Как работает кондиционер: принцип работы кондиционера, его устройство и техническая схема

Дополнительные функции

Есть модели, у которых набор функций является расширенным. Это, в частности, возможность обработки воздуха. Для этого устанавливаются ультрафиолетовые лампы, которые ещё и обеззараживают воздух, увлажнители, ионизаторы. Используются фильтры для тонкой очистки. Есть функция подмешивания наружного воздуха, которую можно считать весьма удобной.

Если в кондиционере не предусмотрена такая функция, человеку приходится пребывать в непроветриваемом помещении. Если он откроет окно, тёплый наружный воздух будет заходить в неограниченном количестве, а накопленный холод улетучится. В конце концов это может спровоцировать выход из строя самого кондиционера.

Совсем иначе обстоит ситуация при подмешивании свежего воздуха. Агрегат самостоятельно забирает его через воздуховод, расположенный в стене. Его доставка осуществляется в необходимом количестве, которое не приводят к критическим изменениям в показателях. После отключения воздуховод перекрывается автоматически посредством специального клапана. Объем свежего воздуха составляет не более 15% от объёма, который проходит через охладитель. Но по необходимости можно на некоторое время увеличивать этот показатель до 30%.

Внутренний блок

В состав внутреннего блока входит:

• Лицевая часть корпуса выглядит, как обычная решетка, выполненная из пластика (как и весь корпус блока). Она пропускает поток воздуха внутрь корпуса. Панель блока очень легко удаляется, что обеспечивает легкий доступ ко всем внутренним деталям устройства во время чистки оборудования;
• Фильтр грубого очищения воздуха – пластиковая сетка. Она предназначена для защиты системы от попадания крупных частиц пыли и грязи, шерсти собак и других животных, пуха и прочее. Для эффективной работы оборудования фильтра подлежат регулярной чистке, как минимум один – два раза в месяц. Чистку можно выполнять самостоятельно или заказывать профессиональных специалистов из сервисного центра и оплачивать их работу. Именно на фильтрах основывается весь принцип работы кондиционера;
• Фильтровая система включает в себя несколько различных фильтров, которые необходимы для непрерывного и эффективного процесса работы кондиционера. Фильтра делятся на:

1. Угольные (они предназначены для удаления различных запахов);
2. Электростатические (они необходимы для удержания мелких частиц пыли);
3. Антибактериальные;
4. Прочие.

• Вентилятор. Его задача заключается в циркуляции очищенного воздуха в комнате, офисе и другом помещении;
• Испаритель. Представляет собой обычный радиатор. Он предназначен для нагрева охлажденного фреона и его испарения. Во время продува воздуха радиатором, он охлаждается;
• Имеются горизонтальные жалюзи. Их задача регулировать направление воздуха по вертикали, что также влияет на скорость охлаждения воздуха. Жалюзи можно регулировать с помощью пульта дистанционного управления системой;
• Панель с индикаторами. Необходимо для отображения информации о режиме работы оборудования и наличии вероятных неисправностей и поломок;
• Вертикальные жалюзи. Они регулируют потоки воздуха в квартире, поступающего в помещение в горизонтальном направлении;
• Штуцерные соединения. Необходимы для крепления медных трубок, соединяющих между собой внутренний и внешний блоки.

Выносной блок

Наружный блок имеет внешний корпус с фильтром, где размещены элементы конструкции. Он снабжён защитной крышкой, закрывающей клеммы разъёма электрокабелей, а в некоторых типах устройств также штуцеры соединения.

Основной элемент блока — компрессор, являющийся «сердцем» устройства. В кондиционере применяются компрессоры поршневого типа, более дешёвые, но менее надёжные и спиральные агрегаты. Прибор сжимает фреон, направляет его движение по замкнутому контуру.

Вентилятор — обеспечивает воздушный поток для охлаждения конденсатора. В дешёвых моделях устанавливаются односкоростные вентиляторы. В более дорогих имеются 2-3 фиксированные скорости, или их плавная регулировка.

Четырёхходовой вентиль — устанавливается в системах, способных работать на охлаждение и обогрев. При переключении клапана функции теплообменника и конденсатора меняются местами, изменяется направление движения фреона.

Конденсатор — радиатор, состоящий из медных трубок с алюминиевыми перегородками. В системе происходит охлаждение и конденсат фреона, воздух при этом нагревается.

Плата управления присутствует только в инверторных устройствах, приборах кассетного, канального типа. В большинстве моделей электроника находится в корпусе испарителя.

Фильтр, находящийся на всасывающей стороне компрессора. Предназначен для защиты от мелких частиц, попадающих в замкнутую систему при установке.

Штуцеры — места соединения агрегатов.

Принцип функционирования устройства

Для начала вспомним физику: во время испарения вещества способны поглощать тепло, а во время процесса конденсации – выделяют его. Примерно, таким образом, поставлена работа сплит системы.

Принцип действия кондиционера заключается в изменении состояния рабочей жидкости оборудования – хладагента (проще говоря – фреон), на которую влияет уровень температуры и степень давления в замкнутом устройстве. В первую очередь, нужно ознакомиться с основами работы системы.

Основные узлы оборудования

Нынешнее оборудование оснащено электронным блоком, который отвечает за управление режимами устройства. Свои задачи оборудование получает через пульт управления, который входит в комплект кондиционера.

Классификация изделий

Установка дома канального кондиционера во многом определяется характеристиками жилища. Для начала надо подобрать подходящую модель. Современные системы можно условно поделить на несколько видов.

При этом имеют значение различные показатели. Имеет значение напор вентилятора, находящегося во внутреннем блоке. Измеряется этот параметр в Паскалях. Этот показатель представляет давление. Бывают низконапорные, средненапорные и высоконапорные кондиционеры. Сильный напор требуется, чтобы продавить воздух через воздуховоды. Есть изделия, которые классифицируются по типу электросхемы.

В этом отношении выделяют кондиционеры типа старт-стоп. Здесь компрессор функционирует с одинаковой скоростью. По этой же причине мощность теплонасоса не меняется. Чтобы поддерживать температуру на определенном уровне, надо время от времени отключать охладитель.

Другой вариант — инверторный кондиционер. Он более современный. Здесь в электросхеме присутствует компонент, называемый инвертором. Он даёт возможность получить переменный ток любой частоты. Соответственно, скорость работы компрессора удаётся лучше контролировать. Мощность насоса также можно лучше отслеживать. Инверторная модель определяет лучшую мощность охлаждения и функционирует в таком режиме на постоянной основе. Она не отключается. При этом стоит описанное оборудование в 2 раза дороже стандартного, имеющего те же показатели мощности.

Продавцы нередко приписывают инверторным кондиционерам несуществующие преимущества для улучшения продаж. Например, некоторые из них утверждают, что такое оборудование якобы экономит электричество. Но нет никаких статистических данных, которые могли бы это подтвердить. В определенных случаях инверторная модель может привести даже к более высоким затратам. Неправдой является и то, что специфический режим работы способствует более длительному сроку службы. Опытные мастера опровергнут это утверждение.

Достаточно вспомнить компрессоры старых холодильников, которые по 10 лет работали в режиме старт-стоп, но при этом не подвергались поломке. Смена такого прибора могла быть обусловлена только тем, что он морально устарел. Но сам по себе такой компрессор — весьма живучий агрегат.

Существует мнение, что инверторный кондиционер издает меньше шума. Но источником звука становится вентилятор во внутреннем блоке, который приводит воздух в действие. Инвертор здесь не играет особой роли. Дело в том, что компрессор специально помещен в наружный блок, чтобы в помещении его не было слышно.

Ощутимое преимущество таких моделей состоит в том, что они оставляют температуру стабильной. Колебания могут составлять не более 3 градусов. К тому же они способны подавать менее холодный воздух

Это обстоятельство уменьшает вероятность заболеть простудой, что особенно важно во время сна, когда организм человека максимально уязвим

Конструкция системы

• Секция вентиляторов. Назначение – обеспечение забора атмосферного воздуха и подача в кондиционируемые зоны. Используются приборы центробежного типа.
• Секция охлаждения. Теплообменник, состоящий из медных трубок, по которым циркулирует вода или фреон. В первом случае внешним источником холода является чиллер. При использовании фреона в качестве хладагента модуль соединяется с компрессорно-конденсаторным блоком.
• Секция фильтрации. Функция модуля – очистка закачанного воздуха. В кондиционере задействованы две группы фильтров: первичные и вторичные. На начальном этапе происходит очистка устройствами класса EU1-EU3, удаляющими до 60 % пыли. Вторая ступень – использование фильтров тонкой очистки EU5-EU6, задерживающих 90% загрязнения. Улавливающие элементы монтируются на раме с уплотнителем. Центральные установки для кондиционирования воздуха оснащаются синтетическими гофрированными, мешочными, абсорбционными, дезодорирующими фильтрами.
• Секция нагрева. Конструктивно напоминает модуль охлаждения (состоит из трубок). Комплектуется водяным, паровым или электрическим нагревателем.
• Секция увлажнения. Модуль представляет собой пароувлажнитель или оросительную камеру с форсункой. Проходящий воздух насыщается мелкой водяной взвесью. После секции устанавливается каплеуловитель, предотвращающий попадание влаги в другие части оборудования.
• Секция шумопоглощения. Для снижения интенсивности шума установлены звукопоглощающие пластины. Они изготавливаются из нескольких слоев минеральной ваты или стекловолокна. Пластины приглушают работу вентиляторов.

Монтаж прецизионных кондиционеров

установка Монтаж любого прецизионного кондиционера требует детального планирования и большого опыта от мастеров. Он проходит в несколько этапов:

1. Подбор места для установки с учетом расположения источников тепла, окружающих предметов и защитных механизмов (козырька и решетки). Учитывают допустимую длину трассы и перепады высот между блоками.
2. Надежное крепление внешнего блока на кронштейнах с учетом вибраций при работе. Обязательно оставляют доступ к модулю для технического обслуживания.
3. Надежное крепление внутреннего блока с учетом отдаления от источников тепа и остальных предметов в помещении. Предусматривают пространство для нормальной циркуляции воздуха. Наклон модуля допускается не более, чем на 5%.
4. Прокладывание межблочных коммуникаций. Сверлят отверстия в стене, через которые пройдут дренажный шланг, фреоновая трасса и электрические кабеля. Если приходится превысить допустимые длину магистрали и перепады высот, необходимо установить петли-ловушки на трубопроводе, чтобы уменьшить нагрузку на компрессор. Следят за качественной герметизацией трассы и изоляцией кабелей. Все коммуникации упаковывают в специальные трубу и виниловую ленту, а затем протаскивают через отверстия в стене.
5. Подключение прецизионного кондиционера по электрическим схемам, которые даны в техническом паспорте, а также нанесены на обоих блоках.
6. Последний этап – вакуумирование системы и пробный запуск установки.

Основные этапы установки

Процесс установки канального кондиционера условно можно поделить на несколько этапов.

Установка внешнего блока. Его необходимо расположить на внешней стороне здания с помощью кронштейнов или специальной подставки.
Прокладка питания и трассы для подачи фреона. Если система воздуховодов еще не установлена, производится ее установка. Затем специалисты приступают к прокладке трасс для подачи фреона и установке сети электропитания. Это часть является наиболее ответственной с точки зрения будущей функциональности оборудования.
Обеспечение тепла и гидроизоляции всей системы

Не менее важно обеспечить хорошую изоляцию трассы от воздуховода. Накапливаемый конденсат негативно влияет на материал, используемый при изготовлении воздушных шахт, что приводит к быстрой порче оборудования.

Конструкция

Прибор может быть в виде моноблока или иметь двухмодульную конструкцию. Устройство представляет из себя замкнутую систему, по которой движется хладагент — чаще всего фреон R-22, R-410.

Из чего состоит кондиционер:

• Компрессор — предназначен для сжатия фреона и обеспечения его движения к теплообменнику;
• Конденсатор — расположен в выносном блоке, попадая на охлаждённую поверхность теплообменника, хладагент переходит в жидкое состояние;
• Испаритель — находится во внутреннем корпусе, поглощает тепло, способствуя попаданию холодного воздуха в комнату, превращает хладагент в газ;
• Регулятор давления (капиллярная трубка, дроссель) выполняет функции резкого снижения p и t фреона;
• Вентилятор — генерирует воздушную струю, направленную на теплообменники.

Классическая схема кондиционера,его работы представлена на рисунке.

Схема кондиционера в режиме охлаждения наглядно показывает, как при испарении хладагент поглощает, а при конденсации отдаёт тепло. Принцип действия кондиционера — забор тепловой энергии на одном теплообменнике и отдача на другом называется парокомпрессионным холодильным циклом.

Как работает кондиционер?

В компрессор поступает фреон в виде газа при незначительном p 3-5 атм и t +10-20˚С. В агрегате газообразная субстанция достигает давления 15-25 атм с одновременным повышением t до +70-90˚С.

Охлаждающий агент под давлением движется к конденсатору, где обдуваемый вентилятором остывает и превращается в жидкость, выделяя при этом тепловую энергию. Воздух, выходящий из конденсатора, нагревается. Охлаждающая жидкость покидает теплообменник с температурой на 10-20˚ превышающей окружающий воздух.

В дросселе, представляющем из себя тонкую трубку, выполненную из меди в виде спирали, температура и давление фреона согласно законам физики снижается, частично испаряясь. После регулятора давления смесь парообразной и жидкой фракций хладагента поступает в испаритель.

Испаритель превращает фреон в газообразную форму с поглощением тепла. Воздух, прогоняемый вентилятором через испаритель остывает и подаётся в помещение. Газ с низкой температурой и давлением вновь засасывается компрессором. Процесс повторяется.

Починка кондиционера своими руками: стоит ли браться

Избегайте возиться с фреоном. Сложно купить, заправка невозможна в домашних условиях. Необходимо выдержать давление системы, избегая вызвать дисфункцию прибора. Поведает умная индикация о поломках. Чаще сигнализация сформирована светодиодами, горящими или моргающими в фиксированной последовательности. Каждый вид поломки кондиционера сопровождается специфическим кодом.

Найдете сплит-системы, информацию выводящие на ЖК-дисплей, пульт управления. Имеется функция самоконтроля, запускаемая удержанием кнопки включения (опционально). Получается код поломки, как бывает со стиральными машинами. Каждый производитель предоставляет собственный механизм определения неисправности. Подробнее почитайте в инструкции по эксплуатации или на сайте компании. Там же указываются типовые поломки кондиционера. Разумеется, возникают случаи, о которых производитель благоразумно умалчивает. Рекомендуется почитать форумы, посвященные кондиционерам.

Как устроен принцип работы инверторного кондиционера

Особенность данного устройства состоит в том, что компрессор включается один раз за все время работы кондиционера и находится в этом состоянии постоянно, изменяя число оборотов в зависимости от нагрузки на кондиционер. В свою очередь обычный кондиционер (on/off) периодически включается и выключается, не меняя число оборотов. Инвертор экономит электроэнергию и продлевает срок жизни компрессора, поскольку работает, не включаясь/выключаясь, а плавно меняя количество оборотов.

Инверторная модель будет экономичней, чем любой другой кондиционер, если он будет работать как минимум несколько часов без выключения.

У инверторной модели, как у обычного кондиционера, есть два блока – внешний и внутренний. В наружном установлен компрессор, медные фреоновые трубопроводы, вентилятор и конденсатор. Внутренний блок состоит из испарителя, вентилятора, жалюзи, фильтра и специального поддона для образовавшегося конденсата.

Все о кондиционерах с воздуховодом

Единственное внешнее отличие приборов с воздуховодами – это наличие гофрированной трубы большого диаметра, по которой теплый воздух выводится за окно. Однако разница касается не только конструкции.

Разбор технических характеристик

С точки зрения производственной мощности напольные модели с воздуховодом мало чем отличаются от более простых аналогов: они также предназначены для охлаждения (или обогрева) помещений площадью 20-25 м², реже – 30 м². Такое ограничение обусловлено размерами, шумом от компрессора и нагрузкой на электросеть.

Сравнительная таблица холодильной мощности и типоразмеров различных видов кондиционеров. При выборе кондиционера также необходимо учитывать объем комнаты и среднюю температуру в помещении (в жаркий период)

Встроенный компрессор создает шум, уровень которого может снизить комфортное нахождение в помещении. При выборе следует ориентироваться на показатель 45 дБ, но значения большей части современных моделей, к сожалению, 50-60 дБ.

Габариты выбирают в зависимости от возможностей установки. Для больших помещений лучше брать устройства с крупным корпусом. Как правило, они многофункциональны и обладают повышенной производительностью.

Если устройство планируете часто передвигать, подойдет компактная мини-модель на колесиках. Не забывайте, что каждое место установки требует отдельно обустроенного отверстия для воздуховода.

Функции у моделей со шлангом те же, что и у альтернативных вариантов без воздуховодов – дополнительное увлажнение, осушение, нагрев, вентилирование, более тщательная фильтрация воздуха и др.

Переходим к пункту, который отличает кондиционеры с воздуховодом – к их монтажу.

Особенности подключения устройства

Главное руководство, которое следует изучить перед установкой – это инструкция производителя. В ней перечислены требования к помещению и порядок действий при монтаже, также представлены схемы и чертежи. А мы разберем вопрос, куда и как подключают воздуховод.

Воздуховод – это пластиковая гофрированная труба большого диаметра, один конец которой фиксируется на корпусе прибора, второй выводится на улицу

Существует три способа вывода трубы наружу:

• в окно (форточку или специально проделанное отверстие);
• в отверстие в стене;
• в вентиляционную шахту.

Установка в вентиляционный канал иногда связана с конструкционными сложностями. Стандартная длина воздуховода – не более 2 м, тогда как расстояние до входа в шахту обычно больше. Делать большие отверстия в стенах многоэтажек категорически запрещается, остается одно решение – окно.

При строительстве частного дома можно рассмотреть все три варианта, для городской квартиры наиболее приемлемым является только единственный вариант – ввод трубы в окно

Почему недостаточно просто положить шланг на нижнюю перегородку форточки? Горячий воздух из помещения будет выходить в окно, смешиваться со свежим потоком и частично возвращаться обратно.

Эффект получится минимальным. Чтобы отработанные воздушные массы не возвращались через проем, форточку или оконный проем нужно модифицировать.

Обычно свободное пространство просто перекрывают пластиковой перегородкой, в центре которой вырезают отверстие под диаметр шланга. Для защиты шланга от трения о пластик используют гладкий короткий патрубок или силиконовую (резиновую) манжету.

Когда мобильный аппарат перемещают в другую комнату, отверстие прикрывают заглушкой. Компании, реализующие кондиционеры, обычно предлагают всевозможные аксессуары – заглушки, рамки с дверцами, специальные панели.

Вариант вывода воздуховода в оконный проем. В промежуток между створкой окна, поднятой вверх, и подоконником, вставлены пластиковые блоки с отверстием под трубу

Если отверстие под воздуховод в порядке, остается установить и подключить сам кондиционер. Для этого полностью распаковывают корпус и все комплектующие, затем производят сборку строго по инструкции.

Для подключения необходима сеть 220В и желательно заземленная розетка. Обязательно изучите инструкцию, чтобы выяснить, в каком состоянии находится хладагент. Возможно, необходимо выкрутить пару вентилей, чтобы он распространился по всем теплообменникам.

При оборудовании отверстия в стене или в стеклопакете следует заострить внимание на его диаметре. Если не будет соответствовать форма, через зазоры будет возвращаться часть отработанного воздуха, но при сдавливании гофры проблема увеличивается – возможно изменение выводимого объема воздуха, что сказывается и на производительности агрегата

Устройство кондиционеров

При всем своем разнообразии кондиционеры разных моделей в основе имеют одно и то же устройство – тепловой насос. Этот остроумный механизм позволяет осуществлять теплообмен в «противоестественном» направлении, то есть из более холодной среды в более горячую.

Покажем схематично его работу:

1. Возьмем две емкости с некой средой, причем температура в 1-й емкости ниже, чем во 2-й. Поместим сосуд с газом В 1-ю емкость и дождемся, пока температуры газа и среды сравняются.
2. Переместим газ во 2-ю емкость и сожмем его так, чтобы его температура (напомним, что газы при сжимании нагреваются) оказалась выше температуры среды в этой емкости. Вследствие разности температур начнется теплообмен, то есть газ станет отдавать тепловую энергию среде 2-й емкости.
3. Снова переместим газ в 1-ю емкость, вернув ему при этом первоначальный объем. При расширении газ остынет и поскольку часть внутренней энергии была им потеряна на предыдущем этапе, его температура окажется более низкой, чем была в начале. То есть газ после расширения будет холоднее среды в 1-й емкости. Снова будет иметь место теплообмен, только в направлении среда – газ. После уравновешивания температур снова перенесем газ во 2-ю емкость, не забыв его при этом сжать. Так тепло постепенно будет «перекачиваться» из холодного вещества в горячее.

Тепловые насосы трудятся не только под видом кондиционеров, но и холодильников, осушителей воздуха, систем геотермального отопления и пр. Используемый в них газ называют хладагентом, обычно в этом качестве применяется фреон.

Устройство и принцип работы кондиционера

Хладагент циркулирует по замкнутому трубному контуру, состоящему из двух частей: конденсатора, в котором происходит сжатие газа до жидкого состояния, и испарителя, в котором хладагент испаряется, снова превращаясь в газ и расширяясь в объеме.

Из испарителя в конденсатор газ попадает при помощи компрессора (он и осуществляет сжатие). Из конденсатора хладагент через длинную тонкую скрученную в цилиндрическую спираль трубку (ее называют капилляром, дросселем или терморегулирующим вентилем) постепенно просачивается обратно в испаритель.

Принцип работы автомобильного кондиционера

Работа автомобильного кондиционера основана на цикличности:

• компрессор нагнетает хладагент в виде газа, вещество разогревается;
• далее оно отправляется по каналам высокого давления к конденсатору;
• здесь фреон отдает тепло и превращается в жидкость, давление которой по-прежнему остается повышенным;
• из конденсатора жидкость переходит дальше через магистрали к осушителю, в котором из нее отводится влага и посторонние примеси;
• следующий этап – поступление хладагента к терморегулирующему вентилю либо дросселю, где давление регулируется (снижается), в результате начинается превращение вещества в газ;
• фреон перенаправляется в испаритель и из-за резкого уменьшения давления испаряется, забирая тепло извне, сконденсированная на испарителе вода уходит наружу;
• после испарителя охладитель в виде газа попадает в каналы с низким давлением, которые ведут его обратно к компрессору. 

Очевидно, процесс зацикливается и запускается заново.

Решетка автокондиционера

Работа кондиционера в составе климат-контроля

Автокондиционеры работают как отдельные устройства, либо в качестве компонента климат-контроля. При втором варианте в машине установлен блок управления. Через ЭБУ системы кондиционирования воздуха, обогрева и вентиляции объединены в единую схему.

При работе климат-контроля для поддержания комфортной температуры в салоне авто воздух подогревается вслед за охлаждением. Т. е. микроклимат регулируется за счет попадания части воздуха из испарителя в радиатор печки. Воздух смешивается с основным и приходит в нужное человеку состояние.

Панель управления системой климат-контроля

Независимо от того, действует ли система кондиционирования самостоятельно или входит в климат-контроль, ее конструкция остается неизменной. Она требует одинакового подхода к использованию.