Кондиционеры. Принцип действия. Типы. Выбор

Немного истории

Кондиционер — устройство для поддержания комфортных климатических условий в квартирах, домах, офисах, автомобилях, а также для очистки воздуха в помещении от нежелательных частиц. Предназначен для снижения температуры воздуха в помещении при жаре, или (реже) — повышении температуры воздуха в холодное время года в помещении.

в 1902 году американский инженер-изобретатель Уиллис Кэрриер (Willis Carrier) собрал промышленную холодильную машину для типографии Бруклина в Нью-Йорке. Интересно, что первый кондиционер предназначался не для создания приятной прохлады работникам, а для борьбы с влажностью, сильно ухудшавшей качество печати.

Предком всех современных сплит-систем и оконников может считаться первый комнатный кондиционер, выпущенный компанией General Electric ещё в 1929 году. Поскольку в качестве хладагента в этом устройстве использовался аммиак, пары которого небезопасны для здоровья человека, компрессор и конденсатор кондиционера были вынесены на улицу. То есть по своей сути это устройство было самой настоящей сплит-системой.

В 1961 году произошло событие, в значительной мере предопределившее дальнейшее развитие бытовых и полупромышленных систем кондиционирования воздуха — это начало массового выпуска сплит-систем японской компанией Toshiba. Toshiba впервые запустила в серийное производство кондиционер, разделённый на два блока и популярность этого типа климатического оборудования, стала постоянно расти. Благодаря тому, что наиболее шумная часть кондиционера — компрессор теперь была вынесена на улицу, в помещениях, оборудованных сплит-системами, стало намного тише, чем в комнатах, где работают «оконники». Уровень шума был уменьшен на порядок. Вторым плюсом, стала возможность разместить внутренний блок сплит-системы в любом удобном месте.

Долгое время лидерство в области новейших разработок по вентиляции и кондиционированию воздуха принадлежало американским компаниям, однако, в конце 50-х — начале 60-х годов XX века инициатива прочно перешла к японцам. В дальнейшем именно они определили лицо современной индустрии климата.

В 1958 году японская компания Daikin предложила первый тепловой насос, тем самым научив кондиционеры подавать в помещение не только холод, но и тепло.

 В зависимости от исполнения, применения и функциональности, выпускается несколько типов кондиционеров, мы остановимся лишь на двух – это мобильные кондиционеры и сплит-системы.

Принцип действия кондиционера

1. Конденсатор, отдающий тепло в окружающую среду;
2. Дросселирующее устройство, поддерживающее разность давлений за счёт дросселирования хладагента (терморегулирующий вентиль – ТРВ);
3. Испаритель, забирающий тепло из помещения;
4. Компрессор, создающий необходимую разность давлений;

Хладагент — вещество, переносящее тепло от испарителя к конденсатору.

Компрессор (4) засасывает из испарителя (3) хладагент в виде пара, сжимает его (при этом температура хладагента повышается) и выталкивает в конденсатор (1).

В конденсаторе нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая тепло во внешнюю среду, и при этом конденсируется, то есть превращается в жидкость, поступающую в дросселирующее устройство (2).

Жидкий хладагент под давлением поступает через дросселирующее устройство (капилляр или терморегулируемый расширительный вентиль) в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение.

Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая тепло.

Терморегулируемый расширительный вентиль необходим для создания необходимой разности давлений между конденсатором и испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. Он позволяет правильно (наиболее полно) заполнять внутренний объём испарителя вскипевшим хладагентом. Пропускное сечение ТРВ изменяется по мере снижения тепловой нагрузки на испаритель, при понижении температуры в камере количество циркулирующего хладагента уменьшается.

Принципиальная схема сплит-системы

Характеристики кондиционера

Мощность охлаждения/Мощность нагрева

Первое, что объединяет все кондиционеры – это мощность выраженная в BTU (BTU, British Thermal Unit).

В любом магазине или интернет-магазине кондиционеров, при выборе той или иной модели часто встречаются обозначения, например, 7000 BTU, 9000 BTU,  12000 BTU и тд. Зачастую в марке кондиционера есть обозначения 7 или 07, 9 или 09 - это есть не что иное, как мощность выраженная в 1000 BTU Для того чтобы перевести в привычные для нас кВт, можно воспользоваться формулой:

3412 BTU/ч=1 кВт

Т.е. для чтобы понять, как BTU соответствует мощности кондиционера, нужно мощность кондиционера выраженную в BTU разделить на 3412:

7000 BTU / 3417 = 2,052 кВт. Округляем и получаем 2,1 кВт.

Тоже самое

9000 BTU / 3417 = 2,638 кВт (2,6 кВт)

И так далее :

12000 BTU= 3.5 кВт

18000 BTU= 5.2 кВт

24000 BTU= 7.0 кВт

Мощность охлаждения и мощность обогрева – это не показатели мощности потребляемой кондиционером. Например,  с мощностью охлаждения 7000 BTU или 2,2 кВт, но энергопотребление кондиционера может иметь всего 685 Вт

Инверторный кондиционер

Инверторный кондиционер — торговое название кондиционеров воздуха, у которых имеется возможность изменения частоты вращения двигателя компрессора (инвертор — от лат. inverto — переворачиваю, обращаю, изменяю). Блок управления в таких кондиционерах преобразует переменный ток питания в постоянный и затем формирует переменный ток с необходимой частотой. Этот процесс называется инвертированием. Такое преобразование позволяет в широких пределах регулировать скорость вращения двигателя компрессора, в том числе выше 3000 об/мин., и, следовательно, холодо- или теплопроизводительность кондиционера. Благодаря такой технологии инверторные кондиционеры более экономичны и обеспечивают более гибкое и точное поддержание температуры, чем кондиционеры с обычным компрессором. Кроме того, они позволяют работать в более широком диапазоне наружных температур.

Типы кондиционеров. Их достоинства и недостатки.

Мобильные кондиционеры.

Два в одном – компрессор и блок охлаждения смонтированы в одном корпусе.

1.  Преимущества:

- Мобильность. Это свойство привлекает возможностью быстро решить проблему кондиционирования. Купил, привёз, включил. Возможность перемещать в другое помещение или взять с собой на дачу.

- Нет необходимости монтажа. К примеру, установка сплит-системы связана с дополнительными затратами и довольно грязными работами.

 2.   Недостатки:

- Необходимость отвода тёплого воздуха. В комплект каждого мобильного кондиционера входит специальный шланг диаметром 12-15см и длиной 1,5-2м.,, который служит для отвода тёплого воздуха из помещения (на улицу через приоткрытое окно или балконную дверь, в существующую систему вентиляции, если длина шланга позволяет подключиться к ней, либо в специально сделанное в стене отверстие наружу).

- Шумность. Так как оба блока находятся в одном корпусе, то и шум издаваемый ими будет гораздо сильнее, чем от блока охлаждения (внутреннего блока) сплит-системы. Наиболее шумная часть – это компрессор.

- Объём. Так как прибор имеет напольное исполнение, то он занимает какую-то полезную площадь помещения и с окончанием лета иногда возникает проблема куда его деть.

- Необходимость периодически сливать конденсат из специальной ёмкости

Сплит-системы

В переводе с английского split означает «разделять». Сплит-система представляет собой кондиционер, состоящий из двух отдельных блоков — внутреннего и наружного. Блоки соединены друг с другом медными трубками, по которым из одной части кондиционера в другую циркулирует хладагент, и проводами межблочной связи.

У такого разделения есть причины. Дело в том, что «сердце» каждого кондиционера — компрессор — во время своей работы становится источником сильного шума и вибрации. Конструкция сплит-системы позволяет вынести компрессор вместе с теплообменником-конденсатором и обслуживающим его вентилятором за пределы жилого помещения — на улицу. Внутри же остаётся более тихий блок, где расположены теплообменник-испаритель, вентилятор, воздушные фильтры. Кроме того, сплит-система более эффективна, чем модели моноблочного типа, у которых все элементы — теплообменники, вентиляторы и компрессор — находятся в одном корпусе.

Производится несколько типов сплит-систем:

- Настенные. Внутренний блок устанавливается на стену.

Внешний блок обычно монтируется на фасаде зданий, внутренний - внутри помещения. Внутренний блок сплит-системы можно установить где угодно, причем не только на стене: внутренние блоки, помимо настенных, могут быть напольными, потолочными, колонными и встраиваемыми в подвесной потолок - канальными или кассетными. Соединяются эти блоки двумя тонкими медными трубками в теплоизоляции. Трубки проводятся внутри стен, в подвесных потолках, за панелями и т.д. или закрываются декоративными пластиковыми коробами.
Самой шумной частью кондиционера является компрессор. В сплит-системах он вынесен на наружную стену здания, что позволило добиться сверхтихой работы. Уровень шума у самых "продвинутых" моделей достигает 22:26 dB, дальнейшее уменьшение шума возможно только при установке на фреоновую магистраль шумоглушителей.
В зависимости от того, помещение какой площади требуется кондиционировать, а также от пожеланий заказчика, можно установить сплит-системы различных типов.

- Кассетные. Внутренний блок устанавливается в подвесной потолок.

Кассетные сплит-системы кондиционирования воздуха представляют из себя идеальное решение для обеспечения кондиционированием воздуха здания.

Современный дизайн, передовая технология производства компонентов установки и исходных материалов обеспечивают кассетам более высокую производительность при одних из самых низких шумовых характеристиках. Установки кассетного типа малой мощности имеют стандартный габаритный размер внутреннего блока 600х600 мм, и предназначены для монтажа над подвесным потолком, имеют встроенную панель управления, что значительно облегчает монтаж изделия, и управляемую решётку для обеспечения оптимального комфорта в управлении данной системой. Модели кассетного типа выпускаются в трёх типоразмерах с обширнейшим диапазоном холод/тепло производительности - (от 3 до 15 кВт) и могут работать в режиме только охлаждение или теплового насоса. Кассетные установки обычно спроектированы с учётом использования пульта дистанционного управления или монтируемых на стене систем контроля параметров микроклимата. Кассетные модели кондиционеров обеспечивают исключительный комфорт и высокую эффективность работы.

Кассетные кондиционеры с раздачей воздуха по четырём разводным направлениям потока холода, особенно великолепно подходят для использования в объёмных нежилых помещениях общественного назначения, например, в магазинах, офисах, конференц-залах, больницах, школах и ресторанах.

В этих моделях воздух поступает через отверстие в центре блока, а охлаждённый воздух раздаётся по четырём направлениям. Максимальный комфорт обеспечивается при установке данного кассетного блока в центре помещения.

Кондиционеры данного типа всегда оборудованы дренажным насосом для отвода конденсата.

- Колонные. Их внутренний блок выполнен в виде колонны.

Колонные кондиционеры - это сплит-системы, имеющие большую мощность (до 17,4 кВт).

Эти кондиционеры по габаритам напоминают холодильник, имеют большой вес и устанавливаются на полу.

Колонные кондиционеры обычно устанавливается в холлах гостиниц, залах ресторанов, конференц-залах, магазинах и других подобных помещениях, где нет возможности использовать стены и потолок и где требуется большая холодопроизводительность.

Такие сплит-системы требуют сравнительно большой площади для своего размещения, поскольку создают сильный поток воздуха, направленный в потолочное пространство, откуда он равномерно распространяется на весь объем помещения. В корпусе имеются распределительные жалюзи с автоматическим регулированием воздушного потока.

- Напольно-потолочные.

Напольно-потолочные сплит системы используются в случае, когда сил у обычной сплит-системы недостаточно, и нет возможности установки кондиционера кассетного типа (отсутствует подвесной потолок), или же в случае, если помещение имеет сильно вытянутую форму.

Мощность данного типа кондиционеров составляет 4 - 15 кВт по холоду и теплу.

Внутренний блок такого кондиционера направляет мощную струю охлажденного воздуха вдоль стены или потолка и таким образом обеспечивает равномерное распределение температуры в помещении.

Кроме того, различают инверторные сплит-системы и мультисплиты

Сплит-системы с инверторным управлением

Инверторные сплит-системы автоматически регулируют мощность охлаждения в помещении (обычные сплит-системы работают лишь на включение-выключение), при этом, точнее поддерживается заданная температура, наводится меньший уровень шума, экономится до 30% электроэнергии, обеспечивается большая охлаждающая способность и больший срок службы.

Это возможно потому, что потребляемая мощность снижается, когда температура в помещении приближается к желаемой. Инвертор в этом случае переключается в режим работы на низкой мощности, чтобы поддерживать оптимальную температуру без потери электроэнергии.

Инверторные сплит-системы имеют плавную микрорегулировку, отсюда - стабильность комнатной температуры без ее неприятных резких колебаний и без риска простудиться. Энергопотребление снижается на 25-30%, т.к. кондиционер в основное время работает в экономичном режиме. Кондиционер может работать на обогрев при отрицательных температурах (до-15°С).

Стоимость инверторной сплит-системы выше, чем аналогичной, неинверторной.

Мульти сплит-системы с инверторным управлением

Инверторные мульти сплит-системы позволяют использовать при одном внешнем блоке несколько внутренних блоков, то есть кондиционировать несколько помещений.

Инверторные сплит-системы автоматически регулируют мощность охлаждения (обычные сплит-системы работают лишь на включение-выключение), при этом, точнее поддерживается заданная температура, наводится меньший уровень шума, экономится до 30% электроэнергии и обеспечивается больший срок службы. Это возможно потому, что потребляемая мощность снижается, когда температура в помещении приближается к желаемой. Инвертор в этом случае переключается в режим работы на низкой мощности, чтобы поддерживать оптимальную температуру без потери электроэнергии.

1. Преимущества сплит-систем

- Большой набор функций.

- Тихая работа.

- Компактность внутреннего блока (за исключением колонных)

- Дизайн внутреннего блока позволяет использовать его в качестве элемента интерьера

- Нет необходимости периодически сливать конденсат

 2.  Недостатки

- Необходимость монтажа. Во-первых, это дополнительные финансовые затраты, которые кроме всего прочего, зависят от места установки (например если длина трассы окажется больше стандартной). Во-вторых, монтаж кондиционера, это довольно грязная работа из-за чего нужно будет специально готовить помещение, если только оно еще не введено в эксплуатацию. Кроме того, если монтаж производится в «сезон», это еще и время ожидания монтажа.

Общее.

Современные кондиционеры работают на хладагентах R410А и более «продвинутом» R32 (на сленге специалистов именуемые как «410-й газ» или «32-й газ»). Кондиционеры последних поколений работают на озонобезопасном хладагенте R32. Они дороже, чем приборы работающие на хладагенте R410A, хотя по своим характеристикам ничем не отличаются от последних. Главный элемент в кондиционере – это компрессор. От его работы зависит насколько надёжен кондиционер, и как он будет справляться с возложенными на него функциями.

Функции кондиционеров

1. Охлаждение. Основная функция кондиционеров
2. Обогрев. Современные кондиционеры имеют возможность нагрева воздуха. Для этого с помощью специального  клапана изменяют направление перекачивания компрессором хладагента. Этот клапан управляется соленоидом, на который от внутреннего блока подается напряжение питающей сети (220 В). При обогреве сплит-системой радиатор внешнего блока охлаждается и на нём образуется большое количество конденсата. При установке сплит-системы не на фасаде здания (на лоджии, внутри строений) от внешнего блока требуется отвод конденсата. При работе сплит-системы в режиме теплового насоса происходит интенсивное охлаждение конденсатора внешнего блока и возможно последующее его обмерзание. Обогрев помещения с помощью сплит-системы используют осенью или весной, при положительной уличной температуре. При отрицательных температурах фреон не закипает в радиаторе внешнего блока, а в жидком виде поступает на вход компрессора и приводит к его поломке. Электроника качественных сплит-систем не позволит включить обогрев при низких уличных температурах.
3. «I FEEL». Благодаря этой функции кондиционер отслеживает температуру и поддерживает ее, в месте нахождения пульта дистанционного управления.

4. «SLEEP» или ночной режим. В этом режиме устанавливается минимальная скорость вентилятора (для наименьшего шума) и, в зависимости от режима, плавно повышает (охлаждение) или понижает (обогрев) температуру на 2 - 4 градуса в течение нескольких часов. По истечении 7 часов после включения ночного режима кондиционер выключается.

5. Очистка воздуха. Практически все современные кондиционеры имеют фильтры для очистки воздуха от пыли и микроорганизмов. Обычные сеточные, НЕРА-фильтры, катехиновые и т.д
6. Осушение. В этом режиме кондиционер собирает находящуюся в воздухе влагу и отводит ее с помощью дренажных трубок за пределы помещения, либо в специальную ёмкость как например у мобильных кондиционеров.
7. Вентиляция. В данном режиме кондиционер работает как вентилятор. Функции охлаждения и обогрева отключены
8. Ионизация. Некоторые модели оснащены ионизатором, который насыщает воздух положительными ионами, благодаря чему снижается количество пыли в воздухе и кроме того, наличие ионов в воздухе благоприятно влияет на организм человека.
9. Интенсивный режим (Турборежим). Благодаря этой функции, кондиционер после включения работает за короткое время охлаждает либо нагревает воздух в помещении
10. Таймер. Наличие таймера позволяет включать и отключать кондиционер в нужное время. Например, вы уходите на работу – кондиционер отключится, а к вашему возвращению снова включится и обеспечит прохладу в помещении
11. Автоматический режим. В этом режиме кондиционер автоматически осуществляет выбор режима работы (вентиляция, обогрев или охлаждение) для поддержания заданой температуры.
12. Направление воздушного потока. Направление потока воздуха по вертикали горизонтальными пластинами (жалюзи), они имеют 5 - 6 стандартных положений. В режиме охлаждения поток, как правило, направляется вдоль потолка, чтобы охлаждённый воздух не попадал на людей. Горячий воздух легче и поднимается вверх, по этому поток воздуха направляется вниз.
13. Функция "Hot Start", или горячий запуск, полезна при включении кондиционера на обогрев в условиях низких температур . В режиме обогрева скорость вентилятора зависит от температуры испарителя (находится во внешнем блоке кондиционера). Только после того, как температура достаточно возрастет, вентилятор включится и начнет подавать теплый воздух. Таким образом предотвращается подача холодного воздуха в помещение

Выбор кондиционера

Выбор кондиционера в первую очередь определяется не ценой, внешним видом и набором функций, первое, что нужно сделать – это правильно определить какая мощность охлаждения нам потребуется, а потом уже переходить к остальному. Лучше всего обратиться к специалистам, но можно предварительно сделать подбор самостоятельно. Для определения мощности охлаждения нам необходимо знать некоторые параметры, без которых мы это не сможем сделать.

1. Регион. Север, Центральная полоса, Южные регионы страны

Для Севера принимаем, что для 1 кВт потребуется для кондиционирования 35м3

Для Центральной полосы – 30м3

Для Юга – 25м3

2. Площадь и высота помещения. Благодаря им и параметру из п.1 мы узнаем, какая нам потребуется мощность для данного помещения. Это так называемая стоковая мощность.

Но это еще не всё. Есть еще несколько параметров:

3. Тип помещения

Кухня: +1 кВт к стоковой мощности

Утепленная мансарда: +30% к стоковой мощности

Спортивное помещение или помещение с тяжелым трудом: принято считать, что тепловыделение человека при занятиях спортом или тяжелым трудом составляет 450Вт

Комната: тепловыделение человека в спокойной обстановке – 120Вт.

4. Количество и площадь окон. Принято считать что на 1м2 окна приходится 100Вт.
5. Стеклянная крыша. На 1м2 приходится 576Вт
6. Тепловыделение бытовой техники

Компьютер – 200Вт

Телевизор – 100-200Вт

Музыкальный центр – 100Вт

Холодильник – 300Вт

7. Освещение. Суммируется мощность всех ламп в помещении
8. Количество людей. Количество людей которые будут находится в данном помещении.

Получив все необходимые данные, мы можем максимально правильно подобрать кондиционер.

Пример

Необходимо подобрать кондиционер для жилого помещения – жилая комната. Регион – Центральная полоса. Площадь 25м2. Высота 2,5м. Окно 3м2. Семья из 4-х человек. В комнате имеется телевизор, музыкальный центр. Суммарная мощность ламп 100Вт.

Расчёт

Находим стоковую мощность.

Объем помещения составляет 25*2,5=62,5м

Находим стоковую мощность для данного региона. 65,5/30=2,08кВт

Далее добавляем тепло получаемое от окна 3*100=200Вт (0,2 кВт)

Тепло выделяемое людьми находящимися в комнате 4х120=480Вт (0,48кВт)

Тепло выделяемое работающими телевизором и музыкальным центром 2*200=400Вт (0,4кВт)

Получив необходимые данные, суммируем их и получаем суммарную мощность, исходя из которой, подбираем кондиционер с требуемыми характеристиками.

2,08+0,2+0,48+0,4=3,16кВт. (10782 BTU).

Подбираем кондиционер с ближайшей большей мощностью кондиционирования – это будет кондиционер с индексом 12 (12000BTU)