На каком свойстве хладагента основан принцип работы кондиционера
Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ, ñâÿçàííûå ñ ðàáîòîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû
Îõëàæäåíèå â êîíäèöèîíåðàõ ïðîèçâîäèòñÿ çà ñ÷åò ïîãëîùåíèÿ òåïëà ïðè êèïåíèè æèäêîñòè. Êîãäà ìû ãîâîðèì î êèïÿùåé æèäêîñòè, ìû, åñòåñòâåííî, äóìàåì, ÷òî îíà ãîðÿ÷àÿ. Îäíàêî ýòî íå ñîâñåì âåðíî.
Âî-ïåðâûõ, òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ æèäêîñòè çàâèñèò îò äàâëåíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. ×åì âûøå äàâëåíèå, òåì âûøå òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ, è íàîáîðîò: ÷åì íèæå äàâëåíèå, òåì íèæå òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ. Ïðè íîðìàëüíîì àòìîñôåðíîì äàâëåíèè, ðàâíîì 760 ìì ðò.ñò. (1 àòì), âîäà êèïèò ïðè ïëþñ 100°Ñ, íî åñëè äàâëåíèå ïîíèæåííîå, êàê íàïðèìåð â ãîðàõ íà âûñîòå 7000-8000 ì, âîäà íà÷íåò êèïåòü óæå ïðè òåìïåðàòóðå ïëþñ 40-60°Ñ.
Âî-âòîðûõ, ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ ðàçíûå æèäêîñòè èìåþò ðàçëè÷íûå òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ.
Íàïðèìåð, õëàäàãåíò R-410À, øèðîêî èñïîëüçóåìûé â õîëîäèëüíîé òåõíèêå, ïðè íîðìàëüíîì àòìîñôåðíîì äàâëåíèè èìååò òåìïåðàòóðó êèïåíèÿ 51°Ñ.
Åñëè æèäêèé õëàäàãåíò íàõîäèòñÿ â îòêðûòîì ñîñóäå, òî åñòü ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè è òåìïåðàòóðå îêðóæàþùåé ñðåäû, òî îí íåìåäëåííî âñêèïàåò, ïîãëîùàÿ ïðè ýòîì áîëüøîå êîëè÷åñòâî òåïëà èç îêðóæàþùåé ñðåäû èëè ëþáîãî ìàòåðèàëà, ñ êîòîðûì íàõîäèòñÿ â êîíòàêòå.  õîëîäèëüíîé ìàøèíå õëàäàãåíò êèïèò íå â îòêðûòîì ñîñóäå, à â ñïåöèàëüíîì òåïëîîáìåííèêå, íàçûâàåìîì èñïàðèòåëåì. Ïðè ýòîì êèïÿùèé â òðóáêàõ èñïàðèòåëÿ õëàäàãåíò àêòèâíî ïîãëîùàåò òåïëî îò âîçäóøíîãî ïîòîêà, îìûâàþùåãî íàðóæíóþ, êàê ïðàâèëî, îðåáðåííóþ ïîâåðõíîñòü òðóáîê.
Ðàññìîòðèì ïðîöåññ êîíäåíñàöèè ïàðîâ æèäêîñòè íà ïðèìåðå õëàäàãåíòà R-410À. Òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè ïàðîâ õëàäàãåíòà, òàê æå, êàê è òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ, çàâèñèò îò äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. ×åì âûøå äàâëåíèå è òåìïåðàòóðà, òåì âûøå òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè. Òàê, íàïðèìåð, êîíäåíñàöèÿ ïàðîâ õëàäàãåíòà R-410À ïðè äàâëåíèè 23,5 bar íà÷èíàåòñÿ óæå ïðè òåìïåðàòóðå ïëþñ 40°Ñ. Ïðîöåññ êîíäåíñàöèè ïàðîâ õëàäàãåíòà, êàê è ëþáîé äðóãîé æèäêîñòè, ñîïðîâîæäàåòñÿ âûäåëåíèåì áîëüøîãî êîëè÷åñòâà òåïëà â îêðóæàþùóþ ñðåäó èëè, ïðèìåíèòåëüíî ê õîëîäèëüíîé ìàøèíå, ïåðåäà÷åé ýòîãî òåïëà ïîòîêó âîçäóõà èëè æèäêîñòè â ñïåöèàëüíîì òåïëîîáìåííèêå, íàçûâàåìîì êîíäåíñàòîðîì.
Åñòåñòâåííî, ÷òîáû ïðîöåññ êèïåíèÿ õëàäàãåíòà â èñïàðèòåëå è îõëàæäåíèÿ âîçäóõà, à òàêæå ïðîöåññ êîíäåíñàöèè è îòâîä òåïëà â êîíäåíñàòîðå áûëè íåïðåðûâíûìè, íåîáõîäèìî ïîñòîÿííî “ïîäëèâàòü” â èñïàðèòåëü æèäêèé õëàäàãåíò, à â êîíäåíñàòîð ïîñòîÿííî ïîäàâàòü ïàðû õëàäàãåíòà. Òàêîé íåïðåðûâíûé ïðîöåññ (öèêë) îñóùåñòâëÿåòñÿ â õîëîäèëüíîé ìàøèíå.
Íàèáîëåå îáøèðíûé êëàññ õîëîäèëüíûõ ìàøèí áàçèðóåòñÿ íà êîìïðåññèîííîì öèêëå îõëàæäåíèÿ, îñíîâíûìè êîíñòðóêòèâíûìè ýëåìåíòàìè êîòîðîãî ÿâëÿþòñÿ êîìïðåññîð, èñïàðèòåëü, êîíäåíñàòîð è ðåãóëÿòîð ïîòîêà (êàïèëëÿðíàÿ òðóáêà, ÒÐÂ, ÝÐÂ), ñîåäèíåííûå òðóáîïðîâîäàìè è ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé çàìêíóòóþ ñèñòåìó, â êîòîðîé öèðêóëÿöèþ õëàäàãåíòà (ôðåîíà) îñóùåñòâëÿåò êîìïðåññîð. Êðîìå îáåñïå÷åíèÿ öèðêóëÿöèè, êîìïðåññîð ïîääåðæèâàåò â êîíäåíñàòîðå (íà ëèíèè íàãíåòàíèÿ) âûñîêîå äàâëåíèå ïîðÿäêà 23,5 bar.
Òåïåðü, êîãäà ðàññìîòðåíû îñíîâíûå ïîíÿòèÿ, ñâÿçàííûå ñ ðàáîòîé õîëîäèëüíîé ìàøèíû, ïåðåéäåì ê áîëåå ïîäðîáíîìó ðàññìîòðåíèþ ñõåìû êîìïðåññèîííîãî öèêëà îõëàæäåíèÿ, êîíñòðóêòèâíîìó èñïîëíåíèþ è ôóíêöèîíàëüíîìó íàçíà÷åíèþ îòäåëüíûõ óçëîâ è ýëåìåíòîâ.
Ñõåìà êîìïðåññèîííîãî öèêëà îõëàæäåíèÿ
Ðèñ. 1. Ñõåìà êîìïðåññèîííîãî öèêëà îõëàæäåíèÿ
Êîíäèöèîíåð – ýòî òà æå õîëîäèëüíàÿ ìàøèíà, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ òåïëîâîé îáðàáîòêè âîçäóøíîãî ïîòîêà. Êðîìå òîãî, êîíäèöèîíåð îáëàäàåò ñóùåñòâåííî áîëüøèìè âîçìîæíîñòÿìè, áîëåå ñëîæíîé êîíñòðóêöèåé è ìíîãî÷èñëåííûìè äîïîëíèòåëüíûìè îïöèÿìè. Îáðàáîòêà âîçäóõà ïðåäïîëàãàåò ïðèäàíèå åìó îïðåäåëåííûõ êîíäèöèé, òàêèõ êàê òåìïåðàòóðà è âëàæíîñòü, à òàêæå íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ è ïîäâèæíîñòü (ñêîðîñòü äâèæåíèÿ). Îñòàíîâèìñÿ íà ïðèíöèïå ðàáîòû è ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññàõ, ïðîèñõîäÿùèõ â õîëîäèëüíîé ìàøèíå (êîíäèöèîíåðå). Îõëàæäåíèå â êîíäèöèîíåðå îáåñïå÷èâàåòñÿ íåïðåðûâíîé öèðêóëÿöèåé, êèïåíèåì è êîíäåíñàöèåé õëàäàãåíòà â çàìêíóòîé ñèñòåìå. Êèïåíèå õëàäàãåíòà ïðîèñõîäèò ïðè íèçêîì äàâëåíèè è íèçêîé òåìïåðàòóðå, à êîíäåíñàöèÿ – ïðè âûñîêîì äàâëåíèè è âûñîêîé òåìïåðàòóðå. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà êîìïðåññèîííîãî öèêëà îõëàæäåíèÿ ïîêàçàíà íà ðèñ. 1.
Íà÷íåì ðàññìîòðåíèå ðàáîòû öèêëà ñ âûõîäà èñïàðèòåëÿ (ó÷àñòîê 1-1). Çäåñü õëàäàãåíò íàõîäèòñÿ â ïàðîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè ñ íèçêèì äàâëåíèåì è òåìïåðàòóðîé.
Ïàðîîáðàçíûé õëàäàãåíò âñàñûâàåòñÿ êîìïðåññîðîì, êîòîðûé ïîâûøàåò åãî äàâëåíèå äî 23,5 bar è òåìïåðàòóðó äî ïëþñ 70-90°Ñ (ó÷àñòîê 2-2).
Äàëåå â êîíäåíñàòîðå ãîðÿ÷èé ïàðîîáðàçíûé õëàäàãåíò îõëàæäàåòñÿ è êîíäåíñèðóåòñÿ, òî åñòü ïåðåõîäèò â æèäêóþ ôàçó. Êîíäåíñàòîð ìîæåò áûòü ëèáî ñ âîçäóøíûì, ëèáî ñ âîäÿíûì îõëàæäåíèåì â çàâèñèìîñòè îò òèïà õîëîäèëüíîé ñèñòåìû.
Íà âûõîäå èç êîíäåíñàòîðà (òî÷êà 3) õëàäàãåíò íàõîäèòñÿ â æèäêîì ñîñòîÿíèè ïðè âûñîêîì äàâëåíèè. Ðàçìåðû êîíäåíñàòîðà âûáèðàþòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ãàç (õëàäàãåíò) ïîëíîñòüþ ñêîíäåíñèðîâàëñÿ âíóòðè êîíäåíñàòîðà. Ïîýòîìó òåìïåðàòóðà æèäêîñòè íà âûõîäå èç êîíäåíñàòîðà îêàçûâàåòñÿ íåñêîëüêî íèæå òåìïåðàòóðû êîíäåíñàöèè. Ïåðåîõëàæäåíèå â êîíäåíñàòîðàõ ñ âîçäóøíûì îõëàæäåíèåì îáû÷íî ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî ïëþñ 4-7°Ñ.
Ïðè ýòîì òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè ïðèìåðíî íà 10-20°Ñ âûøå òåìïåðàòóðû àòìîñôåðíîãî âîçäóõà.
Çàòåì õëàäàãåíò â æèäêîé ôàçå ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè ïîñòóïàåò â ðåãóëÿòîð ïîòîêà, ãäå äàâëåíèå ñìåñè ðåçêî óìåíüøàåòñÿ (ïðèìåðíî â òðè ðàçà), ÷àñòü æèäêîñòè ïðè ýòîì ìîæåò èñïàðèòüñÿ, ïåðåõîäÿ â ïàðîîáðàçíóþ ôàçó. Òàêèì îáðàçîì, â èñïàðèòåëü ïîïàäàåò ñìåñü ïàðà è æèäêîñòè (òî÷êà 4).
Ïàðîæèäêîñòíîé õëàäàãåíò êèïèò â èñïàðèòåëå, îòáèðàÿ òåïëî îò îêðóæàþùåãî âîçäóõà, è âíîâü ïåðåõîäèò â ïàðîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå.
Ðàçìåðû èñïàðèòåëÿ âûáèðàþòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû æèäêîñòü ïîëíîñòüþ èñïàðèëàñü âíóòðè èñïàðèòåëÿ. Ïîýòîìó òåìïåðàòóðà ïàðà íà âûõîäå èç èñïàðèòåëÿ îêàçûâàåòñÿ âûøå òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ, ïðîèñõîäèò òàê íàçûâàåìûé ïåðåãðåâ õëàäàãåíòà â èñïàðèòåëå.  ýòîì ñëó÷àå äàæå ñàìûå ìàëåíüêèå êàïåëüêè õëàäàãåíòà èñïàðÿþòñÿ è â êîìïðåññîð íå ïîïàäàåò æèäêîñòü. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â ñëó÷àå ïîïàäàíèÿ æèäêîãî õëàäàãåíòà â êîìïðåññîð, òàê íàçûâàåìîãî “ãèäðàâëè÷åñêîãî óäàðà”, âîçìîæíû ïîâðåæäåíèÿ è ïîëîìêè êëàïàíîâ è äðóãèõ äåòàëåé êîìïðåññîðà.
Ïåðåãðåòûé ïàð âûõîäèò èç èñïàðèòåëÿ (òî÷êà 1), è öèêë âîçîáíîâëÿåòñÿ.
Òàêèì îáðàçîì, õëàäàãåíò ïîñòîÿííî öèðêóëèðóåò ïî çàìêíóòîìó êîíòóðó, ìåíÿÿ ñâîå àãðåãàòíîå ñîñòîÿíèå ñ æèäêîãî íà ïàðîîáðàçíîå è íàîáîðîò.
Âñå êîìïðåññèîííûå öèêëû õîëîäèëüíûõ ìàøèí âêëþ÷àþò äâà îïðåäåëåííûõ óðîâíÿ äàâëåíèÿ. Ãðàíèöà ìåæäó íèìè ïðîõîäèò ÷åðåç íàãíåòàòåëüíûé êëàïàí íà âûõîäå êîìïðåññîðà ñ îäíîé ñòîðîíû è âûõîä èç ðåãóëÿòîðà ïîòîêà (èç êàïèëëÿðíîé òðóáêè, ÒÐÂ, ÝÐÂ) ñ äðóãîé ñòîðîíû.
Íàãíåòàòåëüíûé êëàïàí êîìïðåññîðà è âûõîäíîå îòâåðñòèå ðåãóëÿòîðà ïîòîêà ÿâëÿþòñÿ ðàçäåëèòåëüíûìè òî÷êàìè ìåæäó ñòîðîíàìè âûñîêîãî è íèçêîãî äàâëåíèé â õîëîäèëüíîé ìàøèíå.
Íà ñòîðîíå âûñîêîãî äàâëåíèÿ íàõîäÿòñÿ âñå ýëåìåíòû, ðàáîòàþùèå ïðè äàâëåíèè êîíäåíñàöèè.
Íà ñòîðîíå íèçêîãî äàâëåíèÿ íàõîäÿòñÿ âñå ýëåìåíòû, ðàáîòàþùèå ïðè äàâëåíèè èñïàðåíèÿ.
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñóùåñòâóåò ìíîãî òèïîâ êîìïðåññèîííûõ õîëîäèëüíûõ ìàøèí, ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà öèêëà â íèõ ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâà.
Òåîðåòè÷åñêèé è ðåàëüíûé öèêë îõëàæäåíèÿ.
Ðèc. 2. Äèàãðàììà äàâëåíèÿ è òåïëîñîäåðæàíèÿ
Öèêë îõëàæäåíèÿ ìîæíî ïðåäñòàâèòü ãðàôè÷åñêè â âèäå äèàãðàììû çàâèñèìîñòè àáñîëþòíîãî äàâëåíèÿ è òåïëîñîäåðæàíèÿ (ýíòàëüïèè). Íà äèàãðàììå (ðèñ. 2) ïðåäñòàâëåíà õàðàêòåðíàÿ êðèâàÿ îòîáðàæàþùàÿ ïðîöåññ íàñûùåíèÿ õëàäàãåíòà.
Ëåâàÿ ÷àñòü êðèâîé ñîîòâåòñòâóåò ñîñòîÿíèþ íàñûùåííîé æèäêîñòè, ïðàâàÿ ÷àñòü – ñîñòîÿíèþ íàñûùåííîãî ïàðà. Äâå êðèâûå ñîåäèíÿþòñÿ â öåíòðå â òàê íàçûâàåìîé “êðèòè÷åñêîé òî÷êå”, ãäå õëàäàãåíò ìîæåò íàõîäèòüñÿ êàê â æèäêîì, òàê è â ïàðîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè. Çîíû ñëåâà è ñïðàâà îò êðèâîé ñîîòâåòñòâóþò ïåðåîõëàæäåííîé æèäêîñòè è ïåðåãðåòîìó ïàðó. Âíóòðè êðèâîé ëèíèè ïîìåùàåòñÿ çîíà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ñîñòîÿíèþ ñìåñè æèäêîñòè è ïàðà.
Ðèñ. 3. Èçîáðàæåíèå òåîðåòè÷åñêîãî öèêëà ñæàòèÿ íà äèàãðàììå «Äàâëåíèå è òåïëîñîäåðæàíèå»
Ðàññìîòðèì ñõåìó òåîðåòè÷åñêîãî (èäåàëüíîãî) öèêëà îõëàæäåíèÿ ñ òåì, ÷òîáû ëó÷øå ïîíÿòü äåéñòâóþùèå ôàêòîðû (ðèñ. 3).
Ðàññìîòðèì íàèáîëåå õàðàêòåðíûå ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â êîìïðåññèîííîì öèêëå îõëàæäåíèÿ.
Ñæàòèå ïàðà â êîìïðåññîðå.
Õîëîäíûé ïàðîîáðàçíûé íàñûùåííûé õëàäàãåíò ïîñòóïàåò â êîìïðåññîð (òî÷êà Ñ`).  ïðîöåññå ñæàòèÿ ïîâûøàþòñÿ åãî äàâëåíèå è òåìïåðàòóðà (òî÷êà D). Òåïëîñîäåðæàíèå òàêæå ïîâûøàåòñÿ íà âåëè÷èíó, îïðåäåëÿåìóþ îòðåçêîì ÍÑ`-HD, òî åñòü ïðîåêöèåé ëèíèè C`-D íà ãîðèçîíòàëüíóþ îñü.
Êîíäåíñàöèÿ.
 êîíöå öèêëà ñæàòèÿ (òî÷êà D) ãîðÿ÷èé ïàð ïîñòóïàåò â êîíäåíñàòîð, ãäå íà÷èíàåòñÿ åãî êîíäåíñàöèÿ è ïåðåõîä èç ñîñòîÿíèÿ ãîðÿ÷åãî ïàðà â ñîñòîÿíèå ãîðÿ÷åé æèäêîñòè. Ýòîò ïåðåõîä â íîâîå ñîñòîÿíèå ïðîèñõîäèò ïðè íåèçìåííûõ äàâëåíèè è òåìïåðàòóðå. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî, õîòÿ òåìïåðàòóðà ñìåñè îñòàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííîé, òåïëîñîäåðæàíèå óìåíüøàåòñÿ çà ñ÷åò îòâîäà òåïëà îò êîíäåíñàòîðà è ïðåâðàùåíèÿ ïàðà â æèäêîñòü, ïîýòîìó îí îòîáðàæàåòñÿ íà äèàãðàììå â âèäå ïðÿìîé, ïàðàëëåëüíîé ãîðèçîíòàëüíîé îñè.
Ïðîöåññ â êîíäåíñàòîðå ïðîèñõîäèò â òðè ñòàäèè: ñíÿòèå ïåðåãðåâà (D-E), ñîáñòâåííî êîíäåíñàöèÿ (Å-À) è ïåðåîõëàæäåíèå æèäêîñòè (À-À`).
Ðàññìîòðèì êðàòêî êàæäûé ýòàï.
Ñíÿòèå ïåðåãðåâà (D-E).
Ýòî ïåðâàÿ ôàçà, ïðîèñõîäÿùàÿ â êîíäåíñàòîðå, è â òå÷åíèå åå òåìïåðàòóðà îõëàæäàåìîãî ïàðà ñíèæàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû íàñûùåíèÿ èëè êîíäåíñàöèè. Íà ýòîì ýòàïå ïðîèñõîäèò ëèøü îòúåì èçëèøíåãî òåïëà è íå ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå àãðåãàòíîãî ñîñòîÿíèÿ õëàäàãåíòà.
Íà ýòîì ó÷àñòêå ñíèìàåòñÿ ïðèìåðíî 10-20% îáùåãî òåïëîñúåìà â êîíäåíñàòîðå.
Êîíäåíñàöèÿ (Å-À).
Òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè îõëàæäàåìîãî ïàðà è îáðàçóþùåéñÿ æèäêîñòè ñîõðàíÿåòñÿ ïîñòîÿííîé íà ïðîòÿæåíèè âñåé ýòîé ôàçû. Ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå àãðåãàòíîãî ñîñòîÿíèÿ õëàäàãåíòà ñ ïåðåõîäîì íàñûùåííîãî ïàðà â ñîñòîÿíèå íàñûùåííîé æèäêîñòè. Íà ýòîì ó÷àñòêå ñíèìàåòñÿ 60-80% òåïëîñúåìà.
Ïåðåîõëàæäåíèå æèäêîñòè (À-À`).
Íà ýòîé ôàçå õëàäàãåíò, íàõîäÿùèéñÿ â æèäêîì ñîñòîÿíèè, ïîäâåðãàåòñÿ äàëüíåéøåìó îõëàæäåíèþ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî åãî òåìïåðàòóðà ïîíèæàåòñÿ. Ïîëó÷àåòñÿ ïåðåîõëàæäåííàÿ æèäêîñòü (ïî îòíîøåíèþ ê ñîñòîÿíèþ íàñûùåííîé æèäêîñòè) áåç èçìåíåíèÿ àãðåãàòíîãî ñîñòîÿíèÿ.
Ïåðåîõëàæäåíèå õëàäàãåíòà äàåò çíà÷èòåëüíûå ýíåðãåòè÷åñêèå ïðåèìóùåñòâà: ïðè íîðìàëüíîì ôóíêöèîíèðîâàíèè ïîíèæåíèå òåìïåðàòóðû õëàäàãåíòà íà îäèí ãðàäóñ ñîîòâåòñòâóåò ïîâûøåíèþ ìîùíîñòè õîëîäèëüíîé ìàøèíû ïðèìåðíî íà 1% ïðè òîì æå óðîâíå ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ.
Êîëè÷åñòâî òåïëà, âûäåëÿåìîãî â êîíäåíñàòîðå.
Ó÷àñòîê D-A` ñîîòâåòñòâóåò èçìåíåíèþ òåïëîñîäåðæàíèÿ õëàäàãåíòà â êîíäåíñàòîðå è õàðàêòåðèçóåò êîëè÷åñòâî òåïëà, âûäåëÿåìîãî â êîíäåíñàòîðå.
Ðåãóëÿòîð ïîòîêà (À`-B).
Ïåðåîõëàæäåííàÿ æèäêîñòü ñ ïàðàìåòðàìè â òî÷êå À` ïîñòóïàåò íà ðåãóëÿòîð ïîòîêà (êàïèëëÿðíóþ òðóáêó èëè òåðìîðåãóëèðóþùèé ðàñøèðèòåëüíûé êëàïàí), ãäå ïðîèñõîäèò ðåçêîå ñíèæåíèå äàâëåíèÿ. Åñëè äàâëåíèå çà ðåãóëÿòîðîì ïîòîêà ñòàíîâèòñÿ äîñòàòî÷íî íèçêèì, òî êèïåíèå õëàäàãåíòà ìîæåò ïðîèñõîäèòü íåïîñðåäñòâåííî çà ðåãóëÿòîðîì, äîñòèãàÿ ïàðàìåòðîâ òî÷êè Â.
Èñïàðåíèå æèäêîñòè â èñïàðèòåëå (Â-C).
Ñìåñü æèäêîñòè è ïàðà (òî÷êà Â) ïîñòóïàåò â èñïàðèòåëü, ãäå îíà ïîãëîùàåò òåïëî îò îêðóæàþùåé ñðåäû (ïîòîêà âîçäóõà) è ïåðåõîäèò ïîëíîñòüþ â ïàðîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå (òî÷êà Ñ). Ïðîöåññ èäåò ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå, íî ñ óâåëè÷åíèåì òåïëîñîäåðæàíèÿ.
Êàê óæå ãîâîðèëîñü âûøå, ïàðîîáðàçíûé õëàäàãåíò íåñêîëüêî ïåðåãðåâàåòñÿ íà âûõîäå èñïàðèòåëÿ. Ãëàâíàÿ çàäà÷à ôàçû ïåðåãðåâà (Ñ-Ñ`) – îáåñïå÷åíèå ïîëíîãî èñïàðåíèÿ îñòàþùèõñÿ êàïåëü æèäêîñòè, ÷òîáû â êîìïðåññîð ïîñòóïàë òîëüêî ïàðîîáðàçíûé õëàäàãåíò. Äëÿ ýòîãî òðåáóåòñÿ ïîâûøåíèå ïëîùàäè òåïëîîáìåííîé ïîâåðõíîñòè èñïàðèòåëÿ íà 2-3% íà êàæäûå 0,5°Ñ ïåðåãðåâà. Ïîñêîëüêó îáû÷íî ïåðåãðåâ ñîîòâåòñòâóþò 5-8°Ñ, òî óâåëè÷åíèå ïëîùàäè ïîâåðõíîñòè èñïàðèòåëÿ ìîæåò ñîñòàâëÿòü îêîëî 20%, ÷òî áåçóñëîâíî îïðàâäàíî, òàê êàê óâåëè÷èâàåò ýôôåêòèâíîñòü îõëàæäåíèÿ.
Êîëè÷åñòâî òåïëà, ïîãëîùàåìîãî èñïàðèòåëåì.
Ó÷àñòîê HB-ÍÑ` ñîîòâåòñòâóåò èçìåíåíèþ òåïëîñîäåðæàíèÿ õëàäàãåíòà â èñïàðèòåëå è õàðàêòåðèçóåò êîëè÷åñòâî òåïëà, ïîãëîùàåìîãî èñïàðèòåëåì.
Ðåàëüíûé öèêë îõëàæäåíèÿ.
Ðèñ. 4. Èçîáðàæåíèå öèêëà ðåàëüíîãî ñæàòèÿ íà äèàãðàììå «Äàâëåíèå-òåïëîñîäåðæàíèå»
C`L: ïîòåðÿ äàâëåíèÿ ïðè âñàñûâàíèè
MD: ïîòåðÿ äàâëåíèÿ ïðè âûõîäå
HDHC`: òåîðåòè÷åñêèé òåðìè÷åñêèé ýêâèâàëåíò ñæàòèÿ
HD`HC`: ðåàëüíûé òåðìè÷åñêèé ýêâèâàëåíò ñæàòèÿ
C`D: òåîðåòè÷åñêîå ñæàòèå
LM: ðåàëüíîå ñæàòèå
 äåéñòâèòåëüíîñòè â ðåçóëüòàòå ïîòåðü äàâëåíèÿ, âîçíèêàþùèõ íà ëèíèè âñàñûâàíèÿ è íàãíåòàíèÿ, à òàêæå â êëàïàíàõ êîìïðåññîðà, öèêë îõëàæäåíèÿ îòîáðàæàåòñÿ íà äèàãðàììå íåñêîëüêî èíûì îáðàçîì (ðèñ. 4).
Èç-çà ïîòåðü äàâëåíèÿ íà âõîäå (ó÷àñòîê C`-L) êîìïðåññîð äîëæåí ïðîèçâîäèòü âñàñûâàíèå ïðè äàâëåíèè íèæå äàâëåíèÿ èñïàðåíèÿ.
Ñ äðóãîé ñòîðîíû, èç-çà ïîòåðü äàâëåíèÿ íà âûõîäå (ó÷àñòîê Ì-D`), êîìïðåññîð äîëæåí ñæèìàòü ïàðîîáðàçíûé õëàäàãåíò äî äàâëåíèé âûøå äàâëåíèÿ êîíäåíñàöèè.
Íåîáõîäèìîñòü êîìïåíñàöèè ïîòåðü óâåëè÷èâàåò ðàáîòó ñæàòèÿ è ñíèæàåò ýôôåêòèâíîñòü öèêëà.
Ïîìèìî ïîòåðü äàâëåíèÿ â òðóáîïðîâîäàõ è êëàïàíàõ, íà îòêëîíåíèå ðåàëüíîãî öèêëà îò òåîðåòè÷åñêîãî âëèÿþò òàêæå ïîòåðè â ïðîöåññå ñæàòèÿ.
Âî-ïåðâûõ, ïðîöåññ ñæàòèÿ â êîìïðåññîðå îòëè÷àåòñÿ îò àäèàáàòè÷åñêîãî, ïîýòîìó ðåàëüíàÿ ðàáîòà ñæàòèÿ îêàçûâàåòñÿ âûøå òåîðåòè÷åñêîé, ÷òî òàêæå âåäåò ê ýíåðãåòè÷åñêèì ïîòåðÿì.
Âî-âòîðûõ, â êîìïðåññîðå èìåþòñÿ ÷èñòî ìåõàíè÷åñêèå ïîòåðè, ïðèâîäÿùèå ê óâåëè÷åíèþ ïîòðåáíîé ìîùíîñòè ýëåêòðîäâèãàòåëÿ êîìïðåññîðà è óâåëè÷åíèþ ðàáîòû ñæàòèÿ.
 òðåòüèõ, èç-çà òîãî, ÷òî äàâëåíèå â öèëèíäðå êîìïðåññîðà â êîíöå öèêëà âñàñûâàíèÿ âñåãäà íèæå äàâëåíèÿ ïàðà ïåðåä êîìïðåññîðîì (äàâëåíèÿ èñïàðåíèÿ), òàêæå óìåíüøàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü êîìïðåññîðà. Êðîìå òîãî, â êîìïðåññîðå âñåãäà èìååòñÿ îáúåì, íå ó÷àñòâóþùèé â ïðîöåññå ñæàòèÿ, íàïðèìåð, îáúåì ïîä ãîëîâêîé öèëèíäðà.
Îöåíêà ýôôåêòèâíîñòè öèêëà îõëàæäåíèÿ
Ýôôåêòèâíîñòü öèêëà îõëàæäåíèÿ îáû÷íî îöåíèâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ èëè êîýôôèöèåíòîì òåðìè÷åñêîé (òåðìîäèíàìè÷åñêîé) ýôôåêòèâíîñòè.
Êîýôôèöèåíò ýôôåêòèâíîñòè ìîæåò áûòü âû÷èñëåí êàê ñîîòíîøåíèå èçìåíåíèÿ òåïëîñîäåðæàíèÿ õëàäàãåíòà â èñïàðèòåëå (ÍÑ-ÍÂ) ê èçìåíåíèþ òåïëîñîäåðæàíèÿ õëàäàãåíòà â ïðîöåññå ñæàòèÿ (ÍD-ÍÑ).
Ôàêòè÷åñêè îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñîîòíîøåíèå õîëîäèëüíîé ìîùíîñòè è ýëåêòðè÷åñêîé ìîùíîñòè, ïîòðåáëÿåìîé êîìïðåññîðîì.
Ïðè÷åì îí íå ÿâëÿåòñÿ ïîêàçàòåëåì ïðîèçâîäèòåëüíîñòè õîëîäèëüíîé ìàøèíû, à ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñðàâíèòåëüíûé ïàðàìåòð ïðè îöåíêå ýôôåêòèâíîñòè ïðîöåññà ïåðåäà÷è ýíåðãèè. Òàê, íàïðèìåð, åñëè õîëîäèëüíàÿ ìàøèíà èìååò êîýôôèöèåíò òåðìè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè, ðàâíûé 2,5, òî ýòî îçíà÷àåò, ÷òî íà êàæäóþ åäèíèöó ýëåêòðîýíåðãèè, ïîòðåáëÿåìóþ õîëîäèëüíîé ìàøèíîé, ïðîèçâîäèòñÿ 2,5 åäèíèöû õîëîäà.
В России преобладает континентальный климат. Это значит, что зимой во всех регионах прохладно и выпадает снег, а летом — жарко. Из-за этого у людей возникает потребность в покупке кондиционера или сплит-системы. Но как обычному человеку выбрать, когда магазины предлагают десятки вариантов, отличающиеся по виду, мощности и стоимости? Для этого необходимо не только разбираться в марках, но и знать принцип работы устройств.
Как работает кондиционер
Система работает по принципу замкнутого цикла. Воздух в помещении охлаждается, проходя через блок охлаждения, в котором испаряется хладагент. Рассмотрим схему работы устройства поэтапно.
- Компрессор, установленный во внешнем блоке, перекачивает газ из испарителя внутреннего блока, который находится в помещении — в конденсатор.
- В конденсаторе фреон обеспечивает отдачу тепла на улицу через теплообменник внешнего блока.
- Газообразный фреон становится жидким в результате охлаждения.
- Фреон переходит в дроссель, что приводит к понижению давления жидкого фреона. Часть жидкости переходит в газообразное состояние.
- Когда фреон оказывается в испарителе, осуществляется переход из жидкого состояния в газообразное. В результате, в комнату поступает холодный воздух.
Из-за особенности работы кондиционера на испарителе образуются капли воды — конденсат. Обычно при монтаже системы, для отвода конденсата устанавливают отдельную трубку. Она выходит на улицу или в канализацию, чтобы в помещении не было лишней влаги.
Выходящий воздух из внутреннего блока регулируется с помощью специальной шторки и жалюзи по горизонтали и вертикали.
Как устроен принцип работы инверторного кондиционера
Особенность данного агрегата в непрерывной работе, но не на пределе возможностей, как в обычном кондиционере. Инвертор экономит электроэнергию и продлевает срок жизни компрессора, поскольку он работает не рывками, а плавно. Плавность работы обеспечена отсутствием необходимости выключать устройство для экономии электроэнергии.
Инверторная модель будет экономичней, чем любое другое устройство, если она будет работать как минимум несколько часов без выключения.
У инверторной модели есть два блока — внешний и внутренний. В наружном установлен компрессор, система с фреоном, вентилятор и конденсатор. Внутренний блок состоит из испарителя, вентилятора, жалюзи, фильтра и специального поддона для образовавшегося конденсата.
Устройство и принцип функционирования сплит-системы
Основная особенность сплит-системы заключается в том, что испаритель и конденсатор здесь расположены не в одном блоке, но соединены трубками для обмена хладагентом. Во внешнем блоке установлены следующие элементы:
- дроссель;
- конденсатор;
- вентилятор;
- компрессор.
Как правило, внешний блок довольно громко работает, примерно на уровне 45 децибел. Он устанавливается на внешней части стены дома.
Во внутреннем корпусе сплит-системы находится испаритель, электронные схемы, воздушные фильтры.
Внешний и внутренний блоки соединены между собой теплоизолированными трубками из меди.
На рынке представлены модели сплит-систем, которые работают как на охлаждение, так и на нагрев воздуха. В зависимости от модели существует ограничения на работу при минусовой погоде. Обычно инверторные модели способны функционировать до -15ºC. Более дорогие модели обогревают помещение при температуре -25ºС.
Особенности функционирования напольных кондиционеров
Эти модели используются редко, если нельзя установить стандартный сплит. Напольные кондиционеры могут быть мобильными и стационарными. Стационарные модели имеют аналогичный принцип работы, как обычный кондиционер, за исключением установки внутреннего блока. Он размещается не под потолком, а на высоте полуметра от пола. Внешний блок расположен на улице. Такие сплит-системы относятся к полупромышленной серии. Как правило, они отличаются большей производительностью, чем бытовые модели.
Особенности мобильных моделей
Мобильная модель имеет только один блок, располагающийся внутри помещения. В нем расположены компрессор, испаритель и конденсатор. Механизм функционирования основан на переработке воздуха, который находится внутри помещения.
Обычно выбирать мобильную модель не рекомендуют, поскольку самая шумная часть будет установлена не за окном, а в помещении. При включенном кондиционере вам будет некомфортно находиться в комнате. К тому же, они отличаются небольшой мощностью.
Как выбрать сплит-систему для дома
Выбирая кондиционер для домашнего использования, учитывайте размер помещения. Для малогабаритной комнаты (до 15-20 метров) подойдет система 5000 BTU. Для помещения до 25 квадратных метров лучше выбрать более мощную модель — 7000 или 9000 BTU.
Подумайте о затратах на электричество и выбирайте энергосберегающие модели A++, потребление около 700-800 ватт. Если бюджет позволяет можно купить кондиционер A+++ с потреблением 500-600 ватт.
Оцените уровень шума. Если есть возможность, послушайте, как работает система, ведь вам придется находиться в комнате во время работы кондиционера. Допустимое значение шума для внутреннего блока — 19-38 дБ.
Преимущества и недостатки кондиционеров
Если вы собираетесь покупать кондиционер или сплит-систему, вам будет интересно узнать о плюсах и минусах.
Преимущества
- Обеспечение комфортной температуры в комнате. Независимо от погоды за окном, сплит-система позволит создать благоприятную атмосферу в помещении. Летом кондиционер охладит воздух, а осенью или весной — нагреет. В любом случае находиться в комнате будет комфортно.
- Чистый воздух в помещении. Особенно это актуально для жителей крупных городов, проживающих в промышленных районах. Использование кондиционера позволит получить прохладный, чистый воздух, не открывая окон.
- Поддержание оптимальной влажности воздуха. Некоторые модели имеют функцию осушения, создавая оптимальный уровень влажности в помещении.
Недостатки
Обращаем внимание, что кондиционер может принести вред человеку, только при неправильном использовании. Если не чистить регулярно агрегат, в нем могут начать размножаться вредные бактерии и вирусы.
Из-за особенностей работы кондиционера воздух в помещении становится более сухим, поэтому рекомендуем использовать отдельные устройства, повышающие уровень влажности в комнате.
Во время работы компрессоры издают небольшой шум. Обычно компрессор находится в наружном блоке, и в помещении не слышно, как он работает.
Обслуживание и ремонт
Необходимо регулярно чистить кондиционер и проводить профилактический ремонт, чтобы обеспечить исправность всех систем. Почистить фильтр можно самостоятельно, зная устройство модели или вызвать специалиста, который справится с этим за 30-60 минут.
Если кондиционер сломался, не занимайтесь ремонтом самостоятельно, позвоните в сервисную службу и опишите проблему. Иногда поломки решаются в течение нескольких часов на месте. Например, если сплит-система отключилась из-за перегрева после продолжительной работы, причина, скорее всего, кроется в перегреве компрессора или в загрязнении радиатора. Проблема решается чисткой решетки.
Если агрегат работает не на полную мощность, проверьте воздушные фильтры. Возможно, их нужно почистить.