7.3. Принцип работы кондиционера
В основе работы любого кондиционера лежит свойство жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять – при конденсации. Для того чтобы понять, каким образом происходит данный процесс, рассмотрим схему кондиционера на примере сплит-системы (рис.61).
Основными узлами кондиционера являются:
1. Компрессор – сжимает фреон и поддерживает его движение по холодильному контору.
2. Конденсатор – теплообменник, расположенный во внешнем блоке. В конденсаторе фреон переходит из газообразной фазы в жидкую (конденсация).
3. Испаритель – теплообменник, расположенный во внутреннем блоке. В испарителе фреон переходит из жидкой фазы в газообразную (испарение).
4. ТРВ (терморегулирующий вентиль) – понижает давление фреона перед испарителем.
5. Вентиляторы – создают необходимый поток воздуха через теплообменники (испаритель и конденсатор).
Рис. 61. Схема работы кондиционера
Компрессор, конденсатор, ТРВ и испаритель соединены медными трубопроводами и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует смесь фреона и небольшого количества компрессорного масла. Процесс работы кондиционера можно описать следующим образом: на компрессор из испарителя (внутреннего блока) поступает газообразный фреон под низким давлением в 3-5 атмосфер и температурой 10-20 °C. Компрессор сжимает фреон до давления 15-25 атмосфер, в результате чего фреон нагревается до 70-90 °C, после этого поступает в конденсатор.
Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, фреон в теплообменнике остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую (конденсируется) с выделением тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается. На выходе конденсатора фреон находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10-20 °C выше температуры атмосферного воздуха. Из конденсатора теплый фреон поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), который в простейшем случае представляет собой капилляр (длинную тонкую медную трубку, свитую в спираль). На выходе ТРВ давление и температура фреона существенно понижаются.
После
ТРВ жидкий фреон с низким давлением
поступает в теплообменник внутреннего
блока (испаритель). В испарителе фреон
переходит из жидкой фазы в газообразную.
Данный процесс происходит с поглощением
тепла, соответственно, воздух, проходящий
через испаритель, охлаждается. Далее
газообразный фреон с низким давлением
поступает на вход компрессора и весь
цикл повторяется.
Этот
процесс лежит в основе работы любого
кондиционера и не зависит от его типа,
модели и производителя.
Режим работы кондиционера может меняться в зависимости от поддержания комфортных условий в кондиционированном помещении, в зависимости от сезонности (рис. 62). Поступающий воздух в помещении как охлаждается, так и нагревается.
а
б
Рис. 62. Работа кондиционера:
а - в режиме охлаждения;
б – в режиме нагревания
7.4. Хладагенты.
На сегодняшний день в России большее применение получили хладагенты: R - 22, R - 134А, R - 407С и R - 410А.
Основные требования, предъявляемые к хладагентам:
- отсутствие токсичности, воспламеняемости и негативного воздействия на внешнюю среду;
- невысокое рабочее давление, приближенное к атмосферному;
- совместимость с материалами, используемых в холодильных контурах и со смазочными маслами;
- высокие удельные тепловые показатели перехода в газообразную фазу;
- невысокий удельный объем в газообразной фазе, что позволяет сократить объем и массу компрессора;
- низкие показатели удельной теплоемкости в жидкой фазе с тем, чтобы сократить до минимума количество образуемого пара при прохождении через расширительный терморегулирующий клапан;
- умеренные температуры в конце сжатия в компрессоре, чтобы избежать сгорания смазки;
- низкая себестоимость и достаточный объем производства.
В настоящее время фреон R - 134А, применяемый в системах кондиционирования воздуха стал заменителем для R - 12. Фреон R - 134А не содержит хлора в своей молекуле, а только атомы фтора и водорода и относится к группе HFC. Атомы фтора и водорода R - 134А не наносят вреда озоновому слою с показателем ODP (Ozon Depletion Potential) равным 0.
Хладагент R - 134А имеет меньшую теплоту парообразования по сравнению с R - 22. Холодопроизводительность его ниже примерно на 20%, чем у R - 22.
Хладагент R - 407С это смесь R - 125 (25%), R - 143А (52%) и R - 32 (23%). Не воздействует на озоновый слой, но влияет на парниковый эффект, как и R - 22. Коэффициент теплопередачи у R - 407С ниже на 25 – 30%, чем у R - 22.
Хладагент R - 410А – смесь двух хладагентов R - 32 (50%) и R - 125 (50%). Высокая теплота парообразования, позволяет использовать холодильные машины с меньшими габаритами.
Физические свойства хладагентов приведены в таблице 8.
Таблица 8
Физические свойства хладагентов
|
Свойство |
R - 22 |
R-134А |
R-407С |
|
Химическая формула |
СНСl F |
CH FCF |
смесь |
|
Молекулярная масса, г/моль |
86,47 |
102 |
86,2 |
|
Температура кипения при 1,01325 бар, °С |
-40,75 |
-26,1 |
-43,6 |
|
Температура замерзания, °С |
-160 |
-101,0 |
- |
|
Критическая температура, °С |
96 |
101,1 |
86,7 |
|
Критическое давление, бар |
49,77 |
40,6 |
46 |
|
Критическая плотность, кг/м |
525 |
515,3 |
506,8 |
|
Плотность жидкости при 25 °С, кг/м |
1194 |
1206 |
1136 |
|
Теплота испарения при температуре кипения, кДж/кг |
233,5 |
217,1 |
246,1 |
|
Плотность насыщенного пара при -25°С, кг/м |
12,88 |
8,288 |
11,14 |
|
Давление пара при 25°С, бар |
10,4 |
6,66 |
11,85 |
|
Температура самовоспламенения, °С |
635 |
743 |
733 |
По решению конференции в Копенгагене 1992 года производство и использование некоторых фреонов, включая и R22, должно будет сокращено к 2015г. и полностью прекращено его производство к 2030г. Это объясняется тем, что при утечке некоторых хладагентов, а также и R22, они вредно влияют на озоновый слой, который защищает землю от ультрафиолетовых лучей.
Российская Федерация пока не ратифицировала Копенгагенскую программу, ограничивающую производство и использование R22, мотивируя это рядом экономических и технических решений.
Зависимость давлений насыщения от температуры для фреонов приведена в таблице 9.
Таблица 9
Абсолютное давление насыщения (БАР) фреонов
|
Темпратура, оС |
R - 22 |
R – 407С |
R – 134А |
R – 410А | |
|
жидкость |
пар | ||||
|
-10 |
3,54 |
3,93 |
3,15 |
2 |
5,76 |
|
-5 |
4,21 |
4,67 |
3,8 |
2,43 |
6,8 |
|
0 |
4,98 |
5,52 |
4,55 |
2,93 |
7,99 |
|
5 |
5,84 |
6,48 |
5,39 |
3.5 |
9,32 |
|
10 |
6,81 |
7,56 |
6,36 |
4,15 |
10,8 |
|
15 |
7,89 |
8,77 |
7,44 |
4,88 |
12,5 |
|
20 |
9,1 |
10,1 |
8,66 |
5,71 |
14,35 |
|
25 |
10,4 |
11,6 |
10 |
6,65 |
16,4 |
|
30 |
11,9 |
13,3 |
11,5 |
7,7 |
18,7 |
|
35 |
13,5 |
15,2 |
13,2 |
8,87 |
21,2 |
|
40 |
15,3 |
17,2 |
15,1 |
10,2 |
24 |
|
45 |
17,3 |
19,5 |
17,2 |
11,6 |
27 |
|
50 |
19,4 |
21,9 |
19,5 |
13,2 |
30,3 |
|
55 |
21,7 |
23,5 |
22,1 |
14,9 |
34 |
|
60 |
24,3 |
26,5 |
25 |
16,8 |
37,9 |
Хладагент, отвечающий всем требованиям: экологичности, хорошими термодинамическими свойствами, эксплуатационным требованиям и экономичности трудно подобрать, поэтому в каждом отдельном случае применяется хладагент с учетом конкретных условий работы холодильной машины.