Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
КОМПРЕССИОННЫЙ ЦИКЛ ОХЛАЖДЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ. (Теория)Стр 1 из 12Следующая ⇒
КОНДИЦИОНЕРЫ
КОНДИЦИОНЕРЫ. КАК ЭТО БЫЛО Мало кто знает, что слово кондиционер впервые было произнесено вслух еще в 1815 году. Именно тогда француз Жанн Шабаннес получил британский патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях». Однако, практического воплощения идеи пришлось ждать достаточно долго. Только в 1902 году американский инженер-изобретатель Уиллис Карриер собрал промышленную холодильную машину для типографии Бруклина в Нью-Йорке. Самое любопытное, что первый кондиционер предназначался не для создания приятной прохлады работникам, а для борьбы с влажностью, здорово ухудшавшей качество печати…
Компрессора Испарителя Конденсатора Регулятора потока
Эти основные элементы соединены трубопроводами в замкнутую систему, по которой циркулирует хладагент (обычно это фреон). Компрессор производит циркуляцию хладагента и поддерживает высокое давление (20-23 атм.) в конденсаторе.
Конденсация
В конце цикла сжатия хладагента горячий пар попадает в конденсатор. Здесь при постоянных температуре и давлении происходит конденсация, и горячий пар превращается в горячую жидкость. Хотя температура практически постоянна, энтальпия уменьшается при фазовом переходе, а выделившееся тепло отводится от конденсатора. Этот процесс отображается на диаграмме в виде отрезка, параллельного горизонтальной оси (давление постоянно). Процесс в конденсаторе холодильной машины происходит в три этапа: снятие перегрева (D-Е), конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А1). Участок диаграммы D-А1 соответствует изменению энтальпии хладагента в конденсаторе и показывает, какое количество тепла выделяется в ходе данного процесса.
- Снятие перегрева. В этом процессе температура пара снижается до температуры насыщения. Излишнее тепло отводится, но изменения агрегатного состояния не происходит. На этом этапе снимается около 10 - 20% тепла.
- Конденсация На этом этапе происходит изменение агрегатного состояния хладагента. Температура при этом остается постоянной. На этом этапе снимается около 60 - 80% тепла.
- Переохлаждение жидкости В этом процессе жидкий хладагент охлаждается, при этом получается переохлажденная жидкость. Агрегатное состояние не изменяется.
Регулятор потока
Переохлажденная жидкость с параметрами точки А2 поступает на регулятор холодильной машины. Он представляет собой капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан. В регуляторе происходит резкое снижение давления. Непосредственно за регулятором начинается кипение хладагента. Параметры получившейся смеси пара и жидкости соответствуют точке В.
В испарителе
Смесь пара и жидкости (точка В) попадает в испаритель холодильной машины, где поглощает тепло от окружающей среды и полностью переходит в пар (точка С1). Этот процесс происходит при постоянной температуре, но энтальпия при этом увеличивается. На выходе испарителя парообразный хладагент немного перегревается (отрезок С1-С2), чтобы капли жидкости испарились полностью. Для этого приходится увеличивать площадь теплообменной поверхности испарителя (на 4-6% на каждый градус перегрева). Обычно перегрев составляет 5-8 градусов, и увеличение площади теплообмена достигает 20%. В испарителе холодильной машины энтальпия хладагента изменяется на величину НВ-НС2, равную проекции кривой испарения на горизонтальную ось.
Реальный цикл охлаждения
Реальный цикл охлаждения имеет некоторые отличия от идеального. Это происходит за счет потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания холодильной машины, а также в клапанах компрессора. Поэтому отображение реального цикла на диаграмме связи давления и энтальпии несколько иное. Из-за потерь давления на входе в компрессор всасывание должно проходить при давлении, которое ниже давления испарения (отрезок C1-L). Кроме того, из-за потерь давления на выходе компрессору приходится сжимать пар хладагента до давления, которое выше давления конденсации (M-D1). Таким образом, работа сжатия увеличивается. Такая компенсация потерь давления в реальной холодильной машине снижает эффективность цикла. Кроме потерь давления в трубопроводе, есть и другие отклонения от идеального цикла. Во-первых, реальное сжатие хладагента в компрессоре не может быть строго адиабатическим (без подвода и отвода тепла). Поэтому работа сжатия оказывается выше теоретически рассчитанной. Во-вторых, в компрессоре холодильной машины имеются механические потери энергии, что приводит к увеличению необходимой мощности электродвигателя.
КОНСТРУКЦИЯ КОНДИЦИОНЕРА
Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры используются чаще всего в машинах большой мощности. Принцип их работы показана на схеме. При движении поршня (3) вверх по цилиндру компрессора (4) хладагент сжимается. Поршень перемещается электродвигателем через коленчатый вал (6) и шатун (5). Под действием давления пара открываются и закрываются всасывающие и выпускные клапаны компрессора холодильной машины. На схеме 1 показана фаза всасывания хладагента в компрессор. Поршень начинает опускаться вниз от верхней точки, при этом в камере компрессора создается разрежение и открывается впускной клапан (12). Парообразный хладагент низкой температуры и низкого давления попадает в рабочее пространство компрессора. На схеме 2 показана фаза сжатия пара и его выхода из компрессора. Поршень поднимается вверх и сжимает пар. При этом открывается выпускной клапан компрессора (1) и пар под высоким давлением выходит из компрессора. Основные модификации поршневых компрессоров(отличаются конструкцией, типом двигателя и назначением): - герметичные компрессоры; - полугерметичные компрессоры; - открытые компрессоры.
Герметичные компрессоры: Используются в холодильных машинах небольшой мощности (1.5 - 35 кВт). Электродвигатель расположен внутри герметичного корпуса компрессора. Охлаждение электродвигателя производится самими всасываемым хладагентом. Полугерметичные компрессоры: Используются в холодильных машинах средней мощности (30 - 300 кВт). В полугерметичных компрессорах электродвигатель и компрессор соединены напрямую и размещены в одном разборном контейнере. Преимущество этого типа компрессоров в том, что при повреждениях можно вынуть двигатель, чтобы ремонтировать клапаны, поршень и др. части компрессора. Охлаждение электродвигателя производится самими всасываемым хладагентом. Открытые компрессоры: Имеют внешний электродвигатель, выведенный за пределы корпуса, и соединенный с компрессором напрямую или через трансмиссию. Мощность многих холодильных установок может плавно регулироваться с помощью инверторов - специальных устройств, изменяющих скорость вращения компрессора. В полугерметичных компрессорах возможен и другой способ регулировки мощности - перепуском пара с выхода на вход либо закрытием част всасывающих клапанов. Основные недостатки поршневых компрессоров: - пульсации давления паров хладагента на выходе, приводящие к высокому уровню шума. - большие нагрузки при пуске, требующие большого запаса мощности и приводящие к износу компрессора.
Теплообменник
Кондиционер содержит в себе внешний и внутренний теплообменники. Их функция - осуществлять теплообмен между хладагентом и воздухом окружающей среды. Во время охлаждения внутренний теплообменник называется испарителем, а внешний конденсатором. Во время нагрева - наоборот. Испаритель - поглощает тепло из помещения и понижает его температуру. Конденсатор - заставляет хладагент выделять тепло в окружающую среду и конденсирует хладагент в жидкость. Теплообменник состоит из теплообменных пластин и медных трубок. Пластины на медных трубках усиливают эффект теплообмена. Движимый вентилятором воздух проходит через поверхность теплообменника, который заставляет хладагент выделять тепло в окружающую среду. Основные неполадки во время работы теплообменника связаны с тем, что пыль забивает теплообменные каналы, это серьезно влияет на работу теплообменника. Здесь важно регулярно прочищать теплообменник вручную или, используя пылесос или сжатый воздух.
Терморегулирующий вентиль
Для того чтобы жидкий хладагент мог испаряться, необходимо снизить его давление. Для этого на выходном отверстии конденсатора устанавливается препятствие, ограничивающее объем проходящего через него фреона. Как правило для этого используется длинная тонкая трубка, называемая капиллярной трубкой. После прохождения жидкого хладагента через капиллярную трубку его давление падает и он попадает в испаритель.
Четырех ходовой клапан
Четырех ходовой реверсивный клапан предназначен для изменения направления движения хладагента. Во время работы в режиме " охлаждение" газ с высокой температурой и давлением поступает во внешний теплообменник через клапан. Во время работы в режиме " нагрев" клапан направляет газ с высокой температурой и давлением во внутренний теплообменник. Состоит из основного и распределительного клапанов.
ИНВЕРТОРНЫЕ КОНДИЦИОНЕРЫ Активное развитие рынка кондиционеров приводит к быстрому внедрению любых новшеств, особенно позволяющих сделать кондиционер более эффективным и экономичным. Особенно большие перспективы в этом направлении открылись с появлением сплит-систем инверторного типа. Их основное отличие от традиционных моделей заключается в возможности плавно регулировать число оборотов двигателя компрессора, а, следовательно, - мощность кондиционера. Что же это дает? В обычной (классической) сплит-системе двигатель компрессора имеет только два режима: включен и выключен (позиционная регулировка мощности). Поэтому традиционный кондиционер работает короткими импульсами: включается на полную мощность, доводит температуру до оптимальной и переходит в режим ожидания пока она снова не изменится в ту или другую сторону. Несколько иначе действует кондиционер с инверторным управлением, мощность которого может плавно регулироваться. После того, как температура в помещении достигла заданного на пульте значения такой кондиционер не выключается, а снижает обороты компрессора и поддерживает температуру на заданном уровне. Такая схема работы позволяет экономить электричество - от 23 до 30% в зависимости от марки кондиционера. Более того, некоторые современные модели при определенных режимах работы позволяют сберечь до 30% энергии!
При этом большую часть времени кондиционер работает на малой скорости вентилятора внутреннего блока, а, следовательно, уровень шума минимален. К тому же отсутствуют скачки звукового давления, происходящие из-за переключения скоростей вентилятора, особенно чувствительные при пуске. Также на уровень шума влияет отсутствие потрескивания теплообменника при постоянных включениях-выключениях компрессора (т.е. при остывании-нагревании). Отсутствие частых включений на полную мощность уменьшает и риск простуды, ведь большую часть времени воздушный поток минимален. Ко всему прочему при равномерной постоянной работе главный узел кондиционера - компрессор служит дольше. По интенсивности износа каждый пуск стоит как минимум получаса непрерывной нагрузки, а потому инверторный кондиционер служит дольше. Неудивительно, что бережливые японцы проявили к этим сплит-системам самый живой интерес, ведь местные цены на электричество - повод для харакири. Если в 1986 году доля инверторов не превышала 25% от общего числа продаваемых в Японии кондиционеров, то уже в 1998 году они составляли основу рынка. По сведениям Министерства Международной Торговли и Индустрии (MITI) из 7, 2 млн. бытовых кондиционеров, проданных в Японии 5, 7 миллиона или 80% пришлось на инверторные системы. По прогнозам специалистов их доля будет увеличиваться и дальше, прежде всего за счет активного внедрения подобных технологий на мощных полупромышленных моделях. К тому же в Японии ценовая разница между традиционной и инверторной моделью сократилась до минимума и сегодня не превышает $100. Правда, в остальном мире к экономии электроэнергии относятся не столь трепетно, а потому до самого последнего времени инвертора находили спрос в основном у себя на родине. Положение стало меняться к середине 90-ых годов, когда спрос на эту технику стал ощущаться в других промышленно развитых странах, прежде всего в Европе, в Южной Корее, в Австралии. Предлагается подобное оборудование и у нас. Впервые поставки бытовых инверторных кондиционеров на российский рынок начались еще 1994 году благодаря компании Fujitsu General, однако, это событие прошло почти незамеченным. Год спустя активную пропаганду этой техники в нашей стране развернула компания Sharp. Еще через два года, в 1997 году в России появились инверторные сплит и мультисплит-системы Hitachi и Mitsubishi Electric, и, наконец, подобную технику предложили сразу четыре компании: Daikin, Airwell, CHOFU и Panasonic, анонсировали инверторные модели Mitsubishi Heavy и Sanyo. Таким образом, предложение инверторных сплит и мультисплит-систем приобрело массовый характер, правда их реальная доля в общем объеме продаж пока не превышает 20 %. А это однозначно говорит о том, что устойчивый спрос на эту технику появился и за пределами Японии, а, следовательно, ее более широкое распространение - вопрос времени.
Итак, подытожив можно выделить следующие плюсы инверторных кондиционеров: - плавная микро-регулировка приводит к стабильности комнатной температуры без ее неприятных резких колебаний (т.е. нет риска простудиться); - снижение на 25…30% энергопотребления, т.к. кондиционер основное время работает на экономичном режиме; - работа на постоянном токе; - большая долговечность компрессора за счет отсутствия его постоянных включений-выключений; - работа при больших отрицательных температурах (до – 15оС); - более тихая работа внутренних и внешних блоков; - быстрое достижение заданной температуры; - более высокий коэффециент термической эффективности; - эффективная работа при падении напряжения в сети; - концентрация ноу-хау в инверторной гамме кондиционеров; - отсутствие скачков напряжения в сети при постоянных включениях-выключениях компрессора; - меньше шансов сгорания обмотки привода компрессора.
ТИПЫ КОНДИЦИОНЕРОВ
Оконный кондиционер Оконным называют моноблочный кондиционер, который устанавливается в оконном проеме или тонкой стене. По сравнению со сплит-системой, оконный кондиционер больше шумит и уменьшает площадь остекления, поскольку жестко привязан к оконному проему. Однако благодаря относительной дешевизне, простоте монтажа, меньшему количеству фреона в системе " оконники" по-прежнему пользуются спросом, особенно в регионах. Для монтажа оконного кондиционера не требуется специальных навыков и инструментов, а потому установить его может даже начинающий столяр. Главное - избежать перекоса и не оставлять щелей между корпусом кондиционера и оконной рамой. К тому же оконные кондиционеры имеют еще одно преимущество - большинство из них способно осуществлять частичную вытяжку пропускаемого через аппарат воздуха (5-10%). В этом случае приток свежего воздуха в помещение происходит через неплотности в дверях и окнах. Однако, приобретая оконный кондиционер, надо помнить следующее:
- Его нельзя загораживать плотными шторами или жалюзи. В этом случае кондиционер будет создавать комфорт не в помещении, а в пространстве между окном и шторами. Выбирая оконный кондиционер, необходимо удостовериться, что его ширина меньше ширины окна. - Если в доме или офисе установлены витражи или стеклопакеты в рамах из ПВХ или алюминия, монтаж оконного кондиционера может стать " золотым". К тому же в этом случае кондиционер не сможет работать " на вытяжку".
Устанавливая оконный кондиционер, нужно помнить, что на расстоянии полтора-два метра от него в направлении выброса холодного (нагретого) воздуха лучше не садиться. На тепло оконные кондиционеры работают в режиме теплового насоса, а также существуют модели с тэновым нагревом. Существуют также модели с ИК пультом дистанционного управления.
Плюсы оконных кондиционеров: - низкая цена; - простота монтажа; - частичная вытяжка воздуха из помещения (5-10%).
Минусы оконных кондиционеров: - высокий уровень шума; - мостик холода в зимний период; - загораживание части оконного проема; - неудобство управления; - недостаточная точность поддержания температуры.
Мобильные кондиционеры
Мобильные кондиционеры можно разделить на две группы. Во-первых, это мобильные моноблоки, связанные с улицей гибким гофрированным шлангом. Обычно его выводят в форточку, приоткрытое окно или дверь. Через эту же щель в помещение попадает нагретый воздух с улицы, потому некоторые владельцы делают специальные заглушки в оконных рамах. Дренаж в мобильных кондиционерах отводится либо в конденсатосборник, либо попадает на теплообменник конденсатора и распыляется на улицу через гофрированный теплоотводящий шланг. На тепло мобильные сплит-системы работают в режиме теплового насоса, как и обычные сплиты, а мобильные моноблоки имеют тэновый нагрев.
Плюсы мобильного кондиционера: - возможность перемещения в разные помещения; - не нужен профессиональный монтаж.
Минусы мобильного кондиционера: - довольно высокая цена; - высокий уровень шума; - бесполезность зимой; - необходимость открытия окон. Кондиционеры сплит-системы
Сплит-система (от английского “Split” – раздельный) – это кондиционер, состоящий из внешнего (компрессорно-конденсаторного) и внутреннего (испарительного) блоков. Внешний блок обычно монтируется на фасаде зданий, внутренний – в зависимости от исполнения, на стене, на полу, на потолке или за декоративным потолком. Соединяются эти блоки двумя тонкими медными трубками в теплоизоляции. Трубки проводятся внутри стен, в подвесных потолках, за панелями и т.д. или закрываются декоративными пластиковыми коробами. Принципиально сплит-системы были созданы для того, чтобы вынести основные источники шума (компрессор, четырехходовой вентиль, капиллярная трубка) за пределы помещения. Уровень шума у самых «продвинутых» моделей достигает 22…26 dB, дальнейшее уменьшение шума возможно только при установке на фреоновой магистраль шумоглушителей.
3.1.Сплит-системы настенного типа (10 –100 м2)
Сплит-системы настенного типа – наиболее широко распространенные кондиционеры на Российском рынке. Область применения данного типа кондиционеров это, прежде всего квартиры, загородные дома, офисы, мини-магазины и.т.д. Рассмотрим более подробно конструкцию сплит-систем настенного типа. Компрессор закрыт звукоизоляцией (4). Обдув конденсатора производится вентилятором (5) через жалюзи кожуха (6) и выходную решетку (7). Соединение с трубками холодильного контура осуществляется двух ходовым клапаном (8) и трех ходовым клапаном (9). Отвод дренажа из внешнего блока при работе в режиме обогрева производится самотеком из поддона (10) через сливной патрубок (11). Внешний блок устанавливается на специальной монтажной раме, прикрепляемой к стене здания (на рисунке не показаны). Во внутреннем блоке расположен теплообменник-испаритель (12). Обдув теплообменника производится вентилятором тангенциального типа (13). Воздух из помещения забирается через решетку (14) и входной фильтр (15). Через направляющие жалюзи (16) и створки (17) обработанный воздух подается в помещение. Датчиками температуры (20) замеряется температура воздуха на входе в кондиционер и температура теплообменника-испарителя. Плата управления (21) с микропроцессором управляет работой всего кондиционера. Такие вентиляторы хорошо вписываются в конструкцию блока и позволяют получить широкую струю выходящего воздуха с малым уровнем шума. Дренажная система — при работе кондиционера может происходить конденсация влаги из воздуха, проходящего через испаритель. Для сбора конденсата, образующегося при прохождении воздушного потока через испаритель, имеется специальный поддон, откуда влага самотеком выводится на улицу либо отводится в канализацию или дополнительную емкость. В некоторых случаях для отвода конденсата используется дренажный насос, который позволяет забрать конденсат из поддона внутреннего блока, поднять его на необходимую высоту и далее самотеком направить в канализацию. Система управления — выполнена на базе микропроцессора, так как широкий диапазон различных режимов работы кондиционера, обилие выполняемых функций, дистанционное управление, самодиагностика требуют применения сложных алгоритмов управления.
Плюсы сплит-систем: - бесшумность; - красивый дизайн; - полный пакет функций; - возможность установки практически в любом месте помещения.
Минусы сплит-систем: - необходимость профессионального монтажа; - высокая цена; - отсутствие притока свежего воздуха. Мульти сплит-системы В ряде случаев количество внешних блоков можно сократить, используя мультисплит-системы, в которых на один внешний блок можно разместить до четырех внутренних. Сложность монтажа, при этом, несколько возрастает, поскольку большая протяженность соединительных трубопроводов создает определенные неудобства при их прокладке. - здание представляет собой памятник архитектуры; - архитектурой дома предусматривается навеска внешних блоков ограниченного количества и в определенном месте; - личные мотивы (нежелание хозяина «светиться»).
Плюсы мульти сплит-смстем: - один внешний блок.
Минусы мульти сплит-смстем: - сложность монтажа; - более высокая цена; - невозможность одновременной работы на тепло и на холод разных внутренних блоков; - меньшая надежность (один компрессор и один управляющий блок на несколько внутренников.
3.3.Канальные сплит-системы (50 – 300 м2) Канальные кондиционеры - предназначены, как правило, для кондиционирования нескольких помещений одновременно. Канальный кондиционер, прежде всего, рассчитан на работу в режиме рециркуляции, и в таком качестве он более близок к кондиционерам сплит-систем. Основное отличие заключается в том, что внутренние блоки канальных кондиционеров устанавливаются за подвесным потолком, в гардеробных и т.д., а воздух забирается и раздается воздуховодами по кондиционируемым помещениям. Внутренний блок канального кондиционера имеет более простую конструкцию, так как к нему не предъявляется требований дизайна в отличие от кондиционеров сплит-систем. Воздух забирается из помещения через заборную решетку, проходит внутренний блок и системой воздуховодов снова подается в помещения через распределительные решетки. Блок имеет более мощный вентилятор, позволяющий преодолеть сопротивление распределительных воздуховодов и решеток. Канальный кондиционер, также как и обычный кондиционер сплит-системы, состоит из двух блоков - компрессорно-конденсаторного (наружного блока) и испарительного (внутреннего блока). Канальный кондиционер рассчитан в основном на работу только на рециркуляцию и не всегда может подавать в помещение свежий воздух. Это вызвано тем, что температура подаваемого в рабочую зону воздуха согласно требованиям СНиПа не должна быть ниже 14-16°С. Поэтому при меньших температурах наружного воздуха необходимо обязательно подогревать забираемый с улицы воздух, даже при работе системы в режиме охлаждения. Подогрев свежего воздуха в прохладное время года может обеспечиваться применением моделей кондиционеров с тепловым насосом. Однако в холодное время года при температуре наружного воздуха ниже минус 10-15 °С теплопроизводительности кондиционера становится недостаточно. Для обеспечения круглогодичной подачи свежего воздуха в дополнение к канальному кондиционеру необходимо устанавливать специальные электрические или водяные нагреватели, обеспечивающие необходимый подогрев подаваемого воздуха в прохладное время года, или применять отдельные приточные вентиляционные установки со встроенными нагревателями. Дополнительные электронагреватели или приточные установки должны иметь свою систему автоматики. Поэтому в случае необходимости круглогодичного использования канального кондиционера с подачей свежего воздуха необходимо разрабатывать индивидуальную систему управления нагревателем или ставить дополнительный пульт управления приточной установкой. В обоих случаях это приводит к усложнению и удорожанию проекта и дополнительным неудобствам пользователя, вынужденного " работать" двумя пультами. В отличие от обычных сплит-систем, не подающих свежий воздух в помещение, сплит-системы с приточной вентиляцией - это высокоэффективная система кондиционирования и вентиляции. Вы круглый год поддерживаете в своих комнатах желаемую температуру и поступление очищенного свежего воздуха в соответствии с санитарными нормами. При этом дизайн интерьера не нарушается, потому что все оборудование монтируется за подвесным потолком. В интерьере остаются лишь изящные декоративные решетки для подачи воздуха.
Крышные кондиционеры
Обычно крышные кондиционеры применяются в конференц-залах, супермаркетах, спортивных сооружениях, промышленных цехах. Основные характеристики крышных кондиционеров: - простота монтажа и установки; - компактность; - высокая надежность и экономичность. Однако у крышных кондиционеров есть свои недостатки. Как и все моноблоки, он достаточно шумен. К тому же максимальная протяженность воздуховодов, при которой он справится со своей работой, ограничена. Нельзя использовать ROOF-TOP для кондиционирования многоэтажного дома.
Центральный кондиционер
Центральный кондиционер – это приточная вентиляционная установка, которая снабжена двумя теплообменниками. Обычно, в один теплообменник подается теплоноситель от чиллера, а во второй – горячая вода из системы центрального отопления (для подогрева приточного воздуха в зимний период). Центральный кондиционер осуществляет забор, очистку, а также увлажнение или осушение свежего воздуха. Здесь же он получает предварительное охлаждение или нагрев, а затем совершает путь по системе воздуховодов, в итоге попадая во все кондиционируемые комнаты Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-04; Просмотров: 1782; Нарушение авторского права страницы