Компрессионный кондиционер

1 — конденсатор 2 — терморегулирующий вентиль 3 — испаритель 4 — компрессор

Основными узлами любого местного автономного кондиционера компрессионного типа (как и любой холодильной установки) являются:

• компрессор — сжимает рабочую среду — хладагент (как правило, фреон) и поддерживает его движение по холодильному контуру;

• конденсатор — радиатор, расположенный во внешнем блоке. Название отражает процесс, происходящий при работе кондиционера — переход газа из газообразной фазы в жидкую (конденсация). Для высокой эффективности и длительной эксплуатации преимущественно изготавливается из меди и алюминия;

• испаритель — радиатор, расположенный во внутреннем блоке. В испарителе при резком снижении давления фреон переходит из жидкой фазы в газообразную (кипение). В основном изготавливается из меди и алюминия;

• терморегулирующий вентиль — трубопроводный дроссель, который понижает давление фреона перед испарителем;

• вентиляторы — создают поток воздуха, обдувающего испаритель и конденсатор. Используются для более интенсивного теплообмена с окружающим воздухом.

Испарительный кондиционер

Основными узлами кондиционера испарительного типа являются:

• Корпус и поддон, изготавливаемые из металла или прочной пластмассы, которая устойчива не только к водяной среде, суточным перепадам температуры, но и выдерживает минусовые температуры наружного воздуха;

• Испарительные фильтры, изготавливаемые из специальной целлюлозы и имеющие форму сот, что позволяет максимально увеличить площадь контакта воды с подаваемым воздухом. Степень насыщения фильтров водой может достигать более 90%;

• Электродвигатель и вентилятор влагозащищенного исполнения позволяющий изменять частоту вращения и тем самым регулировать количество подаваемого воздуха;

• Водяной насос и клапаны подачи и слива воды. Кондиционер испарительного типа оснащается водяным насосом, который постоянно насыщает фильтры водой. Забор воды осуществляется из поддона кондиционера, уровень которой поддерживается автоматически. Клапан слива воды предназначен для периодического слива воды из поддона для удаления всех отфильтрованных из воздуха частиц;

Типы кондиционеров:

1. Сплит-системы (настенные, напольно-потолочные, колонного типа, кассетного типа, многозоональные с изменяемым расходом хладагента);

2. Напольные кондиционеры и кондиционеры сплит-системы с приточной вентиляцией;

3. Системы с чилерами и фанкойлами;

4. Крышные кондиционеры;

5. Шкафные кондиционеры;

6. Прецизионные кондиционеры;

7. Центральные кондиционеры.

Виды:

Центральные кондиционеры — промышленные агрегаты, которые применяются для обработки воздуха в крупных коммерческих и административных зданиях, плавательных бассейнах, промышленных предприятиях и других. Центральный кондиционер является неавтономным, то есть для работы ему необходим внешний источник холода: вода от чиллера, фреон от внешнего компрессорно-конденсаторного блока или горячая вода от системы центрального отопления, бойлера. Основными целевыми функциями данных систем являются: комфортная вентиляция с рекуперацией тепла, нагревом и охлаждением; вентиляция и осушение в помещениях плавательных бассейнов; промышленная вентиляция с рекуперацией и без рекуперации тепла. Обработанный центральными кондиционерами воздух по сети воздуховодов распределяется по всему помещению.

Прецизионные кондиционеры. В основном такой кондиционер применяется в помещениях, требующих поддержания заданных параметров с высокой надёжностью и точностью, таких как медицинские учреждения, производственные помещения, лаборатории, посты управления, узлы связи, залы электронных вычислительных машин, диспетчерские пункты и другие помещения. Представляет собой моноблок, который содержит вентиляционный агрегат, фильтр, холодильную машину с хладоновым воздухоохладителем, водяной воздухонагреватель и электрический калорифер. Применяется кондиционер как в системах с рециркуляцией воздуха, так и в системах со 100 % приточным воздухом.

Винные кондиционеры - используются в погребах и помещениях для хранения дорогих вин, где всегда должен поддерживаться строго определенный микроклимат. Температура воздуха — 12 градусов, влажность воздуха 60-70%. Только в этом случае вина могут храниться в течение долгого времени. Вино в правильно оборудованных погребах с каждым годом становится все более выдержанным и дорогим.

Автономные системы кондиционирования воздуха снабжаются извне только электрической энергией, например, шкафные кондиционеры и тому подобное. Такие кондиционеры имеют встроенные компрессионные холодильные машины, работающие на фреоне — R22, R134A, R407C. Автономные системы охлаждают и осушают воздух, для чего вентилятор продувает рециркуляционный воздух через поверхностные воздухоохладители, которыми являются испарители холодильных машин, а в переходное или зимнее время они могут производить подогрев воздуха с помощью электрических подогревателей или методом реверсирования работы холодильной машины, по циклу так называемого «теплового насоса».

Большинство бытовых кондиционеров не могут работать при отрицательных наружных температурах, особенно в режиме подогрева, поэтому в средних широтах использовать их вместо обычных систем отопления можно только в переходный период. Кондиционеры, адаптированные к работе и при отрицательных температурах, называются всесезонными (или — кондиционерами с всесезонным блоком).

Для охлаждения небольших объёмов (например, внутренних полостей какого-либо оборудования, процессоров ПК) иногда используют кондиционеры, основанные на элементах Пельтье. Такие кондиционеры бесшумны, легки, не имеют движущихся деталей, надёжны и компактны. Но имеют очень ограниченную холодопроизводительность, дороги и менее экономичны.

Кондиционер воздуха, работающий на наружном воздухе, называется приточным; на внутреннем воздухе — рециркуляционным; на смеси наружного и внутреннего воздуха — кондиционером с рекуперацией.

1. Мобильные — кондиционеры, не требующие монтажа; для использования достаточно вывести гибкий шланг или особый блок из помещения для отвода тёплого воздуха. Конденсат обычно скапливается в поддоне в нижней части мобильного кондиционера.

2. Моноблочный кондиционер — новый тип кондиционеров, для использования необходимо два отверстия в стене. Преимущества: простой монтаж и обслуживание, отсутствие разъёмных соединений во фреоновой магистрали и, как следствие, отсутствие утечки фреона, максимально возможный коэффициент полезного действия, длительный срок службы, низкий уровень шума. Недостаток: высокая цена

3. Оконные — состоящие из одного блока; монтируются в окне, стене и прочее. Недостатки: высокий уровень шума, уменьшение освещённости помещения из-за сокращения площади оконного проёма. Преимущества: дешевизна, лёгкость монтажа и последующего обслуживания, отсутствие разъёмных соединений в хладоновой магистрали и, как следствие, отсутствие утечки фреона, максимально возможный коэффициент полезного действия, длительный срок службы.

4. Сплит-системы (англ. split — расщепление) — состоят из двух блоков, внутреннего и наружного размещения, соединённых между собой медными трубами, по которым циркулирует хладон. Наружный блок содержит (подобно холодильнику) компрессор, конденсатор, дроссель и вентилятор; внутренний блок — испаритель и вентилятор. Различаются по типу исполнения внутреннего блока: настенный, канальный, кассетный, напольно-подпотолочный (универсальный тип), колонный и другие.

5. Мульти-сплит системы — состоят из наружного блока и нескольких, чаще двух, внутренних блоков, связанных между собой медными трубами, по которым циркулирует хладон. Как и обычные, сплиты различаются по типу исполнения внутренних блоков.

6. Системы с изменяемым расходом хладагента (VRF, VRV и так далее) состоят из одного наружного блока (при необходимости увеличения общей мощности могут использоваться комбинации наружных блоков) и из некоторого количества внутренних блоков. Особенность систем состоит в том, что наружный блок меняет свою холодопроизводительность (мощность) в зависимости от потребностей внутренних блоков по данной мощности.

Вопрос № 28. Дать классификацию С. К. В.: по месту расположения, по источникам питания, по назначению.

Ввиду того, что общепринятой классификации систем кондиционирования воздуха нет, все современные устройства можно разделить на типы, в зависимости от имеющихся признаков:

• местные и центральные – по принципу размещения обслуживающего помещения и кондиционера;

• технологические и комфортные – в зависимости от объекта применения;

• автономные и неавтономные – по наличию в кондиционере источника холода и тепла;

• рециркуляционные, прямоточные, комбинированные – по типу действия;

• с однотрубным (качественным) и двухтрубным (количественным) регулированием – в зависимости от способа определения параметров воздуха;

• 1, 2, 3-го класса – по качеству обеспечения в помещении метеорологических условий;

• одно- и многозальные – по количеству обслуживания зон;

• низкого, высокого, среднего давления – по давлению, которое развивают вентиляторы кондиционеров.

Кондиционирование воздуха может осуществляться с помощью различных типов кондиционеров: сплит-систем, систем с приточной вентиляцией, напольных, шкафных, крышных, устройств с фанкойлами и чиллерами, прецизионных или центральных.

Установка кондиционеров, за исключением сплит-систем, требует предварительной серьезной проработки и проектирования. Например, центральные системы устанавливают только после изучения общих данных объекта, его специфики, оборудования, производимой продукции, категорий помещений, технологического режима, количества вредных выделений и мн. др. Все эти аспекты помогут оборудовать объект качественной СКВ

Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам:

• по основному назначению (объекту применения): комфортные и технологические;

• по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению: центральные и местные;

• по наличию собственного (входящего в конструкцию кондиционера) источника тепла и холода: автономные и неавтономные;

• по принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные;

• по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха: с качественным (однотрубным) и количественным (двухтрубным) регулированием;

• по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении: первого, второго и третьего класса;

• по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные;

• по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров: низкого, среднего и высокого давления.

Вопрос № 29. Объяснить одно-, двух- и многоканальные системы, их схемы. Системы с рециркуляцией, их особенности.

По степени использования наружного воздуха центральные СКВ подразделяют на прямоточные, рециркуляционные и с частичной рециркуляцией. В прямоточных СКВ, принципиальная схема которых представлена на рис. 1 используется только наружный воздух. Эти системы забирают наружный воздух, обрабатывают его до необходимых параметров и подают в обслуживаемые помещения. Из помещений воздух удаляется системами вытяжной вентиляции.  Прямоточные СКВ применяют для помещений, в которых выделяются токсичные пары и газы, пыль и содержатся болезнетворные микроорганизмы, исключающие повторное использование удаляемого из помещения воздуха. Такие же системы применяют для помещений, в воздухе которых содержатся резко выраженные неприятные запахи, а также для помещений с выделениями взрывоопасных и пожароопасных веществ. 

Рис. 1. Принципиальная схема центральной прямоточной СКВ:  1 - воздухоприемная камера; 2 - центральный кондиционер;  3 - приточный вентилятор

В рециркуляционных (замкнутых) СКВ (рис. 2) многократно используется один и тот же воздух, который забирается из помещения, подвергается в кондиционере необходимой обработке и снова подается в помещение. Таким образом осуществляется полная рециркуляция воздуха. Рециркуляционные системы применяют для помещений, в которых образуются только тепло- и влагоизбытки и в которых отсутствуют выделения вредных паров, газов и пыли. 

Рис. 2. Принципиальная схема центральной рециркуляционной (замкнутой) СКВ:  1 - вытяжной вентилятор; 2 - воздухоприемная камера;  3 - центральный кондиционер; 4 - приточный вентилятор

В СКВ с полной рециркуляцией осуществляются только очистка воздуха от пыли и тепловлажностная обработка, поэтому такие СКВ применяют для кондиционирования воздуха в помещениях, в которых требуется поддержание температурно-влажностных параметров воздуха, а потребность в наружном воздухе отсутствует или удовлетворяется другими системами. К числу таких помещений относятся многие технологические помещения с тепловыделяющим оборудованием (залы вычислительных машин, радиоцентры и т. п.).  Наиболее распространенной является СКВ с частичной рециркуляцией, в которой используется смесь наружного и рециркуляционного воздуха (рис. 3). Такие системы применяют при условии, что воздух, используемый для рециркуляции, не содержит токсичных паров и газов, а расчетное количество вентиляционного воздуха для удаления избытков теплоты и влаги превышает количество наружного воздуха, которое должно подаваться в помещение для ассимиляции вредных паров и газов. Кроме того, использование рециркуляционного воздуха должно приближать температурно-влажностные параметры наружного воздуха к требуемым параметрам приточного воздуха.  СКВ с частичной рециркуляцией обычно предусматривается с подачей в помещения переменных объемов наружного и рециркуляционного воздуха в зависимости от параметров наружного воздуха. Однако количество наружного воздуха в смеси, подаваемой в помещение СКВ с частичной рециркуляцией, должно быть не меньше санитарной нормы.

Рис. 3. Принципиальная схема однозональной центральной ОКБ с частичной рециркуляцией:  1 — воздухоприемная камера; 2 — вытяжной вентилятор;  3 — воздуховыбросная шахта; 4 — воздуховод вытяжной системы;  5 — приточный воздуховод; 6 — вентилятор; 7 — центральный кондиционер

СКВ с частичной рециркуляцией являются наиболее гибкими: в зависимости от условий и состояния наружного воздуха они могут работать по прямоточной схеме, по схеме с частичной или полной рециркуляцией. В последнем случае при необходимости газовый состав воздуха по кислороду и углекислому газу в помещениях поддерживается иными средствами.  В системах с частичной рециркуляцией рециркуляционный воздух смешивается с наружным до или после камеры орошения. В первом случае система называется СКВ с первой рециркуляцией, во втором - СКВ со второй рециркуляцией. В воинских зданиях чаще применяют СКВ с первой рециркуляцией. Применение первой рециркуляции позволяет уменьшить расход теплоты на нагрев наружного воздуха в холодное время года и расход холода на охлаждение воздуха в теплое время.  Центральные СКВ, принципиальные схемы которых представлены на рис. 1-3, являются однозональными и одноканальными. Приготовленный в центральном кондиционере таких систем воздух подается в помещения по одному воздуховоду без дополнительной обработки перед выпуском в помещения. Однозональные СКВ применяют для обслуживания одного или нескольких помещений с одинаковыми требуемыми параметрами воздуха.  Существуют и двухканальные СКВ, в которых воздух двух различных состояний подается в помещения по двум самостоятельным каналам. Требуемые параметры приточного воздуха достигают смешением воздуха перед подачей в помещение.

Если требуется подавать в помещения воздух с различными параметрами, то применяют многозональные СКВ (рис. 4). В многозональных СКВ приточный воздух доводится в центральном кондиционере до определенных параметров, по воздуховодам подается к помещениям, а перед выдачей в помещения подвергается дополнительной обработке в тепломассообменных аппаратах. В местных доводчиках воздух доводится до параметров, требуемых для каждого помещения.

Рис. 4. Принципиальная схема многозональной СКВ:  1 - воздухоприемная камера; 2 - местный доводчик; 3 - воздуховод;  4 - вентилятор; 5 - центральный кондиционер

Многозональные СКВ могут быть прямоточными, рециркуляционными, с частичной рециркуляцией. Применение многозональных СКВ более экономично, чем устройства индивидуальных систем для каждого из обслуживаемых помещений. Однако эти системы могут поддерживать с заданной точностью только один из параметров воздуха: температуру или относительную влажность. Многозональные СКВ, применяемые для общественных зданий, обычно поддерживают температуру воздуха на заданном уровне, допуская отклонения относительной влажности от расчетных значений. 

Вопрос № 30. Объяснить основы расчёта С. К. В.

Основной задачей кондиционера является охлаждение воздуха в комнате или в нежилом помещении. Чтобы техника могла с поставленной задачей справиться качественно, с соблюдением оптимальных соотношений, необходимо грамотно выбрать кондиционер, опираясь изначально на его мощность. Если кондиционер выбрать слишком мощный, это повлечет за собой большие затраты на электричество. Если же приобрести климатическую технику недостаточной мощности, то ее придется эксплуатировать в режиме, более усиленном, чем указан в технических условиях. Неправильный расчет кондиционирования приведет к раннему износу устройства и досрочной необходимости его обслуживания, что тоже влечет за собой дополнительные денежные затраты.

Чтобы выполнить расчет кондиционирования, необходимо знать количество тепла, поступающего в комнату. Эти данные легко вычислить, если посчитать высоту и площадь комнаты, количество поступающего с улицы света в комнате, количество людей, живущих в квартире, количество офисных и бытовых приборов, обогревательных и осветительных приборов. Модель кондиционера в таком случае должна обладать аналогичной или немногим большей мощностью.

Как выполнить точный расчет кондиционирования

Для выполнения расчета кондиционирования можно воспользоваться простой формулой:

Тобщ = Т1 + Т2 + Т3, где:

• Т1 = S * h * k (S – это площадь помещения, h – высота от пола до потолка, k – коэффициент, который равняется 30 Вт для умеренного освещения, 35 Вт для среднего освещения, 40 Вт для ярко освещенного помещения).

• Т2 = Тср * N (Тср – количество тепла, которое выделяется человеком и оно колеблется от 130 Вт до 440 Вт, в зависимости от количества движения. N – количество людей).

• Т3 = Q1+Q2+…Qn (Q – 30% мощности от каждого прибора. n – количество приборов).

Расчет кондиционирования измеряется в специальной единице – BTU. Единица BTU равна 0,293 Вт.

Для правильного выбора системы кондиционирования необходимо также учитывать общее количество комнат и их предназначение. Если комфортный климат требуется для нескольких соседних помещений, то, возможно, стоит обратить внимание на мультисплит-систему. К одному блоку (наружному) системы можно подсоединить несколько внутренних блоков, и таким образом охлаждать, например, торговое помещение, офис и склад одновременно

Вопрос № 31. Характеристика теплоснабжения кондиционеров, калориферов первого и второго подогрева.