1.2. Принцип работы кондиционера

Принцип работы любого кондиционера основывается на принципе холодильного цикла, в основе которого лежит свойство жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять - при конденсации. Подробнее рассмотрим сей процесс рассмотрев схему, на которой представлен принцип работы кондиционера (сплит - системы): 

Принцип работы кондиционера

Основными узлами любого кондиционера являются: 

• Компрессор - сжимает фреон и поддерживает его движение по холодильному контуру кондиционера.

• Конденсатор - радиатор, расположенный во внешнем блоке кондиционера. Название отражает процесс, происходящий при работе кондиционера - переход фреона из газообразной фазы в жидкую (конденсация).

• Испаритель - радиатор, расположенный во внутреннем блоке кондиционера. В испарителе фреон кипит и переходит из жидкой фазы в газообразную (испарение).

• ТРВ (терморегулирующий вентиль)- понижает давление фреона перед испарителем. В нашем случае это капиллярная трубка, но смысл тот же.

• Вентиляторы - создают поток воздуха, обдувающий испаритель или конденсатор. Они необходимы для повышенной интенсивности теплообмена (Отвод тепла от конденсатора или охлаждения воздуха в помещении).

Компрессор, конденсатор, ТРВ и испаритель соединены медными трубами и образуют холодильный контур кондиционера, по которому циркулирует хладогент - смесь фреона и небольшого количества компрессорного масла, необходимого для смазки компрессора.  В процессе работы кондиционера происходит следующее. На вход компрессора из испарителя поступает газообразный фреон под низким давлением в 3 - 5 атмосфер и температурой 10 - 17^oС. Компрессор сжимает фреон до давления 15 - 22 атмосфер, в результате чего фреон нагревается до 70 - 90^oС (количество теплоты которое содержалось в газе осталось тоже, да вот объем то его уменьшился после сжатия, что и привело к повышению температуры ), после чего поступает в конденсатор.  Благодаря интенсивному обдуву конденсатора кондиционера наружным воздухом, фреон остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается, унося избыточное тепло.  На выходе конденсатора фреон находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 7-18^oС 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, часть фреона при этом может испариться.  После ТРВ смесь жидкого и газообразного фреона с низким давлением поступает в испаритель. В испарителе жидкий фреон переходит в газообразную фазу с поглощением тепла, соответственно, воздух, проходящий через испаритель, остывает. Далее газообразный фреон с низким давлением поступает на вход компрессора и весь цикл повторяется.  Этот процесс лежит в основе принципа работы кондиционера и не зависит от его типа, модели или производителя.  Принцип работы модульного центрального кондиционера

Как видно из названия модульный центральный кондиционер состоит из нескольких модулей –секций, основной задачей которых является комплексная обработка  наружного воздуха (подаваемого из улицы) непосредственно в рабочие зоны помещений.  В зависимости от климатических условий региона, в котором расположено здание, а также требований к качеству и параметрам воздуха внутри рабочих зон кондиционируемых помещений, модульные центральные кондиционеры могут комплектоваться различными секциями. Воздух, поступающий с улицы, последовательно проходит через секции центрального кондиционера, в которых происходит его обработка: фильтрация, охлаждение, осушение, нагрев, увлажнение. В результате, на выходе центрального кондиционера получается воздух с требуемыми параметрами.

Рисунок №1 Внешний вид модульного центрального кондиционера

Описание функциональных элементов модульного центрального кондиционера

С екция центробежного вентилятора предназначена для организации подачи воздуха в рабочие зоны кондиционируемых помещений по системе воздухораспределения: воздуховодам, воздушным решеткам и.т.д. Очень часто в модульных центральных кондиционерах используются вентиляторы центробежного исполнения, которые способны создать достаточный напор воздуха для его перемещения по сложной системе воздуховодов. Вентилятор приводится во вращение электродвигателем переменного тока. Электродвигатель может иметь одну или несколько скоростей вращения. Также в модульных центральных кондиционерах используются двигатели с плавным (инверторным) регулированием скорости вращения.

С екция воздухонагревателя предназначена для нагрева воздуха (в зимний или переходный период времени), подаваемого из улицы в рабочие зоны кондиционируемых помещений. Секция воздухонагревателя может включать водяной теплообменник, по которому циркулирует горячая вода или пар из системы отопления или горячего водоснабжения, или электрокалорифер расположенные непосредственно в воздушном потоке.

и

Секция воздухоохладителя предназначена для охлаждения воздуха (в летний или переходный период времени), подаваемого из улицы в рабочие зоны кондиционируемых помещений. Секция воздухоохладителя может быть оснащена водяным теплообменником, по которому циркулирует вода или антифриз, охлажденные чиллером, или теплообменником непосредственного расширения, в котором происходит испарение хладагента. Теплообменник непосредственного расширения должен быть подключен к компрессорно-конденсаторному блоку. Теплообменники расположены непосредственно в воздушном потоке.

С екция воздушного фильтра предназначена для очистки воздуха, подаваемого в рабочие зоны кондиционируемых помещений. В зависимости от требований и параметров воздуха в кондиционируемых помещений секция воздушного фильтра может быть оснащена фильтрующими элементами различного конструктивного исполнения и с различным классом очистки. В модульных центральных кондиционерах используются панельные, карманные, кассетные, электростатические фильтры с классом очистки G3-G12.

С екция увлажнителя предназначена для повышения влажности воздуха, подаваемого в рабочие зоны кондиционируемых помещений. Модульные центральные кондиционеры могут быть оснащены увлажнителями различного конструктивного исполнения: увлажнитель поверхностного испарения, пароувлажнитель, адиабатический увлажнитель. Воздушный клапан предназначен для регулирования количества воздуха подаваемого центральным кондиционером в кондиционируемые помещения.

С екция вытяжного центробежного вентилятора предназначена для организации вытяжки воздуха из рабочих зон кондиционируемых помещений по системе воздухораспределения: воздуховодам, воздушным решеткам и.т.д. Также как и в секциях подающих вентиляторов здесь используются вентиляторы центробежного исполнения, которые способны создать достаточный напор воздуха для его перемещения по сложной системе воздуховодов.

С екция шумоглушителя предназначена для поглощения шумовой эмиссии выделяемой при работе центробежных вентиляторов.

С екция рекуперации тепла предназначена для утилизации (Использования) тепловой энергии воздуха выводимого из помещения системой вытяжной вентиляции. Модульные центральные кондиционеры могут быть оснащены секцией пластинчатого, роторного рекуператора или рекуператора с промежуточным теплоносителем. Данные рекуператоры характеризуются различным уровнем энергетической эффективности а также конструктивными особенностями.

Система автоматизированного управления предназначена для управления работой компонентов модульного центрального кондиционера: вентиляторами, воздушными клапанами, трех-ходовыми клапанами регулирования производительности. Система автоматизированного управления включает контроллер, электрические компоненты: пускатели, реле, защитные устройства и датчики, непосредственно исполнительные элементы: приводы клапанов и.т.д.

Пример: как работает модульный центральный кондиционер - контроль температуры в летний период времени

 

На рисунке представлена схема центрального кондиционера, включающая водяной теплообменник воздухоохладителя, подключенный к гидравлическому контуру холодоснабжения, по которому циркулирует охлажденная чиллером вода.  Контроль температуры воздуха на выходе теплообменника испарителя осуществляет контроллер системы автоматизированного управления центрального кондиционера. Контроллер получает сигнал от датчика температуры воздуха, установленного в приточном воздуховоде. В зависимости от требуемой температуры контроллер формирует управляющее воздействие на закрытие или открытие привода трехходового клапана регулирования производительности. Очень часто в центральных кондиционерах используются трехходовые клапана ступенчатого регулирования (открыто/закрыто). Но также могут использоваться трехходовые клапана с плавным регулированием производительности.

Работа центрального кондиционера в теплый период года

Теплый наружный воздух проходит через секцию фильтрации, где очищается от пыли и других примесей, затем охлаждается в перекрестноточном рекуперативном теплообменнике холодным воздухом из помещений. Секция теплообменника оснащена байпасной линией для поддержания требуемой температуры в режиме естественного охлаждения. В летнее время температура внутри помещения может быть выше, а наружная ниже, требуемой по уставке регулирования. В этом случае происходит открытие байпасного клапана, в результате чего более прохладный наружный воздух не подвергается нежелательному нагреву в теплообменнике, а подается непосредственно в кондиционируемые помещения. После секции теплообменника приточный воздух проходит секцию охлаждения, в которой он охлаждается, одновременно с охлаждением происходит осушение воздуха за счет вымораживания влаги из воздуха на холодной поверхности теплообменника. После этого охлажденный и осушенный воздух нагнетается вентилятором вентиляторной секции через сеть воздуховодов по кондиционируемым помещениям. Для снижения уровня шума после вентиля торной секции устанавливается секция шумоглушения. Расход свежего воздуха регулируется скоростью приточного вентилятора и жалюзи с электроприводом. На секции фильтрации устанавливается дифференциальный манометр, который показывает степень загрязненности фильтров.

Отработанный воздух из помещений выбрасывается в атмосферу с помощью вентилятора вытяжной вентиляторной секции, предварительно проходя перекрестноточный теплообменник, в котором он утилизирует свою теплоту. Для снижения уровня шума перед вентиляторной секцией устанавливается секция шумоглушения, которая не позволяет распространяться шуму по кондиционируемым помещениям. Расход удаляемого воздуха регулируется скоростью вытяжного вентилятора и жалюзи с электроприводом.

Работа центрального кондиционера в холодный период года

Холодный наружный воздух проходит через секцию фильтрации, где очищается от пыли и других примесей, затем нагревается в перекрестноточном рекуперативном теплообменнике теплым воздухом из помещений. В случае обмерзания перекрестноточного теплообменника холодный наружный воздух направляется по байпасной линии непосредственно на первую секцию нагревания, а теплообменник отогревается теплым вытяжным воздухом. После оттайки теплообменника, наружный воздух вновь направляется на него для утилизации теплоты вытяжного воздуха. Далее приточный воздух проходит первую секцию нагревания, в которой он нагревается, в результате нагрева относительная влажность приточного воздуха уменьшается. Для увеличения относительной влажности нагретый воздух увлажняется в секции увлажнения, вследствие чего его температура уменьшается. Затем приточный воздух нагревается во второй секции нагревания. После чего нагретый и увлажненный воздух нагнетается вентилятором вентиляторной секции через сеть воздуховодов по кондиционируемым помещениям.

Отработанный воздух из помещений выбрасывается в атмосферу, предварительно проходя перекрестноточный теплообменник, в котором он утилизирует свою теплоту. В случае обмерзания регенеративного теплообменника теплый вытяжной воздух производит его оттайку.