Принцип работы кондиционера: устройство и схема

Как работает кондиционер

Система работает по принципу замкнутого цикла. Воздух в помещении охлаждается, проходя через теплообменник внутреннего блока, в котором испаряется хладагент. Рассмотрим схему работы устройства поэтапно.

Компрессор, установленный во внешнем блоке, сжимает холодильный агент и в газообразном состоянии из испарителя внутреннего блока нагнетает его в конденсатор.
В конденсаторе фреон охлаждается за счет теплообмена с наружным воздухом и конденсируется. Все это происходит в теплообменнике внешнего блока.
Далее холодильный агент проходит через дросселирующее устройство, где происходит резкое понижение давления и температуры фреона. При этом часть жидкого холодильного агента неизбежно переходит в газообразное состояние.
Холодный фреон поступает в теплообменник внутреннего блока (испаритель), где за счет теплообмена с воздухом из помещения он закипает и переходит из жидкого состояния в газообразное. Воздух же, в свою очередь, охлаждается и поступает в комнату.

Из-за особенности работы кондиционера на испарителе образуются капли воды — конденсат. Обычно при монтаже системы, для отвода конденсата устанавливают отдельную трубку. Она выходит на улицу или в канализацию, чтобы в помещении не было лишней влаги.

Направление выходящего воздуха из внутреннего блока регулируется с помощью специальной шторки и жалюзи по горизонтали и вертикали.

Принцип работы и схема кондиционера

Кондиционер кажется довольно простым оборудованием, основные конструкционные узлы которого не представляют особой сложности. Поэтому разберем детально его принцип работы, который также крайне прост.

Как работает типовой кондиционер?

Испаряясь жидкости поглощают тепло, причем активно, а при конденсации (перехода с газообразного состояния обратно в жидкое) выделяют его. И указанные физические явления традиционно являются основой принципа работы кондиционеров.

Удостовериться, что указанный способ отвода тепла эффективный, можно даже в домашних условиях. К примеру, нанеся на поверхность своей кожи любой спиртосодержащий раствор, который, быстро испаряясь, оставляет после себя чувство холода. Так как тепло с поверхности тела поглощается и отводится в сторону.

Если просто, то основой работы любого современного кондиционера являются процедуры кипения (с поглощением тепла) и конденсации (с выделением тепла). При указанных процессах происходит поглощение/выделение тепла согласно изображенных на графике формул. Где Q является количеством тепла, L — удельная теплота парообразования, а m обозначает массу вещества

Точно так происходит и в помещении. Причина в том, что жидкий хладагент, попав во внутренний блок кондиционера, активно и в больших количествах поглощает излишки тепла, при этом его температура существенно повышается.

В результате он испаряется и перемещается во внешний блок (обычно размещенный за пределами здания). Где под воздействием более холодного воздуха, в значительных количествах нагнетаемого вентилятором, происходит обратный процесс.

На фото изображен испаритель кондиционера. Который своим видом напоминает обычный радиатор. Собственно так оно и есть. Так как конструкция этого элемента обеспечивает максимально эффективный его обдув теплым комнатным воздухом, из которого хладагент и поглощает тепло, поэтому в комнате становится прохладней

То есть осуществляется конденсация, в результате которой хладагент становится опять жидким, при этом, соответственно, выделяется тепло. А дальше последует новый цикл и так до бесконечности.

Принципиальная схема работы оборудования

Независимо от вида, типа и названия кондиционера процесс охлаждения воздуха всегда одинаков. Так после включения хладагент подается в испаритель. При этом его давление составляет 3-5 атмосфер, а температура находится в пределах 10-20 °С.

Далее в газообразном состоянии фреон перемещается в компрессор. И тут же сжимается до 15-20 атмосфер. Кроме того, происходит нагревание хладагента до 70-90 °С.

На схеме, в упрощенном виде, изображен принцип работы любого современного кондиционера. Так на рисунке показано, что охлажденный в конденсаторе хладагент поступает в регулятор потока (терморегулирующий вентиль). Где уменьшается его давление, что позволяет жидкости еще больше остыть. А дальше хладагент транспортируется в испаритель, где и происходит основной процесс. То есть охлаждение воздуха с одновременным нагревом хладагента

После чего газ транспортируется в конденсатор, активно обдуваемый вентилятором. В результате воздействия нагнетаемого воздуха с более низкой температурой фреон выделяет тепло, что приводит к его переходу в жидкое состояние.

Но все же его температура остается на 10-20 °С выше, чем аналогичный показатель окружающего воздуха. Эта проблема решается в момент перемещения жидкости через терморегулирующий вентиль. Где давление хладагента снова снижается до небольших 3-5 атмосфер. Что дает возможность фреону дополнительно остыть и он готов к новому циклу поглощения тепла, поэтому снова подается в испаритель.

На рисунке изображена принципиальная схема кондиционера. При этом один блок, оснащенный испарителем, находится внутри помещения. А второй, с конденсатором, — снаружи. Что позволяет сделать процедуру теплообмена максимально эффективной. Кроме того, в блоке, который находится на улице, всегда размещается компрессор, который является самой шумной частью конструкции

Особенности функционирования кондиционера

Для работы кондиционера нужна электроэнергия, но это выгодно, так как у него достаточно высокий КПД.

Но если в сети регулярные перепады напряжения, то, чтобы избежать поломки этого вида климатического оборудования, следует сразу же установить и стабилизатор.

Несмотря на простой и эффективный способ теплообмена, следует всегда помнить о том, что кондиционер будет соответствовать заявленным характеристикам только при регулярном техническом обслуживании.

Как устроен принцип работы инверторного кондиционера

Особенность данного устройства состоит в том, что компрессор включается один раз за все время работы кондиционера и находится в этом состоянии постоянно, изменяя число оборотов в зависимости от нагрузки на кондиционер. В свою очередь обычный кондиционер (on/off) периодически включается и выключается, не меняя число оборотов. Инвертор экономит электроэнергию и продлевает срок жизни компрессора, поскольку работает, не включаясь/выключаясь, а плавно меняя количество оборотов.

Инверторная модель будет экономичней, чем любой другой кондиционер, если он будет работать как минимум несколько часов без выключения.

У инверторной модели, как у обычного кондиционера, есть два блока – внешний и внутренний. В наружном установлен компрессор, медные фреоновые трубопроводы, вентилятор и конденсатор. Внутренний блок состоит из испарителя, вентилятора, жалюзи, фильтра и специального поддона для образовавшегося конденсата.

Как работают сплит-системы и их разновидности

Сплит-система состоит из наружного и внутреннего блоков. В наружном находится компрессор, плата управления, вентилятор и конденсатор. Основные элементы внутреннего блока: испаритель, вентилятор, фильтры, температурные датчики и поддон для конденсата.

Фреон циркулирует по замкнутому контуру. Он состоит из:

внутреннего змеевика – испарительного теплообменника;
наружного змеевика – конденсаторного теплообменника;
соединительных медных трубок – фреоновой магистрали;
компрессора, повышающего давление;
капиллярной трубки у бытовых систем;
терморегулирующего вентиля (ТРВ) у полупромышленных блоков.

Капиллярная трубка и ТРВ имеют общий синоним – дросселирующее устройство. Они обеспечивают разность давления конденсации и кипения хладагента за счет гидравлического сопротивления по всей длине.

У кондиционеров, которые могут осуществлять подогрев воздуха, есть 4-ходовый клапан, меняющий функционально два теплообменника местами – наружный отвечает за испарение хладагента, а внутренний – за его конденсацию.

Работа на охлаждение

Фреон поступает в компрессор, где его давление увеличивается в 3 раза, а температура повышается на 50-60°C, то есть происходит сжатие. Далее он следует в конденсатор и обдувается более холодным воздухом, после чего переходит в жидкое состояние. Воздух проходит через конденсаторный теплообменник и нагревается от выделяемого фреоном тепла.

Затем хладагент перемещается в спиралеобразную капиллярную трубку или ТРВ, где его давление уменьшается, температура понижается и происходит небольшое испарение. Испарительный теплообменник продувается комнатным воздухом, но при поступлении более холодного фреона охлаждается. Хладагент при этом забирает его тепло и переходит в исходное состояние. Далее цикл повторяется.

При работе на холод схема действия кондиционера сплит-системы заключается в 4 основных этапах: сжатии, конденсации, разрежении и испарении.

Работа на обогрев

Суть принципа работы кондиционера сплит-системы на обогрев не меняется. При переключении 4-ходовым клапаном функций блоков, когда направление потока хладагента изменяется, воздух забирается с улицы наружным блоком, где происходит испарение фреона, а в комнату его доставляет внутренний блок, в котором хладагент снова переходит в газообразную фазу.

Чем ниже температура воздуха на улице, тем сложнее извлечь из него тепло, так как разница между температурой воздуха и температурой испарения фреона уменьшается, следовательно, нагревательная способность снижается из-за выравнивания их значений.

Прецизионные кондиционеры

Прецизионная климатическая техника по принципу работы не отличается от сплит-системы, но обладает рядом особенностей:

Способна работать в режиме 24/7/365 в течение 10 лет, в то время как бытовой сплит-ситемы хватит не более чем на 2 года.
Имеет мощный вентилятор, за счет чего качество охлаждения выше, чем у сплита. Воздушные потоки заданной температуры равномерно распределяются по комнате.
В качестве рабочего вещества может выступать фреон, вода или гликоль.
Увлажнение воздуха осуществляется с помощью парогенератора электродного типа.

Прецизионные кондиционеры используются в серверных, где необходимо бесперебойно поддерживать определенную температуру и влажность воздуха.

Инверторные кондиционеры

Принцип работы инверторного кондиционера такой же, как у обычного. Отличие климатического оборудования инверторного типа заключается в управлении режимом работы. В обычной сплит-системе при достижении заданной температуры компрессор выключается. Когда температура меняется в большую сторону, срабатывает запуск нагнетателя. Таким образом, система работает на полную мощность, но с перерывами.

В инверторных двигателях есть плата частотного преобразователя, которая меняет стандартную частоту электрической сети. Вентилятор не перестает работать при достижении температурной нормы: он постепенно замедляет вращение, а при нагревании воздуха на 1 градус, увеличивает число оборотов в единицу времени.

Преимущества такого управления в долговечности оборудования и в экономии электричества до 30% по сравнению с неинверторными сплит-системами.

Канальная климатическая система

От внутреннего блока канального кондиционера отходит система подводящих и отводящих воздуховодов, по которым забирается теплый воздух и поставляется холодный в одно или несколько помещений.

Оборудование такого типа имеет функцию подмеса свежего воздуха с улицы до 30%.

Монтаж кондиционера канального типа лучше делать на этапе строительства здания — блок устанавливается под потолком вместе с системой вентиляции.

Устройство и принцип функционирования сплит-системы

Обычная классическая сплит-система состоит из двух модулей (блоков) – внешнего и внутреннего. Устройство внешнего блока сплит-системы типа on/off практически всегда одинаково.

Внешний блок

Внешний блок включает в себя компрессор, конденсатор, четырехходовой клапан, также в нем есть капиллярная трубка. Во всех блоках находится фильтр-осушитель, который очищает и осушает холодильный агент от возможного попадания влаги в систему и различного рода загрязнений. В сплит-системах инверторного типа во внешнем блоке также расположена плата управления, которая есть и в мультисплит-системах. Благодаря тому, что компрессор располагается именно в наружном блоке, уровень шума от работающего кондиционера в квартире гораздо ниже, чем со стороны улицы.
Размеры внешнего блока могут отличаться в зависимости от производительности модели, а также от бренда.

Соединение внутреннего блока с внешним происходит с помощью фреоновых трубопроводов. Также имеется дренажная магистраль, и электрический кабель для питания внутреннего и внешнего блока.

Внешний блок кондиционера всегда должен располагаться со стороны улицы. Он крепится на наружную сторону стены. Если кондиционер необходимо устанавливать на достаточной высоте от земли и смонтировать наружный блок обычным способом не представляется возможным, то приглашаются монтажники-альпинисты со специальным снаряжением и оборудованием. Без таких приспособлений невозможно установить внешний блок высоко. Также наружный блок может быть установлен на крыше зданий, на незастекленных балконах и лоджиях, открытых общих балконах или лестничных пролетах с открытым доступом к улице. Часто внешние блоки поставляются в антивандальном корпусе, если это не предусмотрено производителем, то блок, установленный на уровне первых этажей, может быть дополнительно помещен в специальный защитный короб из металлических прутьев. Во избежание скапливания снега или дождевой воды, а также мусора, над внешними блоками иногда устанавливают специальный скошенный навес.

Внутренний блок

Внутренние блоки сплит-системы существенно отличаются друг от друга. Во-первых, это зависит от производителя, т.е. все внутренние блоки отличаются дизайном, во-вторых, блоки различаются по типу установки, и, соответственно, имеют существенное различие не только в дизайне фронтальной панели, но и корпуса в целом. Также внутренние блоки, в зависимости от производителя, мощности и модели, могут различаться комплектующими, функционалом, габаритными размерами.

Внутренние блоки сплит-системы могут быть следующих типов:

настенные – они предназначены для установки на стену;
кассетные – размещаются в зоне подпотолочного пространства;
канальные – устанавливаются в зоне подпотолочного пространства с системой воздуховодов;
напольно-подпотолочные – могут быть установлены как на пол, так и в зону под потолком;
колонные – устанавливаются на пол, имеют большие размеры, в сравнении с другими типами внутренних блоков классических сплит-систем.

Работа внутреннего блока регулируется благодаря электронной плате. Во внутреннем блоке расположены фильтры для очистки воздуха, автоматика, испаритель и вентилятор для обдува теплообменника испарителя. Основные функции современных сплит-систем – вентиляция, осушение, охлаждение, обогрев и поддержание заданной температуры воздуха в помещении. Управление при помощи пульта дистанционного управления. Практически все современные модели сплит-систем оснащены пультом ДУ. С его помощью происходит не только включение и отключение прибора, но и управление всеми функциями – установка температурного режима, включение таймера, программирование задач, включение всех режимов, предусмотренных конкретной моделью кондиционера. Если в модели реализована функция «I feel», то благодаря датчику температуры в пульте ДУ кондиционер отслеживает окружающую температуру воздуха в помещении, и при достижении установленной пользователем температуры оборудование поддерживает ее. На внутреннем блоке происходит регулировка направления воздушного потока путем изменения угла наклона жалюзи. Работа компрессора внешнего блока регулируется постоянным контролем всех систем.

Особенности функционирования напольных кондиционеров

Эти модели используются редко, если нельзя установить стандартный сплит. Напольные кондиционеры также бывают только стационарными. Стационарные модели имеют аналогичный принцип работы, как обычный кондиционер, за исключением установки внутреннего блока. Он размещается не под потолком, а на высоте полуметра от пола. Внешний блок расположен на улице. Такие сплит-системы относятся к полупромышленной серии. Как правило, они отличаются большей производительностью, чем бытовые модели.

Особенности мобильных моделей

Мобильная модель имеет только один блок, располагается внутри помещения. В нем расположены компрессор, испаритель и конденсатор. Механизм функционирования основан на обработке воздуха, который находится внутри помещения.

Обычно выбирать мобильную модель не рекомендуют, поскольку самая шумная часть будет установлена не за окном, а в помещении. При включенном кондиционере вам будет некомфортно находиться в комнате. К тому же, они отличаются небольшой мощностью.

Устройство кондиционеров

Лучшим образом понять принцип работы системы можно, ознакомившись с отдельными составляющими прибора. Сплит-система состоит из двух комплектующих — внутреннего и внешнего, которые не могут существовать друг без друга и являются взаимосвязанными.

Внешняя часть кондиционера

Наружный блок устанавливается со стороны улицы и предназначен для охлаждения горячего фреона. Он состоит из следующих элементов:

вентилятор создает воздушные потоки, обдуваемые конденсатор;
конденсатор — компонент, охлаждающий и кондиционирующий хладагент. Проходящий через него воздух нагревается и выводится на улицу;
компрессор — один из главных комплектующих системы, отвечающий за сжатие и циркуляцию охладителя по холодильным контурам;
блок управления может располагаться как в наружной, так и во внутренней части устройства, в зависимости от модели;
четырехкодовый клапан — механизм, обеспечивающий переключение между охлаждающим и согревающим режимами. С его помощью изменяется направление фреона и принципы работы внутреннего и наружного блоков;
фильтр охлаждающего вещества располагается перед компрессором для защиты корпуса от попадания мусора и пыли внутрь системы;
разнообразные штуцерные соединения — детали, предназначенные для подключения медных труб между внутренней и наружной составляющими;
защитная панель обеспечивает надежную защиту корпуса от повреждений и проникновений.

Устройство внешнего блока

Внутренний блок

Располагается внутри помещения, его устройство во многом схоже с конструкцией внешнего, но имеет свои конструктивные особенности:

передняя панель производится из надежного пластика и предназначена для поступления воздушного потока внутрь комнаты. Ее легко снимать и устанавливать обратно, чтобы проводить чистку или замену фильтров;
фильтр грубой очистки представляет собой пластиковую сетку, способную удерживать крупный мусор, шерсть животных и прочее. Его необходимо чистить каждый месяц;
фильтры тонкой очистки — целая система фильтрующих элементов, состоящая из угольного, антибактериального, электростатического и других чистящих единиц. В зависимости от модели агрегата, в комплект могут входить только отдельные составляющие или все сразу;
кулер — вентилятор, циркулирующий воздух в помещении, как холодный, так и подогретый;
испаритель — обязательный элемент системы, отвечающий за охлаждение фреона;
жалюзи — наружная составляющая, предназначенная для регулировки направления потока;
панель с индикаторами — небольшой дисплей, отображающий режим работы прибора, возможные коды ошибок, на отдельных моделях также показывает текущую температуру и время;
плата управления — на детали располагается электронный блок и центральный процессор.

Устройство внутреннего блока кондиционера

Интересно! Чаще всего кондиционирующее оборудование работает на двухблочной системе. Два блока необходимы для одновременной генерации холода и отвода тепла наружу. Более редкий вариант — одноблочные установки, выводящие тепло на улицу по специальному воздуховоду.

В чем отличие кондиционера от сплит-системы

Кондиционер – это сложное техническое оборудование, предназначенное для создания и поддержания комфортного температурного режима в помещении любого назначения. Кондиционер может не только охлаждать воздух, но и нагревать его, если это предусмотрено производителем. Кондиционер – это общее понятие климатической холодильной техники. Видов кондиционеров на сегодняшний день представлено очень много. Кондиционером можно назвать как бытовой прибор для охлаждения воздуха, например, оконный кондиционер или мобильный кондиционер, так и чиллер – промышленное климатическое оборудование большой мощности. Для более точного определения существуют названия кондиционеров, например, сплит-система.
Сплит-система представляет собой кондиционер, состоящий из двух блоков – внешнего и внутреннего. Внутренний блок включает в себя систему управления – автоматики, фильтры для очистки воздуха, вентилятор для обдува теплообменника испарителя и сам испаритель. Внешний блок включает в себя компрессор, конденсатор, четырехходовой клапана, капиллярную трубку и систему автоматики.

Бытовая сплит-система чаще всего устанавливается в относительно небольших по площади помещениях, например, бытовая настенная сплит-система предназначена для создания оптимального микроклимата в помещениях от 10 до 70 м2, в зависимости от мощности оборудования. Поэтому такие сплит-системы чаще всего устанавливаются в квартирах или в небольших офисных помещениях.

Один внутренний блок способен поддерживать температуру в одном помещении, если требуется поддержание температуры сразу в нескольких комнатах, то для этого существуют мультисплит-системы. Такая система предполагает подключение сразу нескольких внутренних блоков к одному наружному.

Есть также и другие типы сплит-систем, которые больше подходят для просторных помещений большой площади – торговых центров, ресторанов, бизнес-центров и т.д. Все эти сплит-системы также имеют по одному внутреннему и одному внешнему блоку, отличаются они только внутренними блоками и производительностью. Внутренние блоки делятся по типу установки – кассетные, канальные, колонные, напольно-подпотолочные, колонные.

Сплит-системы могут отличаться опциями и функциями, это зависит от модели и производителя. Например, в сплит-системах может быть разное количество очищающих воздушных фильтров. Количество режимов также может отличаться – в некоторых кондиционерах предусмотрены следующие популярные режимы – «I feel», ночной режим, самоочистка, авторестарт, автоотключение, самодиагностика, турборежим, интеллектуальная оттайка и др.

В чем разница работы кондиционера и сплит-системы

Многие покупатели спрашивают, какая существует разница между оконными, напольными изделиями для охлаждения помещений и системами типа сплит? Второй вариант считается более функциональным и эффективным. Любая сплит-система обладает такими преимуществами:

испаритель может располагаться на потолке, стене или на полу, при этом идеально подходит к любому интерьеру помещения;
охлаждение осуществляется быстрее за счет большей мощности;
очищает, увлажняет и ионизирует нагнетаемый воздух;
при функционировании производит довольно низкое шумовое воздействие на окружающих.

Для квартиры с большой площадью или загородного строения приобретают мультисистемы с несколькими внутренними испарителями и одним выносным блоком, что облегчает пользователям весь процесс эксплуатации. К тому же внешний вид коттеджа не портит обилие выносных блоков одинаковой конструкции, но с разным шумовым воздействием.

Устройство и принцип работы кондиционера ничем не отличаются от устройства любой сплит-системы, разница только в специфических нюансах, поэтому дать точный ответ, какая техника лучше справляется с поставленными задачами весьма непросто — каждая из них имеет свои недостатки и преимущества, которые определяют сферу их применения.

Строение кондиционеров оконного типа отличается своеобразной конструкцией — одна часть их находится внутри, а другая снаружи оконного блока. С моноблочным напольным вариантом они схожи только конструкцией, т. к. все компонента находятся внутри одного корпуса. Работающие детали — вентилятор и компрессор — издают шума больше, чем у сплит-системы, потому что у них эти компоненты находятся в отдельном блоке, расположенном снаружи помещения.

Прежде, чем сделать выбор при покупке такого изделия в свой дом, надо сделать сравнение технических характеристик самых недорогих сплит-систем с аналогичными параметрами напольного или оконного типа устройства — найдется много положительных и негативных нюансов у каждого вида, поэтому сделать окончательный вывод весьма непросто.

Как выбрать сплит-систему для дома

Выбирая кондиционер для домашнего использования, учитывайте размер помещения. Для малогабаритной комнаты (до 15-20 метров) подойдет система 7000 BTU. Для помещения до 25 квадратных метров лучше выбрать более мощную модель — 9000 BTU.

Подумайте о затратах на электричество и выбирайте энергосберегающие модели A++, потребление около 700-800 ватт. Если бюджет позволяет можно купить кондиционер A+++ с потреблением 500-600 ватт.

Оцените уровень шума. Если есть возможность, послушайте, как работает система, ведь вам придется находиться в комнате во время работы кондиционера. Допустимое значение шума для внутреннего блока — 19-32 дБ.

Преимущества и недостатки кондиционеров

Если вы собираетесь покупать кондиционер или сплит-систему, вам будет интересно узнать о плюсах и минусах.

Преимущества

Обеспечение комфортной температуры в комнате. Независимо от погоды за окном, сплит-система позволит создать благоприятную атмосферу в помещении. Летом кондиционер охладит воздух, а осенью или весной — нагреет. В любом случае находиться в комнате будет комфортно.
Чистый воздух в помещении. Особенно это актуально для жителей крупных городов, проживающих в промышленных районах. Использование кондиционера позволит получить прохладный, чистый воздух, не открывая окон.
Поддержание оптимальной влажности воздуха. Некоторые модели имеют функцию осушения, создавая оптимальный уровень влажности в помещении.

Недостатки

Обращаем внимание, что кондиционер может принести вред человеку, только при неправильном использовании. Если не чистить регулярно агрегат, в нем могут начать размножаться вредные бактерии и вирусы.

Из-за особенностей работы кондиционера воздух в помещении становится более сухим, поэтому рекомендуем использовать отдельные устройства, повышающие уровень влажности в комнате.

Во время работы компрессоры издают небольшой шум. Обычно компрессор находится в наружном блоке, и в помещении не слышно, как он работает.

Обслуживание и ремонт

Необходимо регулярно чистить кондиционер и проводить профилактический ремонт, чтобы обеспечить исправность всех систем. Почистить фильтр можно самостоятельно, зная устройство модели или вызвать специалиста, который справится с этим за 30-60 минут.

Если кондиционер сломался, не занимайтесь ремонтом самостоятельно, позвоните в сервисную службу и опишите проблему. Иногда поломки решаются в течение нескольких часов на месте. Например, если сплит-система отключилась из-за перегрева после продолжительной работы, причина, скорее всего, кроется в перегреве компрессора или в загрязнении радиатора. Проблема решается чисткой решетки.

Если агрегат работает не на полную мощность, проверьте воздушные фильтры. Возможно, их нужно почистить.