На рисунке №4 Показана упрощенная схема холодильного контура бытового настенного кондиционера сплит-системы, основной задачей которого является охлаждение воздуха внутри кондиционируемого помещения (Или другими словами удаление тепла из помещения и перенос его на улицу). Рабочим веществом для перемещения тепловой энергии является хладагент. Охлаждение воздуха производится за счет действия в холодильном контуре термо-динамического процесса, которы имеет 4 составляющие:
- Испарение хладагента, которое происходит внутри теплообменника испарителя внутреннего блока.
- Конденсация хладагента, которая происходит внутри теплообменника конденсатора наружного блока.
- Сжатие хладагента, которое производит компрессор, расположенный в наружном блоке.
- Дросселирование, которое происходит внутри капилярной трубки наружного блока.
Как известно при испарении хладагента, то-есть при его переходе из жидкого состояния в газообразное, он поглощает тепловую энергию, или другими словами, охлаждает испаритель.
При конденсации хладагента, то-есть при его переходе из газообразного состояния в жидкое, хладагент отдает тепловую энергию, или другими словами нагревает конденсатор. Процессы конденсации и испарения происходят при определенных условиях, создаваемых в теплообменниках.
Одним из главных элементов холодильного контура является расширительное устройство - капилярная трубка. Капилярная трубка имеет малое пропускное сечение по сравнению с другими элементами холодильного контура, подобно горлышку от бутылки. Таким образом компрессор создает зону высокого давления до капилярной трубки - в теплообменнике конденсатора (Зона высокого давления на схеме кондиционера выделена красным цветом), и зону низкого давления после капилярной трубки в теплообменнике испарителя (Зона низкого давления на схеме кондиционера выделена синим цветом). Газообразный хладагент на выходе из компрессора имеет высокое давления и температуру. Попадая в теплообменник конденсатора хладагент начинает конденсироваться - переходить из газообразного состояния в жидкое. Процесс конденсации происходит в следствие того, что вентиляторы, создавая циркуляцию наружного воздуха через теплообменную поверхность конденсатора охлаждают его, а следовательно и хладагент. При этом конденсируясь, хладагент отдает тепловую энергию наружному воздуху. Далее жидкий, сконденсированный хладагент попадает в капилярную трубку, а затем в зону низкого давления. В зоне низкого давления, давление, а следовательно и температура жидкого хладагента падает. Пройдя по линиям межблочных фреоновых коммуникаций хладагент поступает во внутренний блок и далее в теплообменник испарителя. Вентилятор внутреннего блока, создавая циркуляцию кондиционируемого воздуха через теплообменник испарителя нагревают его. Хладагент, находящийся с другой стороны теплообменной поверхности испарителя испаряется поглащая тепло и охлаждая теплообменник. На выходе из испарителя хладагент находится только в газообразном состоянии. Далее по линиям межблочных фреоновых коммуникаций фреон возвращается обратно в компрессор
В современном мире система кондиционирования уже давно не является предметом роскоши, а совсем наоборот, перешла в разряд бытовой техники первой необходимости. Благодаря высокой функциональности кондиционер создает в помещении наиболее благоприятные климатические условия для здоровья людей.
Что такое сплит-кондиционер?
Сплит-система - это устройство, которое отвечает за создание и поддержание в закрытом помещении определенных параметров: температуры, чистоты, влажности и скорости движения воздуха. В отличие от обычного оконного кондиционера, который объединяет вентилятор и охлаждающий элемент в один корпус, и устанавливается непосредственно в оконный проем, сплит-система состоит из двух блоков для установки внутри и снаружи помещения, которые соединяются между собой медными трубками. Таким образом, сплит-система представляет собой замкнутый контур, в котором постоянно происходить циркуляция фреона.
Что такое инверторная сплит-система?
Неинверторный кондиционер работает по принципу включения и отключения компрессора при повышении или понижении установленной температуры в помещение. А автоматически снижает мощность работы, когда достигает заданной температуры в помещении и поддерживает её без потери электроэнергии.
Как работает сплит-система?
Принцип действия любой сплит-системы заключается в способности жидкости при испарении поглощать тепло и в момент конденсации его выделять. В компрессор поступает газообразный фреон при низком давлении, здесь он сжимается и нагревается, после чего поступает в конденсатор, где обдувается холодным воздухом и становится жидкостью. Из конденсатора фреон направляется в терморегулирующий 
вентиль, остывает и поступает в испаритель. Здесь, забирая у воздуха тепло, фреон переходит в газообразное состояние, вследствие чего воздух в комнате охлаждается и весь холодильный цикл начинается сначала.
Следует отметить, что некоторые кондиционеры кроме режима охлаждения воздуха в помещение, также могут работать и в режиме обогрева. Принцип работы сплит-системы на обогрев основан на том же процессе, что и охлаждение, только наружный и внутренний блок как бы меняются местами. В результате, в наружном блоке происходит испарение, а во внутреннем конденсация. Однако, обогрев помещений с помощью сплит-системы возможно только при плюсовой уличной температуре, в обратном случае грозит поломкой компрессора.
Чтобы понять принцип работы кондиционера не обязательно быть выпускником технического вуза по профилирующей специальности. Достаточно освежить в памяти основные тезисы из школьного курса физики, получить некоторые пояснения по интересующим вопросам и тогда… Тогда вы сможете осознанно выбирать систему кондиционирования, на ваш выбор не повлияет красноречие продавца-консультанта, и, вероятнее всего, вы не соблазнитесь магией слова «распродажа». За вашими решениями будет серьёзная основа - необходимые знания и понимание того, какой именно аппарат необходим в конкретно вашем случае. Вы поймёте, как рассчитать мощность кондиционера и сделаете расчёт самостоятельно! Понимание того, как работает кондиционер, поможет не допустить досадных ошибок при эксплуатации. Вы будете горды удачной покупкой! Итак, приступим…
Каким образом чудо-прибор, названный «кондиционером» способен охлаждать, а иногда и нагревать воздух? - Для ответа необходимо вспомнить всего лишь одно правило из школьного курса физики. Как вы помните, при испарении жидкостей (переходе из жидкого состояния в газообразное) происходит поглощение тепла, т. е. охлаждение (вспомните, какой холодной становится салфетка, смоченная в ацетоне).
При обратном процессе - конденсации (переход вещества из газообразного в жидкое) происходит выделение тепла, т. е. нагревание, что также используется в кондиционерах. На этом принципе работают не только кондиционеры, но и практически все охладительные приборы (холодильники, рефрижераторы, кулеры для воды). В качестве хладагента в таких агрегатах обычно используются фреоны, они обладают свойством при сравнительно небольшом изменении давления легко переходить из газообразной фракции в жидкую и наоборот.
Основные разновидности агрегатов
Для начала вкратце рассмотрим, какие вообще бывают кондиционеры и в чем основные отличия различных видов этой техники. В зависимости от области применения и предназначения существует множество видов и моделей кондиционеров: промышленные, бытовые, автомобильные, оконные, стационарные и переносные.
Промышленные кондиционеры характеризуются высокой мощностью и энергопотреблением, они способны регулировать микроклимат в больших помещениях, для бытовых моделей более актуальны такие параметры как экономичность, бесшумность работы и простота в обслуживании. Кондиционеры могут быть выполнены в одном корпусе или состоять из нескольких блоков, но принципиальная схема работы любого кондиционера основана на правиле уже рассмотренном выше.
Сегодня в быту наиболее популярны сплит-системы (как наиболее продуктивные, экономичные и удобные в эксплуатации), поэтому рассмотрим, на примере такого устройства особенности работы кондиционеров.
Устройство кондиционера на примере сплит-системы
Не смотря на то, что сплит-система состоит из внутреннего и наружного блоков, по принципу работы она повторяет устройство бытового кондиционера любого другого типа, ведь в её основе находится полностью герметичный замкнутый контур, заполненный хладагентом, состоящий из теплообменников соединённых медными трубками. Теплообменник во внутреннем блоке называется испарителем, а в наружном - конденсатором.
Хладагент, перетекая по системе, переносит тепловую энергию между теплообменниками, все это происходит благодаря компрессору, находящемуся во внешнем блоке. Для эффективного теплообмена между хладагентом и воздухом в каждом из блоков установлены вентиляторы прогоняющие воздух через теплообменники. Ещё одним важным узлом прибора является дроссельное устройство, оно установлено во внутреннем блоке перед испарителем и необходимо для понижения давления фреона с целью преобразования последнего в газообразную фракцию.
Весь процесс работы кондиционера в режиме охлаждения воздуха происходит следующим образом. Компрессор в наружном блоке нагнетает хладагент, повышая давление в конденсаторном теплообменнике, чем вызывает переход его в жидкую фракцию, что сопровождается выделением тепла, которое отводится в воздух благодаря работе вентилятора.
Охлаждённый хладагент по медному трубопроводу поступает во внутренний блок, где проходя через дроссельное устройство, закипает, переходя в газообразное состояние, поглощая тепло, сильно охлаждает испарительный теплообменник. Вентилятор внутреннего блока продувает воздух, забираемый из помещения, который охлаждаясь, возвращается обратно. При этом на пластинах испарителя конденсируется влага, которая по пластиковой трубке отводится в канализацию или наружу. Далее хладагент возвращается по медной трубке в компрессор и цикл повторяется.
Во внутреннем блоке сплит-системы производится очистка воздуха и его охлаждение (а также нагревание, если это предусмотрено конструкцией)
Некоторые кондиционеры могут работать в режиме подогрева воздуха в помещении, для этого в наружном блоке сплит-системы имеется четырёхходовой вентиль, с помощью которого осуществляется движение фреона в обратном направлении. В таком случае конденсатор становится испарителем, а испаритель конденсатором.
Как провести расчет требуемой мощности
Так как кондиционеры чаще используются с целью охлаждения воздуха, а реже для подогрева, расчет кондиционера производится по мощности охлаждения. Важный момент - не следует путать охладительную мощность кондиционера с его энергопотреблением. Мощность охлаждения у бытовых кондиционеров в 2.5-4 раза выше потребляемой ними мощности электроэнергии. Получается что КПД устройства около 300%! Как такое возможно? Всё довольно просто - электроэнергия используется, по сути, не на охлаждение воздуха, а лишь на перенос тепла из помещения на улицу.
Ориентировочно расчет кондиционера по площади производится исходя из соотношения - 1 кВт мощности охлаждения к 10 м 2 площади помещения при высоте потолка до 3 м. Для более точных расчётов следует учитывать тепло выделяемое электроприборами, людьми пребывающими в помещении, размер окон и интенсивность воздействия солнца. При расположении комнаты с южной стороны и большой площади окон необходим запас мощности до 20%.
Формула расчета мощности кондиционера выглядит так:
Q - притоки тепла (Вт);
S - площадь комнаты (м 2)
h - высота комнаты (м);
q - коэффициент воздействия солнца (сильно освещённое 40 Вт/м 3 , средне - 35 Вт/м 3 , слабо - 30 Вт/м 3).
К этим притокам следует добавить 0.1 кВт тепла на каждого человека и около 1/3 паспортной мощности работающих в помещении электроприборов.
Суммированием всех теплопритоков можно узнать необходимую расчётную охладительную мощность кондиционера.
Очень важно правильно произвести расчет производительности кондиционера. Ясно, что в жару при недостатке мощности кондиционер попросту не справится с поставленной задачей, будет работать на износ и преждевременно выйдет со строя, но и чрезмерно мощный аппарат также брать не следует. Кондиционер большой мощности в малом помещении будет часто отключаться, что, по сути, будет способствовать преждевременному износу.
Хорошо зарекомендовали себя в плане плавного распределения мощности инверторные кондиционеры. Принцип работы инверторного кондиционера состоит в возможности изменения производительности компрессора без полного его выключения. Безостановочная работа компрессора существенно снижает его износ, экономит электроэнергию и позволяет более гибко регулировать температуру воздуха в помещении.
На этом всё. Полученная информация поможет сориентироваться при покупке, ведь вы знаете теперь, как рассчитать кондиционер по мощности и площади, как выяснить его производительность и в чём принципиальное отличие инверторных кондиционеров.
Многие из нас пользуются дома или на работе агрегатами для охлаждения воздуха в помещениях – кондиционерами. Но о том, как они функционируют, знает далеко не каждый. Задача данной статьи – объяснить устройство и принцип работы сплит-системы, что наиболее часто встречаются в нашей повседневной жизни.
Устройство бытового кондиционера
Современная сплит – система разделена на две части – наружный и внутренний блоки. Каждый из них выполняет свою функцию и содержит набор соответствующего оборудования. Внутри корпуса наружного блока находится теплообменник – конденсатор, вентилятор, призванный прогонять через него воздух, и компрессор – нагнетатель давления. Из более мелких, но не менее важных функциональных элементов следует выделить осушитель, расширительный клапан и соединительные трубки из меди. Кроме того, устройство данного узла предусматривает запитку от электросети, для чего в нем имеется необходимые электротехнические элементы, а также средства автоматизации.
Примечание. В случае когда конструкцией предусматривается работа сплит-системы на обогрев, в наружном блоке дополнительно установлен четырехходовой клапан с электроприводом, подогреватель компрессора и регулятор давления конденсации.
Внутренняя часть кондиционера помимо корпуса содержит теплообменник – испаритель с , фильтрующие элементы, жалюзи для направления потока воздуха и ванночку для сбора конденсата. Между внутренним и наружным блоком прокладываются 2 магистрали для хладоносителя, по трубе с большим диаметром он движется в виде газа, с меньшим – в жидком состоянии. Ниже на рисунке показано устройство сплит-системы с указанием основных элементов:
1 – компрессор; 2 – четырехходовой клапан для переключения режимов «зима – лето»; 3 – электронный блок; 4 – осевой вентилятор; 5 – теплообменник – конденсатор; 6 – магистрали для хладагента; 7 – центробежный вентилятор; 8 – теплообменник – испаритель; 9 – фильтр грубой очистки; 10 – фильтр тонкой очистки.
Принцип работы
Сплит – система, как и всякая холодильная машина, отличается очень высокой эффективностью. Для примера: охладитель, потребляющий электрическую мощность в размере 1 кВт, обладает холодопроизводительностью ориентировочно 3 кВт. При этом никакие законы сохранения энергии не нарушаются и КПД установки вовсе не 300%, как можно подумать.
Следует понимать, что принцип работы кондиционера заключается не в производстве холода, а в переносе тепловой энергии из одного места в другое посредством хладагента, называемого рабочим телом.
В качестве рабочего тела выступает фреон, чья температура кипения почти на 100 ºС ниже того же показателя у воды. Хитрость состоит в том, что для парообразования любая жидкость должна получить большое количество тепловой энергии, ее рабочее тело и отнимает у комнатного воздуха в испарителе. В физике эта энергия называется удельной теплотой парообразования.
Испаренный во внутреннем блоке фреон по трубке большого диаметра поступает в компрессор, создающий давление в сплит-системе и далее, в теплообменник – конденсатор. Рабочее тело, находящееся под давлением, интенсивно конденсируется в нем при контакте с наружным воздухом, высвобождая в атмосферу ранее поглощенное тепло. Только теперь это называется удельной теплотой конденсации, при постоянном количестве фреона в системе ее величина равна затраченной энергии парообразования. Как происходит описанный процесс, показывает схема работы кондиционера сплит-системы:
После перехода в жидкую фазу хладагент проходит через осушитель с целью отделения влаги и входит в расширительный клапан. Здесь за счет резкого увеличения размера канала (сопла) снижается давление и рабочее тело снова возвращается в испаритель за очередной порцией тепла.
Из электрооборудования, потребляющего значительную мощность, на схеме можно увидеть два вентилятора и компрессор, остальные источники энергопотребления ничтожно малы. То есть, приведенный в примере 1 кВт электричества расходуется лишь на вращение осей вентиляторов и компрессора, всю остальную работу проделывает фреон.
Все прочие функции – за системами автоматики. По достижении установленной температуры в помещении датчик подает сигнал на блок управления, а тот останавливает компрессор и вентиляторы, процесс прекращается. Воздушная среда в комнате нагрелась, - и датчик снова инициирует запуск охладителя, такая циклическая работа идет непрерывно. В то же время инверторные сплит – системы, чья конструкция немного отличается от устройства обычных кондиционеров, никогда не останавливают процесс. Такие агрегаты характеризуются плавным изменением температуры и тихим режимом работы компрессора.
Примечание. При интенсивных процессах теплообмена на ребрах испарителя и конденсатора выпадает влага, содержащаяся в воздухе, для ее сбора и отвода конструкция кондиционера предусматривает ванночку и систему трубок.
Для перехода установки в режим подогрева воздуха происходит переключение направления движения рабочего тела, вследствие чего теплообменники меняются функциями, наружный становится испарителем и отбирает теплоту из окружающей среды, а внутренний действует как конденсатор, передавая эту энергию в помещение. Для перераспределения потоков в схему введен четырехходовой клапан, чтобы не приходилось мудрить с компрессором.
Заключение
Сплит – система, как и другие холодильные машины, является очень экономичной в силу эффективности своей работы. Именно по этой причине они получили широкую популярность для создания комфортных условий в зданиях различного назначения.
Как работает система чиллер-фанкойл
Что такое инверторный кондиционер
Как включить кондиционер на обогрев
Как выполняется антибактериальная чистка кондиционера