КОНДИЦИОНЕРЫ
Кондиционер — устройство для
поддержания оптимальных климатических условий в помещениях. В простейшей форме,
кондиционер предназначен для регулирования и поддержания заданной температуры
воздуха в помещении. Наиболее широко кондиционеры используются для снижения
температуры воздуха внутри помещений в жаркое время года и круглогодично в
помещениях, где образуется избыточное тепло (информационно-вычислительные
центры, вагоны метро, салоны самолётов, аудитории, зрительные залы и т. д.) или
требуется поддержание определённой температуры (продуктовые склады,
операционные). Кондиционеры с функцией теплового насоса наряду с охлаждением
позволяют повышать температуру воздуха в холодное время года и могут
использоваться как охлаждающий и отопительный прибор. Более сложные установки кондиционирования
снабжены механизмами очистки воздуха от загрязняющих частиц, притока свежего
воздуха, увлажнения воздуха, обогащения воздуха кислородом и другими функциями,
повышающими качество воздуха.
Наибольшее распространение имеют
кондиционеры компрессионного типа. Кроме этого существуют также кондиционеры
абсорбционного и испарительного типов. Компрессионные кондиционеры в
большинстве случаев могут работать как на охлаждение, так и на нагрев воздуха.
Испарительные кондиционеры кроме охлаждения осуществляют также увлажнение
воздуха и вентиляцию.
Компрессионный
кондиционер.
Основными узлами любого местного
автономного кондиционера компрессионного типа (как и любой холодильной
установки) являются:
- компрессор — сжимает рабочую среду —
хладагент (как правило, фреон) и поддерживает его движение по холодильному
контуру;
- конденсатор — радиатор, расположенный во
внешнем блоке. Название отражает процесс, происходящий при работе кондиционера
— переход газа из газообразной фазы в жидкую (конденсация). Для высокой
эффективности и длительной эксплуатации преимущественно изготавливается из меди
и алюминия;
- испаритель — радиатор, расположенный во
внутреннем блоке. В испарителе при резком снижении давления фреон переходит из
жидкой фазы в газообразную (кипение). В основном, изготавливается из меди и
алюминия;
- терморегулирующий вентиль —
трубопроводный дроссель, который понижает давление фреона перед испарителем;
- вентиляторы — создают поток воздуха,
обдувающего испаритель и конденсатор. Используются для более интенсивного
теплообмена с окружающим воздухом.
Принципы работы
кондиционеров.
Компрессор, конденсатор, дроссель и
испаритель соединены тонкостенными медными либо алюминиевыми трубками и
образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует хладагент (традиционно
в кондиционерах используется смесь фреона с небольшим количеством
компрессорного масла).
В процессе работы кондиционера происходит
следующее (рассмотрим на примере фреона R22). На вход компрессора из испарителя
поступает газообразный хладагент под низким давлением в 3—5 атмосфер и
температурой от +10 до +20°C. Компрессор кондиционера сжимает хладагент до
давления 15—25 атмосфер, в результате чего хладагент нагревается до +70—90°C,
после чего поступает в конденсатор.
Благодаря более низкой температуре
окружающего конденсатор воздуха, хладагент выделяет в него часть своего тепла и
переходит из газообразной фазы в жидкую. Вентилятор на конденсаторе служит цели
уменьшения размера конденсатора, при сохранении требуемой величины теплообмена.
На выходе конденсатора хладагент находится
в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10—20°C выше
температуры атмосферного воздуха. Из конденсатора тёплый хладагент попадает в
терморегулирующий вентиль, который в простейшем случае представляет собой
капилляр (длинную тонкую медную трубку, свитую в спираль). На выходе
терморегулирующего вентиля давление и температура хладагента существенно
понижаются, часть хладагента при этом может испариться.
После дросселирующего устройства смесь
жидкого и газообразного хладагента с низким давлением поступает в испаритель. В
испарителе жидкий хладагент переходит в газообразную фазу с поглощением тепла,
соответственно, воздух, проходящий через испаритель, остывает. Далее
газообразный хладагент с низким давлением поступает на вход компрессора и весь
цикл повторяется. Этот процесс лежит в основе работы любого кондиционера и не
зависит от его типа, модели или производителя.
Работа кондиционера без отвода тепла от конденсатора принципиально невозможна. Это фундаментальное ограничение, вытекающее из второго закона термодинамики. В обычных бытовых установках это тепло является бросовым и отводится в окружающую среду. Причём его количество превышает величину, поглощённую при охлаждении помещения, т.к. при сжатии компрессором фреона затрачивается энергия, переходящая в т.ч. в тепло. В более сложных устройствах это тепло утилизируется для бытовых целей: горячее водоснабжение и другое.
