Принцип работы кондиционера
Не каждый знает, что в первоначальном своем виде холодильник был изобретен одним доктором и не только для того, чтобы хранить продукты. Он мог также работать в качестве кондиционера, регулируя климатические условия в комнате. Эти два устройства очень похожи. Холодильник поддерживает низкую температуру в своей камере, а кондиционер — в комнате. Возможен и обратный режим работы на обогрев. Принцип действия кондиционера (и холодильника) основан на двух противоположных изохорных процессах внутри змеевиков. А теперь обо всем по порядку.
Термодинамика и фреон в кондиционерах
Мы уже обмолвились об изохорных процессах, и половина читателей приготовилась листать вниз. Туда, где будут более знакомые термины. Не стоит. Поговорим простыми словами о сложном.
Принципиальная схема кондиционера включает следующие основные части (пока этот список можно пропустить, возвращайтесь к нему по мере дальнейшего чтения):
- корпус;
Принципиальная схема кондиционера
- внутренний змеевик (испаритель);
- внешний змеевик (конденсор);
- компрессор;
- капиллярная трубка;
- соединительные магистрали.
Вот как работает кондиционер. Все в природе стремится к равновесию, это означает, что меняя один параметр среды, мы немедленно вызываем ответную реакцию. Вот как это происходит. Каждый кто пользовался насосом для велосипеда (машинный будет плохим примером), в курсе, что цилиндр достаточно сильно нагревается. Почему это происходит? Дело в том, что при движении поршня вперед воздух, находящийся внутри, сильно сжимается, повышается его давление. Это вызывает в свою очередь увеличение температуры. А цилиндр начинает отдавать тепло окружающей среде. Ничего не напоминает? Правильно, схожим качеством обладает змеевик кондиционера, находящийся за окном и отдающий тепло окружающей среде.
Отличие в том, что внутренний объем змеевика не меняется, остается постоянным. Именно такой процесс и называется в термодинамике изохорным. То есть идущим при постоянном объеме. Компрессор нагнетает фреон во внешний змеевик (конденсатор) под давлением, повышая температуру хладагента до 65 градусов Цельсия. В этих условиях тепло начинает активно уходить в окружающую среду. Исключением будет случай, когда температура воздуха за окном также равна 65 градусов Цельсия. Итак, резкое повышение давления вызывает нагрев фреона и конденсатора (правильно называть его конденсором). Тепло уходит на улицу за счет разницы температур змеевика и окружающего воздуха.
Охлажденный фреон становится жидким. И устремляется (все еще под давлением) к внутреннему змеевику (испарителю). Однако на пути ему попадается капиллярная трубка, через которую жидкость сочится с трудом.
Теперь посмотрите, что получается. Из испарителя фреон активно выкачивается компрессором, а попасть обратно через капиллярную трубку хладагенту весьма сложно. За счет этого на внутреннем змеевике образуется пониженное давление. Это тоже изохорный процесс, и он сопровождается резким понижением температуры до 2 градусов Цельсия.
Охлажденный змеевик забирает тепло у воздуха в помещении и отдает его фреону. Последний испаряется, становится газом и засасывается компрессором. В этом заключается принцип работы кондиционера. А теперь о том, за счет чего стало возможным все это диво.
Зачем в кондиционере фреон
Каждый слышал, что любой фреон в той или иной мере опасен для окружающей среды, и это вызывает необходимость утилизации кондиционеров (и холодильников) специальным образом. Мы можем к этому добавить, что первые холодильники и кондиционеры были и вовсе опасны для жизни. Любая утечка четырехвалентного оксида серы грозила жизни обитателей дома. Хотя фреоны также были опасны, но кондиционеры обязаны своему широкому распространению в быту именно открытию в 20-х годах нового класса веществ. Они были не столь смертоносны, как те, что применяли в холодильниках ранее. Класс веществ получил название фреоны.
Фреон для кондиционера
Сегодня эти соединения, название которых начинается буквой R и оканчивается трехзначным числом, содержат в своем описании гордый термин озонобезопасные. Это значит, что они не причиняют вреда тому ценному слою атмосферы, который, несмотря на толщину в несколько миллиметров, поглощает львиную долю ультрафиолетового излучения, делая возможным существование жизни на планете. Разрушение озонового слоя вызывает рак кожи и многие другие патологии. Вот почему все организации, ратующие за сохранность окружающей среды, так накинулись на изготовителей кондиционеров и холодильников.
И не зря. Мы не можем сказать, что любой фреон полностью безопасен, но для окружающей среды он приносит достаточно мало вреда. А некоторые хладагенты вдобавок даже не воспламеняются. Поэтому кондиционеры уже можно считать чем-то достаточно безопасным. Почему этому придается такое важное значение? Дело в том, что первые оконные кондиционеры выпускались в едином корпусе. Моноблоки существуют и сегодня, но уходят в прошлое, уступая место сплит-системам. В чем особенность этих новинок с непривычным для уха названием? Такие кондиционеры состоят из двух блоков:
- Наружного.
- Внутреннего.
Собственно, из этого новые кондиционеры и получили свое название. Так вот! Между блоками проложена магистраль для фреона. Обычно это утепленный и защищенный шланг. Какова бы ни была степень герметизации составных частей кондиционера, фреон потихоньку утекает в окружающую среду. Кроме того возможен и разрыв магистрали, при котором этот процесс пройдет намного быстрее. Кондиционер выйдет из строя, а город получит очередную дозу вредного фреона.
Заправка кондиционера фреоном
Сплит происходит от английского разделять. При этом в режиме охлаждения наружный блок содержит конденсор, а внутренний — испаритель. А бывают еще какие-то режимы? Конечно! Современный кондиционер (сплит-система) может работать и на обогрев. Это достигается наличием четырехклапанного переключателя, благодаря которому конденсор и испаритель меняются местами. То есть фреон начинает течь в обратном направлении.
Вам, наверное интересно, зачем вообще связываться с фреоном, если он такой опасный. Почему бы не строить кондиционеры на основе обычного воздуха? Дело в том, что фреон обладает одним важным свойством — он легко меняет свое агрегатное состояние. То есть превращается из жидкости в газ, забирая при этом гигантское количество тепла. Обратный процесс сопровождается поглощением изрядного количества энергии. Причем все это происходит при весьма удачных температурах: 2 градуса на испарителе и 65 градусов на конденсоре. Это уникальное сочетание, иначе фреоны никогда не стали бы использоваться для производства кондиционеров.
Разновидности кондиционеров
Мы уже обмолвились о том, что моноблоки уходят в прошлое. Сегодня в сегменте кондиционеров доминируют сплит-системы. Новое название им дано только для того, чтобы как-то отличать от того, что было раньше. Чем был плох моноблок? Под него приходилось дорабатывать окно, реже стену. Это было мягко говоря не удобно. Кроме того зимой зачастую приходилось устройство убирать, чтобы избежать утечки тепла. В южных районах США, где изобрели новинку, это не очень актуально. Совсем по другому стоит вопрос в России.
Разделение кондиционера на два блока, внутренний и внешний, позволило проложить соединительную магистраль раз и навсегда, а также утеплить ее как следует. Более того, конденсор стало возможным разместить, например, в тени. При этом работа кондиционера становится более стабильной.
Управление кондиционером
Уместно сказать еще об одной особенности этих приборов. Мы уже упоминали, что любая бытовая техника сушит воздух, и кондиционеры не только не являются исключением. Наоборот, они делают это в высшей степени замечательно (что неблагоприятно сказывается на здоровье хозяев). На испарителе активно образуется конденсат. Вот для устранения его избытка и требуется еще одна система, которой снабжается каждый кондиционер. Это дренажная система. Физически трубка для отвода жидкости идет в одной магистрали с фреоном. Догадываетесь, что на морозе она может замерзнуть?
Имеется два пути решения проблемы:
Заблаговременно оборудовать сток кондиционера кабельным подогревом.
Включить кондиционер на охлаждение помещения. При этом ледяные пробки должны растаять за счет более высокой температуры фреона.
Есть и более кардинальный метод — подождать весны, пока кондиционер растает сам.