Кондиционирование воздуха работает на основе принципов фазового преобразования, которое представляет собой преобразование материала из одного состояния (или фазы) вещества в другое, например, когда материал переходит из жидкости в газ. Когда происходит переход жидкости в газ, материал поглощает тепло. И наоборот, когда материал переходит из газа в жидкость, он выделяет тепло. Кондиционер — это, по сути, машина, которая принудительно преобразует фазы и использует полученные принципы теплопередачи для охлаждения зданий.
Кондиционеры состоят из множества компонентов, основными из которых являются жидкостный компрессор, конденсатор и змеевик испарителя. Мы выберем точку в цикле кондиционирования воздуха и опишем, как движение хладагента по системе работает для охлаждения здания. Поскольку компрессор является одним из наиболее важных элементов оборудования в системе кондиционирования воздуха, давайте начнем с него.
Цикл кондиционирования воздуха
Настенный, напольный, мульти сплит-системы - все системы кондиционирования воздуха используют специальный материал для прохождения процесса фазового преобразования. Этот материал называется хладагентом и содержится в трубках, которые проходят по всей системе кондиционирования воздуха. Хладагент втягивается в компрессор системы в виде теплого пара после выхода из змеевика испарителя.
Компрессор увеличивает плотность входящего пара хладагента, вызывая повышение его давления и температуры. Обычно это достигается с помощью центробежной системы, в которой ряд вращающихся лопастей быстро выталкивает пар наружу из камеры компрессора, после чего он выходит. Затем этот горячий пар под высоким давлением поступает в конденсатор кондиционера, где проходит через ряд змеевиков с прикрепленными к ним тонкими металлическими ребрами. Вентилятор обдувает ребра воздухом, и тепло передается от хладагента к ребрам и воздушному потоку, что очень похоже на метод, используемый радиатором для отвода тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри автомобильного двигателя. Воздух, проходящий через змеевики конденсатора, выбрасывается наружу здания и выбрасывается в атмосферу.
Это путешествие через конденсатор приводит к тому, что пар теряет значительное количество тепла, и впоследствии он переходит из газообразной фазы в высокотемпературную жидкость. Затем жидкий хладагент нагнетается через расширительный клапан, который представляет собой небольшое отверстие, из-за которого жидкость образует туман. Внезапное падение давления и расширение материала, когда жидкость превращается в туман, приводит к быстрому охлаждению жидкости, поскольку она отдает тепловую энергию. Этот холодный туман проходит через змеевик испарителя, который находится непосредственно в воздушном потоке циркуляционного вентилятора, вытягивающего воздух изнутри здания. Вентилятор проталкивает воздух через холодные змеевики, которые забирают тепло из воздуха, заставляя воздух охлаждаться. Передача тепла хладагенту заставляет его снова превращаться в теплый пар, и он поступает в компрессор, чтобы снова начать цикл.
Помимо охлаждения внутренних помещений, кондиционеры также обеспечивают осушение. Первоначальная цель изобретения кондиционера заключалась в том, чтобы удалить влажность из промышленных помещений, при этом охлаждение воздуха считалось вторичным эффектом. Удаление влаги при работе кондиционера происходит, когда относительно теплый воздух внутренних помещений здания проходит через холодные змеевики испарителя. Поскольку физика подсказывает, что теплый воздух может содержать больше воды, чем холодный воздух, охлаждение воздуха в здании при контакте со змеевиками испарителя приводит к выделению влаги, которая образуется в виде конденсата на змеевиках. Этот конденсат в конечном итоге стекает, собирается и сливается наружу здания или в канализацию. Снижение влажности в здании, как правило, повышает уровень комфорта жильцов. Сочетание удаления влаги и снижения температуры определяет «кондиционирование» воздуха.
Хладагенты
Хладагенты для кондиционирования воздуха обычно состоят из материалов, не вызывающих коррозию и способных легко переходить из газообразной в жидкую фазу при рабочих температурах системы кондиционирования воздуха. Обычно используемые хладагенты представляют собой двуокись углерода, аммиак и химические вещества, называемые углеводородами, при этом тип хладагента выбирается в зависимости от конкретного применения охлаждения.
В прошлом использовались хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), но производство ХФУ было прекращено в 1990-х годах, а производство ГХФУ будет прекращено к 2030 году из-за их способности разрушать озоновый слой.