Информтех

Принцип работы кондиционера

Основные функции кондиционера – это охлаждение и нагрев воздуха, который уже находится в помещении (т.е. не приточного). Охлаждение воздуха в кондиционерах происходит при помощи парокомпрессионного цикла охлаждения.

Парокомпрессионный холодильный цикл

Парокомпрессионный холодильный цикл основан на следующих двух явлениях:

  • При испарении жидкости теплота поглощается из окружающей среды.
  • При конденсации пара тепло выделяется.

В кондиционерах преднамеренно использованы фазовые переходы – испарение и конденсация. Теплота парообразования жидкостей очень велика. Это явление и используется в холодильной машине. Фреон превращается в пар в испарителе, при этом трубки испарителя обдуваются потоком воздуха. Кипящий (испаряющийся) фреон поглощает тепло из этого воздушного потока, охлаждая его.

Однако для реализации циркуляции фреона необходимо превратить его обратно в жидкость. Этот обратный процесс – процесс конденсации, т.е. превращения фреона из пара в жидкость, происходит в другом теплообменнике – конденсаторе.

При конденсации любой жидкости выделяется теплота, которая поступает затем в окружающую среду. Конденсаторный отсек монтируется в наружном блоке кондиционера, поэтому выброс тепла из дома производится в окружающую среду. Другими словами, кондиционер охлаждает помещение, но нагревает улицу. Но, конечно же, нагрев этот в масштабах Земли пренебрежимо мал.

Температура конденсации, как и температура кипения, зависит от внешнего давления. При повышенном давлении конденсация может происходить при весьма высоких температурах.

Эффективность кондиционера

Кондиционер непосредственно тратит электроэнергию не на охлаждение или нагрев, а только на перенос тепла из помещения на улицу: сжатие хладагента и его перекачку по трубкам. Как результат — холодопроизводительность кондиционера в 3–5 раз выше, чем потребляемая мощность.

Аналогично и в режиме отопления – за каждый потраченный из электросети киловатт энергии вы получаете от 4 до 6 киловатт тепловой энергии в доме (сравните со всё тем же одним киловаттом, который вы бы получили от обычного нагревающего прибора, например, электропечки). В связи с этим кондиционеры являются чрезвычайно эффективными нагревательными приборами.

Из чего состоит кондиционер?

Любой кондиционер работает на основе парокомпрессионного цикла охлаждения и состоит из четырех основных элементов:

  • Компрессора
  • Испарителя
  • Конденсатора
  • Регулятора потока

Эти основные элементы соединены трубопроводами в замкнутую систему, по которой циркулирует хладагент (фреон, или, выражаясь правильнее, хладон). Циркуляцию хладагента по контуру обеспечивает компрессор – сердце любой холодильной машины.

Хладагент постоянно циркулирует в холодильной машине, меняя агрегатное состояние при периодически изменяющихся температуре и давлении.

Каждый цикл в зависимости от давления делится на две зоны – зону высокого давления и зону низкого давления. На стороне высокого давления происходит конденсация хладагента и находится конденсатор. На стороне низкого давления находится испаритель и жидкий хладагент превращается в пар. Граница между областями высокого и низкого давления проходит в двух точках – на выходе из компрессора (нагнетательный клапан) и на выходе из регулятора потока.

Цикл холодильной машины

Цикл холодильной машины (кондиционера) включает в себя несколько процессов:

  1. На выходе из испарителя – точка 1 (см. рис. 1) — хладагент представляет собой пар при низкой температуре и низком давлении. В таком состоянии хладагент попадает в компрессор.
  2. Затем компрессор всасывает и нагнетает хладагент. Давление фреона повышается примерно до 20 атмосфер (зависит от марки фреона), а температура достигает 70–90 °С. Это состояние соответствует точкам 2 на рис. 1.
  3. После этого горячий пар хладагента попадает в конденсатор, где он охлаждается и конденсируется. Для охлаждения используется вода или воздух (соответственно, водяной или воздушный конденсатор; на практике более распространено воздушное охлаждение). На выходе из конденсатора хладагент представляет собой жидкость под высоким давлением (точка 3 на рис. 1.)
  4. Далее хладагент (жидкий) при высоком давлении поступает в регулятор потока. Здесь давление резко падает, и происходит частичное испарение хладагента. Здесь же существенно снижается и температура хладагента. Этот процесс схож с резким охлаждением дыхательной смеси аквалангистов: газ из баллона резко расширяется и для дыхания аквалангисту поступает морозная дыхательная смесь. На рисунке 1 потоку хладагента после регулятора соответствует точка 4.
  5. На вход испарителя попадает смесь пара и жидкости (парожидкостная смесь). В испарителе жидкость должна полностью перейти в парообразное состояние. При этом фреон поглощает энергию из воздуха, который находится в помещении.
  6. Образовавшийся в испарителе перегретый пар выходит из него (точка 1), и цикл возобновляется.
Принципиальная схема кондиционера Рисунок 1. Принципиальная схема кондиционера.

Расположение элементов кондиционера

В сплит-системе испаритель расположен во внутреннем блоке, а компрессор и конденсатор – во внешнем. Отсюда и название «сплит-система» (от англ. split – «разделять»).

В то же время в оконном моноблочном кондиционере все элементы заключены в один корпус, но конденсатор находится в той его части, которая обращена на улицу, а испаритель – во внутренней части корпуса.

Для улучшения теплопередачи теплообменники (испаритель и конденсатор) обдуваются воздухом при помощи вентиляторов. Несмотря на дополнительные энергозатраты это позволяет существенно повысить эффективность холодильного цикла.