Принцип работы любого кондиционера, в том числе сплит-системы основан на свойстве жидкости (в нашем случае фреона) поглощать тепло из окружающего воздуха при кипении и отдавать тепло в окружающую среду при конденсации. В холодильной машине фреон постоянно меняет свое состояние газ/жидкость в процессах кипение/конденсация. Сплит-система состоит из двух блоков наружного и внутреннего соединённых между собой медными трубками, и представляющая замкнутый контур, в котором циркулирует фреон. Наружный (компрессорно-конденсаторный) блок, размещается на улице. В корпусе наружного блока размещаются: компрессор, конденсатор, осевой вентилятор и система защиты и управления. Компрессор обеспечивает циркуляцию фреона между внутренним и наружным блоками и сжатие паров фреона для последующей конденсации, вентилятор и конденсатор обеспечивают конденсацию паров фреона. Внутренний (испарительный) блок, монтируется внутри помещения, в корпусе внутреннего блока располагаются: ТРВ и капиллярная трубка, испаритель, вентилятор, дренажный поддон и плата управления. ТРВ служит для понижения давления, в испарителе кипит (испаряется) фреон, вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха, дренажный поддон предназначен для сбора и удаление влаги, сконденсировавшейся на холодной поверхности испарителя.
Потребляемую мощность иногда путают с мощностью охлаждения. На самом деле, потребляемая кондиционером мощность примерно в три раза меньше мощности охлаждения, то есть кондиционер мощностью 2,5 кВт потребляет всего около 800 Вт. Поэтому бытовые кондиционеры, как правило, можно включать в обычную розетку, не опасаясь «выбитых» автоматов. Парадокса в этом нет – дело в том, что основой охлаждения является холодильный цикл, базирующийся на свойстве фреона кипеть при низких температуре и давлении, и свойстве жидкостей поглощать тепло при кипении и отдавать его при конденсации. А вот основные затраты электроэнергии идут на привод компрессора, который обеспечивает циркуляцию фреона и его сжатие (повышение давления) для последующей конденсации.
Кондиционеры можно разделить на два вида: одни могут только охлаждать воздух (только холод) , другие могут работать как охлаждать, так и обогревать воздух в помещении (холод-тепло или тепловой насос ). Модели с возможностью нагрева воздуха стоят на 10 - 15% дороже, но в межсезонье (осенью и весной) могут заменить обогреватель.
Название тепловой насос дано не случайно. Оно показывает, что кондиционер нагревает воздух не электроспиралью или ТЭНом, как электрический обогреватель, а теплом, забираемым у наружного воздуха (происходит перекачка тепла с улицы в помещение). Таким образом, в режиме нагрева происходит тот же процесс, что и в режиме охлаждения, только наружный и внутренний блоки кондиционера как бы меняются местами. Соответственно в режиме обогрева, как и в режиме охлаждения, потребляемая мощность в 3 - 4 раза меньше мощности обогрева, то есть на 1 кВт потребляемой энергии кондиционер выделяет 3 - 4 кВт тепла.
Обратите внимание, что все кондиционеры с тепловым насосом могут эффективно работать только при положительных температурах наружного воздуха, поэтому греться с помощью кондиционера зимой проблематично.
Кондиционер без инвертора, работает по принципу циклов включения / отключения компрессора при повышении / понижении установленной температуры в помещении. Кондиционер с инвертором преобразует переменное напряжение питания в постоянное (этот процесс называется инвертирование), что позволяет плавно изменять частоту оборотов компрессора и тем самым регулировать мощность кондиционера. Благодаря этому техническому решению, инверторный кондиционер имеет ряд преимуществ перед обычным: нет пусковых токов, соответственно меньший износ деталей и больше срок службы; меньший уровень шума наружного блока; более точное поддержания температуры, в результате меньшее потребление электрической энергии (до 40%); большая устойчивость к диапазонам наружных температур. В каталогах для инверторных сплит систем указывается не одно значение мощности, а диапазон, в котором она может изменяться. Чем этот диапазон шире, тем точнее инверторный кондиционер сможет поддерживать заданную температуру. Поэтому при выборе инверторной сплит-системы следует обращать внимание не только на номинальную мощность, но и на отношение максимальной мощности к минимальной - чем больше будет это значение, тем лучше.
Если вы собрались установить кондиционер в спальне, или если рядом с наружным блоком расположено окно нервных соседей, то вам следует обратить внимание на уровень шума приобретаемого кондиционера. Уровень шума измеряется в Децибелах (дБ) - относительной единице, показывающей во сколько раз один звук громче другого. За 0 дБ принят порог слышимости (заметим, что звуки с уровнем менее 25 дБ фактически не слышны). Уровень шепота - 25 - 30 дБ, шум в офисном помещении, как и громкость обычного разговора, соответствует 35 - 45 дБ, а шум оживленной улицы или громкого разговора - 50 - 70 дБ.
Для большинства бытовых кондиционеров уровень шума внутреннего блока лежит в диапазоне 26 - 36 дБ, наружного блока - 38 - 54 дБ. Можно заметить, что шум работающего внутреннего блока не превышает уровень шума офисного помещения. Поэтому обращать внимание на уровень шума кондиционера имеет смысл, если вы планируете установить его в тихом помещении (спальня, личный кабинет и т.д.).
Необходимо отметить, что кондиционеры могут являться источником не только монотонного шума, создаваемого воздушным потоком, но и некоторых других звуков - потрескиваний, шипения, бульканья, щелчков. Обычно эти шумы заметны только в полной тишине, однако они могут помешать спокойному сну, поскольку внезапно возникающие звуки раздражают гораздо сильнее, чем монотонный шум. Эти звуки имеют разную природу. Потрескивания возникают при расширении и сжатии деталей пластикового корпуса, вызванных изменением его температуры. Булькать и шипеть может фреон при включении и выключении компрессора. А щелчки возникают при переключении реле, управляющих работой вентилятора, компрессора и других узлов кондиционера. Из всех этих шумов наибольший дискомфорт доставляет потрескивание корпуса - такие звуки могут даже разбудить среди ночи. Распознать «трескучий» внутренний блок можно по дешевому пластику, который по внешнему виду и на ощупь существенно отличается от пластика, из которого изготовлены кондиционеры премиум-класса. Инверторные кондиционеры обычно издают меньше посторонних шумов, поскольку в них не происходит скачкообразных изменений температуры и переключений реле, связанных с периодическим включением и выключением компрессора.
Вообще же, как правило, наиболее «продвинутые» и дорогие кондиционеры являются одновременно и самыми тихими.
Существует заблуждение, что любой кондиционер может не только охлаждать, но и вентилировать воздух в помещении. Это не так, основное предназначение кондиционера – это поддержание температурного режима, охлаждение (осушение) и нагрев, исключительно рециркуляционного воздуха. Режим «вентиляция», о котором написано в инструкции к кондиционеру означает, что в этом режиме работает только вентилятор внутреннего блока, без включения компрессора. В кондиционеры канального типа и в часть кондиционеров кассетного типа можно предусмотреть подмес части приточного воздуха к основному рециркуляционному потоку. Но для этого необходима приточная установка, которая будет подавать свежий воздух в кондиционер, предварительно очистив его от пыли и подогрев, хотя бы до +10 °С.
Если в окнах вашей квартиры, загородного дома или офиса установлены стеклопакеты, то для создания комфортного климата требуется не только (или не столько) кондиционер, но и система приточно-вытяжной вентиляции.
Основные режимы работы кондиционера:
Фреон -это хладагент, то есть вещество, которое переносит тепло из внутреннего блока сплит-системы в наружный. Фреоны (другое их название -хлорфторуглероды) представляют собой смесь метана и этана, в которых атомы водорода замещаются атомами фтора и хлора. Все хладагенты, используемые в бытовых приборах, являются негорючими и безвредными для людей веществами. Существует несколько типов фреона, отличающихся химическими формулами и физическими свойствами. В кондиционерах и холодильниках чаще всего используются фреоны R-12, R-22, R-134a, R-407C , R-410A и некоторые другие.
Раньше практически все бытовые кондиционеры, поставлявшиеся с Россию, работали на фреоне R-22, который отличался низкой ценой и был прост в использовании. Однако в 2000 - 2003 годах в большинстве европейских стран вступило в силу законодательство, ограничивающее применение фреона R-22. Вызвано это было тем, что многие фреоны, в том числе и R-22 разрушают озоновый слой. Для измерения «вредности» фреонов была введена шкала, в которой за единицу был принят озоноразрушающий потенциал фреона R-13, на котором работает большинство старых холодильников. Потенциал фреона R-22 равен 0.05, а новых озонобезопасных фреонов R-407C и R-410A - нулю. Поэтому к настоящему времени большинство производителей, ориентированных на европейский рынок были вынуждены перейти на выпуск кондиционеров, использующих озонобезопасные фреоны R-407C и R-410A.
В настоящее время в Москве можно купить кондиционеры, использующие как новые, фреоны(в основном это R-407C , R-410A), так и «классический» R-22. Однако во всех новых моделях известных брендов используются новые озонобезопасные фреоны.
Расстояние между наружным и внутренним блоком в сплит-системах ограниченно. В системах, эконом и бизнес-класса - это 10-15 метров. В сплит-системах класса люкс – это 20-25 метров. В системах полупромышленной серии, с мощностью от 10 кВт, расстояние между блоками может достигать 50 метров. Также ограничен перепад высот между внутренним и наружным блоками – обычно это 7-10 метров. Максимальных расстояний между блоками следует избегать поскольку при этом падает производительность кондиционера и возрастает нагрузка на компрессор.
Значительным преимуществом по расстоянию между наружным и внутренними блоками обладают мультизональные VRV системы. В них расстояние и перепад высот между наружным и самым дальним внутренним блоком может достигать150 метров и 50 метров, соответственно. Например, это позволяет разместив, наружный блок на крыше, обеспечить хладоносителем внутренние блоки расположенные на нескольких этажах.
Правильно подобранный по мощности кондиционер способен поддерживать температуру воздуха в помещении в диапазоне от +18°С до +30°С. При этом, определяющее значение на работу кондиционера оказывает температура наружного воздуха. Диапазон рабочей наружной температуры отличается в зависимости от производителя и модели.
Для режима охлаждения: нижняя граница составляет от -5°С до +18°С для различных моделей, верхняя - около +43°С.
Для режима обогрева: нижняя граница составляет от -5°С до +5°С для различных моделей, верхняя - около +21°С.
Существенный разброс в нижней температурной границе объясняется тем, что для обеспечения нормальной работы кондиционера в широком диапазоне температур требуется установка дополнительных датчиков и усложнение схемы кондиционера, а это увеличивает его стоимость. Если вы планируете включать кондиционер на охлаждение при температуре наружного воздуха ниже +15°С, то советуем обратить внимание на рабочий диапазон выбранной модели. Рабочий диапазон температур всегда указывается в технических каталогах или в инструкции пользователя. Эксплуатация кондиционера при температуре ниже допустимой приводит к нестабильной работе и обмораживанию радиатора внутреннего блока, в результате чего с кондиционера может капать вода.
Разница между кондиционерами первой и третьей группы проявляется в рабочем диапазоне температур наружного воздуха - стабильная работа при температуре от –5°С до +40°С возможна только при наличии высококачественной и дорогой системы управления. Большинство кондиционеров не предназначены для работы при температуре наружного воздуха ниже –5°С.
Если же температура наружного воздуха опустилась ниже -5°С, то включать кондиционер категорически не рекомендуется. При низких температурах изменяются физические свойства фреона и компрессорного масла. В результате, при старте, холодный компрессор может заклинить и его придется менять. Но даже в случае успешного пуска износ компрессора будет существенно выше допустимого. Поэтому эксплуатация кондиционера в зимний период неминуемо приведет к выходу из строя компрессора в течение 2 - 3 лет.
Зимний комплект позволяет кондиционеру работать в режиме охлаждения при температуре наружного блока до минус 30°С. Зимний комплект для кондиционера состоит из следующих элементов: подогреватель дренажа, подогреватель картера компрессора, регулятор скорости вентилятора наружного блока в зависимости от давления конденсации холодильного контура.
Важно отметить, что зимний комплект никакого отношения к работе кондиционера на обогрев не имеет, он позволяет функционировать кондиционеру только в режиме охлаждения.
Кондиционер с зимним комплектом может оказаться полезным в двух случаях. Во-первых, для повышения надежности кондиционера. В этом случае оборудовать зимним комплектом любую сплит-систему, это позволит включать кондиционер на «холод» в любое время года, не опасаясь выхода из строя компрессора. Во-вторых, кондиционер с встроенным зимним комплектом необходим помещениях типа серверных, где необходимо поддерживать температуру 20-25°С при высоких тепловыделениях, в течении всего года. В качестве кондиционера для серверной лучше всего подойдет кондиционер с заводской установкой зимнего комплекта.
В процессе работы любого кондиционера на поверхности испарителя (теплообменника внутреннего блока) образуется вода. Она конденсируется при охлаждении проходящего через испаритель воздуха и стекает в поддон, расположенный под испарителем. Из поддона вода по дренажному шлангу удаляется на улицу или в систему канализации. Сливное отверстие дренажа должно быть ниже уровня поддона, а дренажный трубопровод прокладывается с уклоном чтобы вода под действием силы тяжести могла свободно вытекать из кондиционера.
Однако, бывают случаи, когда слив дренажа приходится располагать выше уровня поддона, например, при установке кондиционера в подвале. В такой ситуации необходимо использовать дренажную помпу, которая сможет поднять воду на определенную высоту. Конструктивно помпа выполняется в виде небольшого прямоугольного блока, в котором расположен насос и миниатюрный резервуар с датчиком воды. При заполнении резервуара водой датчик включает насос, вода откачивается, после чего насос выключается и цикл повторяется снова. Установка помпы приводит не только к удорожанию кондиционера, но и к заметному увеличению уровня шума. Поэтому в квартирах желательно устанавливать кондиционер так, чтобы не пришлось использовать дренажную помпу.
Иногда при установке наружного блока сплит-системы над ним устанавливают металлический козырек. Основная задача козырька - защищать наружный блок от падающих сосулек и снега во время чистки крыши.
Защитный короб или решетка устанавливается для защиты наружного блока от вандализма или кражи. Этот короб представляет собой прямоугольный каркас, обтянутый металлической крупноячеистой сеткой и закрывающий наружный блок со всех сторон, кроме нижней (доступ снизу необходим для сервисного обслуживания). Такую защиту используют в тех случаях, когда наружный блок установлен в легко доступном месте - на небольшой высоте, на крыше и т.п.
Принцип работы кондиционера (сплит-системы) попытаюсь пояснить, особо не используя специфические термины термодинамики. Тем не менее, для того, чтобы разобраться необходимо, вспомнить (принять на веру) результат нескольких термодинамических процессов:
Энтропия S - количество тепловой энергии, пригодной для совершения работы: чем энергии меньше, тем выше энтропия.
Охлаждение воздуха в помещении осуществляется с помощью специальной холодильной установки – кондиционера, работающего по обратному тепловому циклу. Обратный тепловой цикл, такой цикл при котором передача тепловой энергии от более холодного тела к более тёплому осуществляется за счёт подводимой работы. Рабочим телом в кондиционере является фреон.
Принципиальная схема кондиционера – на левом рисунке, а его рабочий цикл в Т – S диаграмме на правом.
И так – кондиционер включён в работу. Компрессор 3 сжимает фреоновый пар, повышая его температуру от Т2 до Т1 (процесс 3 – 4 на диаграмме). Сжатый и нагретый фреоновый пар поступает в конденсатор 4 наружного блока кондиционера где, отдавая тепловую энергию в окружающий воздух конденсируется (процесс 4 – 1 на диаграмме). Из конденсатора фреон поступает на дроссельный вентиль 1, после которого испаряется в испарителе 2 внутреннего блока кондиционера (процесс 1 – 2 на диаграмме) в результате чего его температура понижается. В испарителе образовавшийся фреоновый пар отбирает тепло у окружающего воздуха. Далее фреон поступает на всас компрессора (процесс 2 -3 на диаграмме) – цикл замкнулся.
Дроссельный вентиль 1 в кондиционере является регулирующим органом. Изменяя расход рабочего тела через него можно регулировать холодопроизводительность кондиционера.
Вот по такому принципу работает сплит-система.
На рисунке №4 Показана упрощенная схема холодильного контура бытового настенного кондиционера сплит-системы, основной задачей которого является охлаждение воздуха внутри кондиционируемого помещения (Или другими словами удаление тепла из помещения и перенос его на улицу). Рабочим веществом для перемещения тепловой энергии является хладагент. Охлаждение воздуха производится за счет действия в холодильном контуре термо-динамического процесса, которы имеет 4 составляющие:
- Испарение хладагента, которое происходит внутри теплообменника испарителя внутреннего блока.
- Конденсация хладагента, которая происходит внутри теплообменника конденсатора наружного блока.
- Сжатие хладагента, которое производит компрессор, расположенный в наружном блоке.
- Дросселирование, которое происходит внутри капилярной трубки наружного блока.
Как известно при испарении хладагента, то-есть при его переходе из жидкого состояния в газообразное, он поглощает тепловую энергию, или другими словами, охлаждает испаритель.
При конденсации хладагента, то-есть при его переходе из газообразного состояния в жидкое, хладагент отдает тепловую энергию, или другими словами нагревает конденсатор. Процессы конденсации и испарения происходят при определенных условиях, создаваемых в теплообменниках.
Одним из главных элементов холодильного контура является расширительное устройство - капилярная трубка. Капилярная трубка имеет малое пропускное сечение по сравнению с другими элементами холодильного контура, подобно горлышку от бутылки. Таким образом компрессор создает зону высокого давления до капилярной трубки - в теплообменнике конденсатора (Зона высокого давления на схеме кондиционера выделена красным цветом), и зону низкого давления после капилярной трубки в теплообменнике испарителя (Зона низкого давления на схеме кондиционера выделена синим цветом). Газообразный хладагент на выходе из компрессора имеет высокое давления и температуру. Попадая в теплообменник конденсатора хладагент начинает конденсироваться - переходить из газообразного состояния в жидкое. Процесс конденсации происходит в следствие того, что вентиляторы, создавая циркуляцию наружного воздуха через теплообменную поверхность конденсатора охлаждают его, а следовательно и хладагент. При этом конденсируясь, хладагент отдает тепловую энергию наружному воздуху. Далее жидкий, сконденсированный хладагент попадает в капилярную трубку, а затем в зону низкого давления. В зоне низкого давления, давление, а следовательно и температура жидкого хладагента падает. Пройдя по линиям межблочных фреоновых коммуникаций хладагент поступает во внутренний блок и далее в теплообменник испарителя. Вентилятор внутреннего блока, создавая циркуляцию кондиционируемого воздуха через теплообменник испарителя нагревают его. Хладагент, находящийся с другой стороны теплообменной поверхности испарителя испаряется поглащая тепло и охлаждая теплообменник. На выходе из испарителя хладагент находится только в газообразном состоянии. Далее по линиям межблочных фреоновых коммуникаций фреон возвращается обратно в компрессор
Устройство кондиционера рассмотрим на примере сплит-системы настенного типа. Сплит-системы с другими типами внутренних блоков состоят из тех же узлов, и отличаются только внешним видом.
О том, как все это работает рассказывается в разделе