Принцип работы кондиционера
Понять, как устроен кондиционер и откуда в летнюю жару берется освежающая прохлада, не так уж сложно. Рассмотрим работу кондиционера на примере сплит-системы. Из школьного курса физики, мы знаем, что при испарении любая жидкость поглощает тепло. Например, налив на руку спирт или одеколон, тут же почувствуешь холод. И наоборот, при конденсации пара тепло выделяется. Вот этот известный принцип и эксплуатирует любой кондиционер.
Кондиционер представляет собой герметично замкнутый контур, внутри которого движется специальное вещество – хладагент. Испаряясь в одном месте, он поглощает тепло, а конденсируясь в другом – выделяет поглощенное тепло.
Обмен теплом хладагента с воздухом происходит через воздушные теплообменники, в виде медных трубок, снабженных тонкими поперечными алюминиевыми пластинками. Для ускорения процесса теплообмена между хладагентом и воздухом, воздух через теплообменники продувают с помощью вентиляторов. По названию процесса, происходящего в теплообменнике, один из них называют испарителем, а другой – конденсатором.
При работе кондиционера на «холод» в качестве испарителя выступает внутренний (находящийся в помещении) теплообменник, а в качестве конденсатора – наружный (находящийся вне помещения). При работе кондиционера на «тепло», теплообменники меняются ролями. Суть процесса изложена, но в чем секрет фокуса?
Дело в том, что холод не «производится», а происходит перенос тепла из одного места в другое с помощью хладагента. Благодаря этому и появился термин «тепловой насос». По этой же причине кондиционер дает тепла или холода примерно в 3 раза больше, чем потребляет электроэнергии – факт, вызывающий недоумение у людей, не обремененных знанием холодильной техники.
Что за чудо – машина с КПД 300%? И почему это загадочное вещество «хладагент» то поглощает, то отдает тепло, ведь из школьного курса физики известно, что оно всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому? Что заставляет хладагент переносить тепло из помещения, в котором чуть больше 20 градусов на улицу, где порой бывает под +40°С?
Все не просто, а очень просто! Из той же школьной физики известно, что температура фазового перехода (испарения или конденсации жидкости) зависит от давления, при котором происходит процесс. Зависимость нелинейная и монотонная – чем больше давление, тем больше температура фазового перехода.
Для того, чтобы жидкий хладагент кипел, превращаясь в пар и поглощая из окружающего воздуха тепло, в теплообменнике необходимо создать давление, при котором температура фазового перехода будет ниже, чем температура окружающего воздуха. И наоборот, парообразный хладагент будет отдавать тепло воздуху, превращаясь в жидкость, если создать давление, при котором температура фазового перехода будет выше температуры воздуха.
Значит, для того чтобы кондиционер заработал, в замкнутый контур нужно встроить еще как минимум два элемента. Это компрессор, повышающий давление до давления конденсации, который установлен в контуре перед конденсатором, и дросселирующее устройство, понижающее давление до давления испарения, перед испарителем.
Перечисленные пять элементов:
- замкнутый контур с хладагентом,
- наружный теплообменник,
- внутренний теплообменник,
- компрессор,
- дросселирующее устройство,
составляют основу холодильного контура любого кондиционера, от самого простого до самого сложного.
Для того, чтобы кондиционер мог работать не только на холод, но и на тепло, в контур необходимо добавить четырехходовой вентиль. Его задача «превращать» испаритель в конденсатор и наоборот. Такой кондиционер называют кондиционером с реверсивным циклом, который может переносить тепло не только из помещения на улицу, но и наоборот.
Резюмируя, можно сказать, что холодильный контур – это совокупность устройств, с помощью которых происходит циклическое превращение хладагента из жидкого состояния в парообразное с поглощением тепла и из парообразного в жидкое – с выделением тепла.