Кондиционеры, назначение, принцип работы и конструкция

Технический анализ современных кондиционеров

Кондиционер - прибор, установка или агрегат для обработки и перемещения воздуха в системах кондиционирования воздуха. Кондиционеры - это приборы, обеспечивающие автоматическое поддержание заданной температуры воздуха в помещении, очистку воздуха от пыли, его вентиляцию, уменьшение влажности воздуха, изменение скорости и распределения воздушных потоков в помещении, а иногда воздухообмен с окружающей средой.

Типы кондиционеров

Все кондиционеры с некоторой долей условности можно разделить на бытовые и промышленные. К бытовым обычно относят кондиционеры мощностью до 7 - 8 кВт, применяемые для охлаждения небольших помещений площадью до 80 кв.м. (например номера небольших гостиниц). Промышленные кондиционеры используются для охлаждения больших площадей, например, для централизованного охлаждения целых зданий. Также обычно выделяют большой класс кондиционеров, занимающих промежуточное положение между бытовыми и промышленными системами — полупромышленные кондиционеры. При мощности от 7 до 25 кВт, они могут использоваться как в бытовых условиях — коттеджах, многокомнатных квартирах, так и в офисных помещениях, торговых залах, на предприятиях и т.п. Здесь и далее под кондиционером мы будем понимать бытовой или полупромышленный кондиционер.

По характеру обеспечения метеофакторов воздуха, кондиционеры делятся на не автономные, т.е. получающие тепло или холод извне и автономные, генерирующие и тепло и холод самостоятельно. Наибольшее распространение получили автономные кондиционеры.

По конструктивному исполнению все кондиционеры можно разделить на два больших класса: моноблочные — состоящие из одного блока (оконные, мобильные) и сплит-системы — состоящие из двух и более блоков (настенные, канальные, кассетные и т.п.).

Моноблочные бытовые кондиционеры.

Оконные кондиционеры.

В недавнем прошлом это был наиболее распространенный тип кондиционеров (серия БК). Сейчас практически все производители предлагают оконные кондиционеры мощностью от 1,5 до 6 кВт, типовой оконный автономный, моноблочный кондиционер представлен на 1 рис.3.11. Наиболее простые из них могут только охлаждать воздух, более дорогие — имеют режим нагрева и пульт дистанционного управления.Основными недостатками оконного кондиционера являются повышенный шум и необходимость монтажа в оконный проем.

Достоинства — невысокая цена (от 200 - 250 долларов) и простота монтажа. Благодаря невысокой цене оконные кондиционеры занимают второе место по популярности после спит - систем настенного типа.

.

Рис. 3.11. Типовой оконный автономный, моноблочный кондиционер.

Мобильные (напольные) кондиционеры.

Мобильный или напольный кондиционер - единственный тип кондиционера, который любой пользователь может установить самостоятельно. Мобильные кондиционеры устанавливаются на полу и имеют небольшие колесики, что позволяет легко перемещать их из комнаты в комнату. Для установки мобильного кондиционера достаточно вывести гибкий воздуховод длиной 0,5 - 1,5 метра на улицу через форточку или отверстие в стене. Через этот воздуховод удаляется горячий воздух. Недостатками напольных кондиционеров являются повышенный шум от компрессора, ограниченная мощность (обычно не более 3-4 кВт) и высокая цена, сравнимая со стоимостью сплит - системы. Заметим, что при мощности мобильного кондиционера около 3 кВт и выше к основному блоку добавляется небольшой наружный блок с вентилятором. Наружный блок вывешивается за окном и подсоединяется к мобильному кондиционеру с помощью быстроразъемных соединений (защелок). Установка таких кондиционеров несколько сложнее. Конструктивно такой кондиционер мало чем отличается от оконного.

Кондиционеры типа сплит и мульти-сплит система.

Сплит система.

Кондиционер типа сплит-система состоит из наружного и внутреннего блоков, которые соединены между собой электрическим кабелем и медными трубами, по которым циркулирует хладагент. Благодаря такой конструкции наиболее шумная и громоздкая часть кондиционера, содержащая компрессор, вынесена наружу. Внутренний блок можно разместить практически в любом удобном месте квартиры или офиса. Все современные сплит-системы снабжены пультом дистанционного управления (ДУ) с жидкокристаллическим дисплеем. С его помощью можно задавать температуру в помещении с точностью до 1-2 градусов, устанавливать таймер для автоматического включения и выключения кондиционера в заданное время, регулировать направление воздушного потока и многое другое. Внутренние блоки имеют фильтры тонкой и грубой очистки для фильтрации воздуха от пыли, табачного дыма, пыльцы растений и т.п.

Мульти-сплит система.

Мупьти-сплит система является разновидностью сплит-систем. Ее отличие в том, что к одному внешнему блоку подключается несколько внутренних - обычно от 2 до 4 , 5 штук. При этом внутренние блоки могут быть не только разной мощности (обычно от 2 до 5 кВт), но и разных ти-пов. Такое конструктивное решение позволяет экономить место на наружной стене здания и не так сильно портить внешний вид наружными блоками. При этом, вопреки распространенному мнению, замена нескольких сплит систем на одну мульти-сплит систему не приводит к выигрышу в цене, поскольку стоимость оборудования примерно такая же, а трудоемкость и стоимость монтажа — в 1,5 - 2 раза выше из-за более длинных коммуникаций. Кроме этого, при выходе из строя внешнего блока мульти-сплит системы перестают работать все внутренние блоки — с этой точки зрения надежность нескольких сплит-систем выше. Поэтому мульти-сплит системы обычно используют только при невозможности размещения нескольких внешних блоков на наружной стене дома.

Еще одним преимуществом сплит и мульти-сплит систем является большой выбор различных типов внутренних блоков. Среди них выделяют следующие модификации: настенный, канальный, кассетный, подпотолочный и колонный кондиционер. При этом бытовые сплит-системы бывают только настенного типа, все остальные кондиционеры — полупромышленные.

Настенный сплит- кондиционер.

Самый распространенный и наиболее доступный по цене (от 400-500 долларов) - настенный кондиционер или сплит-система настенного типа. Иногда его еще называют просто бытовой кондиционер, поскольку в бытовых помещениях чаще всего применяются именно они. Настенный кондиционер можно установить в любом небольшом помещении - офисе, квартире, магазине. Их мощность (2-7 кВт) позволяет охлаждать от 15 ] до 70 кв.м. Внутренний блок настенных кондиционеров обычно устанавливают в верхней части стены, недалеко от окна, а наружный - под окном. Такое размещение позволяет сократить расстояние между блоками и длину межблочных коммуникаций, которая обычно не превышает 5-7 метров.

Канальный кондиционер

Канальный кондиционер (его иногда не совсем правильно называют центральным кондиционером) устанавливается за подвесным или подшивным потолком, который полностью скрывает внутренний блок. Распределение охлажденного воздуха осуществляется по системе теплоизолированных воздуховодов, которые также размещаются в межпотолочном пространстве. Благодаря такой конструкции, канальный кондиционер может охлаждать сразу несколько помещений. Типичная мощность этих кондиционеров составляет 12-25 кВт, что достаточно для : охлаждения небольшого офиса или 4-5 комнатной квартиры. Принципиальное отличие канального кондиционера от остальных сплит-систем - в возможности подачи свежего воздуха в объемах, необходимых для полноценной вентиляции кондиционируемых 3 помещений. Таким образом, использование одного канального кондиционера позволяет решить задачи как вентиляции, так и кондиционирования целого офиса, квартиры или коттеджа. Нужно только позаботиться о правильном расчете воздухообмена, подборе кондиционера по мощности охлаждения и статическому давлению.

Кассетный кондиционер.

Для установки кассетного кондиционера, также как и для канального, необходим подвесной потолок. Однако в отличие от канального кондиционера, "кассетник" распределяет охлажденный воздух через нижнюю часть блока. Соответственно, нижняя часть такого кондиционера имеет размер стандартный потолочной плитки - 600 х 600 мм, а при большой мощности вдвое больше - 1200 х 600 мм и закрывается декоративной решеткой с распределительными жалюзи.

Основное достоинство кассетного кондиционера — незаметность, поскольку видна только декоративная решетка. Еще одно его преимущество — равномерное распределение воздушного потока по четырем направлениям, что позволяет использовать всего один кассетный кондиционер для охлаждения большого помещения (при использовании настенных сплит-систем для достижения аналогичного эффекта пришлось бы использовать 2-3 кондиционера меньшей мощности).

Напольно - подпотолочный кондиционер.

Если в помещении нет подвесного потолка, то альтернативой кассетному кондиционеру может стать напольно-подпотолочный кондиционер (или просто потолочный кондиционер). Эти кондиционеры отличаются небольшой глубиной — 18 - 25 сантиметров. Устанавливаются они, как следует из названия, либо внизу стены, либо на потолке. При этом поток воздуха в первом случае, направляется вверх, во втором — горизонтально вдоль потолка. Такая конструкция позволяет равномернее распределять охлажденный воздух по всем четырем направлениям, причем мощность потока регулируется отдельно для каждого направления. Такой кондиционер может успешно использоваться в помещениях сложной формы, не имеющих подвесного потолка.

Колонный кондиционер.

Колонный кондиционер (не путайте с промышленными шкафными кондиционерами) используется там, где требуется большая холодопроизводительность и нет жестких требований к дизайну помещения. Эти кондиционеры по габаритам напоминают холодильник, имеют большой вес и устанавливаются на полу. Колонные кондиционеры требуют сравнительно большой площади для своего размещения, поскольку создают сильный поток охлажденного воздуха, который не позволяют находиться в непосредственной близости от кондиционера.

3.3.1.2. Схема и принцип работы сплит – кондиционеров

Наибольшее распространение получили двухблочные сплит-кондиционеры. Типовые сплит-кондиционеры состоят из двух блоков [7]:

1) наружного, устанавливаемого на стене здания снаружи;

2) внутреннего, устанавливаемого обычно на стене внутри помещения.

Схема работы типового сплит-кондиционера изображена на рис.3.12.

Рис. 3.12. Схема работы компрессионного кондиционера.

Сплит-кондиционер может работать в трёх режимах:

1. в режиме вентиляции воздуха в помещении;

2. в режиме охлаждения воздуха;

3. в режиме нагревания воздуха (тепловентилятор).

В режиме вентиляции работает только электро-вентилятор внутреннего блока, который создаёт поток воздуха, проходящий через неработающий испаритель, электронагреватель, через направляющие пластины и сетчатый фильтр, затем воздух попадает в помещение. < Вентиляция необходима для того чтобы выравнивать температуру в разных зонах помещения путём перемешивания воздуха.

В режиме тепловентилятора, так же осуществляется вентиляция, но включается в работу электронагреватель, подогревающий проходящий через него воздух. Нагревание происходит до момента достижения воздуха помещения заданной температуры. Температура определяются с помощью датчика расположенного на корпусе внутреннего блока, вне зоны движения воздуха. Управляет включением, выключением, вентилятором внутреннего блока и электронагревателем система управления, ] осуществляющая автоматическое поддерживание температуры воздуха в помещении. Управление работой системы управления осуществляется с помощью пульта управления.

В режиме охлаждения воздуха включается в работу компрессионный холодильный агрегат кондиционера, т.е. испаритель в ходе работы агрегата имеет отрицательную температуру, а значит воздух помещения, проходящего сквозь него, охлаждается, охлаждая воздух помещения, Нагреватель не работает.

Компрессор, конденсатор, ТРВ и испаритель соединены медными трубами и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует смесь фреона и небольшого количества компрессорного масла.

В процессе работы кондиционера в режиме охлаждения происходит следующее. На вход компрессора из испарителя поступает газообразный фреон под низким давлением в 3-5 атмосфер и температурой 10-20°С. Компрессор сжимает фреон до давления 15-25 атмосфер, в результате чего фреон нагревается до 70-90°С, после чего поступает в конденсатор.

Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, фреон остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую (конденсируется) с выделением тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается.

На выходе конденсатора фреон находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10-20°С выше температуры атмосферного воздуха. Из конденсатора теплый фреон поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), который в простейшем случае представляет собой капилляр (длинную тонкую медную трубку свитую в спираль). На выходе ТРВ давление и температура фреона существенно понижаются, часть фреона при этом может испариться.

После ТРВ смесь жидкого и газообразного фреона с низким

давлением поступает в испаритель. В испарителе жидкий фреон переходит газообразную фазу с поглощением тепла, соответственно, воздух, проходящий через испаритель, остывает. Далее газообразный фреон 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.

Кстати, одна из наиболее серьезных проблем в работе кондиционера возникает в том случае, если в испарителе фреон не успевает полностью перейти в газообразное состояние. В этом случае на вход компрессора попадает жидкость, которая, в отличие от газа, несжимаема. В результате компрессор просто выходит из строя. Причин, по которым фреон не успевает испариться, может быть несколько, самые распространенные — загрязненные фильтры (при этом ухудшается обдув испарителя и теплообмен) и включение кондиционера при отрицательных температурах наружного воздуха (в этом случае в испаритель поступает слишком холодный фреон).

В результате охлаждения воздуха на пластинах оребрения испарителя происходит конденсация водяных паров, содержащихся в воздухе помещения, этот конденсат (вода) по трубке выводится наружу. Значит воздух в помещении осушается и с течением времени его нужно увлажнять, т.к. это сказывается на органах дыхания человека.

Для уменьшения размеров конденсатора и испарителя они выполняются в виде змеевиков сребрённых пластинами.

Для ускорения процессов теплообмена в наружном блоке находится и работает при включении холодильного агрегата электровентилятор, захватывающий воздух с боковых поверхностей наружного блока и прогоняющий через конденсатор.

В дорогих кондиционерах для поддержания уровня влажности воздуха в помещении перед выходом из кондиционера воздух увлажняется. Как правило воздух продувается через блок синтетических сеточек, на которую попадает вода из дозатора. В эту воду часто добавляют ароматизаторы, например, запах лаванды располагает к труду и высокой производительности труда.