Температура испарителя, конденсатора и компрессора кондиционера

Принципы работы холодильной машины

Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст. (1 атм), вода кипит при плюс 100°С, но если давление пониженное, как например в горах на высоте 7000-8000 м, вода начнет кипеть уже при температуре плюс 40-60°С.

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, хладагент R-410А, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения – 51°С.

Если жидкий хладагент находится в открытом сосуде, то есть при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине хладагент кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя хладагент активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере хладагента R-410А. Температура конденсации паров хладагента, так же, как и температура кипения, зависит от давления и температуры окружающей среды. Чем выше давление и температура, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров хладагента R-410А при давлении 23,5 bar начинается уже при температуре плюс 40°С. Процесс конденсации паров хладагента, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или, применительно к холодильной машине, передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения хладагента в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно “подливать” в испаритель жидкий хладагент, а в конденсатор постоянно подавать пары хладагента. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка, ТРВ, ЭРВ), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) высокое давление порядка 23,5 bar.

Теперь, когда рассмотрены основные понятия, связанные с работой холодильной машины, перейдем к более подробному рассмотрению схемы компрессионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.

Схема компрессионного цикла охлаждения

Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения

Кондиционер – это та же холодильная машина, предназначенная для тепловой обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает существенно большими возможностями, более сложной конструкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направление движения и подвижность (скорость движения). Остановимся на принципе работы и физических процессах, происходящих в холодильной машине (кондиционере). Охлаждение в кондиционере обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация – при высоком давлении и высокой температуре. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения показана на рис. 1.

Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (участок 1-1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии с низким давлением и температурой.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 23,5 bar и температуру до плюс 70-90°С (участок 2-2).

Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, то есть переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением в зависимости от типа холодильной системы.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ (хладагент) полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет примерно плюс 4-7°С.

При этом температура конденсации примерно на 10-20°С выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается (примерно в три раза), часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).

Парожидкостной хладагент кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкость. Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор, так называемого “гидравлического удара”, возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.

Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе компрессора с одной стороны и выход из регулятора потока (из капиллярной трубки, ТРВ, ЭРВ) с другой стороны.

Читайте также:  Кондиционеры Haier: отзывы, характеристики, обзор моделей

Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине.

На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.

Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Риc. 2. Диаграмма давления и теплосодержания

Цикл охлаждения можно представить графически в виде диаграммы зависимости абсолютного давления и теплосодержания (энтальпии). На диаграмме (рис. 2) представлена характерная кривая отображающая процесс насыщения хладагента.

Левая часть кривой соответствует состоянию насыщенной жидкости, правая часть – состоянию насыщенного пара. Две кривые соединяются в центре в так называемой “критической точке”, где хладагент может находиться как в жидком, так и в парообразном состоянии. Зоны слева и справа от кривой соответствуют переохлажденной жидкости и перегретому пару. Внутри кривой линии помещается зона, соответствующая состоянию смеси жидкости и пара.

Рис. 3. Изображение теоретического цикла сжатия на диаграмме «Давление и теплосодержание»

Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения с тем, чтобы лучше понять действующие факторы (рис. 3).

Рассмотрим наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения.

Сжатие пара в компрессоре.

Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка С`). В процессе сжатия повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание также повышается на величину, определяемую отрезком НС`-HD, то есть проекцией линии C`-D на горизонтальную ось.

Конденсация.

В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при неизменных давлении и температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода тепла от конденсатора и превращения пара в жидкость, поэтому он отображается на диаграмме в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.

Процесс в конденсаторе происходит в три стадии: снятие перегрева ( D-E ), собственно конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А`).

Рассмотрим кратко каждый этап.

Снятие перегрева ( D-E ).

Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение ее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишнего тепла и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.

На этом участке снимается примерно 10-20% общего теплосъема в конденсаторе.

Конденсация (Е-А).

Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на протяжении всей этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости. На этом участке снимается 60-80% теплосъема.

Переохлаждение жидкости (А-А`).

На этой фазе хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.

Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1% при том же уровне энергопотребления.

Количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Участок D-A` соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Регулятор потока (А`-B).

Переохлажденная жидкость с параметрами в точке А` поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров точки В.

Испарение жидкости в испарителе (В-C).

Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где она поглощает тепло от окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С). Процесс идет при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.

Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе испарителя. Главная задача фазы перегрева (С-С`) – обеспечение полного испарения остающихся капель жидкости, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Для этого требуется повышение площади теплообменной поверхности испарителя на 2-3% на каждые 0,5°С перегрева. Поскольку обычно перегрев соответствуют 5-8°С, то увеличение площади поверхности испарителя может составлять около 20%, что безусловно оправдано, так как увеличивает эффективность охлаждения.

Количество тепла, поглощаемого испарителем.

Участок HB-НС` соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество тепла, поглощаемого испарителем.

Реальный цикл охлаждения.

Рис. 4. Изображение цикла реального сжатия на диаграмме «Давление-теплосодержание»
C`L: потеря давления при всасывании
MD: потеря давления при выходе
HDHC`: теоретический термический эквивалент сжатия
HD`HC`: реальный термический эквивалент сжатия
C`D: теоретическое сжатие
LM: реальное сжатие

В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения отображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 4).

Из-за потерь давления на входе (участок C`-L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.

С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М-D`), компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.

Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.

Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах, на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери в процессе сжатия.

Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического, поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.

Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребной мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.

Читайте также:  Как охладить комнату без кондиционера в летнюю жару

В третьих, из-за того, что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давления испарения), также уменьшается производительность компрессора. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.

Оценка эффективности цикла охлаждения

Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.

Коэффициент эффективности может быть вычислен как соотношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению теплосодержания хладагента в процессе сжатия (НD-НС).

Фактически он представляет собой соотношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.

Причем он не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 2,5, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемую холодильной машиной, производится 2,5 единицы холода.

Причины перегрева компрессора в кондиционерах

Любой тип кондиционера, независимо от его производительности, назначения или принципа работы, в составе своего холодильного контура обязательно должен иметь 4 основных элемента: компрессор, конденсатор, дросселирующее устройство, испаритель. Кроме этих элементов могут присутствовать еще и другие, обеспечивающие автоматизацию, эффективность и безопасность процесса работы кондиционера, но они считаются вспомогательными. Любое нарушение в работе одного из элементов основного оборудования приводит к выходу из строя всего кондиционера.

4 основных элемента в кондиционере

Компрессор. Всасывает газообразный холодильный агент низкого давления из испарителя, сжимает его и в таком же газообразном состоянии под высоким давлением подает его в конденсатор.

Конденсатор. Горячий газообразный холодильный агент после компрессора поступает в конденсатор. Проходя по трубкам теплообменника, холодильный агент охлаждается, конденсируется и переохлаждается.

Дросселирующее устройство. После конденсатора жидкий холодильный агент высокого давления поступает в дросселирующее устройство, проходя через которое, резко понижается давление и температура холодильного агента. При этом жидкий холодильный агент с небольшим количеством газообразного поступает в испаритель.

Испаритель. В нем жидкий холодильный агент низкого давления кипит под воздействием теплого воздуха из помещения, превращается в газообразный, немного перегревается и поступает в компрессор.

Основные элементы холодильного контура

На фото: 4 основных элемента холодильного контура: компрессор, конденсатор, дросселирующее устройство, испаритель

Особенности работы компрессора

Компрессор – один из самых сложных механизмов и элементов холодильного контура. Он является практически сердцем кондиционера. При работе компрессора почти в 3-5 раз увеличивается давление холодильного агента, меняется его температура примерно от +15°C до +90°C. Холодильный агент, поступающий в компрессор, обязательно должен быть газообразным, а лучше если на 3-5°C выше нормы. Все эти факторы в сочетании со сложной конструкцией компрессора накладывают отпечаток на надежность его конструкции.

Перегрев компрессора

Компрессор в кондиционере в 95% случаев находится в составе наружного блока, который, как правило, устанавливается на открытом воздухе. При работе компрессора происходит сжатие холодильного агента, в результате чего он нагревается. При этом часть теплоты холодильный агент отдает компрессору, с которым контактирует.

Поэтому нагрев компрессора – процесс закономерный, тогда как его перегрев – следствие неправильной работы одного из основных или вспомогательных элементов холодильного контура. Нормальная температура корпуса компрессора должна находиться в пределах 60-90°C, в зависимости от температуры наружного воздуха (если внешний блок кондиционера находится на улице).

Причины перегрева

1. Недостаточное количество хладагента в холодильном контуре. По какой-либо причине холодильный агент может быть или недозаправлен (если перед этим происходила заправка и его утечка через неплотности). При работе многих элементов внешнего блока происходит вибрация, которая со временем может привести к микротрещинам на медных трубопроводах или ослаблению резьбовых соединений. Через такие неплотности может происходить утечка холодильного агента. Его нехватка, в свою очередь, приводит к тому, что в испарителе холодильного агента становится недостаточно, увеличивается температура пара на входе в компрессор, и на выходе она может достигать значений в 115-120°C, что приведет к перегреву компрессора.

2. Поломка вентилятора конденсатора. Этот вентилятор обдувает теплообменник конденсатора, тем самым помогая быстро и полностью охладиться и сконденсироваться холодильному агенту. Его поломка приводит к снижению производительности теплообменника конденсатора вплоть до полного отсутствия конденсации. Соответственно дальнейшее поступление такого холодильного агента на дросселирование, а потом и в испаритель, не приведет к охлаждению воздуха в помещении до нужной температуры. При этом компрессор будет работать с повышенным давлением конденсации, что также станет причиной перегрева компрессора.

3. Загрязнение теплообменника пухом и другими механическими составляющими. Это приводит к ухудшению конденсации, при этом признаки аналогичны пункту 2.

4. При монтаже внешнего блока последний обычно крепится на стене. Небольшое расстояние задней стенки блока от стены приводит к ограничению расхода воздуха через теплообменник конденсатора, снижению его производительности, и далее как в пункте 2 или 3. Расстояние от стены здания должно быть равно толщине самого блока, но не менее 10 см.

Что ломается в компрессоре при перегреве

Практически всегда в кондиционерах применяются компрессоры в герметичном исполнении корпуса. Это значит, что сам компрессор и электродвигатель, который приводит в движение вал компрессора, находятся в едином, герметично запаянном, корпусе. В этом корпусе находится масло, и внутрь корпуса поступает холодильный агент по всасывающему трубопроводу. Частично входящий холодильный агент охлаждает обмотки компрессора, но при значительном перегреве, свыше +110°C, обмотки электродвигателя начинают постепенно разрушаться. Обмотки состоят из проволоки, покрытой снаружи защитным лаком, который при повышенной температуре разрушается, и в обмотках появляется межвитковое искрение и, в конце концов, электродвигатель сгорает. В компрессорах предусмотрены реле защиты от перегрева, которое отключает компрессор, а при охлаждении опять включает. Но это не значит, что с электродвигателем компрессора все хорошо, и в ближайшее время, если не устранить неисправность, он выйдет из строя.

Читайте также:  Кондиционеры и сплит-системы Lessar: отзывы, инструкции к пульту управления

Вывод. В любом случае, если компрессор перегревается, надо искать причину, и если ее не найти, компрессор сломается в ближайшее время.

Слабая производительность испарителя. Проявления в системе испаритель/компрессор

Поскольку теплообмен между воздухом и хладагентом слабый, то и количество образующегося пара в испарителе уменьшается. Испаритель начинает производить меньше пара, чемспособен перекачать компрессор, в результате чего давление кипения снижается.

В случае большого снижения производительности испарителя, переразмеренность ТРВ может привести к гидроударам (точка 3 рис.20.2), сопровождаемым пульсациями давления всасывания (точка 4).

Слабая производительность испарителя. Проявления в системе испаритель/компрессор

Отметим, что при увеличении температуры воздуха на входе в испаритель давление кипения снижается. В результате полный перепад температур на испарителе возрастает.

Для кондиционеров температура кипения должна оставаться выше 0 С. Но при слабом испарителе давление из него снижается и температура может стать отрицательной, что приведет к образованию инею на входе в испаритель (точка 5).

Оседающая на испарителе снежная шуба выполняет роль теплоизоляции и чем ее больше, тем сильнее снизится холодопроизводительность. Следствием в этом случае станет дальнейшее снижение давления кипения и увеличение обмерзания испарителя.

В таких случаях испаритель может полностью покрыться снежной шубой, а в некоторых случаях появление инея фиксируют и на всасывающей магистрали (точка 6). Признаки неисправностей при слабом испарителе служит снижение давления кипения вместе со слабым перегревом.

Слабая производительность испарителя. Проявления в системе ТРВ/испаритель

Потоки воздуха, проходящие через испаритель вызывают выкипание некоторого количества хладагента. Когда ребра испарителя загрязнены, то нарушается и теплообмен между воздухом и хладагентом. В результате воздух будет хуже охлаждаться и количество выкипевшего хладагента снизится. По мере ухудшения охлаждения воздуха, температура в охлаждаемом помещении увеличивается, что и является причиной обращения клиента к ремонтнику.

По мере увеличения температуры в охлаждаемом помещении увеличивается и температура воздуха на входе в испаритель (точка 1 рис.20.1). Нарушение обмена между воздухом и хладагентом приводит к повышению температуры струи на выходе из испарителя (точка 2).

Слабая производительность испарителя. Проявления в системе ТРВ/испаритель

Поскольку количество хладагента, способное выкипеть в испарителе снизилось, то все начинает происходить так, как будто пропускная способность ТРВ резко увеличилась.

Данная относительная переразмеренность ТРВ может вызывать пульсации давления, которые сопровождаются периодическими гидроударами (точка 3).

Слабая производительность испарителя. Проявление в системе компрессор/конденсатор

Поскольку ТРВ является переразмеренным по отношению к испарителю, частицы жидкости могут попадать в компрессор. При этом температура вентиля всасывания компрессора (точка 7 рис.20.3) снижается.

Слабая производительность испарителя. Проявление в системе компрессор/конденсатор

Таким образом, холодопроизводительность становится аномально низкой и конденсатор получается переразмеренным, поскольку он рассчитывался на теплоотдачу, отвечающую номинальным условиям работы. Выходит, что все симптомы станут указывать на переразмеренность конденсатора, поэтому давление конденсации (точка 8) будет склонно к снижению.

Если используемый в установке способ регулировки давлении конденсации не предусматривает изменений расхода воздуха через конденсатор, то перепад температур воздуха будут ниже, чем при обычных условиях работы и температура воздуха на выходе из конденсатора также снизится (точка 9).

В связи с тем, что холодопроизводительность снизилась, массовый расход хладагента также упал, и скорость потока жидкости в трубопроводах уменьшилась. Следовательно, снизилась и скорость жидкого хладагента, циркулирующего в нижней части конденсатора. Хладагент больше контактирует с воздухом, что положительно сказывается на его переохлаждении. В результате жидкость на выходе из конденсатора (точка 10) будет нормально переохлажденной.

Неисправность, связанную со слабым испарителем, легко распознать, поскольку только она характеризуется снижением давления кипения и вместе с этим снижением перегрева.

Неисправности связанные со слабым испарителем

Данную неисправность можно поделить на две группы: первая характеризуется величиной перепада температур воздуха на входе, а другая на выходе испарителя.

Слабая производительность испарителя. Низкий расход воздуха через испаритель

Снижение холодопроизводительности, вызванной недостатком расхода воздуха через испаритель, говорит об уменьшении скорости каждой молекулы воздуха, которая через него проходит. Вместе с этим снижена и температура поверхности охлаждения, поскольку уменьшается и температура кипения хладагента.

Если скорость прохождения воздуха через испаритель снизилась, то время контакта с охлаждающей поверхностью увеличивается. Воздух охлаждается хорошо и его температура?s на выходе становится низкой. Получается, что при недостаточном расходе воздуха через испаритель перепад температур на входе выходе из него становится аномально высоким (рис.20.4):

Слабая производительность испарителя. Низкий расход воздуха через испаритель

Слабая производительность испарителя. Загрязненный испаритель

При наружном загрязнении испарителя нарушается теплообмен между воздухом и хладагентом, поскольку грязь выполняет роль теплоизоляции. Воздух, проходящий через него, плохо охлаждается и температура на выходе из испарителя повышается.

Снижение способности воздуха охлаждаться на выходе из испарителя говорит о том, что перепад температур на входе-выходе из него становится аномально низким (рис.20.5):

Слабая производительность испарителя. Загрязненный испаритель

Этим и отличается данная неисправность, связанная с недостаточным расходом воздуха через испаритель, от тех случаев, когда он загрязнен.

Слабая производительность испарителя. Алгоритм диагностирования

Неисправность «слабый испаритель», как и аномальное падение давления кипения, просто определить, поскольку только она определяется одновременно падением давления кипения и слегка пониженным перегревом.

Принципы работы холодильной машины

Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст. (1 атм), вода кипит при плюс 100°С, но если давление пониженное, как например в горах на высоте 7000-8000 м, вода начнет кипеть уже при температуре плюс 40-60°С.

Читайте также:  Приточные установки с кондиционером: проветриватели, моноблоки, сплиты

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 4°,8°С.

Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, то есть при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм начинается уже при температуре плюс 55°С. Процесс конденсации фреоновых паров, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или, применительно к холодильной машине, передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно “подливать” в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор постоянно подавать пары фреона. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) высокое давление порядка 20-23 атм.

Теперь, когда рассмотрены основные понятия, связанные с работой холодильной машины, перейдем к более подробному рассмотрению схемы компрессионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.

Схема компрессионного цикла охлаждения

Кондиционер – это та же холодильная машина, предназначенная для тепловлажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает существенно большими возможностями, более сложной конструкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направление движения и подвижность (скорость движения). Остановимся на принципе работы и физических процессах, происходящих в холодильной машине (кондиционере). Охлаждение в кондиционере обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация – при высоком давлении и высокой температуре. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения

Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (участок 1-1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии с низким давлением и температурой.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 15-25 атм и температуру до плюс 70-90°С (участок 2-2).

Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, то есть переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением в зависимости от типа холодильной системы.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет примерно плюс 4-7°С.

При этом температура конденсации примерно на 10-20°С выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).

Жидкость кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкость. Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор, так называемого “гидравлического удара”, возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.

Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе компрессора с одной стороны и выход из регулятора потока (из капиллярной трубки) с другой стороны.

Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине.

На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.

Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Теоретический и реальный цикл охлаждения

Цикл охлаждения можно представить графически в виде диаграммы зависимости абсолютного давления и теплосодержания (энтальпии). На диаграмме (рис. 2) представлена характерная кривая отображающая процесс насыщения хладагента.

Левая часть кривой соответствует состоянию насыщенной жидкости, правая часть – состоянию насыщенного пара. Две кривые соединяются в центре в так называемой “критической точке”, где хладагент может находиться как в жидком, так и в парообразном состоянии. Зоны слева и справа от кривой соответствуют переохлажденной жидкости и перегретому пару. Внутри кривой линии помещается зона, соответствующая состоянию смеси жидкости и пара.

Читайте также:  Кондиционеры и сплит-системы Dantex: отзывы, инструкции к пульту управления

Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения с тем, чтобы лучше понять действующие факторы (рис. 3).

Рассмотрим наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения.

Сжатие пара в компрессоре

Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка С`). В процессе сжатия повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание также повышается на величину, определяемую отрезком НС`-HD, то есть проекцией линии C`-D на горизонтальную ось.

Конденсация

В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при неизменных давлении и температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода тепла от конденсатора и превращения пара в жидкость, поэтому он отображается на диаграмме в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.

Риc. 2. Диаграмма давления и теплосодержания

Процесс в конденсаторе происходит в три стадии: снятие перегрева (D-E), собственно конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А`).

Рассмотрим кратко каждый этап.

Снятие перегрева (D-E).

Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение ее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишнего тепла и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.

На этом участке снимается примерно 10-20% общего теплосъема в конденсаторе.

Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на протяжении всей этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости. На этом участке снимается 60-80% теплосъема.

Переохлаждение жидкости (А-А`).

На этой фазе хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.

Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1% при том же уровне энергопотребления.

Количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Участок D-A` соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Регулятор потока (А`-B).

Переохлажденная жидкость с параметрами в точке А` поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров точки В.

Испарение жидкости в испарителе (В-C).

Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где она поглощает тепло от окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С). Процесс идет при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.

Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе испарителя. Главная задача фазы перегрева (С-С`) – обеспечение полного испарения остающихся капель жидкости, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Для этого требуется повышение площади теплообменной поверхности испарителя на 2-3% на каждые 0,5°С перегрева. Поскольку обычно перегрев соответствуют 5-8°С, то увеличение площади поверхности испарителя может составлять около 20%, что безусловно оправдано, так как увеличивает эффективность охлаждения.

Количество тепла, поглощаемого испарителем.

Участок HB-НС` соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество тепла, поглощаемого испарителем.

Реальный цикл охлаждения.

В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения отображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 4).

Из-за потерь давления на входе (участок C`-L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.

С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М-D`), компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.

Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.

Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах, на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери в процессе сжатия.

Рис. 4. Изображение цикла реального сжатия на диаграмме “Давление-теплосодержание”
C`L: потеря давления при всасывании
MD: потеря давления при выходе
HDHC`: теоретический термический эквивалент сжатия
HD`HC`: реальный термический эквивалент сжатия
C`D: теоретическое сжатие
LM: реальное сжатие

Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического, поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.

Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребной мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.

В третьих, из-за того, что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давления испарения), также уменьшается производительность компрессора. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.

Оценка эффективности цикла охлаждения

Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.

Коэффициент эффективности может быть вычислен как соотношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению теплосодержания хладагента в процессе сжатия (НD-НС).

Фактически он представляет собой соотношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.

Причем он не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 2,5, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемую холодильной машиной, производится 2,5 единицы холода.

Читайте также:  Приточно-вытяжной кондиционер с режимом вентиляции

Chillers.ru Chillers.ru

Данный ресурс – попытка обобщить и наиболее полно показать один из видов холодильных машин – охладителей жидкости (чиллеров) и рассмотреть различные варианты их применения.

При какой температуре работает сплит система?

Если рассматривать усредненные стандартные значения, то оптимальное функционирование прибора происходит при отметках термометра около +20-27°C. В таких условиях исключена повышенная нагрузка на основные узлы системы, а главное – на компрессор, который при работе на максимальной мощности изнашивает свой потенциал раньше предполагаемого срока.

Существует значительный разброс в допустимых рабочих температурах кондиционера. Связано это с тем, что одни системы оснащаются множеством дополнительных датчиков контроля, а другие имеют всего лишь два во внутреннем блоке. У первых нижняя граница нормы может варьироваться в совершенно разных пределах.

Основная масса кондиционеров имеет стандартный диапазон рабочих температур, при которых производитель разрешает их включать.

Охлаждение происходит при отметках на уличном термометре от +18 до + 45°C. Обогрев допустим при показателях от +18 до -5°C.

Исключениями могут быть лишь некоторые дорогие торговые марки типа MITSUBISHI или DAIKIN, которые выпускают серии сплит-систем с расширенным диапазоном рабочих температур кондиционера как на охлаждение, так и на обогрев. Такая техника способна бесперебойно функционировать при -25°C на холод/тепло, а также охлаждать при летней жаре в +55°C.

Но лучше всего себя проявляет прецизионная техника, когда речь идет о максимальной или минимальной температуре кондиционера. Она может работать круглогодично с точностью до 0,5°C.

Особенности использования кондиционеров с разными температурными параметрами

Обычно предельно минимальные температуры кондиционер способен выдержать благодаря встроенному зимнему комплекту, состоящему из обогрева дренажного шланга, подогрева картера компрессора и электронной платы.

Но стоит помнить, что даже расширенный диапазон рабочих температур кондиционера не дает возможности использовать его для обогрева зимой. Если же пользователь игнорирует установленные ограничения температуры охлаждения/обогрева кондиционера, то это приводит к снижению КПД и потере эффективности, а также грозит:

  • обледенением обоих блоков;
  • замерзанием дренажной трубки;
  • попаданием конденсата в помещение;
  • поломкой компрессора и лопастей вентилятора.

Сплит-системы в своем большинстве предназначены для работы в условиях среднегодовых температур и могут быть применены в качестве обогревателей в период осеннего межсезонья до включения центрального отопления или при аварийных ситуациях.

Если сравнивать модели on/off и инверторные, то у первых предельная минимальная температура охлаждения кондиционера составляет -5°C, в то время как у вторых – до -15°C.

Говоря о нагревании воздуха в морозы, следует отметить, что для сплит-систем – это нереально. Исключением являются моноблочные кондиционеры – оконные и мобильные системы. Они могут быть использованы в качестве обогревателей зимой, так как «теплые» модели комплектуются мощными ТЭНами и функционируют как тепловентиляторы при запуске на греющий режим.

Обязательно учитывают местоположение прибора при монтаже. Независимо от того, при какой температуре включают кондиционер, на него не должны попадать прямые солнечные лучи.

При отсутствии возможности установить систему в затемненном месте обязательно монтируют защитный козырек. Даже если рабочие температуры кондиционера максимально расширены (до +55°C), укрытие от солнца необходимо, так как постоянное функционирование на предельных возможностях быстро приводит к износу компрессора.

Датчики температуры сплит-систем

термодатчик во внутреннем блоке

Выше уже говорилось, что кондиционеры оснащаются специальными температурными датчиками, которые контролируют как уличные и комнатные показатели, так и значения внутри самого устройства.

Современные сплит-системы имеют развитую систему самодиагностики, элементами которой термодатчики и являются. Основные среди них – это два сенсора: датчики температуры воздуха и испарителя внутреннего блока. Они определяют алгоритм работы в зависимости от выбранного режима. Именно такими датчиками температуры кондиционеры оборудуются в самой простой комплектации.

  • датчик температуры наружного воздуха – не допускает включения кондиционера при минусовой и плюсовой температурах, которые ниже/выше допустимой нормы;
  • датчик температуры конденсатора (их может быть несколько) – отвечает за поддержание необходимого уровня давления конденсации для заданного режима при изменении уличных условий;
  • датчик температуры комнатного воздуха – отвечает за поддержание функциональности компрессора;
  • датчик температуры испарителя – отключает компрессор, если температура испарителя кондиционера понижается до нулевых отметок.

Некоторые сплит-системы имеют дополнительную функцию – автоматическое размораживание теплообменника внешнего блока. Это необходимо для предотвращения процессов обледенения, из-за которых ломаются лопасти вентилятора. Включается режим оттаивания у кондиционера при минусовых температурах снаружи. За это тоже отвечают термодатчики.

Еще одна функция современных сплит-систем – автоматический выбор режима, при запуске которого устанавливается «комфортная» температура в +20°C. За исправность автоматической установки стандартных показателей тоже отвечают сенсоры.

Когда датчик температуры наружного воздуха считает, что на улице слишком жарко или холодно, то запуск компрессора не произойдет, или работа прибора будет приостановлена.

Если говорить о температуре испарителя кондиционера, то здесь наблюдается ее прямая зависимость от внешних факторов – чем выше показатели термометра снаружи помещения, тем интенсивнее нагревается испаритель.

У всесезонных сплитов при включенном компрессоре разница между температурами воздуха и испарителя кондиционера должна составлять минимум 5-7°C. При выключенном компрессоре эти показатели изменяются в сторону понижения значений. Когда снижения не происходит, это свидетельствует о неисправностях системы. Датчик температуры испарителя

При функционировании прибора на обогрев также учитываются показатели воздуха в помещении. Если датчик температуры кондиционера, отвечающий за комнатные данные, показывает разницу между температурами снаружи и в помещении меньше 5°C, может сработать автоматическое отключение компрессора, или он изначально не запустится.

В идеале при обогреве разница указанных температур должна составлять от 5 до 15°C.

При работе кондиционера на охлаждение температура на выходе из внутреннего блока должна быть минимум на 10°C ниже показателей термометра снаружи. Стоит помнить, что при запуске сплит-системы эти значения могут быть достигнуты не сразу, поэтому охлаждение происходит менее интенсивно.

Читайте также:  Кондиционеры General: оконные, настенные, кассетные, канальные

Чем дольше включен кондиционер, тем оптимальнее он холодит.

Ремонт и замена термодатчиков

омметр

  • датчик нагревают (при этом сопротивление обычно уменьшается);
  • остужают его;
  • и снова снимают замеры сопротивления.

Замену датчика сделать несложно. Подбирают похожий элемент, подходящий по номиналу – обычно это 5 или 10 кОм.

Об исправности датчиков кондиционера свидетельствует наличие сопротивления, которое зависит от температуры. В среднем стандарт составляет 25°C при 10 кОм.

Далеко не все сплит-системы оборудованы множеством термодатчиков и автоматической системой отключения. При выборе климатической техники стоит обратить внимание на их количество, так как они продлевают срок службы прибора. Кондиционеры, оснащенные такими элементами самоконтроля и самодиагностики по минимуму, управляются пользователем и ломаются гораздо чаще.

Кондиционер с установкой за 25 000 руб.

Настенные кондиционеры Panasonic

Главная функция кондиционера – охлаждение воздуха

Основные функции кондиционера – это охлаждение и обогрев воздуха, уже находящегося внутри помещения. Это означает, что кондиционер в общем случае не производит притока свежего воздуха с улицы или вытяжки воздуха из помещения. Для задач вытяжки и притока служит вентиляционное оборудование.

Охлаждение воздуха в кондиционерах происходит при помощи компрессионного цикла охлаждения.

Температура кипения

Температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем ниже это давление, тем ниже температура кипения.

Например, общеизвестно, что вода закипает при температуре 100С. Но это происходит лишь при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.). При повышении давления температура кипения возрастет, а при его понижении (например, высоко в горах) вода закипит при температуре гораздо ниже 100С. В среднем, при изменении давления на 27 мм .рт. ст. температура кипения изменится на 1С.

Различные жидкости кипят при разных температурах даже при одинаковом внешнем давлении.

  • Например, жидкий азот кипит при температуре около -77;С, а фреон R-22, который применяется в холодильной технике – при температуре -40.8С (при нормальном атмосферном давлении).

Теплота парообразования

При испарении жидкости теплота поглощается из окружающей среды. При конденсации пара тепло, напротив, выделяется. Теплота парообразования жидкостей очень велика.

  • Например, энергия, нужная для испарения 1 г воды при температуре 100С (539 калорий/г), значительно больше энергии, необходимой для нагревания этой воды от 0;С до 100С (100 калорий/г)!

Если жидкий фреон поместить в открытый сосуд (с атмосферным давлением и комнатной температурой), то он сразу же вскипит, поглощая при этом большое количество теплоты из окружающей среды.

Это явление и используется в холодильной машине. Только в ней фреон превращается в пар в специальном отделении – испарителе. Трубки испарителя обдуваются потоком воздуха. Кипящий фреон поглощает тепло из этого воздушного потока, охлаждая его.

Но в холодильной машине невозможно только испарять фреон, поглощая тепло. Ведь тогда в ней образуется большое количество паров и потребуется подводить все новый и новый жидкий фреон постоянно. Поэтому в холодильной машине производится и обратный процесс конденсации – превращения из пара в жидкость.

При конденсации любой жидкости выделяется теплота, которая поступает затем в окружающую среду. Температура конденсации, как и температура кипения, зависит от внешнего давления. При повышенном давлении конденсация может происходить при весьма высоких температурах.

  • К примеру, фреон R-22 начинает конденсироваться при +55С, если находится под давлением 23 атмосферы (около 17,5 тыс. мм рт. ст.).

Холодильная машина

В холодильной машине фреон конденсируется в специальном отделении – конденсаторе. Тепло, выделившееся при конденсации, удаляется потоком охлаждающей жидкости или воздуха.

Поскольку холодильная машина должна работать непрерывно, то в испаритель должен постоянно поступать жидкий фреон, а в конденсатор – его пары. Этот процесс – циклический, ограниченное количество фреона циркулирует по холодильной машине, испаряясь и конденсируясь.

Энтальпия хладагента

Происходящий в холодильной машине цикл охлаждения удобно изображать графически. На диаграмме показано соотношение давления и теплосодержания (энтальпии) хладагента.

Энтальпия – это функция состояния, приращение которой при процессе с постоянным давлением равно теплоте, полученной системой.

На диаграмме показана кривая насыщения хладагента.

  • Левая ветвь кривой соответствует насыщенной жидкости
  • Правая часть соответствует насыщенному пару.
  • В критической точке ветви кривой соединяются, и вещество может находиться и в жидком, и в газообразном состоянии.
  • Внутри кривой – зона, соответствующая смеси пара и жидкости.
  • Слева от кривой (в области меньшей энтальпии) – переохлажденная жидкость.
  • Справа от кривой (в области большей энтальпии) – перегретый пар.

Теоретический цикл охлаждения несколько отличается от реального. В действительности происходят потери давления на разных этапах перекачки хладагента, снижающие эффективность охлаждения. Это не учитывается в идеальном цикле

Теоретический цикл охлаждения

В компрессоре

Холодный насыщенный пар хладагента поступает в компрессор холодильной машины (точка С1). В процессе сжатия его давление и температура повышаются (точка D). Энтальпия тоже повышается на величину, равную проекции линии С1-D. На схеме это отрезок НС1-НD.

Конденсация

В конце цикла сжатия хладагента горячий пар попадает в конденсатор. Здесь при постоянных температуре и давлении происходит конденсация, и горячий пар превращается в горячую жидкость. Хотя температура практически постоянна, энтальпия уменьшается при фазовом переходе, а выделившееся тепло отводится от конденсатора. Этот процесс отображается на диаграмме в виде отрезка, параллельного горизонтальной оси (давление постоянно).

Процесс в конденсаторе холодильной машины происходит в три этапа: снятие перегрева (D-Е), конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А1). Участок диаграммы D-А1 соответствует изменению энтальпии хладагента в конденсаторе и показывает, какое количество тепла выделяется в ходе данного процесса.

  • Снятие перегрева.
    В этом процессе температура пара снижается до температуры насыщения. Излишнее тепло отводится, но изменения агрегатного состояния не происходит. На этом этапе снимается около 10 – 20% тепла.
  • Конденсация
    На этом этапе происходит изменение агрегатного состояния хладагента. Температура при этом остается постоянной. На этом этапе снимается около 60 – 80% тепла.
  • Переохлаждение жидкости
    В этом процессе жидкий хладагент охлаждается, при этом получается переохлажденная жидкость. Агрегатное состояние не изменяется.
    Переохлаждение жидкости на этом этапе позволяет повысить производительность холодильной машины. При постоянном уровне энергопотребления понижение температуры на 1 градус повышает производительность холодильной машины на 1%.
Читайте также:  Что такое фреон R-134А: состав, свойства и таблица технических характеристик

Регулятор потока

Переохлажденная жидкость с параметрами точки А2 поступает на регулятор холодильной машины. Он представляет собой капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан. В регуляторе происходит резкое снижение давления. Непосредственно за регулятором начинается кипение хладагента. Параметры получившейся смеси пара и жидкости соответствуют точке В.

В испарителе

Смесь пара и жидкости (точка В) попадает в испаритель холодильной машины, где поглощает тепло от окружающей среды и полностью переходит в пар (точка С1). Этот процесс происходит при постоянной температуре, но энтальпия при этом увеличивается.

На выходе испарителя парообразный хладагент немного перегревается (отрезок С1-С2), чтобы капли жидкости испарились полностью. Для этого приходится увеличивать площадь теплообменной поверхности испарителя (на 4-6% на каждый градус перегрева). Обычно перегрев составляет 5-8 градусов, и увеличение площади теплообмена достигает 20%.

В испарителе холодильной машины энтальпия хладагента изменяется на величину НВ-НС2, равную проекции кривой испарения на горизонтальную ось.

Реальный цикл охлаждения

Реальный цикл охлаждения имеет некоторые отличия от идеального. Это происходит за счет потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания холодильной машины, а также в клапанах компрессора. Поэтому отображение реального цикла на диаграмме связи давления и энтальпии несколько иное.

Из-за потерь давления на входе в компрессор всасывание должно проходить при давлении, которое ниже давления испарения (отрезок C1-L). Кроме того, из-за потерь давления на выходе компрессору приходится сжимать пар хладагента до давления, которое выше давления конденсации (M-D1). Таким образом, работа сжатия увеличивается. Такая компенсация потерь давления в реальной холодильной машине снижает эффективность цикла.

Кроме потерь давления в трубопроводе, есть и другие отклонения от идеального цикла. Во-первых, реальное сжатие хладагента в компрессоре не может быть строго адиабатическим (без подвода и отвода тепла). Поэтому работа сжатия оказывается выше теоретически рассчитанной. Во-вторых, в компрессоре холодильной машины имеются механические потери энергии, что приводит к увеличению необходимой мощности электродвигателя.

Эффективность цикла охлаждения холодильной машины

Отображение на диаграмме:
C1-L – потеря давления при всасывании
M-D1 – потеря давления при выходе
HD-HC1 – теоретическое изменение энтальпии (теплосодержания) при сжатии
HD1-HC1 – реальное изменение энтальпии (теплосодержания) при сжатии
C1D – теоретическое сжатие
LM – реальное сжатие

Для выбора лучшего из циклов охлаждения необходимо оценивать их эффективность. Обычно показателем эффективности цикла холодильной машины служит КПД или коэффициент термической (термодинамической) эффективности.
Коэффициент термической эффективности – это:

  • отношение изменения энтальпии хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению энтальпии в процессе сжатия (HD-HC).
  • или: соотношение мощности охлаждения и электрической мощности, которую потребляет компрессор холодильной машины.

Например, если коэффициент термической эффективности какой-либо холодильной машины равен 2, то на каждый кВт потребляемой электроэнергии эта машина производит 2 кВт холода.

Как это работает: все тонкости автомобильных кондиционеров

В последние годы с приходом лета в наши широты зачастую приходит аномальная жара. Температура +40С и повышенная влажность стали обычным явлением. Все это приводит к необходимости пользоваться кондиционером. Если он есть. Ну, а в случае отсутствия – автолюбители все чаще задумываются о его установке.

Раньше кондиционер считался атрибутом роскоши. Сегодня же его можно встретить даже в бюджетных авто. Тем не менее, есть значительное количество автомобилей (в основном б/у), в которых нет, и не было кондиционера.

В этой статье АвтоПортал расскажет о принципах работы, устройстве, эксплуатации автомобильных климатических систем, а также о том, как проверить кондиционер перед покупкой б/у авто.

Комфортные условия микроклимата и принцип работы кондиционера

Комфортные условия означают оптимальные для организма человека температуру и влажность воздуха, которые могут варьироваться в зависимости от внешней температуры и даже длительности поездки. Да и поток воздуха, направленный на ту или иную часть тела, играет роль.

Как видно из таблицы, есть существенная разница в комфорте водителя в автомобиле с кондиционером и без него. Кроме комфорта, важным фактором является безопасность, поскольку при неблагоприятных условиях сконцентрированность и быстрота реакции водителя существенно снижаются.

Комфортная температура в салоне авто определяется температурой наружного воздуха и величиной воздухообмена. Вот какие значения комфортности приводит сервисное пособие Volkswagen/Audi:

– при низких температурах наружного воздуха, например, –20ºC

– высокая температура в салоне 28 ºC, большой воздухообмен 8 кг/мин

– при высоких температурах, например, 40 ºC

– умеренная температура в салоне 23 ºC, большой воздухообмен 10 кг/мин

– при умеренных температурах, например, 10 ºC

– умеренная температура в салоне 21,5ºC, малый воздухообмен 4 кг/мин.

Комфортные условия означают оптимальные для организма человека температуру и влажность воздуха

Понятно, что обычная система вентиляции/отопления, к которой привыкли владельцы ВАЗов и возможности которой ограничиваются обдувом салона и подачей тепла, фактически бессильна летом. Только кондиционер может охладить воздух, подаваемый в салон и удалить избыточную влажность.

Принцип работы кондиционера

Схема работы кондиционера проста и принципиально не отличается от работы бытового холодильника. Кондиционер представляет собой герметичную систему, в которой происходит циркуляция фреона. Принцип работы основан на законе физики, который гласит, что при переходе вещества из жидкого состояния в газообразное тепло поглощается, а при переходе вещества из газообразного состояния в жидкость – тепло отдается. Веществом, которое циркулирует в системе кондиционирования, в нашем случае является фреон, именуемый хладагентом. Его задача поглощать тепло в салоне автомобиля, поддерживая таким образом комфортную температуру. В газообразном состоянии фреон поглощает тепло, а в жидком выделяет. Так тепло из салона автомобиля переносится за его пределы.

Читайте также:  Мультизональные VRV и VRF системы кондиционирования

Компрессоры кондиционеров бывают нескольких видов. Отличаются приводом и типом. Наибольшее распространение получили компрессоры поршневого или роторного типа, приводящиеся в движение коленчатым валом автомобиля, как наиболее простые и имеющие высокий КПД. Преимущество компрессоров с собственным приводом в том, что они могут работать при выключенном двигателе автомобиля. Для машин с системами старт-стоп компанией Sanden разработаны компрессоры, которые работают от двигателя или от собственного привода, в зависимости от режима.

Для каждой модели авто существует своя компоновка системы кондиционирования

Отличаются кондиционеры и по схеме работы. Их разделяют на два типа. Первый предусматривает регулировку потока хладогента с помощью ресивера-осушителя и терморегулирующего вентиля (ТРВ), второй – посредством аккумулятора и дросселя. К первому типу относятся кондиционеры японских, французских, итальянских и корейских автомобилей. Ко второму – большинство американских машин, а также модели Audi, Volkswagen и пр.

Конденсатор, – алюминиевый или медный теплообменник, в котором конденсируется хладагент.

Испаритель, – источник прохлады в автомобиле. Представляет собой теплообменник, в алюминиевом или медном исполнении, в котором хладагент переходит из жидкой фазы в газообразную.

Вентиляторы обдува. Задача вентилятора конденсатора снимать с него избытки тепла. Задача вентилятора испарителя – подавать прохладный воздух в салон автомобиля.

Система управления и защиты автомобильного кондиционера

Система управления и защиты климатической установки с ручным управлением Volkswagen/Audi:

1 Выключатель климатической установки
2 Предохранительный клапан на компрессоре
3 Вентилятор конденсатора
4 Манометрический выключатель
5 Датчик температуры охлаждающей жидкости
6 Термовыключатель вентилятора конденсатора
7 Датчик температуры испарителя
8 Вентилятор испарителя
9 Блок управления двигателя
10 Электромагнитная муфта
К Блок управления климатической установки (и/или блок управления для вентилятора конденсатора в зависимости от исполнения климатической установки).

Система управления кондиционером представляет собой набор датчиков и исполнительных устройств

Система управления кондиционером представляет собой набор датчиков и исполнительных устройств, в частности:

Блок управления. Обрабатывает сигналы от датчиков и управляет исполнительными устройствами, обеспечивая постоянное давление в контуре хладагента и заданную хладопроизводительность.

Электромагнитная муфта. При включении системы кондиционирования “запускает” компрессор.

Манометрический выключатель. При аварийно низком или высоком давлении манометрический выключатель посылает сигнал на отключение компрессора. При избыточном давлении подается команда на включение вентилятора конденсатора на одну ступень выше.

При критическом повышении давления предохранительный клапан стравливает хладагент, до восстановления нормального давления в системе.

Термовыключатель вентилятора конденсатора. Включает вентилятор при высокой температуре хладагента.

Датчик температуры испарителя. Отключает компрессор при угрозе обледенения.

Датчик температуры охлаждающей жидкости. Отключает компрессор при высокой температуре фреона.

Температура охлажденного воздуха обычно значительно ниже, чем необходимо, поэтому часть его с помощью заслонки направляется через теплообменник обогревателя, где нагревается. В системах с ручным управлением водитель сам определяет температуру в салоне, устанавливает скорость вращения вентилятора подачи свежего воздуха и регулирует степень открытия температурной заслонки.

В большинстве современных автомобилей предусмотрено автоматическое управление системой кондиционирования. Существует несколько климатических систем, отличающихся своим функционалом. Заданная водителем температура в салоне поддерживается и корректируется автоматически, с учетом полученных данных от разнообразных датчиков, информирующих о солнечном излучении, температуре наружного воздуха и пр.

Датчик температуры наружного воздуха измеряет температуру за бортом.
Датчик температуры в канале воздуховода следит за температурой воздуха выходящего из испарителя.
Датчик солнечного излучения управляет скоростью вращения вентилятора в салоне.

Микроклимат в салоне может быть разбит на несколько зон (зачастую 1, 2 или 4 – в люксовых авто), для каждой могут быть заданы свои параметры.

Вся информация, полученная от датчиков, обрабатывается в блоке управления, который управляет исполнительными устройствами. Заданная температура в климатических зонах поддерживается при помощи приводов, которые управляют соответствующими заслонками.

Микроклимат в салоне может быть разбит на несколько зон

Диапазон температур, в которых работает климатическая система в автоматическом режиме – обычно от 18ºС до 28ºС. Если кондиционер находится в режиме “Авто”, он включается вместе с зажиганием, выводя на панель управления показания датчиков и значение заданной температуры. Можно задать температуру за рамками этого диапазона, в этом случае установка будет работать с максимальной хладо- или теплопроизводительностью. При температуре наружного воздуха менее 5ºС система автоматически выключается.

Ориентировочная стоимость некоторых оригинальных автокондиционеров:

Монтаж системы кондиционирования

Монтаж, если вы не обладаете достаточным опытом, лучше доверить СТО с хорошей репутацией.

Вкратце описать процедуру монтажа можно описать так:

Компрессор устанавливается в моторном отсеке, вблизи от шкива коленчатого вала двигателя. При монтаже может понадобиться демонтаж воздушного фильтра, генератора и т.п. Положение шкива компрессора выбирается таким образом, чтобы приводной ремень был натянут с необходимым натяжением и без перекосов.

Конденсатор устанавливается перед штатным радиатором отопления, вместе с конденсатором может быть установлен дополнительный вентилятор.

Испаритель чаще всего устанавливается под торпедо.

Трубопроводные магистрали. Для их прокладки, возможно, понадобится сверлить дополнительные отверстия в моторный отсек. Магистрали должны быть надежно закреплены и соединены. Не крепите магистрали с помощью хомутов, для этого есть специальные крепления.

Затем подключается электропроводка, программируется электронный блок управления двигателем, проводится вакуумирование и заправка фреоном.

Ориентировочная стоимость монтажа может варьироваться в широком диапазоне. Например, стоимость установки кондиционера на Daewoo Nexia составляет 3.500грн. на официальном сервисе, а на неофициальном СТО его можно установить за 1.600-2.500грн.

Читайте также:  Мультизональные VRV и VRF системы кондиционирования

Уход за кондиционером

Чтобы эффективность кондиционера не ухудшалась, необходимо регулярно проводить чистку радиатора конденсатора. Чистить раз в квартал, – после зимы, после сезона “тополиного пуха” и т.п. Вовремя меняйте салонный фильтр.

Следите за фреоновыми магистралями, местами их соединений. Если видны масляные подтеки, следы конденсата, – возможно у вас утечка фреона, засорена магистраль хладагента. Если у вас система с ТРВ, – на ресивере должно быть смотровое окошко, через которое можно оценить состояние фреона. Если видно много пузырьков (как в газировке) или видны помутнения, – система разгерметизирована.

На испарителе может образовываться плесень, а в дренажной системе застой влаги. Чтобы не держать в авто такой рассадник бактерий, за 10-15 минут до стоянки, нужно выключить кондиционер и проветрить салон авто, включив вентилятор печки. Также необходимо следить за дренажем.

Проверяйте натяжение ремня компрессора.

Если вы не используете кондиционер, его периодически (раз в месяц) нужно включать на 15-20 минут, чтобы в системе не застаивалось масло, и не рассыхались уплотнители.

Сервисное обслуживание кондиционеров

– Заправку фреона нужно проводить только в случае его утечки. Заправка подразумевает собой диагностику системы. Сервисное обслуживание на новом кондиционере проводиться раз в 2-3 года.

Чтобы найти качественный сервис потребуется провести небольшое расследование

– Чтобы найти качественный сервис потребуется провести небольшое расследование, так как, по отзывам автомобилистов и сервисменов, даже “фирменность” СТО не является гарантией качественного сервиса. Интересуйтесь, делает ли СТО вакуумизацию, чем вакуумизируют, – вакуумным насосом или продувкой фреоном (которая бесполезна).

– Заправляйте кондиционер только тем фреоном, марка которого указана заводом.

– Не покупайтесь на дешевую стоимость заправки, не стоит рисковать. В продаже есть поддельный фреон, который содержит примеси хлоридов, других фреонов, которые способствуют возникновению коррозии и порой опасны для здоровья.

– Заправочное масло, которое добавляют при заправке, должно быть совместимо с маркой фреона!

Диапазон цен на сервисное обслуживание в г. Киеве:

Диагностика системы кондиционирования – 50-255грн.
Полная заправка фреоном от 400грн.
Полная диагностика и дозаправка фреоном от 300грн.
Дезинфекция – 100-300грн.
Диагностика компрессора кондиционера – от 50грн.

Советы по пользованию кондиционером

– Безопасная разница температуры между салоном и улицей составляет 5-10ºС.

– Включайте кондиционер, если вы планируете провести в пути более 15 минут.

– Наиболее верным признаком возможной поломки является ухудшение эффективности работы кондиционера. Причем при движении кондиционер может работать нормально, но в пробке его явно не хватает.

– Изменение звука работы компрессора, скорее всего, свидетельствуют о неполадках в системе.

Проверка системы кондиционирования при покупке б/у автомобиля

При покупке б/у авто лучшим вариантом будет провести диагностику у специалиста с необходимым оборудованием. Если у вас нет такой возможности, воспользуйтесь некоторыми советами, которые не дадут вам стопроцентной гарантии, но увеличат шансы на покупку автомобиля с исправным кондиционером.

– Система кондиционирования должна работать. Если она в данный момент не работает, (типа “на зиму фреон спустили”), считайте, что она вообще не работает, это удешевит авто на несколько тысяч гривен. Идеальным признаком работоспособности системы является, конечно, температура в салоне.

– Зная, как выглядят компоненты системы и их примерное расположение, нужно убедиться в их наличии и оценить внешний вид.

– Если ресивер оборудован смотровым окошком, оцените состояние фреона (об этом выше).

Если кондиционер в данный момент не работает (типа “на зиму фреон спустили”), считайте что он вообще не работает

– Если вы не можете потратить на диагностику достаточное время, и ждать пока салон охладится, проверьте температуру на “контрольных” точках. После включения кондиционера, плотно обхватите рукой металлическую часть трубки (самая толстая трубка) испарителя, которая ведет к компрессору. Когда работает компрессор, металл становится очень холодным. Металлическая часть трубки (которая ведет из компрессора в конденсатор) при работе компрессора становится теплой либо горячей, в зависимости от температуры на улице. Самая тонкая трубка, которая ведет из испарителя в салон, при работе системы тоже должна быть теплой или горячей, если на ней нельзя удержать руку, – возможна проблема вентилятора обдува испарителя, грязный испаритель или перезаправка системы фреоном.

– Проверьте градусником (не ртутным!) температуру воздуха в дефлекторе, направив туда воздушный поток на максимальной скорости работы системы и при минимальной температуре охлаждения. При нормально работающей системе кондиционирования, температура должна опуститься до 5-10ºС.

– Осмотрите фреоновые магистрали, места их соединения и подключения. При утечке, как писалось выше, будут видны следы масла и конденсат.

– Чтобы проверить машину зимой, необходимо загнать её в отапливаемый гараж на несколько часов. При отсутствии такой возможности стоит попробовать прогреть салон до состояния “жарко”, на простых системах без датчика наружного воздуха, кондиционер должен запуститься. В системах с климат-контролем можно попробовать включить кнопку рециркуляции – на многих машинах в этом случае блок управления перестает ориентироваться на показания наружной температуры.

Многих водителей останавливают от установки кондиционера возросший расход топлива и ухудшение динамики разгона при его включении. Да, так и есть, но ведь здоровье дороже (к тому же при открытых окнах расход горючего тоже возрастает). Главное – пользоваться «охлаждением» с умом и время от времени проводить диагностику системы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.