Принципы и основные режимы работы кондиционера

В основе работы кондиционера лежит перемещение тепла сжиженным газом, который называют хладагентом, в процессе перехода его из жидкости в пар и обратно. В этом смысле принцип работы кондиционера практически ничем не отличается от принципа работы обычного холодильника. В климатических системах чаще всего используется хладагент R-22 (гидро-фторуглерод HCFC), температура кипения того составляет — 40,8 °С (при давлении 760 мм.рт.ст.).

Рассмотрим контур циркуляции хладагента и цикл работы простейшей сплит-инфраструктуры, имеющей только режим охлаждения (рис. 1.5.1). В наружном блоке, находящемся вне помещения, имеется компрессор, благодаря работе того в контуре циркулирует хладагент. В той части контура, которая находится во внутреннем блоке, хладагент имеет пониженное давление, поскольку перед тем, как покинуть наружный блок, он подвергся дросселированию в капиллярной трубке. Хладагент, температура того после дросселирования равна 5...10 °С, закипает и переходит в пар. Необходимая для этого энергия поступает от теплого воздуха помещения, отдающего часть своего тепла хладагенту в теплообменнике-испарителе внутреннего блока. Охлажденный таким образом воздух возвращается тангенциальным вентилятором внутреннего блока обратно в помещение.

В то же время парообразный хладагент, проходя через компрессор наружного блока, сжимается за счет совершаемой компрессором работы, давление его повышается, а температура увеличивается до 50...60 °С. Далее горячий пар охлаждается в наружном блоке и снова превращается в жидкость, отдавая тепло окружающему воздуху в теплообменнике-конденсаторе наружного блока. И даже если температура окружающей среды достигает 40...45 °С, она все же ниже температуры хладагента.

После конденсатора жидкий хладагент пропускается через капиллярную трубку (дросселируется). Давление при этом резко падает и температура хладагента вновь опускается до 5... 10 °С, в результате чего жидкость снова начинает кипеть в теплообменнике-испарителе внутреннего блока, поглощая тепло из охлаждаемого помещения.

Контур климатической инфраструктуры, работающей не только в режиме охлаждения, но и в режиме обогрева, устроен сложнее (рис. 1.5.2). Поскольку при смене режимов работы наружный и внутренний блоки кондиционера как бы меняются местами (внутренний теплообменник становится конденсатором, а внешний — испарителем), в составе контура появляется четырехходовой клапан, предназначеный для изменения направления движения хладагента. Во время работы в режиме «охлаждение» газ с высокой температурой и давлением через клапан поступает во внешний теплообменник. Во время работы в режиме «обогрев» клапан направляет газ с высокой температурой и давлением во внутренний теплообменник.

После того, как кондиционер переведен в режим обогрева и четырехходовой клапан поменял направление потока хладагента в контуре, компрессор начинает всасывать хладагент из внешнего блока и нагнетать его во внутреннюю часть контура. Газ с высокой температурой и давлением поступает во внутренний теплообменник, где о'н конденсируется в жидкость и выделяет тепло в кондиционируемую комнату.

Конденсированная жидкость дросселируется на выходе капиллярной трубки, а затем во внешнем блоке превращается в газ. Этот газ всасывается компрессором и начинается новый цикл. Так повышается температура кондиционируемой комнаты.

При наличии в сплит-системе нескольких внутренних блоков конфигурация контура, естественно, усложняется (рис. 1.5.3). В этом случае система, как правило, имеет два независимых компрессора, каждый из которых обеспечивает циркуляцию хладагента в одном из внутренних блоков. При этом используется общий теплообменник наружного блока.

Кондиционер, работающий в режиме обогрева помещения, называют тепловым насосом. Это означает, что нагрев воздуха в помещении происходит за счет тепла, забираемого у наружного воздуха (происходит перекачка тепла с улицы в помещение). Однако чем ниже опускается температура на улице, тем труднее отбирать тепло от наружного воздуха. Другими словами, мощность обогрева падает по мере понижения температуры на улице. Вот почему не рекомендуется использовать кондиционер на обогрев при наружной температуре ниже -5 °С: потребляемая мощность при этом возрастает, мощность охлаждения падает, увеличивается износ компрессора.

В обиходе, а иногда и в технической литературе можно встретиться с некорректным утверждением, что коэффициент полезного действия (КПД) кондиционера, работающего в режиме теплового насоса, превышает 100%. На самом деле в данном случае нужно говорить не о КПД, а о коэффициенте эффективности теплового насоса.

В связи с тем, что производительность теплового насоса существенно падает при понижении температуры наружного воздуха, в ряде моделей кондиционеров (к примеру, в кондиционерах серии Mr.Slim производства фирмы Mitsubishi Electric) в дополнение к тепловому насосу для нагрева воздуха используется термоэлектронагревательный элемент (ТЭН) мощностью 1.5...3 кВт. ТЭН включается, когда разница между температурой воздуха в помещении и заданной температурой превышает 3 °С. В обычной ситуации, когда производительность кондиционера подобрана правильно, а заданная температура лежит в разумных пределах, время работы ТЭНа составляет несколько минут. Однако при понижении температуры наружного воздуха до — 10 °С или ниже, и падении производительности теплового насоса на 30...50%, ТЭН компенсирует данное падение производительности и существенно ускоряет обогрев помещения.

Кроме основных режимов охлаждения и обогрева, большинство современных кондиционеров имеют также режимы осушения, вентиляции и автоматический режим работы. Осушение воздуха является процессом, сопутствующим работе кондиционера в режиме охлаждения: когда воздух, поступивший из помещения, обтекает холодный испаритель, на его поверхности происходит конденсация влаги.

В режиме осушения процесс конденсации влаги из воздуха интенсифицируется, влажность находящегося в помещении воздуха уменьшается, но при этом его температура остается практически неизменной. Как отображено на рис. 1.5.5, это достигается за счет подогрева прошедшего через испаритель осушенного и охлажденного воздуха специальным термоэлектронагревательным элементом (ТЭНом).

В режиме вентиляции не происходит ни охлаждения, ни нагрева, а создается циркуляция находящегося в помещении воздуха и его очистка (при наличии соответствующих фильтров). Компрессор и вентилятор наружного блока при это выключены, а вентилятор внутреннего блока работает на скорости, заданной с ПДУ.

В автоматическом режиме кондиционер сравнивает существующую температуру воздуха в помещении и заданную температуру и сам определяет, что необходимо — обогрев или охлаждение, поддерживая заданное значение температуры. Принцип автоматического выбора режима работы кондиционера отображен на рис. 1.5.6.

Сплит-инфраструктуры, не имеющие режима обогрева и работающие только на «холод», в автоматическом режиме выбирают между охлаждением и осушением.