В настоящее время люди много времени проводят внутри помещения. Из-за усовершенствования строительных технологий герметичность зданий растет, что негативно влияет на параметры воздушной среды, и концентрация вредных примесей в воздухе достигает предельно допустимых значений. В таких условиях не только снижается работоспособность, но и возникает риск развития хронических заболеваний.
Зачем нужен кондиционер
Требования к параметрам воздуха в помещениях возросли, изменились стандарты жизни, поэтому устройство вентиляции и кондиционирования приобретает особую актуальность для административных, производственных и жилых объектов.
Кондиционирование воздуха – это автоматическое поддержание или регулирование в закрытых помещениях параметров воздуха, таких как температура, влажность, концентрация вредных примесей, скорость движения воздушных масс, чтобы обеспечить наиболее благоприятные для самочувствия людей или технологического процесса.
Системы кондиционирования – устройства, где в зависимости от назначения проводятся различные по своей физической природе процессы обработки воздуха: термовлажностные, очистка от примесей, устранение запахов, ионизация и т.д.
Принцип работы кондиционера
Принцип работы холодильной машины системы кондиционирования рассмотрим на примере обычной сплит-системы. Она состоит из внутреннего и внешнего блоков. Внутренний агрегат размещается в помещении, воспринимает теплоту от объекта охлаждения и передает ее в наружный блок, который устанавливается в снаружи здания. Объектом охлаждения является воздух. Необходимо организовать тепловой контакт с другим объектом, который имеет более низкую температуру. В этой роли выступает холодильный агент. Он воспринимает теплоту от окружающего воздуха, и за счет этого воздух естественным образом охлаждается. Чтобы обеспечить условия передачи теплоты холодильный агент подается во внешний блок, и там происходит его термодинамическая трансформация.
Холодильная машина состоит из четырех основных элементов: компрессор, конденсатор, испаритель и дроссельное устройство. Компрессор обеспечивает циркуляцию холодильного агента по гидравлическому контур и создает необходимую разность давлений между испарителем и конденсатором.
После компрессора холодильный агент, имея высокую температуру, поступает в конденсатор. За счет теплообмена с воздухом окружающей среды происходит отдача тепла от холодильного агента в окружающую средой.
Потом он поступает дроссельное устройство. Оно, чаще всего, представляет капиллярную трубку со значительно меньшим диаметром проходного сечения, чем трубопровод, который выходит из конденсатора. Чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление потоку холодильного агента необходимо потратить энергию, поэтому во время движения по дросселю гидравлическое сопротивление хладагента падает и соответственно снижается его температура.
Готовый холодный тепловой агент поступает в испаритель кондиционера холодильной машины и имеет температуру ниже чем температура окружающей среды. Происходит интенсивный теплообмен между воздухом воздух в помещении и хладагентом. За счет этого воздух охлаждается, а холодильный агент нагревается и испаряется. Уже газообразное холодильный агент виде пара всасывается компрессором. Таким образом реализуется принцип работы кондиционера.
Виды хладагентов
Хладагент – теплоноситель, от которого зависит эффективность функционирования кондиционера, его экологичность и надежность. Он циркулирует в замкнутой системе и попеременно то поглощает, то отдает тепло.
До сих пор наиболее популярным является фреон R22. Его постепенно выводят из оборота, так как он негативно влияет на озоновый слой планеты. С 2010 года был запрещен ввоз этого хладагента на территорию России, однако его производства и продажа будут официально приостановлены только в 2030 году.
Широко используется фреон R410а, который представляет собой смесь фреонов R32 и R125 в отношении 1:1. Эта смесь является не азеотропной и достаточно хорошо сохраняет соотношение компонентов даже при возникновении утечки. Поэтому хладагент подходит для дозаправки системы. Горюч, но не взрывоопасен.
Популярен фреон R407с. Он имеет трехкомпонентный состав из фреонов R32, R125 и R134а в отношении 23:25:52. По термодинамическим свойствам достаточно близок к R22, но все-таки последний более энергетически эффективен. Представляет собой не азеотропную смесь, и при возникновении утечки его уже нельзя дозаправлять.
R134а широко распространен в промышленных системах кондиционирования и автомобильных системах.
Классификация кондиционеров
Сегодня на рынке климатической техники представлено большое разнообразие моделей кондиционеров. Рассмотрим основные.
Центральный кондиционер
Современные центральные кондиционеры выпускаются в виде секций из унифицированных элементов. В них предусмотрены камеры смешения, камеры тепловлажностной обработки, камеры, орошения, камеры охлаждения, фильтры. Центральный кондиционер представляет из себя конструктор, который можно собрать из отдельных блоков. Размер центральных кондиционеров зависит от производительности.
Центральные кондиционеры подразделяются на два типа:
- Прямоточные. Они осуществляют забор уличного воздуха и производят его тепловлажностную обработку после чего воздушные массы подаются в помещение. Это менее эффективный тип центральных кондиционеров.
- С рециркуляцией тепла.
Центральные кондиционеры позволяют поддерживать точные параметры воздуха (влажность, температуру и газовый состав). Их проще обслуживать, чем разветвленную систему кондиционирования. Все оборудование расположена в одном месте и соединяется с помещениями посредством воздуховодов. Недостатком является необходимость прокладки по зданию сети воздуховодов. Во-вторых, центральные кондиционеры могут поддерживать тепловлажностные параметры одинаковые для всех помещений. Из-за этой особенности их используют в концертных и выставочных залах, торговых комплексах, гостиницах, общественных пространствах.
Моноблок
Оконный кондиционер – самый простой представитель локальной климатической установки. Это компактное оборудование, предназначенное для создания оптимальной температуры в помещении, устанавливается непосредственно на окно или в тонкую стену. Он представляет из себя моноблочную конструкцию в которой расположен испаритель, конденсатор и компрессор. Современные модели могут работать также в режиме теплового насоса. Основными преимуществами являются простота монтажа и обслуживания. Из недостатков можно отметить высокий уровень шума, так как компрессор располагается практически в том помещении. Также в зимнее время на месте установки оборудования наблюдаются большие теплопотери. Установка таких кондиционеров снижает площадь остекления и освещенность комнаты.
Сплит-система
Самый популярный тип местных кондиционеров по всему миру. Оно состоит из двух блоков. Наиболее шумный узел – это внешний блок. Он вынесен наружу здания, что снижает шумовую нагрузку на помещение. Внутренний блок можно разместить в любом удобном месте: на стене, на полу и даже за подвесным потолком. Наиболее популярны модели с настенным расположением.
Сплит-система канального типа выделена в отдельную группу. Внутренний блок располагается чаще всего в подвесном потолке и распределение воздуха по помещению осуществляется с помощью скрытой системы воздуховодов. Она может охватывать несколько помещений. Модель позволяет подмешивать свежий воздух в пределах 10% от пропускаемого объема.
Кассетные кондиционеры используют в помещениях, где важен не только оптимальный климат, но и равномерное распределение воздушных потоков. Внутренний блок располагается в подвесном потолке, в интерьере видна только его декоративная решетка. Наружный блок устанавливается на крыше, стене, балконе.
Мульти-сплит система
Мульти-сплит система имеет один внешний блок и несколько внутренних, которые работают в индивидуально заданном режиме. Внутренние блоки могут быть совершенно разного исполнения: настенные, канальные или кассетные. Каждый управляется своим пультом и можем может поддерживать определенный температурный режим в том помещении где установлен. Общая холодопроизводительность внутренних элементов не должна превышать холодопроизводительности наружного блока.
VRF-система
VRF (variable refrigerant flow) расшифровывается как переменный ток хладагента. Кондиционер состоит подобно мульти-сплит системе из внешних и внутренних блоков, но благодаря техническим возможностям их чаще относят к разновидности центрального кондиционирования. Современные модели могут независимо поддерживать от 4 до 48 помещений. Различают двух и трехтрубные системы, к которым подсоединены внутренние блоки. Двухтрубные работают либо на обогрев, либо на охлаждение. При трехтрубном исполнении блоки могут независимо охлаждать и нагревать одновременно.
VRV-система
VRV (variable refrigerant volume) расшифровывается как переменный объем хладагента. Это более продвинутые в техническом плане агрегаты. Независимый внешний блок производит столько холода, сколько необходимо внутренним блокам исходя из режима работы. За это отвечает инвертор, который анализирует потребности каждого блока и регулирует производительность компрессоров внешнего блока. Монтаж и пуско-наладка системы требует высокой квалификации исполнителей и обходится достаточно дорого.
Шкафный кондиционер
Модель представляет из себя такой моноблок в котором расположены все необходимые элементы – компрессорно-конденсаторную и испарительную секции. Они бывают с воздушным и водяным охлаждением конденсатора. Кондиционер забирает воздух через окно, пропускает его через испаритель и подает в помещение. Это решение используется в быстровозводимых и временных помещениях, где сложно стационарную климатическую систему. Производительность устройств составляет порядка 10-80 кВт.
Прецизионные кондиционеры
Устройства относятся к системе Close control и конструктивно являются разновидностью шкафных кондиционеров. Прецизионные кондиционеры могут поддерживать температуру воздуха в охлаждаемом помещении с точностью до одной десятой градусов Цельсия и влажность до одного процента. Используются в высокотехнологичных производствах, например, биотехнологических, дата-центрах, микроэлектронике.
Чиллер-фанкойл
Это система кондиционирования, которая состоит из чиллера (холодильной машины) и фанкойлов (теплообменных аппаратов). Чиллер подготавливает теплоноситель, который насосами распределяется по фанкойлам. Термодинамически они уступают фреоновым системам кондиционирования, но выигрывают по надежности и удобству в обслуживании. Климатическую установку чиллер-фанкойл целесообразно использовать в зданиях с большим количеством помещений, например, офисных и торговых центрах, крупных гипермаркетах и гостиницах. Внутренние блоки могут управляться централизованно или отдельно для каждого помещения.