Rysunek nr 4 przedstawia uproszczony schemat obwodu chłodniczego domowego klimatyzatora ściennego typu split, którego głównym zadaniem jest schładzanie powietrza wewnątrz klimatyzowanego pomieszczenia (czyli inaczej usuwanie ciepła z pomieszczenia i przenieść na ulicę). Substancją roboczą do przenoszenia energii cieplnej jest czynnik chłodniczy. Powietrze jest schładzane w wyniku działania procesu termodynamicznego w obiegu chłodniczym, który składa się z 4 elementów:
- Parowanie czynnika chłodniczego występujące wewnątrz wymiennika ciepła parownika jednostki wewnętrznej.
- Kondensacja czynnika chłodniczego występująca wewnątrz wymiennika ciepła skraplacza jednostki zewnętrznej.
- Sprężanie czynnika chłodniczego wytwarzane przez sprężarkę umieszczoną w jednostce zewnętrznej.
- Dławienie występujące wewnątrz rurki kapilarnej jednostki zewnętrznej.
Jak wiadomo, czynnik chłodniczy podczas odparowywania, czyli przejścia ze stanu ciekłego do stanu gazowego, pochłania energię cieplną, czyli inaczej mówiąc, chłodzi parownik.
Kiedy czynnik chłodniczy skrapla się, to znaczy przechodzi ze stanu gazowego do ciekłego, czynnik chłodniczy wydziela energię cieplną, czyli innymi słowy, podgrzewa skraplacz. Procesy kondensacji i parowania zachodzą w określonych warunkach powstałych w wymiennikach ciepła.
Jednym z głównych elementów obwodu chłodniczego jest urządzenie rozprężne - rurka kapilarna. Rurka kapilarna ma niewielką powierzchnię przepływu w porównaniu do innych elementów obwodu chłodniczego, np. szyjki butelki. Tym samym sprężarka tworzy strefę wysokiego ciśnienia przed kapilarą - w wymienniku ciepła skraplacza (strefa wysokiego ciśnienia na schemacie klimatyzatora zaznaczona jest na czerwono) oraz strefę niskiego ciśnienia za kapilarą w wymienniku ciepła parownika (Niskie ciśnienie strefa ciśnienia na schemacie klimatyzatora jest zaznaczona na niebiesko). Czynnik chłodniczy opuszczający sprężarkę ma wysokie ciśnienie i temperaturę. Gdy czynnik chłodniczy dostanie się do wymiennika ciepła skraplacza, zaczyna się skraplać – następuje przejście ze stanu gazowego do stanu ciekłego. Proces kondensacji zachodzi w wyniku tego, że wentylatory cyrkulując powietrze zewnętrzne przez powierzchnię wymiany ciepła skraplacza, schładzają go, a tym samym czynnik chłodniczy. Jednocześnie podczas skraplania czynnik chłodniczy uwalnia energię cieplną do powietrza zewnętrznego. Następnie ciekły, skondensowany czynnik chłodniczy dostaje się do kapilary, a następnie do strefy niskiego ciśnienia. W strefie niskiego ciśnienia spada ciśnienie, a co za tym idzie i temperatura ciekłego czynnika chłodniczego. Po przejściu przez linie komunikacji freonowej międzyblokowej czynnik chłodniczy dostaje się do jednostki wewnętrznej, a następnie do wymiennika ciepła parownika. Wentylator jednostki wewnętrznej przepuszcza klimatyzowane powietrze przez wymiennik ciepła parownika i podgrzewa je. Czynnik chłodniczy znajdujący się po drugiej stronie powierzchni wymiany ciepła parownika odparowuje, pochłaniając ciepło i chłodząc wymiennik ciepła. Na wylocie parownika czynnik chłodniczy występuje wyłącznie w stanie gazowym. Ponadto, zgodnie z międzyblokową komunikacją freonową, freon powraca z powrotem do sprężarki
We współczesnym świecie klimatyzacja już dawno przestała być przedmiotem luksusowym, a wręcz przeciwnie, stała się niezbędnym sprzętem gospodarstwa domowego. Dzięki swojej wysokiej funkcjonalności klimatyzator stwarza w pomieszczeniu najkorzystniejsze warunki klimatyczne dla zdrowia człowieka.
Co to jest klimatyzator typu split?
System split to urządzenie, które odpowiada za stworzenie i utrzymanie określonych parametrów w zamkniętym pomieszczeniu: temperatury, czystości, wilgotności i prędkości powietrza. W przeciwieństwie do konwencjonalnego klimatyzatora okiennego, który łączy wentylator i element chłodzący w jedną obudowę i jest instalowany bezpośrednio w otworze okna, system dzielony składa się z dwóch jednostek do montażu wewnętrznego i zewnętrznego, połączonych rurami miedzianymi. Zatem system podzielony jest obwodem zamkniętym, w którym stale krąży freon.
Co to jest system podziału falownika?
Klimatyzator bezinwerterowy działa na zasadzie włączania i wyłączania sprężarki w przypadku wzrostu lub spadku zadanej temperatury w pomieszczeniu. A po osiągnięciu zadanej temperatury w pomieszczeniu automatycznie zmniejsza moc roboczą i utrzymuje ją bez strat prądu.
Jak działa system podzielony?
Zasadą działania każdego układu dzielonego jest zdolność cieczy do pochłaniania ciepła podczas parowania i oddawania go w momencie skraplania. Freon wchodzi do sprężarki pod niskim ciśnieniem, tutaj jest sprężany i podgrzewany, po czym dostaje się do skraplacza, gdzie jest przedmuchiwany zimnym powietrzem i staje się cieczą. Ze skraplacza freon przesyłany jest do termoregulatora 
zawór, ochładza się i wchodzi do parownika. Tutaj, pobierając ciepło z powietrza, freon przechodzi w stan gazowy, w wyniku czego powietrze w pomieszczeniu zostaje schłodzone i cały cykl chłodzenia rozpoczyna się od nowa.
Należy zaznaczyć, że niektóre klimatyzatory oprócz schładzania powietrza do pomieszczenia, mogą także pracować w trybie grzania. Zasada działania podzielonego systemu ogrzewania opiera się na tym samym procesie, co chłodzenie, tylko jednostki zewnętrzne i wewnętrzne wydają się zamieniać miejscami. W rezultacie w jednostce zewnętrznej następuje parowanie, a w jednostce wewnętrznej kondensacja. Ogrzewanie pomieszczeń systemem split jest jednak możliwe tylko przy dodatnich temperaturach zewnętrznych, w przeciwnym razie może dojść do awarii sprężarki.
Aby zrozumieć zasadę działania klimatyzatora, nie trzeba być absolwentem uczelni technicznej na swoim kierunku studiów. Wystarczy odświeżyć pamięć głównych punktów ze szkolnego kursu fizyki, uzyskać wyjaśnienia na interesujące Cię zagadnienia, a potem... Wtedy będziesz mógł świadomie wybrać system klimatyzacji, na Twój wybór nie będą miały wpływu elokwencja konsultanta ds. sprzedaży i najprawdopodobniej nie dasz się uwieść magii słowa „sprzedaż” ” Twoje decyzje będą oparte na poważnych podstawach - niezbędnej wiedzy i zrozumieniu, jakie urządzenie jest potrzebne w Twoim konkretnym przypadku. Zrozumiesz, jak obliczyć moc klimatyzatora i sam wykonasz obliczenia! Zrozumienie działania klimatyzatora pomoże Ci uniknąć irytujących błędów podczas pracy. Będziesz dumny z udanego zakupu! Więc zacznijmy...
W jaki sposób cudowne urządzenie zwane „klimatyzatorem” jest w stanie chłodzić, a czasem i podgrzewać powietrze? - Aby odpowiedzieć, musisz zapamiętać tylko jedną zasadę ze szkolnego kursu fizyki. Jak pamiętacie, podczas parowania cieczy (przejścia ze stanu ciekłego w stan gazowy) następuje absorpcja ciepła, czyli ochłodzenie (pamiętajcie, jak zimna staje się serwetka nasączona acetonem).
Podczas procesu odwrotnego – kondensacji (przejścia substancji ze stanu gazowego w ciecz) wydziela się ciepło, czyli ogrzewanie, które wykorzystuje się także w klimatyzatorach. Na tej zasadzie działają nie tylko klimatyzatory, ale także prawie wszystkie urządzenia chłodzące (lodówki, lodówki, chłodnice wodne). Freony są zwykle stosowane jako czynnik chłodniczy w takich urządzeniach; mają one właściwość łatwego przejścia z frakcji gazowej do cieczy i odwrotnie przy stosunkowo niewielkiej zmianie ciśnienia.
Główne typy jednostek
Na początek przyjrzyjmy się pokrótce, jakie są rodzaje klimatyzatorów i jakie są główne różnice między różnymi typami tego sprzętu. W zależności od obszaru zastosowania i przeznaczenia istnieje wiele rodzajów i modeli klimatyzatorów: przemysłowe, domowe, samochodowe, okienne, stacjonarne i przenośne.
Klimatyzatory przemysłowe charakteryzują się dużą mocą i zużyciem energii, są w stanie regulować mikroklimat w dużych pomieszczeniach; w przypadku modeli domowych ważniejsze są takie parametry, jak wydajność, cicha praca i łatwość konserwacji. Klimatyzatory mogą być wykonane w jednej obudowie lub składać się z kilku bloków, ale podstawowy schemat działania dowolnego klimatyzatora opiera się na zasadzie omówionej już powyżej.
Obecnie systemy split są najpopularniejsze w życiu codziennym (jako najbardziej wydajne, ekonomiczne i łatwe w obsłudze), dlatego przyjrzyjmy się funkcjom pracy klimatyzatorów na przykładzie takiego urządzenia.
Projekt klimatyzatora na przykładzie układu split
Pomimo tego, że system split składa się z jednostki wewnętrznej i zewnętrznej, jego zasada działania jest taka sama jak każdego innego typu klimatyzatora domowego, ponieważ opiera się na całkowicie szczelnym obiegu zamkniętym wypełnionym czynnikiem chłodniczym, składającym się z połączonych wymienników ciepła przez rurki miedziane. Wymiennik ciepła w jednostce wewnętrznej nazywany jest parownikiem, a w jednostce zewnętrznej nazywany jest skraplaczem.
Czynnik chłodniczy przepływający przez układ przekazuje energię cieplną pomiędzy wymiennikami ciepła, a wszystko to dzieje się dzięki kompresorowi umieszczonemu w jednostce zewnętrznej. Aby zapewnić efektywną wymianę ciepła pomiędzy czynnikiem chłodniczym a powietrzem, w każdym z bloków zamontowano wentylatory, które tłoczą powietrze przez wymienniki ciepła. Kolejnym ważnym elementem urządzenia jest przepustnica, instalowana w jednostce wewnętrznej przed parownikiem i konieczna do obniżenia ciśnienia freonu w celu przekształcenia go w frakcję gazową.
Cały proces pracy klimatyzatora w trybie chłodzenia powietrzem przebiega w następujący sposób. Sprężarka w jednostce zewnętrznej tłoczy czynnik chłodniczy, zwiększając ciśnienie w wymienniku ciepła skraplacza, co powoduje jego przejście do frakcji ciekłej, czemu towarzyszy uwolnienie ciepła, które jest uwalniane do powietrza w wyniku pracy wentylator.
Ochłodzony czynnik chłodniczy wchodzi do jednostki wewnętrznej miedzianym rurociągiem, gdzie przechodząc przez urządzenie dławiące, wrze, przechodząc w stan gazowy, pochłaniając ciepło i znacznie chłodząc wyparny wymiennik ciepła. Wentylator jednostki wewnętrznej nadmuchuje powietrze pobrane z pomieszczenia, które po ochłodzeniu wraca z powrotem. Jednocześnie na płytach parownika skrapla się wilgoć, która jest odprowadzana plastikową rurką do kanalizacji lub na zewnątrz. Następnie czynnik chłodniczy powraca miedzianą rurką do sprężarki i cykl się powtarza.
W wewnętrznym bloku systemu split powietrze jest oczyszczane i schładzane (a także podgrzewane, jeśli przewiduje to konstrukcja)
Niektóre klimatyzatory mogą pracować w trybie ogrzewania powietrza w pomieszczeniu; w tym celu jednostka zewnętrzna systemu split ma zawór czterodrogowy, za pomocą którego freon porusza się w przeciwnym kierunku. W tym przypadku skraplacz staje się parownikiem, a parownik staje się skraplaczem.
Jak obliczyć wymaganą moc
Ponieważ klimatyzatory są częściej używane do chłodzenia powietrza, a rzadziej do ogrzewania, klimatyzator jest obliczany na podstawie jego mocy chłodniczej. Ważną kwestią jest to, że wydajności chłodniczej klimatyzatora nie należy mylić z jego zużyciem energii. Moc chłodnicza klimatyzatorów domowych jest 2,5-4 razy większa niż pobierana przez nie energia elektryczna. Okazuje się, że wydajność urządzenia wynosi około 300%! Jak to jest możliwe? Wszystko jest dość proste - prąd służy tak naprawdę nie do chłodzenia powietrza, a jedynie do przenoszenia ciepła z pomieszczenia na ulicę.
W przybliżeniu obliczenia klimatyzatora według powierzchni dokonuje się na podstawie stosunku 1 kW mocy chłodniczej do 10 m 2 powierzchni pomieszczenia o wysokości sufitu do 3 m. W celu dokładniejszych obliczeń należy uwzględnić ciepło wytwarzane przez urządzenia elektryczne Należy wziąć pod uwagę liczbę osób przebywających w pomieszczeniu, wielkość okien oraz intensywność nasłonecznienia. Gdy pokój znajduje się od strony południowej i jest duża powierzchnia okien, wymagana jest rezerwa mocy do 20%.
Wzór na obliczenie mocy klimatyzatora wygląda następująco:
Q - dopływ ciepła (W);
S - powierzchnia pomieszczenia (m2)
h - wysokość pomieszczenia (m);
q to współczynnik nasłonecznienia (silnie oświetlone 40 W/m3, średnio oświetlone - 35 W/m3, słabo oświetlone - 30 W/m3).
Do dopływów tych należy dodać 0,1 kW ciepła na osobę i około 1/3 mocy znamionowej urządzeń elektrycznych pracujących w pomieszczeniu.
Sumując wszystkie wpływy ciepła, można znaleźć wymaganą obliczoną wydajność chłodniczą klimatyzatora.
Bardzo ważne jest prawidłowe obliczenie wydajności klimatyzatora. Oczywiste jest, że w czasie upałów przy niewystarczającej mocy klimatyzator po prostu nie poradzi sobie z zadaniem, zużyje się i przedwcześnie ulegnie awarii, ale nie należy też używać zbyt mocnego urządzenia. Klimatyzator dużej mocy w małym pomieszczeniu często się wyłącza, co w rzeczywistości przyczyni się do przedwczesnego zużycia.
Klimatyzatory inwerterowe sprawdziły się pod względem płynnego rozdziału mocy. Zasada działania klimatyzatora inwerterowego polega na możliwości zmiany wydajności sprężarki bez całkowitego jej wyłączenia. Nieprzerwana praca sprężarki znacznie zmniejsza jej zużycie, oszczędza energię i pozwala bardziej elastycznie regulować temperaturę powietrza w pomieszczeniu.
To wszystko. Otrzymane informacje pomogą Ci w nawigacji po zakupie, ponieważ wiesz już, jak obliczyć klimatyzator na podstawie mocy i powierzchni, jak sprawdzić jego wydajność i jaka jest podstawowa różnica między klimatyzatorami inwerterowymi.
Wielu z nas w domu lub w pracy korzysta z klimatyzatorów wewnętrznych – klimatyzatorów. Nie każdy jednak wie, jak one działają. Celem tego artykułu jest wyjaśnienie budowy i zasady działania układu dzielonego, z którym najczęściej spotykamy się w życiu codziennym.
Urządzenie klimatyzacyjne do użytku domowego
Nowoczesny system split dzieli się na dwie części – jednostkę zewnętrzną i wewnętrzną. Każdy z nich spełnia swoją funkcję i zawiera zestaw odpowiedniego wyposażenia. Wewnątrz obudowy jednostki zewnętrznej znajduje się wymiennik ciepła – skraplacz, wentylator przeznaczony do przetłaczania przez niego powietrza oraz sprężarka – dmuchawa ciśnieniowa. Wśród mniejszych, ale nie mniej ważnych elementów funkcjonalnych należy wyróżnić suszarkę, zawór rozprężny i łączące rury miedziane. Ponadto konstrukcja tego urządzenia zapewnia zasilanie z sieci elektrycznej, dla której posiada niezbędne elementy elektryczne, a także sprzęt automatyki.
Notatka. W przypadku, gdy konstrukcja przewiduje pracę układu rozdzielonego do ogrzewania, w jednostce zewnętrznej montuje się dodatkowo zawór czterodrogowy z napędem elektrycznym, grzałkę sprężarki i regulator ciśnienia skraplania.
Wewnętrzna część klimatyzatora, oprócz obudowy, zawiera wymiennik ciepła - parownik z elementami filtrującymi, żaluzje kierujące przepływem powietrza oraz tackę do zbierania kondensatu. Pomiędzy jednostką wewnętrzną i zewnętrzną ułożone są 2 przewody dla chłodziwa; przez rurę o większej średnicy przepływa on w postaci gazu, a przy mniejszej średnicy porusza się w stanie ciekłym. Poniższy rysunek przedstawia strukturę systemu rozdzielonego ze wskazaniem głównych elementów:
1 – sprężarka; 2 – zawór czterodrogowy do przełączania między trybem zimowym i letnim; 3 – jednostka elektroniczna; 4 – wentylator osiowy; 5 – wymiennik ciepła – skraplacz; 6 – przewody czynnika chłodniczego; 7 – wentylator odśrodkowy; 8 – wymiennik ciepła – parownik; 9 – filtr zgrubny; 10 – filtr dokładny.
Zasada działania
System split, jak każda maszyna chłodnicza, jest bardzo wydajny. Na przykład: chłodnica zużywająca energię elektryczną 1 kW ma wydajność chłodniczą około 3 kW. Jednocześnie nie są naruszane żadne prawa zachowania energii, a wydajność instalacji wcale nie wynosi 300%, jak mogłoby się wydawać.
Należy rozumieć, że zasadą działania klimatyzatora nie jest wytwarzanie chłodu, ale przenoszenie energii cieplnej z jednego miejsca do drugiego za pośrednictwem czynnika chłodniczego zwanego płynem roboczym.
Płynem roboczym jest freon, którego temperatura wrzenia jest prawie o 100 ºС niższa niż temperatura wody. Sztuczka polega na tym, że do odparowania każda ciecz musi otrzymać dużą ilość energii cieplnej; jej płyn roboczy pobiera powietrze z pomieszczenia w parowniku. W fizyce energia ta nazywana jest ciepłem właściwym parowania.
Freon odparowany w jednostce wewnętrznej przepływa rurką o dużej średnicy do sprężarki, która wytwarza ciśnienie w układzie split, a następnie do wymiennika ciepła – skraplacza. Czynnik roboczy pod ciśnieniem ulega w nim intensywnej kondensacji w kontakcie z powietrzem zewnętrznym, oddając do atmosfery pochłonięte wcześniej ciepło. Dopiero teraz nazywa się to ciepłem właściwym kondensacji; przy stałej ilości freonu w układzie jego wartość jest równa wydanej energii parowania. Sposób przebiegu opisanego procesu przedstawiono na schemacie działania klimatyzatora systemu split:
Po wejściu w fazę ciekłą czynnik chłodniczy przechodzi przez osuszacz w celu oddzielenia wilgoci i dostaje się do zaworu rozprężnego. Tutaj, ze względu na gwałtowny wzrost wielkości kanału (dyszy), ciśnienie spada, a płyn roboczy wraca do parownika po kolejną porcję ciepła.
Wśród urządzeń elektrycznych zużywających znaczną moc na schemacie widać dwa wentylatory i sprężarkę, inne źródła zużycia energii są znikome. Oznacza to, że 1 kW energii elektrycznej podany w przykładzie jest wydawany tylko na obrót osi wentylatorów i sprężarki, całą resztę pracy wykonuje freon.
Wszystkie pozostałe funkcje realizują systemy automatyki. Po osiągnięciu zadanej temperatury w pomieszczeniu czujnik wysyła sygnał do centrali sterującej, która wyłącza sprężarkę i wentylatory, a proces zostaje zatrzymany. Powietrze w pomieszczeniu nagrzeje się, a czujnik ponownie inicjuje uruchomienie chłodnicy, taka cykliczna praca trwa nieprzerwanie. Jednocześnie systemy typu split z inwerterem, których konstrukcja różni się nieco od konstrukcji konwencjonalnych klimatyzatorów, nigdy nie zatrzymują tego procesu. Takie agregaty charakteryzują się płynną zmianą temperatury i cichą pracą sprężarki.
Notatka. Podczas intensywnych procesów wymiany ciepła wilgoć zawarta w powietrzu opada na żeberka parownika i skraplacza, aby ją zebrać i usunąć, konstrukcja klimatyzatora zapewnia wannę i system rurek.
Aby przełączyć instalację w tryb ogrzewania powietrznego, zmienia się kierunek ruchu płynu roboczego, w wyniku czego wymienniki ciepła zmieniają funkcje, zewnętrzny staje się parownikiem i odbiera ciepło z otoczenia, a wewnętrzny działa jako skraplacz, przekazując tę energię do pomieszczenia. Aby redystrybuować przepływy, do obwodu wprowadzono zawór czterodrogowy, dzięki czemu nie ma potrzeby męczyć się ze sprężarką.
Wniosek
System split, podobnie jak inne urządzenia chłodnicze, jest bardzo ekonomiczny ze względu na efektywność swojej pracy. Z tego powodu zyskały dużą popularność w tworzeniu komfortowych warunków w budynkach o różnym przeznaczeniu.
Jak działa układ klimakonwektora agregatu chłodniczego?
Co to jest klimatyzator inwerterowy
Jak włączyć klimatyzator w celu ogrzewania
Jak przeprowadzić antybakteryjne czyszczenie klimatyzatora