Лабораторная работа 6 Принцип действия, устройство автономного кондиционера и сплит - системы

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение конструкции автономного кондиционера и сплит – системы. Практическое использование и закрепление знаний по построению процессов обработки воздуха в d-I диаграмме влажного воздуха.

В результате проведения работы должны быть закреплены знания по процессам обработки воздуха.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

На примере моноблочного бытового автономного кондиционера оконного исполнения БК-1500, используемого в жилых и общественных помещениях площадью до 25 м² рассматриваются основные узлы системы.

Общий вид бытового кондиционера и сплит-системы на рис. 22.

а б

Рис.22. Кондиционеры:

а – автономный кондиционер; б – сплит-система.

Бытовой автономный кондиционер обеспечивает:

- охлаждение воздуха;

- автоматическое поддержание заданной температуры;

- очистку воздуха от пыли;

- вентиляцию;

- уменьшение влажности воздуха;

- изменение скорости движения и направления воздушного потока.

Все узлы кондиционера смонтированы на металлическом основании. Кожух выполнен из пластмассы, что обеспечивает уменьшение теплоотдачи и поглощает шум работающего агрегата.

Металлической перегородкой, приваренной к основанию, кондиционер разделен на два герметически изолированных отсека: наружный и внутренний (рис. 23).

На перегородке 7 предусмотрено отверстие, перекрываемое заслонкой 3, с помощью которой регулируют приток наружного воздуха (до 15%) в помещение.

Рис. 23. Бытовой кондиционер:

А, Б – внутренний и внешний отсеки;

1 – осевой вентилятор, 2 – электродвигатель вентилятора,

3 – заслонка подачи наружного вентиляционного воздуха,

4 – центробежный вентилятор, 5 – испаритель, 6 – воздушный

фильтр, 7 – теплоизолированная перегородка, 8 – пульт управления,

9- капиллярная трубка, 10 – фильтр-осушитель холодильного агента,

11 – отделитель жидкости, 12 – компрессор, 13 – конденсатор.

Внутренний отсек кондиционера, установленного в оконном проеме, находится внутри помещения, а наружный располагается вне его.

Вентиляторы имеют две скорости вращения вала, что делает возможным регулирование производительность вентиляторов и скорости движения воздуха через испаритель и конденсатор.

Компрессор, конденсатор, осушитель и отделитель жидкости расположены в наружном отсеке, а испаритель - во внутреннем. Компрессор ротационного типа.

Холодильный агрегат - заполнен хладоном-22. Охлажденный воздух поступает в помещение через поворотную решетку.

Осевой вентилятор, расположенный в наружном отсеке, предназначен для охлаждения конденсатора наружным воздухом, засасываемым через жалюзи в боковых стенках кожуха.

Центробежный вентилятор, установленный во внутреннем отсеке, кондиционера, служит для засасывания воздуха из помещения через решетчатую часть декоративной панели и нагнетания охлажденного и очищенного от пыли воздуха в помещение через поворотную решетку.

Электродвигатель вентиляторов включается в работу при пуске компрессора, однако он может быть также включен в работу в режиме вентиляции и при отключенной холодильной машине.

Пульт управления с пуско-защитным устройством предназначается для пуска, остановки и управления работой кондиционера, установления желаемой температуры в помещении и автоматического поддержания ее, а также для обеспечения защиты двигателя компрессора от перегрузки.

На лицевой стороне пульта смонтирована панель с тремя ручками для управления работой кондиционера (ручка переключения режимов, ручка регулятора температуры - ручка термостата, ручка заслонки воздухообмена).

Таблица 10. Характеристики оконных кондиционеров.

Fujitsu General оконного кондиционера AKH7AGS
Мощность охлаждения: 2.1 кВт
Мощность нагрева: -
Размер внутреннего блока	349x457x455 мм
Потребляемая мощность, кВт	0.75 ~ 0.84
Режимы работы	только охлаждение
Фреон	R22
Вес комплекта, кг	28.0
Электропитание (В; Гц.)	1~, 220-240; 50
Циркуляция воздуха, м3/час	330
Fujitsu General оконный кондиционер AKH9RGS
Мощность охлаждения: 2.5 кВт
Мощность нагрева: 2.8 кВт
Размер внутреннего блока	349x457x548 мм
Потребляемая мощность, кВт	0.94 ~ 1.00
Режимы работы	охлаждение / нагрев
Фреон	R22
Вес комплекта, кг	37.0
Электропитание (В; Гц.)	1~; 220-240; 50
Циркуляция воздуха, м3/час	385

Перед пуском кондиционера необходимо проверить наличие воздушного фильтра и открыть поворотную решетку передней панели.

Вставить вилку в розетку. При этом ручка переключателя должна находиться в положении "Выключено".

Для пуска кондиционера необходимо повернуть ручку переключателя в одно из четырех рабочих положений в соответствии с желаемым режимом: "кондиционирование", (слабое или сильное), вентиляция (слабая или сильная). В режиме "кондиционирование" осуществляется понижение температуры воздуха в помещении, очистка его от пыли, а также уменьшение влажности.

В режиме "вентиляция" происходит циркуляция и очистка воздуха в помещении без понижения его температуры. При этом при открытой заслонке происходит приток свежего наружного воздуха.

Желаемая температура воздуха в помещении задается поворотом ручки регулятора температуры в одно из следующих положений: "1" и "3" - слабое охлаждение; "6" - нормальное охлаждение; "9" - сильное охлаждение.

Внимание! Запрещено ставить ручку термостата в положение "непрерывно".

Ручка заслонки воздухообмена при работе в режиме "кондиционирование" должна находиться в положении "закрыто". Ручку переводят в положение "открыто" для осуществления притока наружного воздуха в помещение при работе кондиционера в режиме "вентиляция".

Сплит – система.

Устройство данного типа кондиционера (приложение 5): внешний блок – это металлический ящик с вентилятором и соответствующими отверстиями, в котором находится компрессор, капиллярная трубка, вентилятор внешнего блока, а также конденсатор. Еще во внешнем блоке «теплого» кондиционера размещается четырехходовый клапан, который позволяет направить процесс вспять и заставить кондиционер обогревать воздух не снаружи, а внутри. Также во внешнем блоке (рис.24) кондиционера размещается плата управления компрессора. В последнее время получили распространение сплит-системы с генератором кислорода. В этом случае рядом с компрессором размещается мембрана и вакуумный насос кислородного генератора.

Рис. 24. Схема сплит – системы.

Внутренний блок кондиционера бывает разных форм. Самый распространенный – настенный. Бывает также кассетный, канальный, напольный, подпотолочный, колонный, угловой и т.д. Внутренний блок сплит-системы содержит испаритель и вентилятор. Во внутреннем блоке размещается соответствующая электроника.

Вентилятор диагональный и представляет собой полый цилиндр, стенки которого составлены из крыльчатки. Воздух проходит сквозь вентилятор и через диффузор выбрасывается в комнату. Такие вентиляторы при небольших размерах и низком уровне шума позволяют продувать через себя довольно большое количество воздуха.

Испаритель как бы огибает вентилятор. Забор воздуха происходит как с лицевой части настенного блока, так и сверху. При охлаждении воздух происходит конденсация влаги из него. Для отвода конденсата из внутреннего блока под нижними частями испарителя установлены ванночки, из которых вода стекает в дренажную трубку. Чаще всего дренажная трубка выводится на улицу, куда конденсат сливается самотеком. Скорость конденсации воздуха зависит как от мощности кондиционера, так и от влажности в помещении.

Сплит-система не может работать без соединительных коммуникаций. Это две медные трубы для жидкости и газа в теплоизоляции, кабели связи и питания. Обычно все коммуникации при монтаже скрепляются монтажным скотчем в жгут, куда также входит и дренажная трубка. Такой жгут имеет диаметр 4-5 см и может быть уложен в пластиковый короб или замурован в стену.

ПРИНЦИП РАБОТЫ КОНДИЦИОНЕРА

В основе работы любого кондиционера лежит свойство жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять - при конденсации. Для того чтобы понять, каким образом происходит данный процесс, рассмотрим схему кондиционера на примере сплит-системы (рис. 25).

На компрессор из испарителя (внутреннего блока) поступает газообразный фреон под низким давлением в 3-5 атмосфер и температурой 10-20 ⁰C. Компрессор сжимает фреон до давления 15-25 атмосфер, в результате чего фреон нагревается до 70-90 ⁰C, после чего поступает в конденсатор.

Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, фреон в теплообменнике охлаждается и переходит из газообразной фазы в жидкую (конденсируется) с выделением тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается.На выходе конденсатора фреон находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10-20 ⁰C выше температуры атмосферного воздуха. Из конденсатора теплый фреон поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), который в простейшем случае представляет собой капилляр (длинную тонкую медную трубку, свитую в спираль). В ТРВ жидкий хладагент дросселируется, при этом на выходе давление и температура фреона существенно понижаются.

Рис. 25. Схема работы кондиционера

Таблица 11. Технические характеристики кондиционеров Sanyo серии RAX

Модель	SAP-KC77RAX	SAP-KC97RAX	SAP-KC127RAX
Внутренний блок	SAP-K77RAX	SAP-K97RAX	SAP-K127RAX
Наружный блок	SAP-C77RAX	SAP-C97RAX	SAP-C127RAX
Режим	Охлаждение	Охлаждение	Охлаждение
Мощность, БТЕ/ч	7200	8500	12000
Мощность, кВт	2.1	2.5	3.5
Воздушный поток, м3/час (скор. hi)	430	440	460
Удаление влаги (режим осушения), л/час	1.1	1.8	2.5
Параметры электропитания	1Ф, 50Гц
Номинальное напряжение сети, В	220 - 240
Диапазон напряжений, В	198 - 264
Ток в рабочем режиме, А	3.5 – 3.6	4.5 - 4.6	6.1 - 6.2
Потребляемая мощность, Вт	770 - 790	930 - 1000	1265 - 1345
Коэффициент производительности, Вт/Вт	2.8	2.7	2.8
Шум при работе	Вход дБ-А	34/27	36/28
	Выход дБ-А	49	50

Окончание таблицы 11.

Особенности конструкции
Управление	Микропроцессорное
Скорость вращения вентилятора	3 скорости + Авто
Таймер	Таймер включения с задержкой 1 час, 12-часовой таймер вкл/выкл
Отклонение воздушного потока по	горизонтали	Ручное
	вертикали	Автоматическое
Воздушный фильтр	Моющийся, с защитой от плесени
Воздухоочистительный фильтр	Моющийся, апатитовый
Компрессор	Ротационный
Диаметр трубок узкая - широкая	мм (дюймы)	6,35(1/4) - 9,53(3/8)	6.35(1/4) - 12.7(1/2)
Макс. длина трубопровода, м	15	20	15
Размеры корпуса
Внутренний блок Высота, мм Ширина, мм Глубина, мм Вес нетто, кг	250
	799
	205
	7.5
Наружный блок Высота, мм Ширина, мм Глубина, мм Вес нетто, кг	446	510	510
	660	660	660
	240	240	240
	21	27	24

После ТРВ жидкий фреон с низким давлением поступает в теплообменник внутреннего блока (испаритель). В испарителе фреон переходит из жидкой фазы в газообразную. Данный процесс происходит с поглощением тепла, соответственно воздух, проходящий через испаритель, охлаждается. Далее газообразный фреон с низким давлением поступает на вход компрессора и весь цикл повторяется.

Этот процесс лежит в основе работы любого кондиционера и не зависит от его типа, модели и производителя.

Принцип работы сплит-системы с двумя внутренними блоками показан на рис. 26.

Рис. 26. Контур циркуляции хладагента в сплит-системе

с двумя внутренними блоками. Режим охлаждения и обогрева.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Бытовой кондиционер включается в работу за 5 - 10 минут до начала занятий. Первые 10 - 15 минут занятия БК работает в режиме "вентиляция" для выравнивания температуры воздуха в помещении. Измерение температур сухого (t_c) и мокрого (t_м) термометров на входе и выходе воздуха кондиционера производится аспирационным психрометром. Полученные данные заносятся в таблицу 11.

Далее переключатель рода работы переводится в положение "кондиционирование" и в положениях 1 (сильно), 3, 6, 9 производятся замеры t_с и t_м в соответствии с табл.12. В установившемся режиме работа кондиционера должна быть циклической.

Таблица 12. Протокол испытания.

Наименование измеряемой величины	Обозначение	Размерность	Положение терморегулятора
Температура наружного воздуха	tн	С	0	1	3	6	9
Температура воздуха по "сухому" термометру на входе в БК	tспвх	С
Температура воздуха по "мокрому" термометру на входе в БК	tмпвх	С
Температура воздуха по "сухому" термометру на выходе из БК	tсввых	С
Температура воздуха по "мокрому" термометру на выходе из БК	tмввых	С

Продолжительность цикла _ц = _вкл + _выкл должна быть не менее 10  20 мин., где _вкл, _выкл - продолжительности включения и выключения компрессора.

Измерение температур сухого и мокрого термометров аспирационным психрометром, производится в момент остановки компрессора холодильной установки.

По результатам замеров построить в диаграмме d-i процессы обработки воздуха в бытовом кондиционере.

Температура наружного воздуха t_н измеряется термометром, расположенным на наружной стороне окна.

В процессе выполнения работы разность температур между наружным воздухом и воздухом в помещении может оказаться больше 10 С; однако в процессе эксплуатации БК следует помнить, что наиболее благоприятная для здоровья человека разность температур наружного воздуха и внутри помещения не выше 10 С.

Произвести обработку результатов измерений.

Параметры влажного воздуха, измеряемые в процессе выполнения лабораторной работы, заносятся в табл.11. Не измеряемые параметры воздуха (t_p, i, d, , р_п) снимаются с диаграммы d-i и также заносятся в табл.13.

Таблица 13. Параметры влажного воздуха до и после обработки

	П а р а м е т р ы
Точки	tс	tм	tр	i	d		Р
	С	С	С	кДж/кг	г/кг	%	кПа
вход 0
вход 1
вход 3
вход 6
вход 9
выход 0
выход 1
выход 3
выход 6
выход 9
tн 0
tн 1
tн 3
tн 6
tн 9

Процесс охлаждения воздуха в бытовом кондиционере может идти двояко: с изменением влагосодержания d и без изменения влагосодержания.

Если температура охлаждающей поверхности t^'_к выше температуры точки росы t_р, то процесс охлаждения воздуха будет идти при постоянном влагосодержании (линия d = const).

Если температура охлаждающей поверхности t_к ниже температуры точки росы t_р, то процесс охлаждения воздуха будет идти одновременно с его осушением, т.е. уменьшением влагосодержания (линии П-К). При этом количество сконденсированной влаги g_w из охлаждаемого воздуха составит

g_w = L_в  _в  (d_п - d_вых), (47)

где L_в - количество воздуха, подаваемого в помещение с помощью вентилятора кондиционера, м³/с (измерить анемометром);

_в - плотность воздуха при средней температуре процесса обработки, кг/м³;

d_п - влагосодержание воздуха до процесса обработки в БК, г/кг;

d_вых - влагосодержание воздуха после процесса обработки в БК, г/кг (d₁d₉).

Рис. 27. Процессы охлаждения воздуха.

Количество теплоты Q_o, отводимой с помощью бытового кондиционера из помещения определяется зависимостью

Q_o = L_в  C_в  _в  (t_с^п_вх - t_с^п_вых), (48)

где С_в - удельная теплоемкость воздуха при средней температуре процесса обработки в БК, кДж/кг;

t_с^п_вх - температура воздуха в помещении, С;

t_с^п_вых - температура воздуха, поступающего из кондиционера в помещение, С.

По полученным данным построить график соответствия температуры воздуха в помещении t_п, _п от положения ручки настройки терморегулятора Р (рис. 28).

ТРЕБОВАНИЯ К ФОРМЕ И СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЕТА

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

- формулировки цели и задач работы;

- краткое описание БК;

- расчетные формулы, результаты расчетов, графики и выводы;

- оформленный протокол испытаний, табл.12, 13;

- построенные на d-i диаграмме процессы обработки воздуха в бытовом кондиционере, рис. 27, 28.

Рис. 28. График соответствия температуры воздуха

в помещении t_п положению ручки настройки терморегулятора Р

бытового кондиционера

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. За счет чего происходит процесс осушения воздуха в бытовом кондиционере?

2. Почему отдается предпочтение циклической, а не непрерывной работе компрессора?

3. Допустима ли работа холодильной установки в непрерывном режиме? Почему?

4. О чем говорит факт, когда БК работает в режиме "кондиционирование" непрерывно?

5. Зависит ли температура воздуха в помещении, поддерживаемая с помощью БК, от тепловой нагрузки на помещение?

6. Назовите особенности БК по сравнению с центральным кондиционером.

7. За счет чего происходит охлаждение электродвигателя герметичного компрессора бытового кондиционера?

8. Будет ли происходить поддержание заданной температуры воздуха в помещении во время работы БК в режиме "кондиционирование" при открытой заслонке воздухообмена? Почему?

9. Почему при работе БК разность температур между наружным воздухом t_н и воздухом помещения t_п не должна превышать 10 С?