Кондиціонери – принцип роботи та різновиди

Зміст

• Як влаштований кондиціонер (спліт-система)
• Принцип роботи кондиціонера на охолодження
• Як працює кондиціонер на обігрів узимку
• Класифікація кондиціонерів
• Скільки електроенергії споживає кондиціонер

Коментарі

Кондиціонер – це пристрій, призначений для охолодження приміщення, та підтримки всередині нього оптимальної для організму людини температури у найспекотніші місяці року. Ці незамінні помічники у створенні комфортної атмосфери в квартирах, будинках, офісах та будь-яких інших приміщеннях стають все більш затребуваними в нашій країні. Що не дивно, адже навіть в умовах її помірного клімату все частіше трапляються тривалі спекотні періоди, причому не лише влітку, але навіть навесні та восени. Оскільки придбання та монтаж такого охолоджуючого пристрою – процеси досить затратні, до його вибору необхідно підходити відповідально. Для полегшення цього завдання у цьому огляді максимально докладно описуються – компоненти та принципи роботи кондиціонерів на охолодження та обігрів, а також перераховуються всі існуючі види кондиціонерів

Комплектуючі кондиціонера та його схема

Вивчення основних понять про охолоджувальні пристрої для приміщень варто почати з розгляду їх основних конструктивних частин. Усі кондиціонери складаються з 4-х головних елементів, замкнутих у герметичну мережу фреонопроводів із міді:

• компресора;
• Конденсатора;
• Випарника;
• Терморегулюючого вентиля.

Закономірно, що найбільш логічний і простий спосіб з'єднання всіх перелічених елементів – це розміщення їх у цілісному корпусі, який потім можна встановити у місці розмежування внутрішнього та зовнішнього повітря. Ця ідея була успішно реалізована у минулому столітті, коли з'явилися перші так звані «віконні кондиціонери», які монтуються безпосередньо у віконних отворах. Але незабаром з'ясувалося, що їх компонування має низку значних недоліків, головний з яких – високий рівень шуму. Оскільки спочатку такі пристрої розроблялися з метою підвищення рівня комфорту в приміщенні, висока гамірність, а також не занадто зручне розташування моноблочних кондиціонерів, заважали їх поширенню. Не говорячи вже про те, що вони псували інтер'єри приміщень.

Втім, незабаром інженери знайшли рішення для всіх цих проблем, просто розділивши цілісний корпус кондиціонера на внутрішній та зовнішній блоки. Завдяки цьому, за межі приміщення вдалося винести всі його компоненти, які продукують шум. Нові машини отримали назву "спліт-систем", від англійського split - "розділяти". Розглянувши, як влаштований кондиціонер сучасного типу, можна дізнатися – як він працює?

Принцип роботи кондиціонера на охолодження

Здатність кондиціонерів передавати надмірне тепло повітря в приміщенні зовнішньому повітрі, напевно, змушувала багатьох задуматися над тим - як такі машини примудряються порушувати другий закон термодинаміки, відомий кожному зі шкільних часів. Відповідно до цього закону, тепло передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Але як працює кондиціонер у квартирі? Він відбирає тепло у більш охолодженого повітря всередині і віддає його сильно розігрітому повітрі зовні. Як же таке можливе? Насправді кондиціонери, звичайно, не порушують законів фізики, а принцип їх роботи полягає в здатності рідин поглинати тепло в процесі випаровування, а також виділяти його в процесі переходу з газоподібного стану знову в рідке, тобто - при конденсації. Завдяки цьому всі існуючі кондиціонери та функціонують.

В описаному процесі велику роль відіграє тиск, коли він відбувається. Відомо, що температура кипіння рідини завжди прямо пропорційна тиску. Таким чином, шляхом зміни тиску можна міняти і температуру кипіння. Наприклад, в результаті значного зниження тиску можна спровокувати закипання води навіть при комфортній для людини температурі 20-25°С. При цьому, з повітря всередині кімнати поглинатиметься тепло, яке можна відводити назовні. Однак, на практиці реалізація даного процесу є досить складною та невигідною економічно. Існував лише один вихід із цього положення – застосування рідин з низькими температурами кипіння. Найбільш поширеними в охолодних машинах речовинами є - аміак і різні фреони, температура кипіння яких при атмосферному тиску становить -5°С.

Робочий процес кондиціонера стартує у його зовнішньому блоці. Компресор починає нагнітати фреон, що знаходиться в газоподібному стані, в теплообмінник зовнішнього блоку - конденсатор. Одночасно збільшується тиск, що спричиняє підвищення та температури кипіння фреону, внаслідок чого він переходить із газоподібного стану в рідкий, а сам процес конденсації супроводжує виділення тепла. А для того щоб тепло виділялося ще швидше, встановлений всередині зовнішнього блоку вентилятор постійно обдуває конденсатор. При цьому повітря, що проходить через нього, також нагрівається. Після проходження конденсатора, рідкий фреон під високим тиском надходить у термо-вентиль, необхідний зниження тиску. Коли воно зменшується, знижується температура кипіння фреону, завдяки чому він закипає і випаровується в конденсатор.

У процесі випаровування фреон поглинає відібране повітря в приміщенні тепло, а він сам прямує до вентилятора внутрішнього блоку для обдування конденсатора. Відповідно, повітря, що знаходиться в приміщенні, поступово охолоджується. Потім фреон, що знаходиться в газоподібному стані, під низьким тиском надходить до компресора, і весь цикл повторюється знову. Описаний принцип є універсальним для всіх машин такого класу, незалежно від їхнього типу, модифікації, потужності чи виробника. Більш того, завдяки технологіям, що використовуються, сучасні кондиціонери здатні працювати не тільки на охолодження, але і на обігрів. Але їх застосування як нагрівачів вимагає знання важливих нюансів та умов цього процесу. Тож далі ми спробуємо знайти точну відповідь на запитання – як кондиціонер працює на обігрів?

Принцип роботи кондиціонера на обігрів

Можлива робота кондиціонера взимку на обігрів нерозривно пов'язана з технічними характеристиками кожної конкретної моделі, зазначеними у паспорті. Для більшості спліт-систем допустимий  діапазон температур для нормальної роботи у режимі обігріву становить від -5 до +25 °С. Це означає, що при нижчих температурах застосовувати кондиціонер як обігрівач категорично забороняється, оскільки це може призвести до його швидкої поломки. Дійсно, більшість моделей побутових кондиціонерів втрачає заявлену теплопродуктивність при температурі нижче -5 ° С, яка поступово знижується до нуля. Більше того, важливо знати – що такі пристрої, за рідкісним винятком, взагалі конструктивно не розраховані на використання за температури нижче 0 °С, оскільки це негативно позначається на їх довговічності.

Справа в тому, що розчинене в холодоагенті масло здатне ефективно змащувати елементи компресора, що рухаються, тільки в тому діапазоні температур, який прописаний в паспорті кондиціонера. Неважко здогадатися, що робота при нижчих температурах призводитиме до швидкого зношування компресора, і в остаточному підсумку - до його поломки. Варто зазначити, деякі недобросовісні продавці іноді заявляють, що робота кондиціонера взимку на обігрів буде безпечною, якщо додатково встановити на нього пристрій зимового пуску, також відомий як низькотемпературний комплект, що складається з трьох компонентів, описаних нижче. Однак, такі заяви абсолютно неправдиві, і є або ознакою некомпетентності продавців, або звичайною брехнею. 

Перший із компонентів зимового пуску – це нагрівач картера компресора, який дозволяє підігрівати олію та запобігає її загусанню. Другий – це електричний кабельний нагрівач дренажу, який монтується усередині зовнішньої ділянки дренажного трубопроводу, що запобігає утворенню в ньому крижаної пробки. Третій і головний – це сповільнювач швидкості обертання вентилятора зовнішнього блоку. Даний пристрій є мікропроцесорним контролером, що уповільнює зовнішній вентилятор з метою запобігання сильному переохолодженню і обмерзанню конденсатора. Завдання даних пристроїв - розширення діапазону робочих температур агрегату, щоб він міг працювати взимку на охолодження. Навіщо потрібна робота кондиціонера взимку на холод? Наприклад, для охолодження серверних, обладнання яких виділяє дуже багато тепла.

Тим не менш, для бажаючих використовувати свої охолоджувачі взимку в режимі обігріву є хороші новини. Декілька відомих виробників, зокрема Mitsubishi Electric і Daikin випускають інверторні кондиціонери, здатні не тільки ефективно охолоджувати, але і прогрівати приміщення при зовнішніх температурах до -25 °С. Більш того, використання цього методу обігріву в квартирах виявиться ще й вигідним, так як інверторні агрегати мають дуже високий коефіцієнт EER, що показує співвідношення тепла, що виділяється до витрачається електроенергії, і перевищує 4. Це означає, що витративши тільки 250 Вт електроенергії, можна отримати більше 1 кВт тепла. Проте це не означає, що варто проектувати систему опалення заміського будинку на основі кондиціонерів. Адже, якщо температура зовні будівлі опуститься нижче -25 ° С - використовувати їх ніяк не вийде.

Класифікація кондиціонерів

Розібравшись із принципами роботи побутових кондиціонерів на холод і тепло, можна нарешті ознайомитися з існуючими модифікаціями даних пристроїв, в яких ці принципи задіяні. На сучасному ринку присутні численні різновиди кондиціонерів, кожен з яких має свої переваги та недоліки. Всі вони докладно розглядаються нижче. 

Залежно від конструкцій, всі побутові кондиціонери поділяються на два види:

• Моноблочні;
• Спліт-системи.

У свою чергу, класифікація обох цих видів виглядає так:

1. Моноблочні кондиціонери– це машини, що охолоджують і обігрівають, всі елементи яких знаходяться в монолітних корпусах різних розмірів. Вони можуть монтуватися стаціонарно і бути транспортабельними, а також мати різний діапазон потужностей. Декілька десятиліть тому абсолютно всі кондиціонери мали моноблочні конструкції, які легко обслуговувати і також нескладно переносити на нові місця роботи – за потреби. І хоча зараз виробництво класичних моделей значно скоротилося з об'єктивних причин, з'явилася абсолютно нова модифікація охолоджувачів-моноблоків – настінні кондиціонери без зовнішнього блоку, зручність яких дозволяє спрогнозувати їхнє успішне поширення. Усього моноблочні кондиціонери поділяються на 3 типи:

• Віконні кондиціонери– у повній відповідності зі своєю назвою, монтуються в отвори у вікнах або тонких стінах таким чином, щоб задні частини їх корпусів виходили на вулицю. Хоча такі пристрої вважаються частково застарілими, вони досі виробляються деякими компаніями і мають попит серед покупців через простоту монтажу, меншу кількість фреону в їх системах, а також нижчу вартість - порівняно зі спліт-системами. Однак, їх недоліки також досить суттєві - це високий рівень шуму, зменшення заскленої площі віконного отвору, а також неестетичність досить великого пристрою, що стоїть прямо у вікні. Панелі управління даних апаратів, як правило, розміщуються на лицьових частинах їх корпусів;
• Мобільні кондиціонери- також звані переносними, вони є колонноподібними моноблоками, які не монтуються стаціонарно, а можуть легко переміщатися всередині приміщень, а також транспортуватися за їх межі. Головна перевага такого пристрою – простота монтажу, для виконання якого його потрібно лише підключити до розетки, а також вивести гнучку трубку для відведення гарячого повітря назовні через вікно, кватирку чи отвір у стіні. Крім охолодження, деякі моделі переносних кондиціонерів можуть нагрівати повітря і додатково очищати його від пилу за допомогою вбудованих фільтрів і навіть іонізаторів. А їхні недоліки полягають у нижчій порівняно зі спліт-системами ефективності, а також у тому, що вони займають багато місця на підлозі;
• Настінні кондиціонери без зовнішнього блоку - стали найсучаснішим типом охолоджувачів, що втілило в собі новітні технології та відмінну продуманість. Ці машини є моноблоками, які можна розмістити в будь-якому місці на зовнішній стіні, в якій всього лише необхідно просвердлити два отвори. Через ці отвори назовні виводяться два патрубки – для подачі та відведення повітря. Хоча розміри настінного кондиціонера без зовнішнього блоку трохи перевищують габарити внутрішнього блоку спліт-системи, він досить компактний і чудово виглядає на стіні. Переваги такого агрегату очевидні – простота монтажу та естетичність фасаду, не зіпсованого зовнішнім блоком. А недоліки – це лише підвищена порівняно зі «сплітами» шумність та висока вартість.

2. Спліт-системи- найпопулярніший на даний момент вид кондиціонерів, що складаються з внутрішнього та зовнішнього блоків. Перший монтується всередині приміщення, а другий – поза ним. Обидва блоки з'єднуються між собою за допомогою покритих теплоізоляційним матеріалом мідних трубок, усередині яких циркулює фреон. За рахунок малої товщини їх можна легко сховати всередині стін, підвісних стель, інших будівельних конструкцій або декоративних коробах. Крім стандартних функцій охолодження та обігріву, спліт-кондиціонери можуть регулювати рівень вологості в приміщенні, забираючи надмірну вологу. Крім того, завдяки вбудованим фільтрам, вони очищають повітря від великодисперсного пилу, частини бактерій та сторонніх запахів. Спліт-системи поділяються на 7 типів:

• Настінні спліт-системи– складаються з внутрішнього випарного та зовнішнього компресорно-конденсаторного блоків. Внутрішній блок монтується на вертикальній стіні у приміщенні – під стелею. У свою чергу, зовнішній блок встановлюється за допомогою спеціальних кріплень на зовнішній стіні або без них - на будь-якій горизонтальній поверхні. Продуктивність більшості спліт-систем настінного типу в межах від 1,5 до 10 кВт. Їхні головні переваги полягають у відносно низькому рівні шуму і тому, що вони не займають корисне місце всередині приміщення. Що стосується недоліків настінних кондиціонерів, то це складність монтажу, який можуть виконати тільки фахівці, а також потреба в періодичному очищенні та техобслуговуванні;

• Підлогово-стельові спліт-системи– конструктивно максимально схожі на свої виключно настінні аналоги. Єдина їхня велика відмінність полягає в будові внутрішнього блоку, який можна монтувати, як під стелею, так і на підлозі. Потужність продукування холоду і тепла у спліт-систем підлогово-стельового типу дещо більша, ніж у настінних, і в середньому становить від 3 до 12 кВт. А їх панелі управління можуть розташовуватися як на пультах, так і не безпосередньо на внутрішніх блоках. Що стосується переваг і недоліків підлогово-стельових кондиціонерів, то вони повністю ідентичні настінним, з тією різницею, що при розміщенні на підлозі, в приміщенні потрібно передбачити достатньо вільного місця для монтажу внутрішнього охолоджуючого блоку;

• Колони спліт-системи– являють собою великогабаритні та потужні машини, що мають колоноподібні конструкції внутрішніх блоків. З цієї причини останні встановлюються на підлозі у великих приміщеннях, які потребують швидкого та ефективного охолодження повітря. Відповідно, спліт-системи колонного типу найчастіше застосовують у залах ресторанів, готелів, адміністративних будівель, офісних та конференц-центрів, і не тільки. А керування ними здійснюється за допомогою пультів та вбудованих інтерактивних панелей. Крім низького рівня шуму, основною перевагою колонних кондиціонерів є можливість швидко охолоджувати великі площі. А їх невелика вада, крім помітності в інтер'єрі – це відносно високе енергоспоживання;

• Касетні спліт-системи– призначені для монтажу у приміщеннях середніх та великих розмірів із підвісними стелями, в які вбудовують внутрішні блоки таких пристроїв. Особливістю даних машин є можливість рівномірно охолоджувати чи обігрівати певну площу відразу у чотирьох напрямках. Для цього у внутрішні блоки спліт-систем касетного типу вбудовують спеціальні жалюзі, положення яких можна змінювати дистанційним пультом управління. Найцінніша перевага цих пристроїв - мінімальна помітність, завдяки якій вони не псують інтер'єр приміщення, забезпечуючи при цьому ефективне охолодження або обігрів. Та й нестача касетних кондиціонерів закономірна, і полягає в складності монтажу прямо в підвісну стелю;

• Мультіспліт-системи– слово «мульти» у цій назві означає, що до одного зовнішнього блоку кондиціонера підключаються відразу декілька внутрішніх, а саме – від 2 до 5 штук. При цьому останні можуть бути різних модифікацій і потужностей. У цьому полягає єдина істотна відмінність даних пристроїв від звичайних «спліт-аналогів». Основний плюс систем-мультіспліт - економія місця на фасадах будівель, які не доводиться псувати великою кількістю зовнішніх блоків. А це дуже важливо, наприклад – для пам'яток архітектури, будов зі скляними фасадами, і не лише. Недоліки мультиспліт-кондиціонерів також очевидні - це висока вартість, а також трудомісткий монтаж, при якому необхідно розводити численні комунікації по приміщеннях;
• Мультиспліт-система типу «конструктор»– передбачає можливість підключення одного зовнішнього блоку цілої комбінації внутрішніх, які підбираються з урахуванням обсягів приміщень, які вони обслуговуватимуть. Застосування таких агрегатів дає можливість постійно економити електроенергію за умови, що більшість окремих приміщень мають невеликі розміри. Справа в тому, що для охолоджування кімнати в 10 м²більш ніж достатньо потужності охолоджувача 1 кВт. Встановити кондиціонер з такою продуктивністю легко – за умови використання мультисплітів типу «конструктор». У той час як мінімальна потужність стандартних настінних одинарних спліт-систем становить від 1,8 до 2,2 кВт, що безумовно недоцільно з економічної точки зору;
• Канальні спліт-системи- відрізняються від інших аналогів тим, що всі їх конструкції, що розміщуються всередині приміщення, ховаються за елементами стін або підвісними стелями. У тому ж міжстельовому просторі монтуються і підключені до них теплоізольовані мережі повітроводів, що розподіляють холодне або тепле повітря по всій кімнаті, або по кількох кімнатах відразу. Також спліт-системи канального типу здатні транспортувати до помешкань повітря безпосередньо з вулиці. Однак, при всіх цих плюсах канальні кондиціонери неможливо встановити без попереднього виконання проектних робіт і розрахунку оптимального перерізу повітроводів. Справа в тому, що за допомогою канального кондиціонера можна встановити бажану температуру лише в приміщенні, де знаходиться його внутрішній блок. В інших приміщеннях вона регулюватиметься вже посередньо, і якщо діаметри повітроводів виявляться невідповідними – контроль мікроклімату виявиться проблематичним. І вирішити цю проблему без дорогої електронної автоматизованої системи керування кондиціонером, що автоматично виставляє температуру, буде майже неможливо.

Потужність, що споживається кондиціонерами

На завершення нашого огляду не можна коротко не згадати про серйозну вигоду використання сучасних кондиціонерів. Справді, майже всі ці машини мають надзвичайно високі показники енергоефективності. Так, споживана ними кількість електроенергії дозволяє, в середньому, зробити в 3 рази більшу потужність охолодження або обігріву. Це означає, що на 1 кВт витраченої електрики припадає 2,5-3 кВт виділеного холоду чи тепла. Тому стандартний побутовий кондиціонер потужністю охолодження 2 кВт споживає приблизно 600-700 Вт електроенергії, і без проблем підключається до звичайної розетки. Ще вигіднішим виявляється застосування інноваційних інверторних кондиціонерів, здатних, як було згадано, продукувати понад 4 кВт холоду чи тепла, витративши лише 1 кВт електрики. І ці показники продовжують удосконалюватись.