Как работает кондиционер. Работает кондиционер


Как работает кондиционер? Основные принципы

Все знают, что главная задача любого кондиционера – охлаждение воздуха в помещении, где он установлен. Некоторые агрегаты при этом могут работать также на обогрев, однако эта функция есть не у всех.

Впрочем, в любой из этих ситуаций холодильные установки всегда характеризуются одной и той же особенностью: они не обеспечивают вентиляцию и не забирают свежий воздух с улицы, выводя за пределы помещения «использованную» часть. В кондиционерах предусмотрены особые закрытые циклы работы, которые позволяют получать охлажденный (нагретый воздух) на основе того объема, который уже есть в помещении. И хотя в целом принцип работы такого оборудования достаточно прост, пользователям обязательно стоит знать ее нюансы. Это поможет им быстро сориентироваться в случае поломки и самостоятельно определить, какой узел нуждается в ремонте.

 

Технические параметры работы кондиционера

В целом, охлаждение воздуха в холодильном оборудовании происходит при помощи особого цикла работы, называемого компрессионным. И в этом цикле важно обратить внимание на несколько характеристик:

1.Температура кипения жидкости

Она прямо пропорционально зависит от давления окружающей среды: чем выше это давление, тем более высокой будет и температура кипения. К примеру, при нормальном атмосферном давлении, показатель которого составляет 760 мм рт. ст., вода закипает при температуре 100 градусов. Однако при повышении этого давления температура тоже будет более высокой. При понижении же она уменьшится, и именно поэтому вода в горах может иногда закипать даже при температуре 70 градусов. Как правило, при изменении давления в пределах 27 мм рт. ст. температура кипения меняется на 1 градус.

Другие жидкости могут закипать при других уровнях температуры. К примеру, температура кипения жидкого азота составляет -77 градусов, а фреон марки R-22, используемый в большинстве современных кондиционеров, закипает при -40,8 градусов, если атмосферное давление будет нормальным. Этот показатель нужно учитывать обязательно.

2. Теплота парообразования

Испаряясь, жидкость поглощает теплоту из окружающей среды. Однако когда пар конденсируется, эта теплота, напротив, начинает выделяться, и в целом, показатель теплоты парообразования жидкостей достаточно велик. К примеру, энергия, которая будет необходима для испарения всего 1 грамма воды при температуре 100 градусов (расход энергии – 539 калорий/грамм), будет значительно превышать энергию, необходимую для нагревания этого же количества воды от 0 до 100 градусов (расход – 100 калорий/грамм).

Фреон же, помещенный в открытый сосуд и находящийся в жидком состоянии, при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении закипит сразу же, поглощая очень много теплоты из окружающей среды. Именно эта его способность и используется в холодильных установках:

1.    Вначале фреон, находящийся в специальном отделении, называемом испарителем, превращается в пар. 2.    Затем трубки испарителя обдуваются воздушным потоком. 3.    Фреон начинает поглощать тепло из этого воздуха, охлаждая его.

3. Температура конденсации

Следует учитывать, что кондиционер не может только испарять фреон и поглощать тепло – в такой ситуации в нем образовалось бы очень много паров, и жидкий хладагент потребовалось бы подводить постоянно, каждый раз забирая все новые и новые партии. Чтобы этого не произошло, в кондиционерах используется обратный процесс конденсации, когда пар превращается в жидкость.

Когда жидкость конденсируется, она выделяет тепло, поступающее в окружающую среду. Температура конденсации при этом, как и температура кипения, напрямую зависит от давления окружающей среды: при повышенном давлении процесс конденсации может проходить при очень высоких температурах, при низком – наоборот. Например, все тот же фреон марки R-22 начнет конденсироваться при +55 градусах, если давление составит 23 атмосферы или около 17,5 тыс. мм рт. ст.

 

Как работает холодильная машина?

В этом агрегате фреон конденсируется в специально предназначенном для этого отделении – конденсаторе. При этом тепло, которое будет выделяться в ходе процесса, удаляется потоками воздуха или охлаждающей жидкости.

Учитывая, что холодильная установка должна работать без перерывов, в испаритель нужно постоянно подавать жидкий фреон, а в конденсатор должны непрерывно поступать его пары. Такой процесс всегда будет цикличным, что позволит циркулировать по холодильной машине строго ограниченному объему хладагента.

 

Что такое энтальпия хладагента?

Под этим термином подразумевают соотношение теплосодержания хладагента и его давления. Это функция состояния, и в процессе с постоянным давлением ее приращение будет равно теплоте, получаемой системой. В кривой насыщения хладагента можно увидеть, что насыщенная жидкость и насыщенный пар соединяются в критической точке. Вещество в этом процессе может быть как в газообразном, так и в жидком состоянии. При этом есть область меньшей энтальпии, где находится переохлажденная жидкость, и область большей энтальпии, где находится перегретый пар. Также следует учитывать, что теоретический цикл охлаждения отличается от практических показателей. На самом деле обычно на разных этапах перемещения хладагента происходят потери давления, которые существенно снижают эффективность охлаждения. И все же именно на теоретический цикл следует ориентироваться, изучая специфику работы холодильного оборудования.

 

Теоретический цикл: основные особенности

1. Компрессор

В это отделение поступает холодный насыщенный пар фреона, где он сжимается. Температура и давление при сжатии повышаются, а также увеличивается энтальпия.

2. Конденсация

Когда процесс сжатия хладагента завершается, в конденсатор поступает горячий пар. Он конденсируется при постоянной температуре и неизменном давлении, и на выходе остается горячая жидкость. Несмотря на постоянный показатель температуры, энтальпия при фазовом переходе снижается, а тепло, выделившееся в процессе, отделяется от конденсатора.

В целом, весь процесс конденсации происходит в три этапа:

1.    Вначале снимается перегрев. В процессе температура пара понижается до температуры насыщения. Лишнее тепло (около 10-20%) выводится, однако хладагент остается в прежнем агрегатном состоянии. 2.    Затем происходит непосредственно конденсация. На этом этапе агрегатное состояние хладагента уже начинает меняться, но температура остается неизменной. Лишнее тепло (60-80%) также отводится. 3.    После этого начинается переохлаждение жидкости. Жидкий хладагент в этом процессе начинает охлаждаться, что и приводит к образованию переохлажденной жидкости. Агрегатное состояние хладагента тоже не меняется, но производительность кондиционера при этом повышается. Если уровень энергопотребления будет постоянным, снижение температуры на 1 градус позволит повысить производительность всей установки на 1%.

3. Регулятор потока

Переохлажденная жидкость подается на регулятор холодильного оборудования, который выполнен в виде терморегулирующего расширительного клапана или капиллярной трубки. В этом отделении кондиционера давление резко снижается, и сразу за регулятором хладагент начинает кипеть.

4. Испаритель

В испаритель попадает смесь жидкости и пара. Там тепло от окружающей среды поглощается, полностью переходя в пар, что происходит при неизменной температуре, однако энтальпия в этом процессе растет. На выходе из испарителя фреон, находящийся в состоянии пара, несколько перегревается, что позволяет каплям жидкости полностью испариться. Чтобы это произошло, площадь теплообменной поверхности в испарителе увеличивается (примерно на 4-6% на каждый градус перегрева). Как правило, перегрев бывает равен 5-8 градусам, и, таким образом, площадь теплообмена увеличивается на 20%.

 

Реальный цикл охлаждения: основные отличия

В целом, отличия появляются прежде всего вследствие потерь давления, которые возникают на линии нагнетания и всасывания холодильного оборудования и в клапанах компрессора. Из-за этих потерь всасывание на входе в компрессор должно происходить при давлении, показатель которого ниже, чем параметры давления испарения, а на выходе компрессору придется сжать пар хладагента до давления, превышающего показатель давления конденсации. В результате этого работа сжатия возрастает, и такая компенсация потерь в реальном цикле снижает его эффективность.

Помимо потерь давления, в трубках кондиционера будут наблюдаться и другие отклонения от теоретического цикла:

1.    Реальное сжатие фреона в компрессоре не будет строго адиабатическим (то есть без подвода и отвода тепла), поэтому работа сжатия будет выше, нежели рассчитанные показатели. 2.    В компрессоре кондиционера будут происходить механические потери энергии, что вызовет увеличение необходимой мощности электродвигателя.

 

Эффективность цикла охлаждения

Чтобы выбрать лучший цикл охлаждения, следует оценить эффективность каждого из возможных. Как правило, показателем этой эффективности является параметр КПД или же коэффициент термодинамической (термической) эффективности – отношение измерения энтальпии фреона в испарителе к показателям изменения энтальпии в процессе сжатия. Также под этим термином можно понимать соотношение электрической мощности, потребляемой компрессором кондиционера, и мощности охлаждения. К примеру, если коэффициент термодинамической эффективности холодильного оборудования составит 2, на каждый киловатт потребляемой энергии кондиционер будет производить 2 киловатта холода.  

www.nivey.ru

Как работает кондиционер / Автодепо

 

Будучи когда-то прерогативой только шикарных автомобилей, кондиционер ныне становится неотъемлемой частью все большего и большего числа "обычных" семейных машин.

Система кондиционирования, попросту говоря, отбирает у воздуха тепло, а также снижает уровень его влажности. Поэтому воздух в салоне машины всегда более прохладный и не такой влажный, что создает ощущение свежести.

Как работает кондиционер?

Стандартная система кондиционирования состоит из нескольких рабочих узлов, соединенных между собой герметичной системой трубок. Система заполнена хладагентом, который переходит из жидкой формы в газообразную и обратно, перенося тепло из салона.

Самой важной деталью, от которой зависит эффективность работы кондиционера, является регулирующий вентиль. Вентиль установлен на испарителе, размещенном в салоне автомобиля. Хладагент в виде жидкости под высоким давлением поступает через регулирующий вентиль в испаритель, где разбрызгивается в виде газо-капельной смеси (тумана). Регулирующий вентиль может быть игольчатым или типа диафрагмы. Мы будем рассматривать вариант с игольчатым вентилем.

Внутри игольчатого вентиля есть маленькое отверстие, а расположенная в отверстии иголка способна больше или меньше перекрывать его, изменяя, таким образом, эффективное сечение. Игла приводится в действие от термодатчика, расположенного внутри испарителя.

Жидкий хладагент, проходя через маленькое отверстие в вентиле, испаряется и превращается в газ под низким давлением. Этот процесс сопровождается резким падением температуры. Чем меньше отверстие, тем холоднее становится хладагент, то есть температуру в испарителе можно регулировать, вводя или выводя иглу из отверстия. Температура поверхности испарителя должна быть близка к точке замерзания вод, но не ниже ее, иначе на испарителе будет образовываться лед, что затруднит движение воздуха и передачу тепла хладагенту.

Как уже говорилось, вместо игольчатого вентиля иногда устанавливается диафрагма. В ней нет движущихся частей, поэтому расход хладагента в испаритель не регулируется, но подача его контролируется при помощи термореле или реле давления. Превратившись в газ низкого давления, хладагент проходит по испарителю (теплообменнику) и отбирает тепло у воздуха в салоне. Для большей эффективности этого процесса теплообменник снабжен ребрами. Содержащаяся в воздухе влага конденсируется на внешней поверхности теплообменника и сливается вне салона. Воздух, пройдя через теплообменник, возвращается в салон более холодным и сухим.

Накопленное хладагентом тепло необходимо отдать в атмосферу, для чего хладагент с помощью компрессора направляется в конденсатор (это еще один теплообменник, расположенный обычно в передней части автомобиля).

Компрессор, задача которого - прогонять хладагент по трубкам системы, перенося тепло с низкого температурного уровня на более высокий, работает по принципу насоса и приводится ремнем от двигателя через электромагнитную муфту, чтобы кондиционер можно было отключать. Когда компрессор работает, он создает разрежение, которое "высасывает" газообразный хладагент из испарителя.

Внутри компрессора давление хладагента повышается, и он поступает в конденсатор, но уже в виде газа под высоким давлением. В конденсаторе газ превращается снова в жидкость, при этом содержащееся в ней тепло рассеивается с поверхности конденсатора в атмосферу. Из конденсатора хладагент - уже в виде жидкости под давлением - снова подается на регулирующий вентиль, и цикл повторяется.

Дополнительные примочки

На практике в описанную базовую схему входят еще кое-какие узлы, в частности, "ресивер-осушитель", который часто (но не всегда) монтируется между конденсатором и регулирующим вентилем. Это устройство (его иногда называют "аккумулятором") фильтрует хладагент и удаляет из него влагу. Иногда осушитель снабжается цветовым индикатором, который показывает, когда его пора заменить (это, значит, что он набрал максимум влаги). В систему трубок, (между конденсатором и испарителем) иногда встраивают смотровое стекло, и тогда можно наблюдать за состоянием хладагента (наличие ненужных пузырьков и т.д.).

В систему кондиционирования входят также нагнетатель, прогоняющий воздух через испаритель, и вентилятор с термостатом, повышающий эффективность работы конденсатора. Обычно в систему входит также датчик давления с выключателем. Он расположен рядом с ресивером-осушителем и управляет работой компрессора и вентилятора конденсатора, а также поддерживает оптимальное давление в системе (разное для разных систем).

В большинстве систем над испарителем крепится еще и нагревательный элемент. Поток воздуха с помощью "смесительной заслонки" распределяется между испарителем и нагревателем так, чтобы придать ему желаемую температуру.

А как с экологией?

До недавнего времени в автомобильных кондиционерах применялся фреон R12. Потом было установлено, что содержащиеся в нем хлорфторуглероды губительно воздействуют на озоновый слой, поэтому сейчас выпускать R12 в атмосферу запрещено. К тому же, под воздействием открытого пламени R12 выделяет смертельный газ фосген. Пока еще разрешено заполнять им кондиционеры прежних выпусков, как разрешается и эксплуатация этих кондиционеров.

Соответственно, цена на фреон R12 повышается на 5-10 % в месяц. В конце концов она станет такой, что "перезаряжать" старые системы станет просто разорительно. Уже сейчас фреон R12 стоит на Западе $150 за килограмм, а два года назад стоил $65. В современных системах используется более "экологичный" хладагент - R134А.

Системы, рассчитанные на R134А, устроены так, чтобы при обслуживании и ремонте не было утечек. Для этого в нужных местах установлены специальныя клапаны и другие приспособления.

Теоретически, R134А можно закачать и в старый кондиционер, внеся соответствующие изменения. Однако, этот хладагент процентов на 15 менее эффективен, чем R12, поэтому кондиционер старого типа будет с ним работать хуже. Кроме того, существует еще одна проблема: хладагент R134А просачивается, хотя и слабо, через шланги, сделанные из чистой резины. Для этого вещества необходимы специальные шланги с внутренней нейлоновой сплеткой. В то же время в старых системах применяются так называемые "заершенные" соединительные штуцеры, которые способны прорвать эту оплетку. Одним словом, на данный момент выгоднее пользоваться старым хладагентом.

Вообще-то, существуют так называемые "заместительные" хладагенты, предназначенные для замены R12 и не требующие дорогой переделки системы на R134А, но, как говорят специалисты, их нельзя и на пушечный выстрел подпускать к кондиционеру. Некоторые из этих веществ содержат бутан, который может воспламениться внутри системы, кроме того, он погубит тестовое оборудование.

Если вы хотите перейти с R12 на R134А, то лучше всего поменять вместе с хладагентом масло (минеральное на синтетическое) в системе, установить новый ресивер-осушитель, сменить резиновые шланги и проверить работу всех узлов. Тогда есть надежда, что система будет работать удовлетворительно.

Чтобы все работало

Для того, чтобы система кондиционирования хорошо работала, нужно уметь с ней обращаться. Например, многие не понимают, что кондиционер только тогда будет работать эффективно, когда в машине закрыты все окна, а также люк (если есть). Чтобы быстрее охладить салон в очень жаркий день, нужно на минуту-другую открыть все двери, чтобы машину продуло, затем все закрыть и включить кондиционер (при работающем двигателе).

Осушающее воздействие кондиционера снижает запотевание ветрового и боковых стекол салона, поэтому иногда кондиционер полезно включать одновременно с печкой. Правда, многие климатические системы не предусматривают одновременной работы кондиционера и печки.

В системе кондиционирования есть масло, которое циркулирует вместе с хладагентом. Если система долго бездействует, некоторые ее детали, в частности неопреновые прокладки, пересыхают и разрушаются, давая течь. Поэтому желательно раз в неделю включать кондиционер не меньше, чем на десять минут, в том числе и зимой, чтобы масло смазало все узлы системы.

Что можно починить

Кондиционеры не подлежат "домашнему" любительскому ремонту. Этот номер не пройдет. Хладагент - вещество капризное, для его полной откачки и закачки нового требуется профессиональное оборудование, а чтобы обеспечить полную герметичность, нужны специальные высокочувствительные приборы для выявления утечек.

Если кондиционер сломался, значит, как минимум, какие-то детали нужно заменить, в том числе специальные трубки и фитинги, но существует множество их типоразмеров. А для крепления трубок к фитингам применяются специальные обжимные приспособления.

Так что, если у вас возникли проблемы с кондиционером, полагайтесь только на специалистов. Обращайтесь в фирмы, которые производят сложный ремонт, а не только закачивают улетучившийся хладагент. Если хладагент "ушел" из системы, то вначале нужно найти причину, иначе новый хладагент улетучится точно так же!

Аналогично, если у вас заклинило компрессор, то просто заменить его недостаточно - через несколько месяцев его снова заклинит. Нужно вначале удалить из системы стружку и другой мусор, а затем промыть ее специальным растворителем или азотом. Придется также заменить ресивер-осушитель (в нем осталась стружка) и закачать свежий хладагент.

Чаще всего получает повреждение конденсатор. Он расположен перед автомобильным радиатором и защищен только радиаторной решеткой. Второй проблемой является отказ игольчатого вентиля (он забивается грязью). Прочищая вентиль, необходимо удалить из него грязь, а не проталкивать ее внутрь!

Возникают и другие проблемы - например, шумит компрессор. Обычно это говорит о его близком конце. Легко проверить состояние приводного ремня. В некоторых машинах компрессор приводится отдельным ремнем. Это удачный вариант. Однако, современные автомобили часто оборудованы длинным "многофункциональным" ремнем, который приводит в движение сразу несколько устройств, часто, в том числе, и водяной насос. Так что, если подшипник ведущего шкива компрессора кондиционера вдруг заклинит, вы никуда не уедете, пока не найдете ремень меньшего размера, чтобы "обойти" компрессор!

Другие аспекты

Если все-таки произошла утечка хладагента через резиновые шланги, то их замена довольно проблематична, так как трудно надежно загерметизировать новые шланги на старых алюминиевых фитингах.

Имейте в виду, что кондиционер может не включиться, если окружающая температура ниже заданной, или если давление в системе намного ниже (утечка хладагента) или выше оптимального.

К нарушениям в работе кондиционера приводят также избыток масла, избыток хладагента, попадание в систему воздуха или влаги, сильное загрязнение ребер конденсатора или испарителя, неисправность системы охлаждения автомобиля (перегрев), а также проскальзывание муфты компрессора. Ким Хенсон.

Использована информация www.bmw.auto.ru

 

autodepo.ru

Как работает кондиционер, физические законы в работе кондиционера

Установленный кондиционер имеет основное назначение – поддерживать в закрытом пространстве определенные параметры воздуха, в основном температуру. Другие параметры идут как дополнительный функционал, поэтому рассмотрим принцип работы кондиционера по поддержанию температуры в нужных пределах.

В общем, работа холодильных установок к которым можно отнести и системы кондиционирования, основаны на втором законе термодинамики, который определяет передачу тепла от одного тела к другому. Именно на этом законе основан цикл Ренкина (преобразования тепла в работу, взаимосвязь тепла и давления в работе пара), а обратный цикл Ренкина и лежит в основе работы кондиционеров. Именно в этом цикле Ренкина расписывается как рабочее тело (в нашем случае фреон) делая фазовые переходы от жидкости к газу и наоборот, осуществляет работу по переносу тепла.

Преобразование жидкости в газ, то есть фазовые переходы испарение и конденсация фреона делают возможным охлаждение тела. Жидкость, переходя в газообразное состояние (кипение), поглощает тепло. Пар при конденсации (переход в жидкое состояние) отдает тепло.

При этом температура кипения разная для разных веществ и зависит от давления. При пониженном давлении и температура кипения меньше. Вот основной принцип действия кондиционера.

Как же работает кондиционер по этим принципам? Конденсация (преобразование в жидкость) хладагента происходит в конденсаторе, при этом происходит выделение тепла во внешнюю среду, а сам хладагент остывает. Через капилляр или расширительный вентиль (для уменьшения давления) хладагент попадает в испаритель.

Так как давление уменьшилось, то и происходит испарение жидкости (кипение), при испарении происходит отвод тепла от испарителя (от стенок) в хладагент.Так продвигаясь по трубам испарителя, хладагент превращается в пар, поглощая при этом тепло. Внешние ребра или трубы испарителя охлаждаются. Вентилятор создает поток воздуха, который проходя через испаритель, так же охлаждается и попадает в комнату.

Получается, что в конденсаторе хладагент конденсируется в жидкое состояние под действием давления (при повышении давления повышается точка кипения), а в испарителе из-за потери давления вскипает, превращаясь в газ, при этом поглощая тепло. Такое свойство любой жидкости, при кипении жидкость забирает тепло, а при конденсации — отдает тепло.

Компрессор забирает хладагент в виде пара из испарителя, давление которого уже низкое и составляет 3-4 атмосферы, сжимает его и подает в конденсатор. При сжатии хладагента происходит повышение давления и под давлением, примерно в 20 атмосфер, он попадает в конденсатор для отдачи тепла. Такие значения давления выбраны для фреона, ведь он при комнатной температуре и при обычном атмосферном давлении (1 атмосфера) уже вскипает. Так повторяется цикл.

Для смазки компрессора в хладагент добавляют масло. С новыми хладагентами R-407, R-410 используют полиэфирные масла, но они могут вступать в реакцию с водой и разлагаться из-за этого. Поэтому нельзя оставлять влагу в системе после монтажа. Рефрижераторное масло, которое не боится воды, не растворяется в новых хладагентах, поэтому с ними и не используется, а вот с марками фреона R-22, R-12 оно прекрасно используется.

Терморегулируемый расширительный вентиль (ТРВ), по-другому дросселирующее устройство, создает разницу давления между испарителем и конденсатором. Регулируя свое сечение, он может регулировать количество хладагента, циркулирующего по установке, и делает это в зависимости от тепловой нагрузки. В бытовых кондиционерах часто вместо ТРВ используется капилляр.

Дополнительный теплообменник могут применить в некоторых моделях кондиционеров для регулировки температуры на выходе их испарителя и из конденсатора. Это позволяет подогреть хладагент при подаче в компрессор, что предотвращает попадание жидкого хладагента в компрессор. А на выходе конденсатора он понижает температуру хладагента, который в испарителе еще больше охлаждается. Всё это повышает производительность всей установки.

remontrukami.ru


Смотрите также