Кондиционеры – принцип работы и разновидности

Содержание

• Как устроен кондиционер (сплит-система)
• Принцип работы кондиционера на охлаждение
• Как работает кондиционер на обогрев зимой
• Классификация кондиционеров
• Сколько электроэнергии потребляет кондиционер

Комментарии

Кондиционер – это устройство, предназначенное для охлаждения помещения, и поддержания внутри него оптимальной для организма человека температуры в наиболее жаркие месяцы года. Эти незаменимые помощники в деле создания комфортной атмосферы в квартирах, домах, офисах и любых других помещениях, становятся все более востребованными в нашей стране. Что не удивительно, ведь даже в условиях ее умеренного климата все чаще случаются длительные жаркие периоды, причем не только летом, но даже весной и осенью. Поскольку покупка и монтаж такого охлаждающего устройства – процессы достаточно затратные, к его выбору необходимо подходить ответственно. Для облегчения этой задачи в данном обзоре максимально подробно описываются – компоненты и принципы работы кондиционеров на охлаждение и обогрев, а также перечисляются все существующие виды кондиционеров

Комплектующие кондиционера и его схема

Изучение основных понятий об охлаждающих устройствах для помещений стоит начать с рассмотрения их основных конструктивных частей. Все кондиционеры состоят из 4-х главных элементов, замкнутых в герметичную сеть фреонопроводов из меди:

• Компрессора;
• Конденсатора;
• Испарителя;
• Терморегулирующего вентиля.

Закономерно, что наиболее логичный и простой способ соединения всех перечисленных элементов – это размещение их в цельном корпусе, который затем можно установить в месте разграничения внутреннего и наружного воздуха. Эта идея была успешно реализована в прошлом веке, когда появились первые так называемые «оконные кондиционеры», монтируемые непосредственно в оконных проемах. Но, вскоре выяснилось, что их компоновка имеет ряд значительных недостатков, главный из которых – высокий уровень шума. Поскольку изначально такие устройства разрабатывались с целью повышения уровня комфорта в помещении, высокая шумность, а также не слишком удобное расположение моноблочных кондиционеров, мешали их повсеместному распространению. Не говоря уже о том, что они портили интерьеры помещений.

Впрочем, вскоре инженеры нашли решение для всех этих проблем, просто разделив цельный корпус кондиционера на внутренний и внешний блоки. Благодаря этому, за пределы помещения удалось вынести все его компоненты, продуцирующие шум. Новые машины получили название «сплит-систем», от английского split – «разделять». Рассмотрев, как устроен кондиционер современного типа, можно узнать – как он работает? 

Принцип работы кондиционера на охлаждение

Способность кондиционеров передавать избыточное тепло воздуха в помещении наружному воздуху, наверняка, заставляла многих задуматься над тем – как такие машины умудряются нарушать Второй закон термодинамики, известный каждому со школьных времен. В соответствии с этим законом, тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому. Но как работает кондиционер в квартире? Он отбирает тепло у более охлажденного воздуха внутри, и отдает его сильно разогретому воздуху снаружи. Как же такое возможно? На самом деле, кондиционеры, конечно, не нарушают законов физики, а принцип их работы заключается в способности жидкостей поглощать тепло в процессе испарения, а также выделять его в процессе перехода из газообразного состояния снова в жидкое, то есть – при конденсации. Благодаря этому все существующие кондиционеры и функционируют.

В описанном процессе большую роль играет давление, при котором он происходит. Известно, что температура кипения жидкости всегда прямо пропорциональна давлению. Таким образом, путем изменения давления можно менять и температуру кипения. Например, в результате значительного понижения давления можно спровоцировать закипание воды даже при комфортной для человека температуре 20-25 °С. При этом, из воздуха внутри комнаты будет поглощаться тепло, которое можно отводить наружу. Однако, на практике реализация данного процесса является довольно сложной и невыгодной экономически. Существовал только один выход из этого положения – применение жидкостей с низкими температурами кипения. Наиболее распространенными в охлаждающих машинах веществами являются – аммиак и разные фреоны, температура кипения которых при атмосферном давлении составляет -5 °С.

Рабочий процесс кондиционера стартует в его наружном блоке. Компрессор начинает нагнетать находящийся в газообразном состоянии фреон в теплообменник наружного блока – конденсатор. Одновременно увеличивается давление, что влечет за собой повышение и температуры кипения фреона, в результате чего он переходит из газообразного состояния в жидкое, а сам процесс конденсации сопровождает выделение тепла. А для того, чтобы тепло выделялось еще быстрее, установленный внутри внешнего блока вентилятор постоянно обдувает конденсатор. При этом, проходящий через него воздух также нагревается. После прохождения конденсатора, жидкий фреон под высоким давлением поступает в термо-вентиль, необходимый для снижения давления. Когда оно уменьшается, снижается и температура кипения фреона, благодаря чему он закипает и испаряется в конденсаторе.

В процессе испарения фреон поглощает отобранное у воздуха в помещении тепло, а он сам направляется к вентилятору внутреннего блока для обдува конденсатора. Соответственно, находящийся в помещении воздух постепенно охлаждается. Затем находящийся в газообразном состоянии фреон под низким давлением поступает к компрессору, и весь цикл повторяется снова. Описанный принцип является универсальным для всех машин такого класса, вне зависимости от их типа, модификации, мощности или производителя. Более того, благодаря используемым технологиям, современные кондиционеры способны работать не только на охлаждение, но и на обогрев. Но, их применение в качестве нагревателей требует знания важных нюансов и условий этого процесса. Поэтому далее мы попробуем найти точный ответ на вопрос – как кондиционер работает на обогрев?

Принцип работы кондиционера на обогрев

Возможная работа кондиционера зимой на обогрев неразрывно связана с техническими характеристиками каждой конкретной модели, указанными в паспорте. Для большинства сплит-систем допустимый диапазон температур для нормальной работы в режиме обогрева составляет от -5 до +25 °С. Это значит, что при более низких температурах применять кондиционер в качестве обогревателя категорически запрещается, поскольку это может привести к его быстрой поломке. Действительно, большинство моделей бытовых кондиционеров теряет заявленную теплопроизводительность при температуре ниже -5 °С, которая постепенно понижается до нуля. Более того, важно знать – что такие устройства, за редким исключением, вообще конструктивно не рассчитаны на использование при температуре ниже 0 °С, поскольку это негативно сказывается на их долговечности.

Дело в том, что растворенное в хладагенте масло способно эффективно смазывать движущиеся элементы компрессора только в том диапазоне температур, который прописан в паспорте кондиционера. Несложно догадаться, что работа при более низких температурах будет приводить к быстрому износу компрессора, и в коночном итоге – к его поломке. Стоит отметить, что некоторые недобросовестные продавцы иногда заявляют, что работа кондиционера зимой на обогрев будет безопасной, если дополнительно установить на него устройство зимнего пуска, также известное как низкотемпературный комплект, состоящий из трех компонентов, описанных ниже. Однако, такие заявления абсолютно неправдивы, и являются, или признаком некомпетентности продавцов, или обыкновенной ложью. 

Первый из компонентов зимнего пуска – это нагреватель картера компрессора, который позволяет подогревать масло и предотвращает его загустевание. Второй – это электрический кабельный нагреватель дренажа, который монтируется внутри наружного участка дренажного трубопровода, что предотвращает образование в нем ледяной пробки. Третий, и главный – это замедлитель скорости вращения вентилятора внешнего блока. Данное устройство представляет собой микропроцессорный контроллер, замедляющий внешний вентилятор с целью предотвращения сильного переохлаждения и обмерзания конденсатора. Задача данных устройств – расширение диапазона рабочих температур агрегата, чтобы он мог работать зимой на охлаждение. Для чего нужна работа кондиционера зимой на холод? Например, для охлаждения серверных, оборудование которых выделяет очень много тепла.

Тем, не менее, для желающих использовать свои охладители зимой в режиме обогрева есть ихорошие новости. Несколько известных производителей, в частности – Mitsubishi Electric и Daikin выпускают инверторные кондиционеры, способные не только эффективно охлаждать, но и прогревать помещения при наружных температурах до -25 °С. Более того, использование этого метода обогрева в квартирах окажется еще и выгодным, так как инверторные агрегаты имеют очень высокий коэффициент EER, показывающий соотношение выделяемого тепла к затрачиваемой электроэнергии, и превышающий 4. Это значит, что затратив только 250 Вт электроэнергии, можно получить более 1 кВт тепла. Впрочем, это не значит, что стоит проектировать систему отопления загородного дома на основе кондиционеров. Ведь, если температура снаружи здания опустится ниже -25 °С – использовать их никак не получиться.

Классификация кондиционеров

Разобравшись с принципами работы бытовых кондиционеров на холод и тепло, можно, наконец, ознакомиться с существующими модификациями данных устройств, в которых эти принципы задействованы. На современном рынке присутствуют многочисленные разновидности кондиционеров, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Все они подробно рассматриваются ниже. 

В зависимости от конструкций, все бытовые кондиционеры подразделяются на два вида:

• Моноблочные;
• Сплит-системы.

В свою очередь, классификация обоих данных видов выглядит так:

1. Моноблочные кондиционеры– это охлаждающие и обогревающие машины, все элементы которых находятся в монолитных корпусах разных размеров. Они могут монтироваться стационарно и быть транспортабельными, а также обладать разным диапазоном мощностей. Несколько десятилетий назад абсолютно все кондиционеры имели моноблочные конструкции, которые легко обслуживать и также несложно переносить на новые места работы – при необходимости. И хотя сейчас производство классических моделей значительно сократилось по объективным причинам, появилось абсолютно новая модификация охладителей-моноблоков – настенные кондиционеры без внешнего блока, удобство которых позволяет спрогнозировать их успешное распространение. Всего моноблочные кондиционеры подразделяются на 3 типа:

• Оконные кондиционеры– в полном соответствии со своим названием, монтируются в отверстия в окнах или в тонких стенах таким образом, чтобы задние части их корпусов выходили на улицу. Хотя такие устройства считаются отчасти устаревшими, они до сих пор производятся некоторыми компаниями и пользуются спросом среди покупателей из-за простоты монтажа, меньшего количества фреона в их системах, а также более низкой стоимости – по сравнению со сплит-системами. Однако, их недостатки также довольно существенны – это высокий уровень шума, уменьшение застекленной площади оконного проема, а также неэстетичность стоящего прямо в окне довольно крупного устройства. Панели управления данных аппаратов, в большинстве случаев, размещаются на лицевых частях их корпусов;
• Мобильные кондиционеры– также называемые переносными, они представляют собой колоннообразные моноблоки, которые не монтируются стационарно, а могут легко перемещаться внутри помещений, а также транспортироваться за их пределы. Главное преимущество такого устройства – простота монтажа, для выполнения которого его нужно только подключить к розетке, а также вывести гибкую трубку для отвода горячего воздуха наружу через окно, форточку или отверстие в стене. Помимо охлаждения, некоторые модели переносных кондиционеров могут также нагревать воздух и дополнительно очищать его от пыли при помощи встроенных фильтров и даже ионизаторов. А их недостатки заключаются в более низкой, по сравнению со сплит-системами эффективности, а также в том, что они занимают много места на полу;
• Настенные кондиционеры без внешнего блока – стали самым современным типом охладителей, воплотившем в себе новейшие технологии и отменную продуманность. Эти машины представляют собой моноблоки, которые можно разместить в любом месте на наружной стене, в которой всего лишь необходимо просверлить два отверстия. Через эти отверстия наружу выводятся два патрубка – для подачи и отвода воздуха. Хотя размеры настенного кондиционера без внешнего блока несколько превышают габариты внутреннего блока сплит-системы, он достаточно компактен и отлично смотрится на стене. Преимущества такого агрегата очевидны – простота монтажа и эстетичность фасада, не испорченного наружным блоком. А недостатки – это только повышенная по сравнению со «сплитами» шумность и высокая стоимость.

2. Сплит-системы– самый популярный на данный момент вид кондиционеров, состоящих из внутреннего и наружного блоков. Первый монтируется внутри помещения, а второй – вне его. Оба блока соединяются между собой при помощи покрытых теплоизоляционным материалом медных трубок, внутри которых циркулирует фреон. За счет малой толщины их можно легко спрятать внутри стен, подвесных потолков, других строительных конструкций или в декоративных коробах. Помимо стандартных функций охлаждения и обогрева, сплит-кондиционеры могут регулировать уровень влажности в помещении, убирая избыточную влагу. Кроме того, благодаря встроенным фильтрам, они очищают воздух от крупнодисперсной пыли, части бактерий и посторонних запахов. Сплит-системы подразделяются на 7 типов:

• Настенные сплит-системы– состоят из внутреннего испарительного и внешнего компрессорно-конденсаторного блоков. Внутренний блок монтируется на вертикальной стене в помещении – под потолком. В свою очередь, наружный блок устанавливается при помощи специальных креплений на наружной стене, или без них – на любой подходящей горизонтальной поверхности. Производительность большинства сплит-систем настенного типа находится в пределах от 1,5 до 10 кВт. Их главные преимущества заключаются в относительно низком уровне шума и том, что они не занимают полезное место внутри помещения. Что касается недостатков настенных кондиционеров, то это – сложность монтажа, который могут выполнить только специалисты, а также нужда в периодической очистке и техобслуживании;

• Напольно-потолочные сплит-системы– конструктивно максимально похожи на свои исключительно настенные аналоги. Единственное их крупное отличие заключается в строении внутреннего блока, который можно монтировать, как под потолком, так и на полу. Мощность продуцирования холода и тепла у сплит-систем напольно-потолочного типа несколько больше, чем у настенных, и, в среднем, составляет от 3 до 12 кВт. А их панели управления могут располагаться, как на пультах, так и не непосредственно на внутренних блоках. Что касается достоинств и недостатков напольно-потолочных кондиционеров, то они полностью идентичны настенным, с той лишь разницей, что при размещении на полу, в помещении нужно предусмотреть достаточно свободного места для монтажа внутреннего охлаждающего блока;

• Колонные сплит-системы– представляют собой крупногабаритные и мощные машины, имеющие колонноподобные конструкции внутренних блоков. По этой причине последние устанавливаются на полу в больших помещениях, нуждающихся в быстром и эффективном охлаждении воздуха. Соответственно, сплит-системы колонного типа чаще всего применяют в залах ресторанов, гостиниц, административных зданий, офисных и конференц-центров, и не только. А управление ими производится при помощи пультов и встроенных интерактивных панелей. Помимо низкого уровня шума, основным достоинством колонных кондиционеров является возможность быстро охлаждать большие площади. А их небольшой недостаток, помимо заметности в интерьере – это относительно высокое энергопотребление;

• Кассетные сплит-системы– предназначены для монтажа в помещениях средних и крупных размеров с подвесными потолками, в которые встраивают внутренние блоки таких устройств. Особенностью данных машин является возможность равномерно охлаждать или обогревать определенную площадь сразу в четырех направлениях. Для этого во внутренние блоки сплит-систем кассетного типа встраивают специальные жалюзи, положение которых можно менять при помощи дистанционного пульта управления. Самое ценное достоинство этих устройств – минимальная заметность, благодаря которой они не портят интерьер помещения, обеспечивая при этом его эффективное охлаждение или обогрев. Ну и недостаток кассетных кондиционеров закономерен, и заключается в сложности монтажа прямо в подвесной потолок;

• Мультисплит-системы– слово «мульти» в этом названии означает, что к одному внешнему блоку кондиционера подключаются сразу несколько внутренних, а именно – от 2 до 5 штук. При этом, последние могут быть разных модификаций и мощностей. В этом заключается единственное существенное отличие данных устройств от обыкновенных «сплит-аналогов». Основной плюс систем-мультисплит – экономия места на фасадах зданий, которые не приходится портить большим количеством наружных блоков. А это очень важно, например – для памятников архитектуры, строений со стеклянными фасадами, и не только. Недостатки мультисплит-кондиционеров также очевидны – это высокая стоимость, а также трудоемкий монтаж, при котором необходимо разводить по помещениям многочисленные коммуникации;
• Мультисплит-система типа «конструктор»– предполагает возможность подключения к одному наружному блоку целой комбинации внутренних, которые подбираются с учетом объемов помещений, которые они будут обслуживать. Применение таких агрегатов дает возможность постоянно экономить электроэнергию при условии, что большая часть отдельных помещений имеют небольшие размеры. Дело в том, что для охлаждений комнаты в 10 м²более чем достаточно мощности охладителя в 1 кВт. Установить кондиционер с такой производительностью как раз легко – при условии использования мультисплитов типа «конструктор». В то время как минимальная мощность стандартных настенных одинарных сплит-систем составляет от 1,8 до 2,2 кВт, что определенно нецелесообразно с экономической точки зрения;
• Канальные сплит-системы– отличаются от прочих аналогов тем, что все их конструкции, размещаемые внутри помещения, скрываются за элементами стен или подвесными потолками. В том же межпотолочном пространстве монтируются и подключенные к ним теплоизолированные сети воздуховодов, распределяющие холодный или теплый воздух по всей комнате, или по нескольким комнатам сразу. Также сплит-системы канального типа способны транспортировать в помещения воздух непосредственно с улицы. Однако, при всех этих плюсах, канальные кондиционеры невозможно установить без предварительного выполнения проектных работ и расчета оптимального сечения воздуховодов. Дело в том, что при помощи канального кондиционера можно установить желаемую температуру только в помещении, где находится его внутренний блок. В остальных помещениях она будет регулироваться уже посредственно, и если диаметры воздуховодов окажутся неподходящими – контроль микроклимата окажется проблематичным. И решить эту проблему без дорогостоящей электронной автоматизированной системы управления кондиционером, автоматически выставляющей температуру, будет почти невозможно.

Потребляемая кондиционерами мощность

В завершение нашего обзора нельзя кратко не упомянуть о серьезной выгоде использования современных кондиционеров. Действительно, почти все эти машины имеют чрезвычайно высокие показатели энергоэффективности. Так, потребляемое ими количество электроэнергии позволяет, в среднем, произвести в 3 раза большую мощность охлаждения или обогрева. Это значит, что на 1 кВт затраченного электричества приходится 2,5-3 кВт выделенного холода или тепла. Поэтому стандартный бытовой кондиционер мощностью охлаждения 2 кВт потребляет, приблизительно, 600-700 Вт электроэнергии, и без проблем подключается к обыкновенной розетке. Еще более выгодным оказывается применение инновационных инверторных кондиционеров, способных, как уже было упомянуто, продуцировать более 4 кВт холода или тепла, затратив только 1 кВт электричества. И эти показатели продолжают совершенствоваться.