Работа кондиционера (так же, как и холодильника) основана на трех простых фактах из школьного курса физики. Наглядней понять их суть можно, произведя три опыта при помощи склянки с одеколоном, старомодного чайника и велосипедного насоса.
Первый опыт многие проделывают ежедневно. Просто капните одеколон на открытый участок кожи. Жидкость испаряется, коже становится прохладнее. Происходит это оттого, что одеколон, переходя из жидкого состояния в газообразное, забирает часть тепла вашей кожи. Это явление известно еще с конца XVIII века — когда твердое тело плавится, а жидкость испаряется, они поглощают тепло из окружающей среды, не меняя своей собственной температуры. И наоборот, когда пар конденсируется и превращается в жидкость или жидкость кристаллизуется, это сопровождается выделением тепла.
«…Просто капните одеколон на открытый участок кожи. Жидкость испаряется, коже становится прохладнее»
Второй опыт потребует некоторой резвости и энтузиазма. Нужно измерить температуру кипения воды в чайнике. Но несколько раз. Причем, постепенно поднимаясь в горы. Вы заметите, что на самых высоких вершинах Урала вода закипит градусов на пять «раньше», чем в Москве. А если взгромоздитесь на Эверест, то сможете вскипятить уже семидесятиградусную воду. Это происходит потому, что атмосферное давление в горах ниже, чем на равнине, и жидкость там кипит и испаряется легче. Таким же образом, обратный переход газа (пара) в жидкость тем проще, чем выше давление. То есть, охлаждая горячий водяной пар где-нибудь в шахте компании «Де Бирс» на глубине три километра, вы обнаружите, что он становится водой при температуре заметно превышающей 100 градусов. Ну, и чтобы вскипятить там воду, понадобится нагреть ее посильнее. Подумайте теперь, какие муки испытывают души грешников в глубинах преисподней — страшно даже вообразить, как высока там температура кипения.
«…Подумайте теперь, какие муки испытывают души грешников в глубинах преисподней — страшно даже вообразить, как высока там температура кипения»
На иллюстрации: фрагмент фрески Фра Анджелико «Страшный суд» (Около 1431, Музей Сан Марко, Флоренция)
После таких замысловатых путешествий, третий опыт покажется вам сущим пустяком. Накачайте шину велосипедным насосом, а затем потрогайте его рукой. Насос окажется очень горячим. Сжимая воздух, вы нагреваете его. Как и в предыдущих двух случаях, верно и обратное — если дать сжатому воздуху расширяться, он будет остывать. Теперь, когда затянувшаяся экскурсия в сказочный мир физики, наконец, завершилась, займемся кондиционерами вплотную.
«…Накачайте шину велосипедным насосом, а затем потрогайте его рукой. Насос окажется очень горячим»
Каждый кондиционер содержит замкнутый миниатюрный «трубопровод», по которому циркулирует специально подобранное вещество. Оно превращается из газа в жидкость и обратно при некоторой температуре. Будем называть ее температурой превращения. Это вещество называется хладагентом (да-да, хладагенты — вовсе не шпионы Снежной королевы). Там, где нужно забрать тепло, охладить внутренний воздух помещения, находится испаритель. В нём при небольшом давлении (около 5 атмосфер) и температуре, скажем, в 5 градусов, жидкость становится газом (смотри опыт первый). Этот газ попадает в компрессор, который сжимает его до давления в хорошей эспрессо-кофеварке (15-25 атмосфер), что увеличивает его температуру градусов до 60-70 (смотри опыт третий).
Поскольку давление в газе теперь оказывается большим, температура превращения для такого газа увеличивается и составляет уже не 5, как раньше, а 35-40 градусов (смотри опыт второй). Этот газ отправляется в конденсатор. Там внешний вентилятор обдувает воздухом «газопровод» (предполагается, что этот воздух прохладнее 60 градусов). Теперь газ конденсируется (превращается в жидкость), отдавая тепло в окружающую среду (опять опыт 1). Нагревающийся из-за этого воздух либо уже находится на улице (сплит-система, оконный кондиционер), либо его нужно отправлять туда по шлангу (мобильный кондиционер). Затем получившаяся жидкость поступает в терморегулирующий вентиль. Это, если угодно, антипод компрессора — он понижает давление жидкости. Простым вентилем может служить капиллярная спираль. На выходе из нее жидкость, вследствие уменьшения давления, изрядно охлаждается (снова опыт 3). Теперь ее температура приближается к 5 градусам, а это и есть новая температура превращения, соответствующая более низкому давлению (ещё раз опыт 2). Жидкость уже готова попасть в испаритель, где, вновь образуя газ, она охлаждает воздух, продуваемый мимо внутренним вентилятором. Этот воздух отправляется внутрь вашей комнаты.
Такой круговорот повторяется снова и снова, пока чувствительный термодатчик не обнаружит, что воздух в комнате охладился до заданной температуры. Тогда он сообщит кондиционеру, что можно отдохнуть.
вентилятор, 5 — конденсатор, 6 — по этим трубкам движется хладагент, 7 — внутренний вентилятор, 8 — испаритель,
9 — фильтр грубой очистки, 10 — фильтр тонкой очистки" src="http://pics.rbc.ru/img/cnews/2007/08/08/3.jpg">
«…Каждый кондиционер содержит замкнутый миниатюрный „трубопровод“, по которому циркулирует специально подобранное вещество…»
На схеме цифрами обозначены: 1 — компрессор, 2 — четырехходовый клапан, 3 — часть электронной схемы управления, 4 — внешний вентилятор, 5 — конденсатор, 6 — по этим трубкам движется хладагент, 7 — внутренний вентилятор, 8 — испаритель,
9 — фильтр грубой очистки, 10 — фильтр тонкой очистки
Итак, любой кондиционер состоит из компрессора и терморегулирующего вентиля, конденсатора и испарителя, внутреннего и внешнего вентиляторов. В нем также находятся трубки, по которым движется хладагент. Эти трубки соединяют наружную (нагревающую) часть сплит-системы с внутренней (охлаждающей), создавая обманчивое ощущение, что по ним воздух может перекачиваться туда и обратно. Кроме того, в кондиционере находятся термодатчик, электронная схема управления, некоторые другие детали и фильтры, через которые проходит воздух.
Эти фильтры бывают разными. Каждый кондиционер снабжен относительно грубым механическим фильтром — металлической сеткой, удерживающей крупную пыль. Часто к ним добавляют и разные дополнительные фильтры тонкой очистки. Они улавливают мельчайшие частицы размерами до долей микрона, включая пыльцу и другие аллергены. Плазменный (электростатический) фильтр сначала ионизирует воздух, заряжая находящиеся в нем частицы пыли. Потом эти частицы оседают на пластинах с противоположным зарядом и остаются внутри фильтра. В некоторых кондиционерах для пущего антибактериального эффекта применяют ультрафиолетовые лампы. Встречаются и «антиоксидантные» фильтры, покрытые флавоноидами (водорастворимыми фенольными соединениями). Предполагается, что флавоноиды способствуют нейтрализации свободных радикалов — все уже знают, что это такие вредные бяки, разрушающие наши клетки. Кстати, одним из свободных радикалов является озон, производимый плазменными и электростатическими фильтрами. Само по себе это не страшно. Важно, чтобы весь озон нейтрализовался внутри фильтра (согласно российским санитарным нормам, допустимая концентрация озона в воздухе — 0.03 мг/м3, проверяйте технические характеристики кондиционеров).
«…Эти фильтры бывают разными. Каждый кондиционер снабжен относительно грубым механическим фильтром — металлической сеткой, удерживающей крупную пыль. Часто к ним добавляют и разные дополнительные фильтры тонкой очистки»
Еще один метод тонкой очистки воздуха — угольные фильтры, распространенной заменой которым стали фотокаталитические. Последние, кроме абсорбирующего вещества, содержат двуокись титана (TiO2). Она обладает приятным свойством — под воздействием солнечного света катализирует разложение всякого мусора, накопившегося в фильтре, на простейшие и безвредные составляющие. В то время как угольный фильтр нужно менять каждые 4-6 месяцев, фотокаталитический достаточно «просушить» на солнышке полдня, и он уже готов к новым подвигам.
Из уст в уста передается древняя легенда о том, что в фильтрах кондиционеров «живут микробы», отчего «дети все время простужаются» (буквальная цитата из одного дамского форума). На самом деле, пытаться поймать опасный микроб, вылетающий из кондиционера — занятие бесперспективное. Гораздо более надежный способ простудиться — постоять под ним с мокрой головой. Работающий кондиционер — не самое веселое место для жизни, даже если говорить о бактериях. Но если вы все-таки волнуетесь, антибактериальное покрытие добавит вам спокойствия, а регулярная чистка и смена фильтров не оставит ни одного шанса подлым маленьким тварям.
Но хватит о фильтрах. Пришло время рассекретить нашего «хладагента». Понятно, что это вещество выбирают так, чтобы оно соответствовало главным требованиям — при низком давлении и температуре 5 градусов превращалось в газ, а при высоком давлении и температуре 35 градусов становилось жидкостью (числа приблизительные). Оказывается, подходящими характеристиками обладают фреоны. Это большая группа веществ, производные углеводородов, содержащие фтор. Помимо фтора, в них могут присутствовать также хлор или бром. Но подобрать самый лучший фреон не просто. Если в нем слишком много водорода, он очень горюч и может вызвать пожар. Если в нем мало фтора, он оказывается ядовитым. А если в нем слишком мало водорода, то он долго не разлагается в атмосфере и портит озоновый слой. Именно последнее соображение привело к тому, что от исправно служивших десятилетиями хладагентов R11 (CCl3F) и R12 (CCl2F2) постарались, где только можно, перейти к R22 (CHClF2) (буква «R» в общепринятых обозначениях происходит от английского слова «refrigerant» — хладагент). И хотя R22 в 20 раз менее опасен для озонового слоя, чем его предшественники, и он не устоял в борьбе с международной бюрократией. В современных моделях кондиционеров все чаще используются R134A, R407C, R410, и другие новые хладагенты. Все это не однородные вещества, а смеси, составленные из нескольких разных фреонов так, чтобы соединить их хорошие свойства и скомпенсировать дурные. Подобные смеси обладают одним недостатком — агрегаты, использующие их, сложнее ремонтировать. Там, где раньше достаточно было долить хладагент в случае утечки, теперь требуются долгие и трудоемкие работы.
«…В современных моделях кондиционеров все чаще используются R134A, R407C, R410, и другие новые хладагенты»
Подробно обсудив все, что происходит внутри кондиционеров, отойдем на пару шагов и посмотрим на них снаружи. Они бывают разные и отличаются внешним видом, размерами и назначением. К группе бытовых кондиционеров, которые интересуют девять из десяти покупателей, относятся сплит-системы, оконные кондиционеры и напольные передвижные системы. Агрегаты, которые в сплит-системе разделены на два блока, в оконном кондиционере помещены в одну коробку. В отличие от сплит-системы, оконный кондиционер переносит охлаждаемый воздух прямо с улицы в комнату. При этом он больше шумит. Вернее, шумит он так же, но в сплит-системе шумящая часть вынесена на стену дома. Мобильный напольный кондиционер представляет собой большую тяжелую тумбу, напоминающую пингвина на колесиках. Он шумит, как и оконный, но воздух с улицы не забирает, а гоняет его по комнате. Часть комнатного воздуха, обдувающая конденсатор, при этом нагревается, и через шланг отправляется на улицу.
Нужно пояснить несколько терминов, которые обозначают полезные свойства бытовых кондиционеров. Инверторный кондиционер имеет мотор, мощность которого можно плавно регулировать в зависимости от температуры воздуха. Реверсивный кондиционер позволяет поворачивать весь цикл работы в обратную сторону: конденсатор и испаритель «меняются местами». Воздух на улице начинает охлаждаться, а в доме — нагревается. Зимой такая машина для нормальной работы потребует подогрева наружного блока (разморозки). Наконец, есть сплит-системы, добавляющие в комнатный воздух немного (до 30%) уличного, который поступает в общий охладительный отсек по специальному шлангу. Эта процедура называется сочным и выразительным русским словом «подмес».
«…Инверторный кондиционер имеет мотор, мощность которого можно плавно регулировать в зависимости от температуры воздуха»
Есть еще полупромышленные кондиционеры: канальные, кассетные и прецизионные кондиционеры, поддерживающие точную температуру и влажность в музеях и на электронных заводах. Встречаются даже огромные промышленные системы, в которых хладагентом служат тосол или вода. Но все эти старшие, средние и младшие братья похожи. Все они состоят из тех же функциональных узлов и работают по одной общей схеме. По точно такой же схеме работают и все холодильники. Но холодильники скупы — дрожат над каждой крупицей своего холода и хранят его внутри. А кондиционеры слишком открыты для этого, они выбрасывают весь свой холод на ветер. Как это благородно и как свежо!
Поделиться
