Но прохладные весенние ночи еще дают о себе знать, и в эти моменты всегда хочется поддать жару. Выход есть — включаем кондиционер. Он не только охлаждает, но еще и сушит, проветривает, ионизирует, греет и даже помогает засыпать. Как? Объясняем.
Кондиционер — это определение для климатической системы, которое мы не всегда верно понимаем. Со словом «кондиционер» обычно возникает ассоциация с африканским летним зноем и дребезжащим ящиком в окне. Или стиральным порошком. Но комнатный кондиционер — это не только «охлаждалка», а средство для проветривания и восстановления воздуха. Климатическая система умеет греть, сушить, увлажнять, фильтровать и даже ионизировать воздух — и все в одном флаконе.
Охлаждение
Охлаждение воздуха в сплит-системе происходит благодаря фазовому переходу. Чтобы разобраться с первого раза, опустим сложные технические подробности и объясним на пальцах. Причем буквально.
Нагрейте воду до 37-38 °C, намочите тряпку и проведите по тыльной стороне руки — тепло? А теперь подуйте на это место — прохладно? Протрите насухо и сравните температуру одной руки с другой. Вода, даже нагретая выше температуры тела, охладила кожу и это не волшебство, а закон природы. Испаряясь в атмосферу, вода прихватывает с собой и часть теплового излучения с поверхности. Так работает штатная система охлаждения человека — перегреваясь, тело избавляется от поверхностного нагрева вместе с испаряющимся потом.
В кондиционере работает похожая система, только вместо пота используется инертный газ, а тепло забирается из комнатного воздуха. Чтобы запустить этот процесс, компрессор сжимает фреон в замкнутой системе до 20-25 атмосфер, тем самым нагревая его до 80-90 °C. После этого в сжатом состоянии газ подается на внешний испаритель (уличный блок), охлаждается и переносится к части внутреннего блока. Затем сильно сдавленный газ встречает препятствие в виде капиллярного дросселя — медной трубки с очень маленьким диаметром, при прохождении через которую фреон снова превращается в газ и начинает активно снимать тепло с внутреннего теплообменника. В результате радиатор быстро отбирает тепло у комнатного воздуха и передает его фреону. Этот процесс повторяется до тех пор, пока кондиционер не охладит воздух в помещении до заданной температуры.
Осушение
Осушение существует по умолчанию во всех современных сплит-системах и работает практически так же, как и «снежинка». Тем не менее эффект, полученный из сопел системы, немного отличается.
В стандартном режиме охлаждения кондиционер перемешивает комнатный воздух в пределах внутреннего блока. В результате попадания теплого воздуха на охлажденные ребра радиатора возникает конденсат — концентрация влаги из воздуха. Этот эффект можно получить, если подышать на стекло — сначала оно запотеет, а затем влага сформируется в капли. Сила эффекта зависит от разности температур, уровня влажности и атмосферного давления. Чем больше влаги в воздухе и выше его температура, тем больше конденсата останется на ледяном радиаторе, а затем попадет на улицу через дренаж.
Чтобы избежать переохлаждения воздуха, но избавиться от сырости, приходится использовать режим осушения. Принцип работы идентичен стандартной работе кондиционера на минимальной температуре, но вместо того, чтобы перемешивать воздух с большой скоростью, кондиционер снижает обороты вентилятора и работает на бреющем полете. В таком режиме радиатор не успевает быстро отдавать холод проходящему потоку, но эффективно конденсирует влагу. Так устроена базовая «сушилка».
Тем не менее воздух охлаждается и назвать это полноценным осушением нельзя. Представим такую ситуацию: лето, за окном +28 °C, и только что прошел сильный ливень. Жарко, душно и влажность просто зашкаливает. Включаем кондиционер в режим просушки и вперед — сушит и освежает одновременно. Но что, если на улице осень, высокая влажность, и окружающая температура уже не «под тридцать», а всего +10-15 °C? Хочется не только избавиться от влаги в помещении, но и сохранить тепло. Для этого современные системы используют гибридный радиатор и специальный клапан, который регулирует давление фреона в конденсаторе внутреннего блока и делит его на две части. Половина радиатора продолжает охлаждать и осушать воздух, а вторая половина — нагревает, чтобы поддерживать температурный баланс.
Вентилятор и фильтрация
В этом режиме сплит-система перестает быть кондиционером и превращается в обычный вентилятор. В распоряжении пользователя с пультом остается лишь пара команд — дуй быстрее и направь поток в потолок. И все же, такая система отличается от классического напольного вентилятора.
Воздух в комнате можно сравнить со слоеным пирогом — вверху жарко, посередине тепло, внизу холодно. И, если зимой в помещении работает отопление, радиаторы которого способствуют перемешиванию, то в межсезонье этот процесс приостанавливается. Тогда в светлой комнате с несколькими окнами становится невыносимо жарко, а в ванной комнате воздух не успевает прогреваться до комфортной температуры. Чтобы выровнять температуру во всем доме, можно быстро бегать по комнатам, размахивая руками или использовать кондиционер.
Вентилятор в сплит-системе легко перемешивает слои: нагретый воздух поднимается к потолку, попадает в воздухозаборник климатической системы и принудительно выталкивается лопастями турбины в заданном шторками направлении — туда, где находится человек. Кроме того, даже самая бюджетная модель кондиционера имеет систему фильтрации — для моделей попроще это сетчатый нейлоновый фильтр, который задерживает крупные фракции пыльной взвеси. Этого достаточно, чтобы сделать воздух чище и полезнее для дыхания.
Продвинутые системы поддерживают сразу несколько уровней фильтрации: фотокаталитические, электростатические и абсорбционные HEPA-фильтры (как в пылесосе), угольные картриджи и фильтры из листьев чайного дерева. А еще фильтры с витамином С и системой ионизации — заряжает воздух отрицательными ионами. Все чаще в современных моделях климатических системах можно встретить энзимные и антибактериальные фильтры — они очищают воздух от аллергенов и вредных частиц, убивают микробов и вирусы. Вряд ли кто-то после такого захочет включать напольного «карлсона».
Отопление
Кондиционер и отопление — звучит контрастно, хотя вполне реально. Современные сплит-системы умеют не только охлаждать и освежать воздух, но также хорошо его нагревают. Более того, некоторые проекты новых умных домов рассчитаны на отопление лишь с помощью систем кондиционирования. И это не удивительно — потребляя «из розетки» один киловатт энергии, кондиционер дарит пользователю в два-три раза больше холода или тепла. И нет, это не вечный двигатель, а принцип работы теплового насоса.
В электротехнике существует понятие КПД — коэффициент полезного действия. Чем он выше, тем выгоднее использовать электрический прибор. Например, стандартный масляный радиатор или конвектор может конвертировать 1 кВт электроэнергии в 900 Вт тепла. Остальные 100 Вт будут затрачены на работу электроники. Максимальный КПД может составлять 100 %, но на практике максимум, который можно получить из современных систем — 95-98 %.
Потребляя из сети 1100 Вт электричества, сплит-система может обеспечить до 3-4 кВт тепла или холода. Выходит, что КПД кондиционера колеблется в районе 300–400 %. Однако такая формула неверна — принцип работы теплового насоса заключается в использовании неучтенных источников. В данном случае это уличный воздух, который имеет меньшую температуру, чем сжатый фреон в системе и может запросто охладить радиатор с газом на несколько десятков градусов. Фреон сдавливается, нагревается, переносится во внешний радиатор, охлаждается, переносится во внутренний радиатор и превращается обратно в газ. Чем сильнее остужается фреон во время сжатия, тем ниже температура смеси будет после попадания в капиллярную трубку внутреннего блока. Сетевое электричество в данном случае затрачивается лишь на работу компрессора и навесной электроники.
Обыграем ситуацию в простом формате. Представим велосипедиста, который соревнуется на стадионе. Чтобы разогнаться и поддерживать скорость, ему требуется некоторое количество энергии. Если ему в спину дует ветер, то велосипедист при том же количестве затраченной энергии разгонится в два раза быстрее. Таким образом, организм затратит столько же Ватт (джоулей), но скорость велосипеда окажется выше. Так вот, усталость и голод велосипедиста — это то, что ему придется восполнить после гонки (заплатить за электроэнергию по счетчику), а попутный ветер — это неучтенная энергия, которую восполнять не придется (ветер, который охлаждает фреон).
О принципе работы кондиционера в режиме отопления можно легко догадаться — если одна сторона всегда холодная, а другая горячая, то почему бы их не поменять местами? Именно так это и работает — специальный клапан меняет направление движения фреона, и радиаторы меняются местами. Теперь уличный блок отдает в атмосферу холод и забирает тепло, а внутренний блок, наоборот, нагревает воздух в помещении. Качество работы и количество тепла зависят от температуры на улице. Чем меньше температура за окном, тем сложнее кондиционеру получить тепло из атмосферы. Подробнее о работе теплового насоса и отоплении кондиционером зимой мы уже рассказывали.
Ночной режим
Прохлада и свежесть в жаркий летний зной — это полезно и комфортно. Но от резких перепадов температур человек может простудиться. Тем более, если речь идет об охлаждении комнаты ночью, когда пользователь не может контролировать температуру и скорость обдува. Но что делать, если за окном +35 °C тепла даже ночью, а отдыхать хочется в комфорте? Включаем ночной режим.
Производители поддерживают этот режим с подачи исследований ученых. Говорят, что человеческий организм лучше всего отдыхает при низких температурах и быстро просыпается в тепле. Парадоксально, но факт. Поэтому в современных сплит-системах есть кнопка Sleep, которая позволяет использовать кондиционер круглосуточно даже в спальне.
При включении ночного режима, климатическая система переходит в «щадящий» режим и меняет алгоритм работы. Пользователь включает таймер, указывает кондиционеру время начала сна и пробуждения и уходит спать. Система самостоятельно рассчитывает работу так, чтобы во время сна температура в комнате оставалась на 1-2 градуса ниже нормы, а ко времени пробуждения, наоборот, поднялась до комфортного уровня. Кондиционер также снижает обороты вентилятора, чтобы перемешивание воздушных слоев было менее активным. В итоге ноль сквозняков и сниженный шум от сплит-системы.
Инвертор или классика?
Тепловые насосы бывают двух видов: классические и инверторные. Классические обычно называют on/off — включен/выключен. Это сокращение указывает на принцип работы компрессора. Чтобы нагнать холодный воздух, компрессор включается и сразу работает на 100 %. Набрав установленную пользователем температуру, система отключается. Этот алгоритм постоянно повторяется. Таким образом, температура в комнате регулируется не степенью охлаждения радиатора, а продолжительностью его охлаждения и обдува.
Инверторный компрессор работает иначе — ему не нужно постоянно включаться и выключаться, чтобы поддерживать установки пользователя. Для этого он плавно регулирует обороты и ускоряется, когда нужно быстро охлаждать, или работает на бреющем полете, чтобы поддерживать комфортную температуру. Отсюда несколько плюсов: тихая работа компрессора, экономия энергии, уменьшенная нагрузка на проводку в доме, плавная работа и плавная регулировка температуры.
А если…
А если после прочтения подробного материала все же остались вопросы и хочется больше наглядных картинок, схем и инфографики, то смотрим гайд по выбору домашнего кондиционера, делаем правильный выбор и предвкушаем летнюю жару с отличной климатической установкой в просторном зале.