Выбирай : Покупай : Используй

Вход для партнеров

Вход для продавцов

0

Устройство кондиционера: холодильник с щедрой душой

Кондиционеры бывают разные. И хоть отличаются внешним видом, размерами и назначением, принцип их работы, в целом, одинаков. Попробуем в нем разобраться.
Устройство кондиционера: холодильник с щедрой душой

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»

«…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» <br> На иллюстрации: фрагмент фрески Фра Анджелико «Страшный суд» (Около 1431, Музей Сан Марко, Флоренция)

«…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»

«…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.


«…Каждый кондиционер содержит замкнутый миниатюрный „трубопровод“, по которому циркулирует специально подобранное вещество…» <br> 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

«…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»

«…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»

«…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»

«…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!


Дмитрий Артамонов

Версия для печати