Кондиционер - принцип работы и виды

Кондиционер - принцип работы и виды

Далеко не каждый знает, что изобретение кондиционера специально не было запланировано. Данное изделие «появилось на свет» путем эксперимента. В 1902 году Уиллис Кэрриер работал над созданием осушающей машины, чтобы спасти полиграфическое предприятие от влажности, портившей бумагу. А в итоге стал основоположником того, что в данный момент человечество использует кондиционеры для своего комфорта и здорового микроклимата помещения.

Безусловно, установка кондиционера значительно увеличивает комфорт. Но мало кто задумывается, по какому принципу работает данный прибор. Большинство полагает, что разбираться в подобной теме стоит только специалистам. На самом деле, знать принцип работы и из каких составляющих состоит приспособление стоит. Подобная информация позволит эксплуатировать прибор осознанно и разумно.

Зная все особенности, можно избежать многих поломок и неточностей в работе системы. Поэтому в вопросе функционирования кондиционера необходимо быть осведомленным. Разобравшись в теме, вы сможете подобрать оптимальную модель под ваши нужды и грамотно ее эксплуатировать, наслаждаясь прохладой долгие годы.

Классификация кондиционеров

Современный рынок предлагает широкий выбор климатической техники на любой вкус и бюджет. Чтобы не запутаться во всем многообразии моделей, рассмотрим основные типы кондиционеров и их особенности.

По конструктивному исполнению все кондиционеры делятся на два вида:

Моноблочные - состоят из одного блока, в котором размещены все компоненты системы. Просты в монтаже, но имеют ограниченную мощность и создают много шума в помещении. Включают в себя:

• Оконные кондиционеры - вставляются в оконный проем или отверстие в стене. Недорогие и компактные, но неэффективные и шумные. Подходят для небольших помещений до 20 м².
• Мобильные кондиционеры - не требуют монтажа, могут перемещаться из комнаты в комнату. Охлаждают помещения до 30 м², но занимают полезную площадь и требуют вывода воздуховода на улицу.

Сплит-системы - состоят из двух блоков (внешнего и внутреннего), соединенных медными трубками с хладагентом. Более эффективны и менее шумные, чем моноблоки, но сложнее в установке. Бывают нескольких типов:

• Настенные - самый популярный вид, оптимальный по соотношению цены и возможностей. Подходят для помещений до 70 м², имеют множество функций (фильтрация, осушение, ионизация).
• Напольно-потолочные - универсальные модели, которые можно монтировать как на потолке, так и внизу стены. За счет направленного воздушного потока эффективно охлаждают помещения сложной формы до 100 м².
• Кассетные - встраиваются в подвесной потолок, практически незаметны в интерьере. Равномерно распределяют воздух в четырех направлениях, подходят для офисов, магазинов, ресторанов площадью до 150 м².
• Канальные - также монтируются за подвесным потолком, но подают охлажденный воздух по системе воздуховодов. Могут обслуживать несколько помещений одновременно, но требуют сложного проектирования и монтажа.
• Колонные - отдельностоящие модели мощностью до 25 кВт, которые устанавливаются на пол у стены. Оптимальный выбор для больших помещений с высокими потолками - холлов, залов, фойе.

Отдельного внимания заслуживают мульти-сплит системы. Они состоят из одного наружного и нескольких (от 2 до 9) внутренних блоков, подключенных к нему. Это позволяет независимо охлаждать несколько комнат, используя лишь один наружный блок. Существуют мульти-сплиты с однотипными и разнотипными внутренними блоками, что дает свободу в проектировании системы кондиционирования.

При выборе типа кондиционера необходимо учитывать:

• Площадь и назначение помещения.
• Желаемый уровень комфорта и набор функций.
• Особенности интерьера и возможности для монтажа.
• Бюджет на покупку и установку.

Для бытового использования в квартирах и частных домах оптимальным выбором станут настенные сплит-системы или мульти-сплиты. В офисах, магазинах, ресторанах лучше подойдут кассетные и канальные модели. А для больших помещений с высокими потолками - колонные и напольно-потолочные кондиционеры.

Принцип работы кондиционера

Работа кондиционера осуществляется посредством двух составляющих: наружного и внутреннего блока. Наружный блок обдувается уличным воздухом, а внутренний - комнатным. Так мы получаем ответ на самый распространенный вопрос всех, кто желает разобраться в принципе работы системы – откуда в кондиционере образовывается воздух?

Конструкция состоит из внутреннего и наружного блоков. Чтобы понять процесс работы кондиционера, стоит детально рассмотреть особенности каждого блока.

Наружный блок

Данная часть устройства включает следующие элементы:

• Компрессор – служит «сердцем» кондиционера. Его задача – выполнять сжатие фреона и контролировать его движение. Современные компрессоры бывают роторными (для бытовых моделей до 5 кВт) и спиральными (для более мощных систем).
• Конденсатор – элемент, посредством которого выполняется переход фреона из газообразного состояния в жидкое. То есть, конденсатор выполняет охлаждение и конденсацию хладагента. Он представляет собой змеевик из медных трубок с алюминиевым оребрением для лучшей теплоотдачи.
• Вентилятор – обдувает конденсатор потоком воздуха для поддержания его эффективной работы. В зависимости от производительности системы, наружный блок может комплектоваться одним или двумя вентиляторами диаметром от 400 до 710 мм.
• Четырехходовой клапан – присутствует в кондиционерах, способных не только охлаждать, но и обогревать помещение. Он изменяет направление движения хладагента при переключении между режимами.
• Фильтр – расположен перед входом в компрессор, служит для защиты системы от загрязнений. Он задерживает твердые частицы и влагу, которые могут попасть в контур при монтаже.

Внутренний блок

Устройство внутреннего блока сплит-системы включает такие элементы.

Испаритель – теплообменник, в котором происходит переход фреона из жидкого состояния в газообразное. При этом хладагент поглощает тепло из воздуха в помещении, за счет чего и происходит охлаждение. Испаритель состоит из медных трубок с алюминиевыми ребрами.

Вентилятор – обеспечивает циркуляцию воздуха через испаритель. В зависимости от мощности кондиционера, внутренний блок оснащается одним или несколькими тангенциальными вентиляторами, создающими мощный и равномерный воздушный поток.

Фильтры очистки воздуха – задерживают пыль, пыльцу, шерсть животных и другие загрязнения. Практически все современные сплит-системы комплектуются многоступенчатой системой фильтрации, которая может включать:

• фильтр грубой очистки (удерживает частицы более 5 мкм);
• электростатический фильтр (притягивает мелкие частицы за счет статического электричества);
• угольный фильтр (нейтрализует неприятные запахи);
• фотокаталитический фильтр (разрушает вирусы и бактерии под действием ультрафиолета);
• дезодорирующий фильтр (с ионами серебра для подавления размножения микробов).

Жалюзи – обеспечивают направление воздушной струи в нужном направлении. С помощью пульта ДУ можно регулировать положение горизонтальных и вертикальных заслонок, добиваясь максимального комфорта.

Датчик температуры воздуха в помещении – измеряет текущую температуру и передает значение на плату управления. Это позволяет кондиционеру поддерживать заданные параметры с точностью до 0,5 °С.

Плата управления – «мозговой центр» кондиционера, который контролирует работу всех элементов, реагирует на команды с пульта и следит за корректной работой системы.

Взаимодействуя друг с другом, наружный и внутренний блоки кондиционера обеспечивают комфортный микроклимат в любую погоду. Зная устройство и принципы работы этих элементов, вы сможете лучше понимать особенности вашей сплит-системы и грамотно ее эксплуатировать.

Принцип работы кондиционера на охлаждение

Способность кондиционеров передавать избыточное тепло из помещения наружу, казалось бы, нарушает известный со школы второй закон термодинамики. Он гласит, что тепло всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому. Но как же тогда кондиционер охлаждает комнату в жару? Секрет в том, что хладагент внутри системы меняет свое агрегатное состояние.

Работа кондиционера основана на способности жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять его при конденсации. Ключевую роль в этом процессе играет давление. Чем оно выше – тем больше температура кипения. Например, при атмосферном давлении вода закипает при 100 °С. Но если давление понизить, то можно добиться ее кипения даже при комнатной температуре 20-25 °С.

Однако реализовать это на практике в кондиционере проблематично. Поэтому в качестве хладагента используют специальные вещества, которые кипят при низких температурах даже при атмосферном давлении. Самые распространенные – фреоны R410A, R32, обладающие температурой кипения от -40 до -50 °C.

Рабочий цикл охлаждения выглядит так:

1. Компрессор сжимает газообразный хладагент, нагревая его до 70-90 °С.
2. Горячий фреон поступает в конденсатор наружного блока. Там он охлаждается атмосферным воздухом и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло наружу. На выходе его температура на 10-20 °C выше уличной.
3. Жидкий хладагент проходит через терморегулирующий вентиль, который снижает давление. Из-за этого часть фреона мгновенно испаряется, охлаждаясь до -5...-15 °C.
4. Холодная смесь жидкости и газа поступает в испаритель внутреннего блока. Вентилятор прогоняет через него теплый воздух из помещения. За счет кипения хладагент активно поглощает тепло, полностью переходя в газообразное состояние. На выходе его температура составляет 10-20 °С.
5. Нагретый газообразный фреон вновь поступает в компрессор – и цикл повторяется.

Таким образом, кондиционер охлаждает помещение не холодным воздухом, а отводом избыточного тепла наружу. При этом важно понимать: чем выше температура на улице – тем меньше разница между ней и температурой конденсации, а значит – тем ниже эффективность охлаждения. Поэтому в 30-градусную жару ожидать от кондиционера температуры 18 °C не стоит. Оптимально поддерживать перепад не более 5-10 °C.

Принцип работы кондиционера на обогрев

Многие современные сплит-системы способны не только охлаждать, но и обогревать помещение. Однако это не означает, что кондиционер может полностью заменить отопление. Эффективность его работы на обогрев ограничена температурой наружного воздуха.

Дело в том, что в режиме обогрева кондиционер фактически работает как тепловой насос. Он "перекачивает" тепло с улицы в помещение. Но чтобы процесс теплопередачи шел, температура испарения фреона должна быть ниже уличной. Большинство бытовых сплит-систем рассчитаны на работу до -5...-7 °C за окном.

При более низких температурах кондиционер теряет свою теплопроизводительность. КПД падает, потребление электроэнергии растет, а внешний блок может обмерзать. Более того, при -20 °C и ниже масло в компрессоре густеет, что чревато его поломкой.

Впрочем, есть и исключения. Некоторые инверторные кондиционеры способны обогревать помещения при температуре до -25 °C. Это достигается за счет ряда технических решений:

• Электроподогрев картера компрессора и дренажного шланга.
• Регулировка скорости вращения вентилятора наружного блока для предотвращения его обмерзания.
• Применение специальных морозостойких марок фреона (R32, R410A).

Такие всесезонные модели стоят дороже обычных, но их использование для обогрева может быть весьма выгодным. Ведь современные инверторные кондиционеры имеют высокий коэффициент энергоэффективности (EER) - более 4. Это значит, что на 1 кВт затраченной электроэнергии они дают более 4 кВт тепловой энергии.

Например, чтобы обогреть 20-метровую комнату, понадобится всего 0,5-0,7 кВт электроэнергии в час. При тарифе 1,68 грн/(кВт⋅ч) это обойдется всего в 0,84-1,18 грн. В то время как электрический конвектор или масляный обогреватель той же мощности будут потреблять 2 кВт⋅ч, то есть в 4 раза больше.

Однако стоит понимать, что кондиционер не может стать полноценной заменой отоплению. Во-первых, он не способен прогреть помещение с нуля, его задача – лишь поддерживать комфортную температуру. Во-вторых, при температуре за окном ниже -25 °C использовать кондиционер для обогрева категорически не рекомендуется.

Поэтому оптимальный вариант для межсезонья – комбинированное использование кондиционера с основной системой отопления. Это поможет поддерживать в помещении комфортную температуру и при этом существенно сэкономить на обогреве.

Отличия в работе инверторного кондиционера

Инверторные кондиционеры - это современное энергоэффективное решение для создания комфортного микроклимата. Главное их отличие от обычных сплит-систем заключается в принципе управления мощностью компрессора.

В неинверторных моделях компрессор работает только в двух режимах: на полную мощность или выключен. При достижении заданной температуры он отключается, а когда она повышается на 2-3 °C - снова включается на максимум. Это приводит к скачкам температуры, неравномерности охлаждения и повышенному расходу электроэнергии.

Инверторный кондиционер работает иначе. Он плавно регулирует производительность компрессора в диапазоне от 15 до 100%, подстраиваясь под текущие условия. При запуске компрессор работает на максимуме, чтобы быстро достичь заданной температуры. А затем переходит в экономичный режим, поддерживая ее с минимальными затратами энергии.

Такой подход дает ряд преимуществ:

1. Экономия электроэнергии на 30-50% по сравнению с обычными сплит-системами. Например, 12-тысячный инверторный кондиционер потребляет не более 1 кВт·ч, в то время как обычный - 1,5-2 кВт·ч.
2. Стабильность температуры. Колебания не превышают ±0,5 °C от заданной, что особенно актуально для детских комнат, спален, офисов.
3. Увеличенный срок службы компрессора. Плавная регулировка оборотов и отсутствие постоянных стартов-остановок снижают износ деталей. Ресурс инверторного компрессора достигает 50-60 тысяч часов, что в 1,5-2 раза выше, чем у обычного.
4. Расширенный температурный диапазон. Большинство инверторных моделей адаптированы для работы на охлаждение до -15...-25 °C за окном, а на обогрев - до -20...-25 °C.
5. Пониженный уровень шума. За счет плавной регулировки оборотов вентилятора и компрессора инверторные кондиционеры работают тише обычных на 3-5 дБ.

Единственный недостаток инверторных сплит-систем - более высокая цена. Но она компенсируется экономией электроэнергии и увеличенным сроком службы. В среднем, инверторный кондиционер окупается за 2-3 сезона активной эксплуатации.

Типичные неисправности и их причины

Несмотря на надежность современных кондиционеров, в процессе эксплуатации могут возникать различные неполадки. Рассмотрим самые распространенные из них.

1. Утечка хладагента. Признаки - снижение холодопроизводительности, обмерзание медных труб и запорных вентилей. Причины - механические повреждения, коррозия, износ уплотнителей. Ремонт - поиск места утечки, пайка, замена элементов и дозаправка фреоном.
2. Поломка компрессора. Симптомы - отсутствие охлаждения, металлический стук или гул при попытке запуска. Причины - перегрев из-за недостатка фреона, попадание жидкого хладагента в цилиндры, износ поршневой группы. Лечение - замена компрессора и ревизия всей системы.
3. Проблемы с электроникой. Признаки - кондиционер не включается, не реагирует на пульт, самопроизвольно меняет режимы. Причины - скачки напряжения, окисление контактов, выход из строя датчиков или платы управления. Ремонт - диагностика и замена неисправных элементов.
4. Обмерзание внутреннего блока. Проявляется в виде снежной "шубы" на испарителе, потеков воды. Причины - загрязнение воздушного фильтра, неисправность датчика оттайки, утечка фреона. Устранение - чистка или замена фильтров, проверка системы оттаивания, дозаправка хладагентом.
5. Неприятные запахи. Кондиционер может начать "подванивать" затхлостью, гарью, химией. Причины - скопление пыли и бактерий во внутреннем блоке, засорение дренажной системы, перегрев проводки. Лечение - чистка испарителя, фильтров и дренажа, устранение причин перегрева.

Чтобы избежать подобных проблем, важно соблюдать правила эксплуатации кондиционера:

• Регулярно чистить или менять воздушные фильтры (каждые 2-3 месяца).
• Не допускать попадания посторонних предметов и влаги во внутренний блок.
• Не перекрывать вентиляционные отверстия наружного блока.
• Один раз в год проводить профилактическое обслуживание - чистку, проверку электроники, дозаправку фреоном.

При первых признаках неисправности лучше сразу вызвать мастера, чтобы не допустить развития поломки. Ведь своевременный ремонт кондиционера обойдется гораздо дешевле, чем покупка нового.