Устройство кондиционера, цикл Карно

Многие клиенты задают вопрос как кондиционер, имея холодопроизводительность (холодильную мощность), к примеру 3,5кВт, потребляет около 1кВт электроэнергии? КПД 300%? Как такое возможно? На самом деле кондиционер не производит холод или тепло. Он лишь его транспортирует из одного объема в другой (тепло из комнаты — переносится на улицу), а потребляемая мощность кондиционера — всего лишь «плата за проезд».

Чтобы лучше понять данный принцип – обратимся к устройству кондиционера и к некоторым законам термодинамики на примере бытовой сплит системы. Функциональная схема кондиционера довольно проста и состоит из следующих основных элементов:

Компрессор

Пожалуй, самый главный элемент любого холодильного оборудования. Предназначен для обеспечения движения хладагента (фреона) и увеличения его давления (сжатия).
Примечание: Ремонт компрессора кондиционера — процесс не имеющий экономического смысла. Следовательно, выбирая кондиционер, первым делом стоит обращать внимание на производителя компрессора.

Конденсатор

Теплообменник, расположенный в наружном блоке кондиционера. Из названия следует, что в нем происходит процесс конденсации паров хладагента (переход из парообразного состояния в жидкое)

Испаритель

Теплообменник, находящийся во внутреннем блоке кондиционера. Здесь происходит процесс перехода фреона из жидкого состояния в парообразного.
Примечание: согласно законам термодинамики, при переходе жидкости в парообразное состояние, она забирает тепло из окружающего пространства. Именно поэтому, летом, выходя из воды, мы чувствуем холодный ветер, хотя, находящиеся рядом, «сухие отдыхающие» холода не чувствуют. Поверхность их тела сухая. С нее ничего не испаряется.

Терморегулирующий вентиль

Устройство, предназначенное для снижения давления хладагента перед испарителем.

Вентиляторы внутреннего и наружного блоков

Предназначены для подачи воздуха на поверхность испарителя и конденсатора соответственно. Именно благодаря им ускоряется процесс отвода холода/тепла от теплообменников — увеличивается эффективность системы.

Плата управления кондиционером

Предназначена для управления всей системой. Вместе с набором датчиков, является элементом «центральной нервной системы и мозгом кондиционера».

Компрессор, конденсатор, ТРВ и плата кондиционера располагаются в наружном блоке. Испаритель – во внутреннем.
Все элементы соединяются между собой герметичным контуром фреонопроводов, выполненным из медных труб.

Вот как выглядит холодильный цикл (без учета конкретных режимов работы кондиционера и температурных условий снаружи и внутри обслуживаемого помещения):

  1. В компрессор попадают пары фреона с давлением 4-5 атмосфер и температурой 15-25 градусов.
  2. Компрессор примерно в 5 раз (до 20-25 атм) увеличивает давление. Фреон нагревается до 60-80 градусов (вспомните велосипедный насос, который нагревается при работе).
  3. Фреон подается в конденсатор, где охлаждается набегающим с вентилятора потоком воздуха, который даже в самую сильную жару (+40) имеет температуру, значительно более низкую, чем температура хладагента (+80).
  4. Температура фреона понижается, он конденсируется с выделением тепла (согласно тому же закону термодинамики, при конденсации — газ отдает количество тепла, полученного при испарении). После прохождения конденсатора, температура фреона, как правило, на 15-20 градусов выше уличной температуры.
  5. Фреон поступает в ТРВ, представляющего собой капиллярную трубку, скрученную в спираль, где при прохождении большого местного гидравлического сопротивления (трубочка то длинная и тонкая), снижает свое давление до 3-5 атм и остывает, начиная, при этом, испаряться.
  6. Смесь жидкого и, частично испарившегося, хладагента поступает в теплообменник — испаритель, где при контакте с комнатным воздухом полностью переходит в парообразное состояние, охлаждая воздух.
  7. Пары фреона поступают в компрессор. Холодильный цикл повторяется непрерывно.

Данный цикл назван по имени французского инженера Сади Карно, открывшего его 1824 году. По такому циклу работают абсолютное большинство холодильников и кондиционеров по всему миру.

Современные технологии позволяют в одной системе кондиционирования воспроизводить обратный цикл Карно. Кондиционеры научились работать и на обогрев. Для этого в систему добавляется четырехходовой клапан, а конденсатор и испаритель — получили возможность меняться ролями.

Опубликовано в рубриках: Статьи