1.3 Обладнання для кондиціювання повітря побутових приміщень
Сучасні системи кондиціонування можуть бути класифіковані за такими ознаками:
- за основним призначенням (об'єкту застосування): комфортні і технологічні ;
- за принципом розташування кондиціонера по відношенню до обслуговуваного приміщення: центральні та місцеві;
- по наявності власного (що входить в конструкцію кондиціонера) джерела тепла та холоду: автономні і неавтономні;
- за принципом дії: прямоточні, рециркуляційні та комбіновані;
- за способом регулювання вихідних параметрів кондиціонованого повітря: з якісним (однотрубних) і кількісним (двотрубні) регулюванням;
- за ступенем забезпечення метеорологічних умов в обслуговуваному приміщенні: першого, другого і третього класу;
- за кількістю обслуговуваних приміщень (локальних зон): однозональние і многозональние;
- по тиску, розвивається вентиляторами кондиціонерів: низького, середнього та високого тиску. Крім наведених класифікацій, існують різноманітні системи кондиціонування, обслуговуючі спеціальні технологічні процеси, включаючи системи з змінюються в часі (за певною програмою) метеорологічними параметрами.
Внутрішній блок спліт-системи настінного типу багатозональна центральні ВКВзастосовують для обслуговування великих приміщень, в яких обладнання розміщено нерівномірно, а також для обслуговування ряду порівняно невеликих приміщень. Такі системи більш економічні, ніж окремі системи для кожної зони або кожного приміщення. Однак з їх допомогою не може бути досягнута така ж ступінь точності підтримки одного або двох заданих параметрів (вологості і температури), як автономними ВКВ (кондиціонерами спліт-систем і т. п.). ВКВ з кількісним регулюваннямподають в одне або кілька приміщень холодний і підігрітий повітря по двох паралельних каналах. Температура в кожному приміщенні регулюється кімнатним терморегулятором, впливає на місцеві змішувачі (повітряні клапани), які змінюють співвідношення витрат холодного і підігрітого повітря в подаваної смесі.Двухканальние системи використовуються дуже рідко через складність регулювання, хоча і володіють деякими перевагами, зокрема, відсутністю в обслуговуваних приміщеннях теплообмінників, трубопроводів тепло-холодоносія; можливістю спільної роботи з системою опалення, що особливо важливо для існуючих будівель, системи опалення яких при влаштуванні двохканальних систем можуть бути збережені. Недоліком таких систем є підвищені витрати на теплову ізоляцію паралельних повітроводів, підводяться до кожного обслуговуваного приміщення. Двоканальні системи так само як і одноканальні, можуть бути прямоточними і рециркуляційних. Кондиціонування повітря, згідно СНіП 2.04. 05-91 *, за ступенем забезпечення метеорологічних умов підрозділяються на три класи: Перший клас - забезпечує необхідні для технологічного процесу параметри відповідно до нормативних документів. Другий клас - забезпечує оптимальні санітарно-гігієнічні норми або необхідні технологічні норми. Третій клас - забезпечує допустимі норми, якщо вони не можуть бути забезпечені вентиляцією в теплий період року без застосування штучного охолодження повітря. По тиску, створюваному вентиляторами центральних кондиціонерів, ВКВ підрозділяються на системи низького тиску (до 100 кг/м2 ), середнього тиску (від 100 до 300 кг/м2) і високого тиску (вище 300 кг/м2).
Типи кондиціонерів:
- Спліт-системи (настінні, підлого -стельові, колонного типу, касетного типу, многозоональние із змінним витратою хладагента);
- Підлогові кондиціонери і кондиціонери спліт-системи з припливною вентиляцією;
- Системи з чилери і фанкойлами;
- Дахові кондиціонери;
- шафові кондиціонери;
- Прецизійні кондиціонери;
- Центральні кондиціонери.
1.3 Огляд та аналіз конструкції обладнання для кондиціювання в побутових приміщеннях, технічні характеристики.
Мульти спліт-системи
Це також спліт-системи, у яких з одним зовнішнім блоком працює більше одного внутрішнього. Чомусь багато хто вважає, що таким чином можна вигадати в ціні мало не вдвічі: адже зовнішній блок-то один. На жаль, все не так просто. Хоч він і один, але його потужності повинно вистачити на всі внутрішні блоки. Тому вартість мультиспліт-системи рідко буває нижче, ніж в аналогічної за потужністю та кількістю внутрішніх блоків комбінації моноспліт-систем. Ну а мульти спліт-система з 3-7 внутрішніми блоками майже завжди дорожче комбінації 3-7 окремо взятих кондиціонерів. Проте, головне достоїнство мульти спліт-систем таки не ціна. Їх використання дозволяє зменшити кількість зовнішніх блоків (для яких ще треба знайти місце). Адже прикрашати периметр своєї квартири незграбними ящиками до душі далеко не всім. Негарно, та й служить прекрасною наводкою для квартирних злодіїв - прості громадяни по п'ять кондиціонерів не купують. У той же час один єдиний зовнішній блок можна легко замаскувати на балконі, так що його взагалі не буде видно з вулиці.
Сьогодні найбільш популярні мульти спліт-системи «конструктори» вільного компонування. У таких кондиціонерах з одним зовнішнім блоком може працювати кілька десятків комбінацій внутрішніх. Причому вони можуть бути не тільки настінного типу, а й касетними, канальними, напольно-стельовими. Це дозволяє підібрати комбінацію внутрішніх блоків, ідеально відповідну саме вашому житлу.
За наявності в спліт-системі декількох внутрішніх блоків конфігурація контура, природно, ускладнюється (рис. 1.3). У цьому випадку система, як правило, має два незалежних компресора, кожен з яких забезпечує циркуляцію хладагента в одному з внутрішніх блоків. При цьому використовується загальний теплообмінник зовнішнього блоку.
Кондиціонер, що працює в режимі обігріву приміщення, називають тепловим насосом. Це означає, що нагрівання повітря в приміщенні відбувається за рахунок тепла, що забирається у зовнішнього повітря (відбувається перекачування тепла з вулиці в приміщення). Однак чим нижче опускається температура на вулиці, тим важче відбирати тепло від зовнішнього повітря. Іншими словами, потужність обігріву падає у міру пониження температури на вулиці. Ось чому не рекомендується використовувати кондиціонер на обігрів при зовнішній температурі нижче -5 ° С: споживана потужність при цьому зростає, потужність охолодження падає, збільшується знос компресора.
У побуті, а іноді і в технічній літературі можна зустрітися з некоректним твердженням, що коефіцієнт корисної дії (ККД) кондиціонера, що працює в режимі теплового насоса, перевищує 100%.
Насправді в даному випадку потрібно говорити не про ККД, а про коефіцієнт ефективності теплового насоса.
Якщо середовище 1 має температуру Тт (будемо називати її «гаряча середовище»), а середовище 0 («холодна середовище») має температуру Т0 (Т,> Т0), то в прямому теплосиловому циклі перетворення високотемпературного тепла в роботу і невідворотно відбувається перехід частини тепла на більш низький температурний рівень Т0 (у нагрівача, що має температуру Т,, відбирається теплота Від, а холодильника, що має температуру Т0, віддається теплота Оо). Відповідно до закону збереження енергії
Q
= L
+ 0
(1.4)
а ККД до прямого теплосилового циклу дорівнює
K=
(1.5)
У
циклі теплового насоса низькотемпературна
теплота
перетворюється на високотемпературну
теплоту Від за рахунок чиненої насосом
роботи!Закон збереження енергії при
цьому дотримується, а коефіцієнт
ефективності f такого циклу дорівнює.
Для теоретичного циклу без втрат енергії (циклу Карно)
F=
(1.6)
Чим ближче значення температур Т1 і Т0, тим вище коефіцієнт ефективності циклу теплового насоса. Тому, як зазначалося вище, з пониженням температури повітря на вулиці (Т0) ефективність працюючого на обігрів кондиціонера падає.
Практично досяжне значення коефіцієнта ефективності за втрат енергії виявляється порядку 0,55 ... 0,7 від теоретичного, який дає формула (1.5.4). Наприклад, кондиціонер в режимі обігріву (робота по циклу теплового насоса) потребпяет потужність 1,0 кВт, виробляючи 3,6 кВт тепла. Тоді його коефіцієнт ефективності дорівнює 3,6: 1,0 = 3,6, тобто кількість переданого Тепла в 3,6 рази перевищує витрачену механічну роботу.
Віконний кондиціонер (рис. 1.4) - моноблочний кондиціонер, який монтується у віконний отвір або тонку стіну. Потужність віконного кондиціонера лежить в інтервалі 1.5 ... 6 кВт. Переваги - низька ціна ,нескладний монтаж, простота обслуговування і ремонту. Недоліки - більш високий рівень шуму в порівнянні з спліт-системами, відсутність можливості вибору місця встановлення, захаращення простору вікна і погіршення освітленості приміщення. У всьому світі, крім США, віконні кондиціонери поступово поступаються місцем спліт-системам.
Рисунок 1.3 - Мульти спліт система
а) зовнішній вигляд, б) компонувальна схема: 1 - теплообмінник-конденсатор, 2 - крильчатка осьового вентилятора, 3 - електродвигун з двоконсольні валом, 4 - перегородка, 5 - регульована заслінка для надходження зовнішнього повітря, 6 - крильчатка тангенціального вентилятора , 7-теплообмінник-випарник, 8-пульт управління, 9 - капілярна трубка, 10-компресор
Рисунок 1.4 - Віконний кондиціонер.
Компресор
У побутових і напівпромислових кондиціонерах в даний час використовуються три основних типи компресорів - ротаційний, спіральний і поршневий, причому на частку ротаційних компресорів припадає близько 90%. Так, з 23 млн. компресорів, проданих по всьому світу в 1995 р. для застосування в кліматичних системах, більше 20 млн. були ротаційного типу. У кліматичних системах великої потужності (від 160 до 3500 кВт) застосовуються гвинтові компресори, розгляд яких виходить за рамки цієї книги.
Ротаційні компресори (рис. 1.5) здійснюють всмоктування і стиснення газу за допомогою обертового на валу ротора. За рахунок обертового руху робочих органів у компресорах цього типу (також як в спіральних і гвинтових) істотно знижені пульсації тиску і пускові струми.
Ротаційні компресори виробляються в двох варіантах: зі стаціонарними і обертовими пластинами. Робочий цикл компресора зі стаціонарною пластиною зображений на рис. 1.9. Ротор ексцентрично закріплений на валу компресора. При обертанні валу ексцентрик обкатується по внутрішній поверхні циліндрів, стискаючи перед собою чергову порцію холодоагенту. Пластина поділяє області високого та низького тиску.
1.електродвигун, 2.вал, 3. циліндр 1. лопасть, 2. отвір
всмоктування 3. циліндр, 4. вал,
5. Випускний клпан.
6. випускний отвір
Рисунок 1.5 - Пристрій ротаційного компресора
вал, 2. верхній циліндр, 3. перепускна трубка, 4. керуючий клапан,
5. нижній циліндр, 6. отвір всмоктування, 7. плстина, 8. отвір всмоктування, 9. плстина, 10. випускний отвір.
Рисунок 1.6 - Ротаційний компремор з двома роторами
а - робочий об'єм циліндра заповнений холодоагентом, б - початок
стиснення холодоагенту (зліва від ротора) і всмоктування нової його
порції (праворуч), в - про-довження стиснення і всмоктування,
г - завершення стиснення і заповнення робочого об'єму циліндра
новою порцією холодоагенту. 1 - пластина, 2 - пружина, 3 - отвір всмоктування, 4 - ротор, 5 - робочий об'єм циліндра, 6 - випускний
клапан
Рисунок 1.7 - Робочий цикл ротаційного компресора зі стаціонарними пластинами
Рисунок 1.8 - Протифазне розташуванням ротора на валу двухроторного компресора.
Ряд фірм-виробників (Panasonic, Sanyo і ін) застосовують у своїх мультиспліт-системах ротаційні компресори з двома роторами (рис. 1.6). На валу компресора ексцентрично обертаються два ротори, кожен з яких здійснює стиснення холодоагенту у своєму циліндрі. Ексцентрики розташовані на валу протифазно (рис. 1.8), завдяки чому зменшується сумарна вібрація при їх спільній роботі. Циліндри двухроторного компресора з'єднані між собою перепускний трубкою (байпасом) з керуючим клапаном, що дозволяє ефективно регулювати продуктивність при використанні компресорів даного типу в мультиспліт-системах.
У кліматичних системах малої і середньої потужності (від 5 до 40 Вт) використовуються також спіральні компресори (компресори Scroll). Компресор (рис. 1.9) складається з двох сталевих спіралей, що розширюються від центру до периферії циліндра і вставлених одна в іншу. Одна з спіралей закріплена нерухомо, навколо неї обертається рухлива спіраль. Профіль спіралей утворений евольвентної кривої. Рухлива спіраль встановлена на ексцентрики і при обертанні її зовнішня поверхня як би котиться по внутрішній поверхні нерухомої спіралі. Завдяки цьому точка контакту спіралей поступово переміщується від периферії до центру, стискаючи перед собою пари холодоагенту і витісняючи їх у центральний отвір у верхній кришці циліндра. Так як точок контакту декілька (вони розташовані на кожному витку рухомий спіралі, то відбувається плавніше
1.випускний отвір, 2.електродвигун, 3. вал, 4. обертова спіраль,
5. нерухома спіраль, 6. нерухома спіраль, 7. камера стиснення,
8. випускний отвір, 9. обертова спіраль
Рисунок 1.9 - Спіральний компресор (компресор Scroll)
стиск парів, зменшується навантаження на електродвигун, особливо в момент пуску.
На рис. 1.10 показана, наприклад, конструкція трисекційного (triple-bend) теплообмінника, застосовуваного у внутрішніх блоках сппіт-систем Panasonic.
Поруч фірм розроблені спеціапьние антикорозійні покриття поверхні темлообмінників (Blue Fin в кондиціонерах Panasonic. Gold Fin в кондиціонерах LG), завдяки нанесенню яких збільшується термін служби цього елемента конструкції, особливо в районах з морським кліматом.
Рисунок 1.10 - Трисекційний (triple-bend) теплообмінник
Регулятор потоку холодоагенту
Регулятор потоку Спуж для дозованої подачі рідкого холодоагенту з області високого тиску (від конденсатора) в область низького тиску (до іспарітепю).
Найпростішим регупятором потоку служить згорнута в спірапь тонка дпінная трубка (ка-піплярная трубка), діаметром 0,6 ... 2,25 мм (рис. 1.11), завдки низькій вартості, надійності і простоті конструкції капілярні трубки широко застосовуються в сппіт-системах мапою потужності.
зона низького тиску, 2. зона високого тиску, 3. потік холодоагену
Рисунок 1.11. - Капілярна трубка
Недоліком цього простого пристрою є та обставина, що витрата холодоагенту через трубку залежить тільки від перепаду тиску на ній і не піддається регулюванню при зміні умов роботи кондиціонера. Наприклад, при зниженні тиску конденсації через зниження температури зовнішнього повітря заповнення випарника холодоагентом виявиться недостатнім, внаслідок чого впаде холодопродуктивність кондиціонера.
У більш потужних установках застосовується терморегулюючий вентиль (ТРВ), регулюючий подачу холодоагенту у випарник таким чином, щоб підтримувати заданий тиск випаровування і перегрів в випарнику при зміні умов роботи кліматичної системи.
На рис. 1.12 показаний ТРВ із внутрішнім уравниванием, застосовуваний в кліматичних системах малої і середньої потужності.
Витрата холодоагенту через ТРВ визначається прохідним перетином регулюючого клапана. На регулюючу мембрану 4 впливає зусилля пружини 2 і тиск за клапаном
1 - ТРВ, 2 - пружина, 3 - регулювальний гвинт, 4 - мембрана, 5 - випарник, 6 – термобаллон
Рисунок 1.12. - Терморегулірующий вентиль (ТРВ) з внутрішнім зрівнюванням.
(тиск випаровування), спрямоване на закриття прохідного перетину ТРВ, над мембраною 4 Термобалон 6 створюється тиск, спрямований на відкриття прохідного перерізу ТРВ.
Термобалон кріпиться до трубопроводу на виході випарника, тому тиск в балоні і, отже, над мембраною, визначається температурою на виході випарника (або перегрівом у випарнику).
При збільшенні температури зовнішнього повітря холодоагент починає кипіти більш інтенсивно. Перегрів холодоагенту збільшується, і, відповідно, зростає температура термобаллона. Збільшений тиск в балоні впливає на мембрану і відкриває прохідний перетин ТРВ, збільшуючи подачу холодоагенту у випарник і відновлюючи стан рівноваги.
При зменшенні температури зовнішнього повітря процес йде у зворотний бік: ТРВ прикривається і зменшує подачу холодоагенту у випарник.
За допомогою регулювального гвинта можна змінювати налаштування ТРВ.
Однак при зміні гідравлічного опору випарника внаслідок змін умов роботи кліматичної системи ТРВ із внутрішнім зрівнюванням не дозволяє точно підтримувати постійний тиск випаровування на виході. У кліматичних системах середньої і великої потужності застосовують ТРВ із зовнішнім вирівнюванням (рис. 1.13), в якому тиск заміряється нема за клапаном, а на виході з випарника за допомогою додаткової керуючої трубки. Завдяки такому підключенню, ТРВ забезпечує стабільне підтримку тиску випаровування і перегріву при змінному гідравлічному опорі у випарнику.
1 - ТРВ, 2 - пружина, 3 - регулювальний гвинт, 4 - мембрана, 5 - випарник, 6 - термобаллон, 7 - керуюча трубка
Рисунок 1.13. - Терморегулюючий вентиль із зовнішнім зрівнюванням.
Зворотній клапан
Зворотній клапан (рис. 1.14.) дозволяє хладагенту текти тільки в одному напрямку. При виникненні поворотного потоку холодоагенту шток клапана перекриває його прохідний перетин.
1.шток, 2. напрямок потоку холодоагенту
Рисунок 1.14. - Зворотній клапан
Ресивер
Ресивер або елімінатор рідини (рис. 1.15) встановлюють перед компресором, щоб виключити потрапляння рідкого холодоагенту в компресор при зміні режиму роботи кондиціонера з охолодження на обігрів і назад. У англомовній технічній документації він позначається «accumulator» і іноді перекладається на російську мову також як «акумулятор», хоча цей термін має усталений електротехнічний зміст.
холодоагент, 2. роздільна пластина, 3. до компресора.
Рисунок 1.15. - Ресивер (елімінатор рідини)
Накопичувач холодоагенту
Зміни обсягу холодоагенту в контурі кліматичної системи, викликані процесами конденсації і випаровування, можуть призвести до зменшення продуктивності кондиціонера. Для компенсації цих змін в резервуарі накопичувача (рис. 1.16) є деяка додаткова кількість холодоагенту.
всмоктування холодоагенту, 2. випуск жидкого холодоагенту
Рисунок 1.16. - Накопичувач холодоагенту
Фільтр-осушувач
Вода погано розчиняється у хладагентах кліматичних систем, а присутність вільної вологи може викликати корозію металевих частин, пробій електричної ізоляції електричних компонентів, погіршення мастила і інші відхилення від нормальної роботи кондиціонера. Для осушення контуру циркуляції холодоагенту застосовуються фільтри-осушувачі (рис. 1.17), подібні тим, що використовуються в холодильних системах. Фільтр-осушувач може бути заповнений насипним адсорбентом вологи, або мати внутрішню касету, містить адсорбент.
металева сітка, 2. адсорбент, 3. холодоагент
Рисунок 1.17. - Фільтр-осушувач
Сітковий фільтр
Попадання пилу, металевої стружки чи інших забруднень в контур циркуляції холодоагенту може призвести до засмічення капілярної трубки, клапанів і інших елементів конструкції кондиціонера. Для вловлювання цих забруднень застосовуються фільтри з тонкої металевої сітки (рис. 1.18).
холодоагент, 2. металева сітка, 3. до капілярної трубки
Рисунок 1.18. - Сітковий фільтр
Глушник
Глушник служить для зменшення шуму, пов'язаного з пульсаціями що виходить з компресора холодоагенту. Традиційний глушник являє собою порожню циліндричну ємність (рис. 1.19).
Рисунок 1.19 - Глушник
Технічні характеристики побутових кондиціонерів
Мінімальна холодопродуктивність кондиціонерів встановлюється, виходячи з потреби обслуговування не дуже великих кімнат площею від 15 до 20 м ³. Як правило, щоб досягти бажаного результату досить від 1,8 до 5,0 кВт морозильної потужності. Гранична холодопродуктивність, виходячи з дозволеної потужності, уживаної від домашньої розетки однофазної мережі, становить від 5,0 до 7,0 кВт. Теплопродуктивність кондиціонерів на 15-20% вище холодопродуктивність, тому що в режимі нагріву випарник грає роль конденсатора. Раніше було показано, що конденсатор виділяє тепла більше, ніж з'їдає випарник, ну а в кондиціонерах (теплових насосах) при зміні режиму роботи "нагрів-охолодження" конденсатор і випарник змінюються функціями. 3. Умови проведення тестувань Вимірювання даних кондиціонерів виконується згідно з інтернаціональними стереотипами (наприклад, ISO-T1), в яких обумовлені умови випробувань.
Зі зміною параметрів зовнішнього повітря і повітря в приміщенні дані мають всі шанси змінюватися. У наслідку цього додатково обумовлюються області дозволених діапазонів температури навколишнього середовища. Варто відзначити в довідниках Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. наводяться графіки дозволених умов експлуатації кондиціонерів, на яких вказується точка, при якій проводилися тестування .Зміни параметрів виходячи з температури навколишнього середовища для домашніх кондиціонерів вказуються на графіках або в таблицях. Кондиціонери в режимі обігріву можуть працювати при температурі до -10 ° С; при всьому цьому теплопродуктивність стане менше в 2 рази (коефіцієнт усунення 0,5) щодо номінального значення. Враховуючи, що морозильний коефіцієнт кондиціонера становить 2,2-2,5, падіння продуктивності в 2 рази зменшує холодильний коефіцієнт до значень найближчих до 1,0. Дане означає, що приймати на озброєння кондиціонер при температурах нижче -10 "З недоцільно. У даних умовах економічніше приймати на озброєння найбільш дешевий електрокалорифер, що має тепловий ККД найближчий до 1,0. У режимі охолодження дозволений діапазон температур навколишнього середовища становить від 15 до 35 (43) ° С. При всьому цьому коефіцієнт усунення змінюється від 0,9 до 1,25. 4. Напруга живлення, вживана потужність і струми У довідниках, крім номінального напруги живлення, вказуються його граничні значення. Для кондиціонерів з номинальною напругою 220 В допускається діапазон напруги живлення від 198 до 264 В. Досить важливими параметрами вважаються робочий і пусковиі струми. Пусковий струм електродвигунів кондиціонерів в 5-6 разів вище робочий струм.