Кондиционирование воздуха — Википедия

Кондициони́рование во́здуха — автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения воздуха) с целью обеспечения оптимальных климатических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности.

Кондиционирование воздуха в помещениях предусматривается для создания и поддержания в них:

• установленных нормами допускаемых условий воздушной среды, если они не могут быть обеспечены более простыми средствами;
• искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями внутри помещения или части их круглогодично или в течение теплого либо холодного периода года;
• оптимальных (или близких к ним) гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях, если это экономически оправдано увеличением производительности труда;
• оптимальных условий воздушной среды в помещениях общественных и жилых зданий, административных и многофункциональных, а также вспомогательных зданий промышленных предприятий.

Кондиционирование воздуха, осуществляемое для создания и поддержания допускаемых или оптимальных условий воздушной среды, носит название комфортного, а искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями — технологического. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических решений, именуемых системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства приготовления, перемешивания и распределения воздуха, приготовления холода, а также технические средства холодо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля.

Первые попытки кондиционирования воздуха производились в Персии тысячи лет назад. Персидские устройства охлаждения воздуха использовали способность воды сильно охлаждаться при испарении. Типичный кондиционер тех дней представлял собой специальную шахту, улавливающую дуновение ветра, в которой размещались пористые сосуды с водой или протекала вода из источника. Воздух в шахте охлаждался и насыщался влагой и затем подавался в помещение. Устройство было сравнительно эффективно для жаркого и сухого климата, такой кондиционер не смог бы работать при высокой относительной влажности воздуха.

В Индии летом в качестве двери использовался каркас, обвитый индийской кокосовой пальмой — татти. Сверху двери устанавливалась ёмкость, которая медленно заполнялась водой за счёт капиллярного эффекта в тканях татти. Когда уровень воды достигал определённого значения, ёмкость опрокидывалась, орошая водой дверь, и возвращалась в исходное состояние. Такой цикл многократно повторялся, пока пальма оставалась живой и получала достаточно света (см. ст. Транспирация).

В 1820 году британский учёный и изобретатель Майкл Фарадей обнаружил, что сжатый и сжиженный аммиак охлаждает воздух при испарении. Но его идеи были в значительной степени теоретическими. Электрический способ кондиционирования воздуха был изобретён Уиллисом Кэррьером примерно в 1902 году. Им же была разработана первая система кондиционирования воздуха для типографии в Бруклине (Нью-Йорк). Летом при процессе печатания постоянное изменение температуры и влажности не позволяло добиться качественной цветопередачи. Кэрриер разработал аппарат, который охлаждал воздух до постоянной температуры и осушал его до 55 %. Своё устройство он назвал «аппаратом для обработки воздуха». В 1915 году он и ещё шесть коллег-инженеров основали собственную компанию «Garrier Engineering Co.», впоследствии переименованную в «Carrier». Сегодня компания «Кэрриер» — один из ведущих производителей кондиционеров, ей принадлежит 12 % мирового объёма производства кондиционеров.

Сам термин кондиционирование воздуха

впервые был предложен в 1906 году Стюардом Крамером, который связывал это понятие с получением кондиционного товара.

Позже дорогие системы кондиционирования воздуха начали применяться для улучшения производительности труда на рабочих местах. Затем сфера применения кондиционирования была расширена для улучшения комфорта в домах и автомобилях. В 1950-х годах в Соединённых Штатах наблюдался взлёт продаж кондиционеров для жилых помещений.

Первые кондиционеры и холодильники использовали токсичные газы, такие как аммиак и метилхлорид, которые приводили к смертельным несчастным случаям в случае утечки. В 1930-х годах по соображениям безопасности фирма Дженерал Электрик выпустила кондиционер, компрессорно-конденсаторный агрегат которого располагался с внешней стороны здания. Это была первая сплит-система.

Первый автомобильный кондиционер имел мощность охлаждения 370 Вт, был создан фирмой С & С Kelvinator Co в 1930 году и установлен на Кадиллаке.

Томас Мидгли младший первым предложил в качестве хладагента использовать дифторхлорметан, названный потом фреоном в 1928 году. Этот хладагент оказался намного более безопасным для людей, но не для озонового слоя атмосферы. Фреон — торговая марка компании DuPont для всех CFC, HCFC или HFC хладагентов, название каждого включает число, указывающее на молекулярный состав (R-11, R-12, R-22, R-134a). Наиболее часто используется смесь HCFC, или R-22, но планируется отказаться от неё в производстве новых приборов к 2010 году, и совсем избавиться от неё к 2020 году. В наши дни набирает популярность хладагент R-410A, безопасный для озонового слоя Земли, невоспламеняющийся, нетоксичный и энергосберегающий.

На территории Российской Федерации применяются хладагенты четырех основных типов: озоноразрушающие вещества, фторсодержащие газы, гидрофторолефины и природные хладагенты.  Оборот озоноразрушающих веществ, таких как хлорфторуглероды (ХФУ) или гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), регулируется Монреальским протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой. При этом и ХФУ и ГХФУ обладают значительным потенциалом глобального потепления.

[1]

Производство хлорфторуглеродов прекращено во всем мире. Менее опасные для озонового слоя гидрохлорфторуглероды также постепенно выводятся из обращения. 

Фторсодержащие вещества — гидрофторуглероды (ГФУ) и их смеси — в настоящее время активно используются в современных системах кондиционирования и холодильных системах. Это такие хладагенты как R410А, R404A, R407, R507, R32, R134a и другие. Их озоноразрушающий потенциал равен нулю, однако ГФУ являются парниковыми газами, оборот которых регулируется Киотским протоколом к Конвенции ООН об изменении климата.

Гидрофторолефины — коммерческое наименование ряда ГФУ, отличающихся относительно низким потенциалом глобального потепления. Промышленное производство данных веществ в настоящий момент налаживается, в том числе и за счет запуска соответствующих мощностей в КНР и других странах. Международные корпорации активно продвигают гидрофторолефины, объявляя их не только экологичной заменой ХФУ, ГХФУ и ГФУ, но и безопасной для человека альтернативой природным хладагентам. В Российской Федерации гидрофторолефины не производятся, и планов по открытию их производства на территории нашей страны в настоящий момент нет.

[1] В современных холодильных системах все активнее применяются природные хладагенты. Это такие вещества, как аммиак (R717), диоксид углерода (R744), пропан (R290) и изобутан (R600a). К преимуществам природных хладагентов относятся высокая энергоэффективность и отсутствие негативного влияния на озоновый слой и климат.^[1]

В 1980-х годах компанией Toshiba был разработан новый способ управления компрессором, заключающийся в изменении частоты тока электропитания компрессора — инверторные системы.

Цикл охлаждения[править | править код]

Принцип работы кондиционера аналогичен принципу работы холодильника.

Необходимо отметить, что в реальных условиях обратный цикл холодильной машины состоит из более чем 4 точек: например, при применении винтового компрессора горячие сжатые пары хладагента попадают сразу не в конденсатор, а в маслоотделитель. И только оттуда направляются в конденсатор. После конденсатора жидкий хладагент, как правило, поступает в ресивер (специальный резервуар), а уже из него направляется в расширительный (дросельный) клапан.

Для нагрева воздуха в помещении кондиционеры переходят в режим работы теплового насоса — конденсатор выполняет роль испарителя, а испаритель роль конденсатора, то есть отводимая теплота конденсации используется для нагрева воздуха.

Контроль влажности воздуха[править | править код]

Иногда перед воздушным кондиционером ставится задача уменьшения влажности воздуха (режим работы «Осушение», отображается на табло изображением капельки). Достаточно холодный (ниже точки росы) испарительный змеевик конденсирует водяной пар из обработанного воздуха (таким же образом, как и очень холодный напиток конденсирует водяной пар воздуха на внешней стороне стакана), отправляя воду в дренажную систему и, таким образом понижая влажность воздуха. Осушенный воздух улучшает комфорт, так как он обеспечивает естественное охлаждение организма человека путём испарения пота с кожи. Обычно кондиционеры позволяют обеспечить относительную влажность воздуха от 40 до 60 процентов. Установка кондиционера с парогенератором позволяет поддерживать точное значение влажности в помещении.

Испарительные охладители[править | править код]

Вышеупомянутые персидские системы охлаждения были испарительными охладителями. В местах с очень сухим климатом они популярны, так как могут легко обеспечить хороший уровень комфорта. Испарительный охладитель — устройство, которое забирает воздух извне и пропускает его через влажную прокладку. Температура входящего воздуха, измеренная при помощи сухого термометра, уменьшается. Общее же «количество теплоты заключённое в воздухе» (внутренняя энергия) остаётся неизменным. Часть теплоты переходит в скрытую теплоту при испарении воды во влажных и более холодных прокладках. Такие охладители могут быть очень эффективны, если входящий воздух достаточно сухой. Также они дешевле и более надёжны и просты в обслуживании. Похожий тип охладителя, но использующий лёд для охлаждения и увлажнения воздуха, был запатентован американцем Джоном Горри Апалачиколой в 1842 году, который использовал это устройство для охлаждения пациентов в своём госпитале для больных малярией.

Современное кондиционирование воздуха[править | править код]

В наши дни получило распространение проектирование систем кондиционирования воздуха на стадии разработки архитектурного проекта.

В XXI веке всё большее значение приобретает энергосбережение при кондиционировании. Учитывая ухудшающееся состояние окружающей среды, обеспечение чистого воздуха в помещении является одной из наиболее важных проблем. Кроме того, качество воздуха имеет большое значение в медицине (операционные и родильные боксы), при производстве электроники и в других высокотехнологичных производствах. Для точного поддержания значений температуры и влажности используются прецизионные кондиционеры.

• Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х ч. Под ред. И. Г. Староверова. // Авт.: В. Н. Богословский, И. А. Шепелев, В. М. Эльтерман и др. Изд. 2-е перераб. и доп. Ч.2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. — Москва: Стройиздат, 1977—502с.(Справочник проектировщика), С. 126. — УДК 697.9.001.2(031)
• Стефанов Е. В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. — СПб.: АВОК «Северо-Запад», 2005. — 391.: ил. — УДК 697.9 (075.8)
• Богоcловский В. Н., Кокорин О. Я., Петров Л. В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. — М.: Стройиздат, 1985. — 367 с. — 30 000 экз.

Кондиционер — Википедия

Наружные блоки сплит-систем. Яузский бульвар — жилой дом.

Кондиционе́р (англ. conditioner) — устройство для поддержания оптимальных климатических условий в помещениях строительных сооружений, транспортных средств и другой техники.

В простейшей форме, кондиционер предназначен для регулирования и поддержания заданной температуры воздуха в помещении. Наиболее широко кондиционеры используются для снижения температуры воздуха внутри помещений в жаркое время года и круглогодично в помещениях, где образуется избыточное тепло (информационно-вычислительные центры, вагоны метро, салоны самолётов, аудитории, зрительные залы и т. д.) или требуется поддержание определённой температуры (продуктовые склады, операционные). Кондиционеры с функцией теплового насоса наряду с охлаждением позволяют повышать температуру воздуха в холодное время года и могут использоваться как охлаждающий и отопительный прибор. Более сложные установки кондиционирования снабжены механизмами очистки воздуха от загрязняющих частиц, притока свежего воздуха, увлажнения воздуха, обогащения воздуха кислородом и другими функциями, повышающими качество воздуха.

Современное понятие «кондиционер» (air conditioner, от англ. air — воздух и condition — условие) как обозначение устройства для поддержания заданной температуры в помещении, существует достаточно давно. Интересно, что впервые слово кондиционер было произнесено вслух ещё в 1815 году. Именно тогда француз Жанн Шабаннес получил британский патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях». Собственно говоря, для английского языка глагол to condition является вполне стандартным и означает в том числе и «улучшать что-либо до желаемого состояния», в данном случае — воздух до состояния, комфортного для человека с точки зрения температуры, влажности и прочих параметров; таким образом, conditioner по правилам словообразования в английском языке — это просто то или тот, кто такое приведение чего-либо в определённое состояние осуществляет, а не какой-либо неологизм. Отсюда же — кондиционер для волос и белья, которые являются уже не приборами, а средствами бытовой химии.

Кондиционирование воздуха (Аэрорефрижирация^[1]) применялось в пороховых погребах военных судов.

Однако практического воплощения идеи пришлось ждать достаточно долго. Только в 1902 году американский инженер-изобретатель Уиллис Кэрриер (Willis Carrier) 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, сильно ухудшавшей качество печати.

«Ископаемым» предком всех современных сплит-систем и оконников может считаться первый комнатный кондиционер, выпущенный компанией General Electric ещё в 1929 году. Поскольку в качестве хладагента в этом устройстве использовался аммиак, пары которого небезопасны для здоровья человека, компрессор и конденсатор кондиционера были вынесены на улицу. То есть по своей сути это устройство было самой настоящей сплит-системой. Однако, начиная с 1931 года, когда был синтезирован безопасный для человеческого организма первый фреон, конструкторы сочли за благо собрать все узлы и агрегаты кондиционера в одном корпусе. Так появились первые оконные кондиционеры, далекие потомки которых успешно работают и в наши дни.

Долгое время лидерство в области новейших разработок по вентиляции и кондиционированию воздуха принадлежало американским компаниям, однако, в конце 50-х — начале 60-х годов XX века инициатива прочно перешла к японцам. В дальнейшем именно они определили лицо современной индустрии климата.

В 1958 году японская компания Daikin предложила первый тепловой насос, тем самым научив кондиционеры подавать в помещение не только холод, но и тепло.

В 1961 году произошло событие, в значительной мере предопределившее дальнейшее развитие бытовых и полупромышленных систем кондиционирования воздуха — это начало массового выпуска сплит-систем японской компанией Toshiba. Toshiba впервые запустила в серийное производство кондиционер, разделённый на два блока, и популярность этого типа климатического оборудования стала постоянно расти. Благодаря тому что наиболее шумная часть кондиционера — компрессор теперь была вынесена на улицу, в помещениях, оборудованных сплит-системами, стало намного тише, чем в комнатах, где работают оконники. Уровень шума был значительно уменьшен. Вторым плюсом стала возможность разместить внутренний блок сплит-системы в любом удобном месте.

Сегодня выпускается немало различных типов внутренних устройств: настенные, подпотолочные, напольные и встраиваемые в подвесной потолок — кассетные и канальные. Это важно не только с точки зрения дизайна — различные типы внутренних блоков позволяют создавать оптимальное распределение охлаждённого воздуха в помещениях определённой формы и назначения.

В 1968 году на рынке появился кондиционер, в котором с одним внешним блоком работало сразу несколько внутренних. Так появились мультисплит-системы. Сегодня они могут включать в себя от двух до девяти внутренних блоков различных типов.

Существенным нововведением стало появление кондиционера инверторного типа. В 1981 году компания Toshiba предложила первую сплит-систему, способную плавно регулировать свою мощность, а уже в 1998 году инверторы заняли 95 % японского рынка.

В 1982 году компанией Daikin, в результате доработки мультисплит-системы, появился её вариант с возможностью регулировки мощности для каждого отдельного внутреннего блока и был зарегистрирован под торговым названием VRV (Variable Refregerant Volume, переменный объём хладагента), другими производителями именуемый как VRF (Variable Refrigerant Flow, переменный поток хладагента).

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 — 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°C, 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 — R-22, R-134a, R-407C^[en], R-32. 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 (тепловыми насосами «воздух-воздух»).

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. Делятся на моноблочные и мобильные сплит-системы. В моноблочных кондиционерах для использования достаточно вывести гибкий шланг^[2] или, для мобильных сплит-систем, особый блок из помещения для отвода тёплого воздуха. Конденсат обычно скапливается в поддоне в нижней части мобильного кондиционера. У подобных систем упрощен монтаж и обслуживание, так как отсутствуют разъёмные соединения фреоновой магистрали. Недостаток систем: высокая цена, большие габариты, ограничения по установке
2. Оконные — состоящие из одного блока; монтируются в окне, стене и прочее. Недостатки: высокий уровень шума, уменьшение освещённости помещения из-за сокращения площади оконного проёма, низкая производительность. 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.
3. 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. Так же сплит системы бывают: инверторные и неинверотные (обычные).
4. Мультисплит-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; они имеют раздельное управление.
5. 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.

Наибольшее распространение имеют кондиционеры компрессионного типа. Кроме этого существуют также кондиционеры абсорбционного и испарительного типов. Компрессионные кондиционеры в большинстве случаев могут работать как на охлаждение, так и на нагрев воздуха. Испарительные кондиционеры кроме охлаждения осуществляют также увлажнение воздуха и вентиляцию.

Компрессионный кондиционер[править | править код]

Устройство компрессионного кондиционера в «оконной» компоновке

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

Испарительный кондиционер[править | править код]

Устройство кондиционера с прямым испарением

Конструкция кондиционера сравнительно проста и не содержит потенциально опасных веществ. 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.

Конструкция кондиционера с непрямым испарением несколько совершеннее в результате чего испаряемая влага не попадает в помещение.

Кондиционер компрессионного типа[править | править код]

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

Компрессор, конденсатор, дроссель (капиллярная трубка, терморегулирующий аппарат) и испаритель соединены тонкостенными медными (в последнее время иногда и алюминиевыми) трубками и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует хладагент (традиционно в кондиционерах используется смесь фреона с небольшим количеством компрессорного масла, однако в соответствии с международными соглашениями производство и использование старых сортов, разрушающих озоновый слой, постепенно прекращается, в современных кондиционерах наиболее часто используются фреоны R-22, R-410A, R-32).

В процессе работы кондиционера происходит следующее (рассмотрим на примере фреона R22). На вход компрессора из испарителя поступает газообразный хладагент под низким давлением в 3—5 атмосфер и температурой от +10 до +20 °C. Компрессор кондиционера сжимает хладагент до давления 15—25 атмосфер, в результате чего хладагент нагревается до +70—90 °C, после чего поступает в конденсатор.

Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, хладагент остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую с выделением дополнительного тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается.

На выходе конденсатора хладагент находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10—20 °C выше температуры атмосферного (наружного) воздуха. Из конденсатора тёплый хладагент попадает в терморегулирующий вентиль, который в простейшем случае представляет собой капилляр (длинную тонкую медную трубку, свитую в спираль). На выходе терморегулирующего вентиля давление и температура хладагента существенно понижаются, часть хладагента при этом может испариться.

После дросселирующего устройства (капиллярной трубки или ТРВ) смесь жидкого и газообразного хладагента с низким давлением поступает в испаритель. В испарителе жидкий хладагент переходит в газообразную фазу с поглощением тепла, соответственно, воздух, проходящий через испаритель, остывает. Далее газообразный хладагент 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 или производителя.

Работа кондиционера (холодильника) без отвода тепла от конденсатора (или горячего спая элемента Пельтье) принципиально невозможна. Это фундаментальное ограничение, вытекающее из второго закона термодинамики. В обычных бытовых установках это тепло является бросовым и отводится в окружающую среду, причём его количество значительно превышает величину, поглощённую при охлаждении помещения (камеры). В более сложных устройствах это тепло утилизируется для бытовых целей: горячее водоснабжение и другое.

Кондиционер испарительного типа[править | править код]

Принцип работы кондиционера испарительного типа с прямым испарением

Как следует из названия, кондиционеры этого типа работают за счёт испарения. В качестве испаряемой жидкости применяется вода.Тёплый наружный воздух с помощью вентилятора проходит через влажные фильтры и охлаждаясь попадает в кондиционируемое помещение. Эффективность охлаждения зависит от влажности наружного воздуха. Чем ниже влажность тем сильнее идёт испарение воды из фильтров, тем эффективнее работает кондиционер^[3].

Достоинства.

• Испарительные кондиционеры потребляют во много раз меньше электроэнергии чем компрессионные кондиционеры с такой же охлаждающей мощностью, что позволяет использовать их для охлаждения очень больших площадей.
• Относительно простая конструкция состоящая из одного наружного блока.
• Постоянный приток в помещение свежего наружного воздуха.

Недостатки.

• Низкая эффективность во влажном климате.
• Повышение влажности охлаждённого воздуха может быть нежелательно для некоторых видов помещений. Кондиционеры с непрямым испарением лишены этого недостатка.
• Необходим подвод воды к кондиционеру.

Одна из наиболее серьёзных неисправностей связана с устройством кондиционера и возникает в том случае, если в испарителе фреон не успевает полностью перейти в газообразное состояние. В этом случае на вход компрессора попадает жидкость, в результате чего компрессор выходит из строя из-за гидроудара. Причин, по которым фреон не успевает испариться, может быть несколько, но самые распространённые вызваны неправильной эксплуатацией плохо спроектированного кондиционера. Во-первых, причиной неисправности могут стать загрязнённые фильтры (при этом ухудшается обдув испарителя и теплообмен), во-вторых — включение кондиционера при отрицательных температурах наружного воздуха. При отрицательных температурах (ниже −10 °C) существует реальная угроза попадания жидкого фреона в полость компрессора, что приводит к его поломке.^[4] В более дорогих, правильно спроектированных системах присутствуют дополнительные датчики, ёмкости, исключающие попадание жидкого фреона на вход компрессора. В таких системах наиболее вероятной поломкой становится отказ одного из датчиков, что, впрочем, оставляет холодильную систему жизнеспособной. В бытовых оконных кондиционерах БК-1500, БК-2500 производства СССР (Бакинский завод ^[5]), для устранения данного явления применялся докипатель (он применяется во многих моделях среднего и верхнего ценового диапазона кондиционеров).

Утечка хладагента также может повлечь за собой неправильную/неэффективную работу кондиционера. В основном причиной утечки является выполненный с нарушениями монтажа фреоновой магистрали, например, некачественная развальцовка трубок. Со временем, наиболее заметным внешним проявлением утечки, кроме снижения производительности, является обмерзание вентиля (сторона низкого давления) на внешнем блоке сплит-системы, либо (реже) — обмерзание испарителя, что обуславливается понижением давления хладагента, которое в норме для кондиционеров на хладагенте R22 составляет 4,3 (на стороне низкого давления) бар при наружной температуре воздуха + 25 °C. Однако обмерзание может наблюдаться и по другим причинам, например при попадании влаги в контур, или при попадании мусора.

Наличие воздуха и влаги в контуре со временем может привести к выходу из строя компрессора, закупориванию капилляра ледяными пробками. Причиной попадания воздуха в контур также является некачественный монтаж сплит-системы. При правильном монтаже после сборки контура производится его вакуумирование в течение определённого времени (зависит от объёма контура, и для бытовых систем обычно составляет от 20 минут до часа) специальным вакуумным насосом, с целью удаления воздуха и испарения влаги, присутствующей в контуре.

Конденсация влаги в системе кондиционирования приводит к быстрому развитию микроорганизмов на влажных поверхностях внутреннего блока с последующим попаданием их в помещение. Насыщенность воздуха микроорганизмами способствует развитию заболеваний дыхательных путей и кожи.

Сегодня существуют смарт-кондиционеры или «умные» кондиционеры — которые имеют встроенный компьютер и подключаются к сети Интернет или системе умного дома, и могут контролироваться и управляться с помощью смартфона, интернет-планшета или компьютера либо ноутбука подключенных к сети Интернет. С помощью программного приложения на смартфоне можно контролировать работу «умного» кондиционера дистанционно (не находясь в помещении). Это даёт возможность, находясь на значительном расстоянии от места установки кондиционера, включать или выключать его, изменять режим работы или устанавливать необходимую температуру воздуха в помещении. И таким образом, к моменту приезда домой или в офис, параметры воздуха в кондиционируемом помещении будут соответствовать вашим требованиям. С помощью данной технологии можно задать четкую программу кондиционеру, в соответствие с которой он будет работать в течение дневного или недельного периода эксплуатации^[6].

как составить правильный план системы кондиционирования

Трудно не согласиться, что поддержание комфортной температуры в помещении и хороший воздухообмен является основой нормального микроклимата в здании любого назначения. Современная климатическая техника и оборудование для улучшения работы вентиляции способны всего за несколько минут создать в комнате комфортную атмосферу – с нужной температурой и  приемлемым порогом влажности.

Однако простой монтаж любой понравившейся модели кондиционера не всегда может решить проблему излишне высокой температуры воздуха, согласны? Поэтому профессиональное и грамотное проектирование систем кондиционирования зданий является первым шагом перед покупкой подобной техники. Подбор оптимального оборудования и его установка в нужном месте позволят охлаждать или нагревать воздух с наименьшими энергозатратами и учитывать потребности всех присутствующих в помещении.

В этом материале мы рассмотрим основные этапы создания проекта для эффективной системы кондиционирования помещений, разберемся в расчетах, которые нужно провести при планировании, и узнаем, как составить правильную схему терморегуляции воздуха.

Содержание статьи:

Необходимость кондиционирования помещений

Система , играет огромную роль в поддержании комфортной атмосферы для жизни и работы людей. Слишком горячий воздух серьезно сказывается на самочувствии и работоспособности человека, поэтому озаботиться микроклиматом помещения и направлением движения воздушных масс стоит еще на этапе строительства или ремонта здания.

Кроме влияния на людей температурный режим и влажность отражаются и на работе оборудования в офисах или производственных цехах. Высокие показатели температуры увеличивают нагрузку на технику, что может стать причиной поломки определенных узлов.

От высоких температур страдают не только двигатели станков. Современное оборудование, оснащенное сложной электроникой, достаточно чувствительно к температурному режиму

Поддержание нужной температуры может стать и основой безопасности. Хранение определенных материалов в помещениях с излишне нагретым воздухом просто недопустимо. Чтобы снизить вероятность возникновения пожара, система охлаждения воздуха должна работать исправно и полностью компенсировать излишки внутреннего и внешнего поступления тепла.

Почему необходимо составить проект?

Соблюдение необходимых норм и точный расчет нагрузки на систему кондиционирования избавляет пользователей от массы проблем. В процессе создания плана учитывается огромное количество факторов, которые могут повлиять на эффективность работы оборудования. Без учета этих нюансов функционирование звеньев системы кондиционирования может иметь недопустимо низкий КПД.

Грамотный подход к созданию проекта дает возможность реализовать ключевые задачи, к которым стоит отнести:

• поддержание оптимальной температуры и влажности в здании;
• выбор наиболее подходящей климатической и вентиляционной техники;
• возможность мультизональной настройки температурного режима;
• щадящая эксплуатация оборудования, которая способствует его износостойкости;
• организация правильного направления потоков движения воздуха;
• предельно низкое потребление электроэнергии для достижения заданных температурных режимов и пр.

При проектировании дополнительно учитываются и эстетические особенности установки кондиционера. Система, охлаждающая воздух, может быть филигранно вписана в интерьер, если к ее интеграции в помещение подойти грамотно и с опытом.

Эстетично вмонтированный кондиционер может оставаться практически незаметным для гостей и абсолютно не влиять на общую идею дизайна интерьера

Этап планирования системы кондиционирования нельзя пропускать, так как именно четкий план позволяет разработать действенную концепцию охлаждения любого помещения или целого здания, подготовить необходимые чертежи и конкретные задания для монтажных бригад, электриков и других специалистов.

Типы систем кондиционирования

Расчеты и конкретные особенности помещения влияют на выбор системы кондиционирования. В каждой из них используются определенные модели кондиционеров, которые можно разделить на три обширных вида: бытовые, промышленные,коммерческие.

Сами системы разделяются на следующие типы:

• мультизональные комплексы;
• сплит- и мультисплит-системы;
• центральное охлаждение;
• прецизионное кондиционирование;
• ;
• системы с канальными или крышными кондиционерами и др.

Для бытового использования чаще всего выбираются мультизональные, и мультисплит-системы. Главным отличием таких комплексов является количество внутренних блоков оборудования.

Сплит-система подразумевает наличие одного внутреннего блока охлаждения, мультисплит – пяти, а в мультизональный комплекс интегрировано от 10 до 15 звеньев, которые функционируют благодаря предельно мощному наружному блоку.

Мультизональная система кондиционирования является одним из самых эффективных способов охладить воздух в помещениях различного назначения благодаря независимой работе внутренних блоков и мощности внешнего узла

Составление плана системы эффективного кондиционирования основывается на расчете тепловоздушного баланса, при этом во внимание принимаются все ключевые факторы, которые влияют на микроклимат внутри здания.

Проектирование подчиняется и нормативным документам, учитывает санитарные, архитектурные, противопожарные и прочие требования.

Расчеты для составления плана системы

Чтобы подобрать оптимальную мощность рабочего наружного блока и рассчитать количество внутридомовых, учитывается внутренняя и внешняя тепловая нагрузка на здание.

Внутренние тепловые нагрузки всегда имеют положительное значение и представляют собой тепловыделение от проживающих в доме людей, продуцирование тепловой энергии от бытовых приборов и источников освещения. В коммерческих или офисных помещениях к такой нагрузке на кондиционирующую систему добавляется тепло от энергоемкой техники, в зданиях производственного назначения – теплоотдача от горячих жидкостей, оборудования, а также тепло, выделяемое в процессе химических реакций.

Внешние тепловые нагрузки могут иметь как отрицательные, так и положительные характеристики. Поэтому наружная нагрузка представляет собой теплопоступления или теплопотери.

Наглядно проводники теплопотерь и теплопоступлений показаны на схеме выше. Красными стрелками отмечены потоки потери тепла, синими – проникновение холода в здание

Источниками подобной тепловой нагрузки выступают:

• солнечный свет, проникающий через стеклопакеты;
• тепло или холод, проводниками которых служат стены, оконные конструкции, пол, крыша и потолок;
• теплопотери и теплопоступления от приточной вентиляции.

Количественные показатели одного и того же вида наружной тепловой нагрузки могут меняться от положительных до отрицательных нагрузок в течение суток, например, при большой амплитуде перепада дневной и ночной температуры воздуха, и от сезона к сезону. Например, летом разница температуры на улице и в помещении незначительна, поэтому тепло проще проникает в здание. Зимой происходит обратный процесс, при котором тепло быстрее покидает сооружение.

Расчет тепловоздушного баланса позволяет подобрать нужное оборудование и спланировать подходящее место для установки кондиционера.

Современные кондиционеры способны при необходимости ощутимо прогревать воздух. Поэтому при проектировании системы кондиционирования важно учитывать и основные участки, на которых наблюдаются высокие теплопотери

При подсчетах обязательно учитываются ключевые факторы, которые влияют на поступление и потерю тепла:

• климатические особенности местности;
• материалы, из которых построено здание;
• толщина стен и наличие утеплителя;
• количество камер в стеклопакете и общая энергоэффективность оконной конструкции;
• ориентация здания по сторонам света;
• наличие оборудования и техники, продуцирующей тепло в процессе работы;
• количество проживающих или регулярно пребывающих в помещении людей;
• число комнат в квартире или доме и пр.

Исходя из этого, нетрудно понять, что максимально точно и грамотно подойти к плану будущей системы кондиционирования может только опытный профессионал, так как в процессе подготовки проекта нужно предусмотреть слишком много специфических нюансов.

Этапы проведения проектирования

Составление плана необходимых работ проводится в два последовательных этапа, включающих подготовку всех необходимых расчетов, сметы, технических заданий для специалистов смежных областей и выбор подходящего модельного ряда оборудования.

Этап #1 — подготовка расчетов и заданий

Подготовка заключается в ознакомлении со зданием, его местоположением, строительными особенностями и прочими факторами.

Специалистами составляется технико-экономическое обоснование, на основе которого приблизительно подбирается тип системы кондиционирования. Последняя описывается упрощенно.

На упрощенной схеме показаны ключевые звенья системы кондиционирования, блоки распределения хладагента и основные блоки управления климатическим оборудованием

Мастер предлагает потенциально эффективное оборудование, которое соответствует потребностям помещения по базовым характеристикам:

• мощности;
• холодо-, тепло- и воздухопроизводительности.

После этого составляется смета будущих работ. Если проект по ТЭО удовлетворяет владельца здания или квартиры, подготовительный этап переходит в рабочую фазу.

Этап #2 — подбор подходящего оборудования

На этом этапе проектирование основывается на точных расчетах, учитывающих внутреннюю и внешнюю теплонагрузку, теплотехнические характеристики объекта. Расчеты проводятся индивидуально для каждого помещения, после чего точно известны избытки тепла в каждой зоне. На основе этих данных подбирается необходимое для компенсации тепловых нагрузок оборудование.

После выбора техники начинается проектирование мест установки кондиционеров, предоставляется схема разводки воздуховодов, подготавливается план технических работ для монтажной бригады, электриков.

Все подготовленные материалы передаются заказчику и поставщику климатического оборудования. После монтажа желательно провести пусконаладочные работы, которые помогут настроить функционирование оборудования.

Чем чревато самостоятельное проектирование?

Без должного опыта и знаний лично составить проект комплекса по кондиционированию воздуха достаточно сложно.

Если не учесть хотя бы один фактор, например, ориентацию квартиры на северную сторону или наличие стеклопакетов с низкой эффективностью сохранения тепла, вся система кондиционирования будет работать неэффективно.

Показатели энергосбережения металлопластиковых окон зависят от множества факторов: количества камер, наличия специального напыления и пр. Поэтому самостоятельно просчитать теплопотери и поступления тепла достаточно сложно

Дополнительно климатическое оборудование может подвергаться более сильным нагрузкам, так как в процессе кондиционирования технике придется постоянно компенсировать неучтенные проектировщиком тепловые поступления.

В целом, любой недочет в составленном проекте может привести к серьезным проблемам:

• неоправданной работе кондиционера в одном помещении, пока большинство домочадцев находится в других комнатах;
• перерасходу , которая тратится на подавление неучтенного тепла от освещения или техники;
• невозможности зонального регулирования температуры;
• покупке слишком мощного или малопроизводительного оборудования;
• быстрому износу или  узлов сплит-системы из-за лишней нагрузки и пр.

Поэтому составление схемы кондиционирования даже для небольшого жилья или офиса стоит доверить профессионалам.

Экономия средств на проектировании может вылиться в необоснованные затраты в процессе эксплуатации оборудования.

Выводы и полезное видео по теме

Пять видов самых распространенных систем кондиционирования, их особенности, различия и возможности подробно описаны лектором из следующего видео:

Базовое устройство систем кондиционирования и рекомендации по выбору подходящего типа даны инженером по вентиляции и кондиционированию:

Профессиональный подход к кондиционированию зданий позволяет обеспечить необходимую температуру, чистоту, влажность и подвижность воздуха, от которых зависит самочувствие и работоспособность людей, функционирование сложной техники, сохранность мебели или определенных материалов.

Процесс проектирования является достаточно сложным и трудоемким, поэтому к нему нужно подходить крайне ответственно. Именно поэтому не стоит заниматься планированием самостоятельно, а заранее выбрать команду профессионалов, которые обладают опытом, положительной репутацией и допуском к проведению подобных расчетов.

У вас остались вопросы по проектированию систем кондиционирования? Задайте их наших экспертам и другим посетителям сайта в блоке обратной связи. Оставляйте свои комментарии, делитесь опытом, принимайте участие в обсуждении.

Кондиционирование — это… Что такое Кондиционирование?

Кондиционирование воздуха — автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения главным образом оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей.

Цели

Кондиционирование воздуха в помещениях предусматривается для создания и поддержания в них:

• установленных нормами допускаемых условий воздушной среды, если они не могут быть обеспечены более простыми средствами;
• искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями внутри помещения или части их круглогодично или в течение теплого либо холодного периода года;
• оптимальных (или близких к ним) гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях, если это экономически оправдано увеличением производительности труда;
• оптимальных условий воздушной среды в помещениях общественных и жилых зданий, административных и многофункциональных, а также вспомогательных зданий промышленных предприятий.

Кондиционирование воздуха, осуществляемое для создания и поддержания допускаемых или оптимальных условий воздушной среды, носит название комфортного, а искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями — технологического. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических решений, именуемых системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства приготовления, перемешивания и распределения воздуха, приготовления холода, а также технические средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля.

История кондиционирования воздуха

Первые попытки кондиционирования воздуха производились в Персии тысячи лет назад. Персидские устройства охлаждения воздуха использовали способность воды сильно охлаждаться при испарении. Типичный кондиционер тех дней представлял собой специальную шахту, улавливающую дуновение ветра, в которой размещались пористые сосуды с водой или протекала вода из источника. Воздух в шахте охлаждался и насыщался влагой и, затем, подавался в помещение. Устройство было сравнительно эффективно для жаркого и сухого климата, такой кондиционер не смог бы работать при высокой относительной влажности воздуха.

В Индии летом в качестве двери использовался каркас, обвитый индийской кокосовой пальмой — татти. Сверху двери устанавливалась ёмкость, которая медленно заполнялась водой за счёт капиллярного эффекта татти. Когда уровень воды достигал определённого значения, ёмкость опрокидывалась, орошая водой дверь, и возвращалась в исходное состояние. Такой цикл многократно повторялся, пока пальма оставалась живой и получала достаточно света (см. ст. Транспирация).

В XIX веке британский изобретатель Майкл Фарадей обнаружил, что сжатие и сжижение определённого газа охлаждают воздух. Но его идеи были в значительной степени теоретическими. Электрический способ кондиционирования воздуха был изобретён Уиллисом Кэррьером примерно в 1902 году. Им же была разработана первая система кондиционирования воздуха для типографии в Бруклине (Нью-Йорк). Летом, при процессе печатания, постоянное изменение температуры и влажности не позволяло добиться качественной цветопередачи. Кэрриер разработал аппарат, который охлаждал воздух до постоянной температуры и осушал его до 55 %. Своё устройство он назвал «аппаратом для обработки воздуха». В 1915 году он и ещё шесть коллег-инженеров основали собственную компанию «Garner Engineering Co.», впоследствии переименованную в «Carrier». Сегодня компания «Кэрриер» — один из ведущих производителей кондиционеров, ей принадлежит 12 % мирового объёма производства кондиционеров.

Сам термин кондиционирование воздуха впервые был предложен в 1906 году Стюардом Крамером, который связывал это понятие с получением кондиционного товара.

Позже дорогие системы кондиционирования воздуха начали применяться для улучшения производительности труда на рабочих местах. Затем сфера применения кондиционирования была расширена для улучшения комфорта в домах и автомобилях. В 1950-х годах в Соединённых Штатах наблюдался взлёт продаж кондиционеров для жилых помещений.

Первые кондиционеры и холодильники использовали токсичные газы, такие как аммиак и метилхлорид, которые приводили к смертельным несчастным случаям в случае утечки. В 1930-х годах по соображениям безопасности фирма Дженерал Электрик выпустила кондиционер, компрессорно-конденсаторный агрегат которого располагался с внешней стороны здания. Это была первая сплит-система.

Первый автомобильный кондиционер имел мощность охлаждения 370 Вт, был создан фирмой С & С Kelvinator Co в 1930 году и установлен на Кадиллаке.

Томас Мидглей младший первым предложил в качестве хладагента использовать дифтормонохлорметан, названный потом фреоном в 1928 году. Этот хладагент оказался намного более безопасным для людей, но не для озонового слоя атмосферы. Фреон — торговая марка компании Дюпон для всех CFC, HCFC или HFC хладагентов, название каждого включает число, указывающее на молекулярный состав (R-11, R-12, R-22, R-134). Наиболее часто используется смесь HCFC, или R-22, но планируется отказаться от неё в производстве новых приборов к 2010 году, и совсем избавиться от неё в 2020 году. R-11 и R-12 больше не изготовляются, единственный способ купить их — это очистить газ, находящийся в старых кондиционерах. В наши дни набирает популярность хладагент R-410A, безопасный для озонового слоя Земли, невоспламеняющийся, нетоксичный и энергосберегающий.

В 1980-х годах компанией инверторные системы.

Способы кондиционирования воздуха

Цикл охлаждения

Принцип работы кондиционера аналогичен принципу работы холодильника. Цикл охлаждения состоит из четырёх этапов:

1. Хладагент циркулирует по закрытому контуру системы, его движение поддерживается компрессором. На первом этапе в компрессор из испарителя поступает холодный парообразный хладагент низкого давления. Затем он сжимается, в течение этого процесса происходит повышение его температуры и давления.

2. Горячий пар поступает в конденсатор, где переходит в состояние жидкости высокого давления — процесс конденсации. Тепло, отводимое от хладагента вентилятором системы охлаждения отдаётся окружающей среде.

3. Затем жидкий хладагент попадает в расширительный клапан, где он резко расширяется, при этом снижаются его давление и температура (он переходит в туманообразное состояние). Регулятор потока контролирует подачу хладагента в испаритель.

4. Хладагент низкого давления попадает в испаритель. Там он начинает кипеть и забирать тепло от воздуха внутри помещения, переходя при этом в газообразное состояние. Затем газообразный хладагент возвращается в компрессор и цикл начинается заново.

Для нагрева воздуха в кондиционерах используется обратный цикл.

Контроль влажности воздуха

Обычно перед воздушным кондиционером ставится задача уменьшения влажности воздуха. Достаточно холодный (ниже точки росы) испарительный змеевик конденсирует водяной пар из обработанного воздуха (таким же образом, как и очень холодный напиток конденсирует водяной пар воздуха на внешней стороне стакана), отправляя воду в дренажную систему и, таким образом понижая влажность воздуха. Сухой воздух улучшает комфорт, так как он обеспечивает естественное охлаждение организма человека путём испарения пота с кожи. Обычно кондиционеры позволяют обеспечить относительную влажность воздуха от 40 до 60 процентов. Установка кондиционера с парогенератором позволяет поддерживать точное значение влажности в помещении.

Испарительные охладители

Вышеупомянутые персидские системы охлаждения были испарительными охладителями. В местах с очень сухим климатом они популярны, так как могут легко обеспечить хороший уровень комфорта. Испарительный охладитель — устройство, которое забирает воздух извне и пропускает его через влажную прокладку. Температура входящего воздуха, измеренная при помощи сухого термометра, уменьшается. Общее же «количество теплоты заключённое в воздухе» (внутренняя энергия) остаётся неизменным. Часть теплоты переходит в скрытую теплоту при испарении воды во влажных и более холодных прокладках. Такие охладители могут быть очень эффективны, если входящий воздух достаточно сухой. Также они дешевле и более надёжны и просты в обслуживании. Похожий тип охладителя, но использующий лёд для охлаждения и увлажнения воздуха, был запатентован американцем Джоном Горри Апалачиколой в 1842 году, который использовал это устройство для охлаждения пациентов в своём госпитале для больных малярией.

Современное кондиционирование воздуха

В наши дни получило распространение проектирование систем кондиционирования на стадии разработки архитектурного проекта.

В XXI веке всё большее значение приобретает энергосбережение при кондиционировании (стоит вспомнить энергетический кризис в Америке, связанный с пиком потребления энергии кондиционерами). Учитывая ухудшающееся состояние окружающей среды, обеспечение чистого воздуха в помещении также является одной из наиболее важных проблем. Также качество воздуха играет большое значение в медицине (операционные и родильные боксы), при производстве электроники и других высокотехнологичных производствах. Для точного поддержания значений температуры и влажности используются прецизионные кондиционеры.

См. также

Ссылки

• Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х ч. Под ред. И. Г. Староверова. // Авт.: В. Н. Богословский, И. А. Шепелев, В. М. Эльтерман и др. Изд. 2-е перераб. и доп. Ч.2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. — Москва: Стройиздат, 1977—502с.(Справочник проектировщика), С. 126. — УДК 697.9.001.2(031)

Wikimedia Foundation. 2010.

Кондиционирование воздуха — это… Что такое Кондиционирование воздуха?

Устройство кондиционирования

Кондиционирование воздуха — автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения воздуха) с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей.

Цели

Кондиционирование воздуха в помещениях предусматривается для создания и поддержания в них:

• установленных нормами допускаемых условий воздушной среды, если они не могут быть обеспечены более простыми средствами;
• искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями внутри помещения или части их круглогодично или в течение теплого либо холодного периода года;
• оптимальных (или близких к ним) гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях, если это экономически оправдано увеличением производительности труда;
• оптимальных условий воздушной среды в помещениях общественных и жилых зданий, административных и многофункциональных, а также вспомогательных зданий промышленных предприятий.

Кондиционирование воздуха, осуществляемое для создания и поддержания допускаемых или оптимальных условий воздушной среды, носит название комфортного, а искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями — технологического. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических решений, именуемых системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства приготовления, перемешивания и распределения воздуха, приготовления холода, а также технические средства холодо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля.

История кондиционирования воздуха

Первые попытки кондиционирования воздуха производились в Персии тысячи лет назад. Персидские устройства охлаждения воздуха использовали способность воды сильно охлаждаться при испарении. Типичный кондиционер тех дней представлял собой специальную шахту, улавливающую дуновение ветра, в которой размещались пористые сосуды с водой или протекала вода из источника. Воздух в шахте охлаждался и насыщался влагой и, затем, подавался в помещение. Устройство было сравнительно эффективно для жаркого и сухого климата, такой кондиционер не смог бы работать при высокой относительной влажности воздуха.

В Индии летом в качестве двери использовался каркас, обвитый индийской кокосовой пальмой — татти. Сверху двери устанавливалась ёмкость, которая медленно заполнялась водой за счёт капиллярного эффекта в тканях татти. Когда уровень воды достигал определённого значения, ёмкость опрокидывалась, орошая водой дверь, и возвращалась в исходное состояние. Такой цикл многократно повторялся, пока пальма оставалась живой и получала достаточно света (см. ст. Транспирация).

В 1820 году британский ученый и изобретатель Майкл Фарадей обнаружил, что сжатый и сжиженный аммиак охлаждает воздух при испарении. Но его идеи были в значительной степени теоретическими. Электрический способ кондиционирования воздуха был изобретён Уиллисом Кэррьером примерно в 1902 году. Им же была разработана первая система кондиционирования воздуха для типографии в Бруклине (Нью-Йорк). Летом, при процессе печатания, постоянное изменение температуры и влажности не позволяло добиться качественной цветопередачи. Кэрриер разработал аппарат, который охлаждал воздух до постоянной температуры и осушал его до 55 %. Своё устройство он назвал «аппаратом для обработки воздуха». В 1915 году он и ещё шесть коллег-инженеров основали собственную компанию «Garner Engineering Co.», впоследствии переименованную в «Carrier». Сегодня компания «Кэрриер» — один из ведущих производителей кондиционеров, ей принадлежит 12 % мирового объёма производства кондиционеров.

Сам термин кондиционирование воздуха впервые был предложен в 1906 году Стюардом Крамером, который связывал это понятие с получением кондиционного товара.

Позже дорогие системы кондиционирования воздуха начали применяться для улучшения производительности труда на рабочих местах. Затем сфера применения кондиционирования была расширена для улучшения комфорта в домах и автомобилях. В 1950-х годах в Соединённых Штатах наблюдался взлёт продаж кондиционеров для жилых помещений.

Первые кондиционеры и холодильники использовали токсичные газы, такие как аммиак и метилхлорид, которые приводили к смертельным несчастным случаям в случае утечки. В 1930-х годах по соображениям безопасности фирма Дженерал Электрик выпустила кондиционер, компрессорно-конденсаторный агрегат которого располагался с внешней стороны здания. Это была первая сплит-система.

Первый автомобильный кондиционер имел мощность охлаждения 370 Вт, был создан фирмой С & С Kelvinator Co в 1930 году и установлен на Кадиллаке.

Томас Мидгли младший первым предложил в качестве хладагента использовать дифторхлорметан, названный потом фреоном в 1928 году. Этот хладагент оказался намного более безопасным для людей, но не для озонового слоя атмосферы. Фреон — торговая марка компании Дюпон для всех CFC, HCFC или HFC хладагентов, название каждого включает число, указывающее на молекулярный состав (R-11, R-12, R-22, R-134a). Наиболее часто используется смесь HCFC, или R-22, но планируется отказаться от неё в производстве новых приборов к 2010 году, и совсем избавиться от неё к 2020 году. R-11 и R-12 больше не изготовляются^{[источник не указан 1271 день]}, единственный способ купить их — это очистить газ, находящийся в старых кондиционерах. В наши дни набирает популярность хладагент R-410A, безопасный для озонового слоя Земли, невоспламеняющийся, нетоксичный и энергосберегающий. А еще позже на хладагеты, не содержащие ни хлор, ни фтор, т.е. углеводороды (напр. изобутан — R-600).

В 1980-х годах компанией Toshiba был разработан новый способ управления компрессором, заключающийся в изменении частоты тока электропитания компрессора — инверторные системы.

Способы кондиционирования воздуха

Цикл охлаждения

Принцип работы кондиционера аналогичен принципу работы холодильника.

Основная статья: Парокомпрессионный холодильный цикл

Необходимо отметить, что в реальных условиях обратный цикл холодильной машины состоит из более чем 4 точек: например, при применении винтового компрессора горячие сжатые пары хладагента попадают сразу не в конденсатор, а в маслоотделитель. И только оттуда направляются в конденсатор. После конденсатора жидкий хладагент, как правило, поступает в ресивер (специальный резервуар), а уже из него направляется в расширительный (дросельный) клапан.

Для нагрева воздуха в помещении кондиционеры переходят в режим работы теплового насоса — конденсатор выполняет роль испарителя, а испаритель роль конденсатора, то есть отводимая теплота конденсации используется для нагрева воздуха.

Контроль влажности воздуха

Обычно перед воздушным кондиционером ставится задача уменьшения влажности воздуха. Достаточно холодный (ниже точки росы) испарительный змеевик конденсирует водяной пар из обработанного воздуха (таким же образом, как и очень холодный напиток конденсирует водяной пар воздуха на внешней стороне стакана), отправляя воду в дренажную систему и, таким образом понижая влажность воздуха. Сухой воздух улучшает комфорт, так как он обеспечивает естественное охлаждение организма человека путём испарения пота с кожи. Обычно кондиционеры позволяют обеспечить относительную влажность воздуха от 40 до 60 процентов. Установка кондиционера с парогенератором позволяет поддерживать точное значение влажности в помещении.

Испарительные охладители

Вышеупомянутые персидские системы охлаждения были испарительными охладителями. В местах с очень сухим климатом они популярны, так как могут легко обеспечить хороший уровень комфорта. Испарительный охладитель — устройство, которое забирает воздух извне и пропускает его через влажную прокладку. Температура входящего воздуха, измеренная при помощи сухого термометра, уменьшается. Общее же «количество теплоты заключённое в воздухе» (внутренняя энергия) остаётся неизменным. Часть теплоты переходит в скрытую теплоту при испарении воды во влажных и более холодных прокладках. Такие охладители могут быть очень эффективны, если входящий воздух достаточно сухой. Также они дешевле и более надёжны и просты в обслуживании. Похожий тип охладителя, но использующий лёд для охлаждения и увлажнения воздуха, был запатентован американцем Джоном Горри Апалачиколой в 1842 году, который использовал это устройство для охлаждения пациентов в своём госпитале для больных малярией.

Современное кондиционирование воздуха

В наши дни получило распространение проектирование систем кондиционирования воздуха на стадии разработки архитектурного проекта.

В XXI веке всё большее значение приобретает энергосбережение при кондиционировании (стоит вспомнить энергетический кризис в Америке, связанный с пиком потребления энергии кондиционерами^{[источник не указан 1271 день]}). Учитывая ухудшающееся состояние окружающей среды, обеспечение чистого воздуха в помещении является одной из наиболее важных проблем. Кроме того, качество воздуха имеет большое значение в медицине (операционные и родильные боксы), при производстве электроники и в других высокотехнологичных производствах. Для точного поддержания значений температуры и влажности используются прецизионные кондиционеры.

Литература

• Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х ч. Под ред. И. Г. Староверова. // Авт.: В. Н. Богословский, И. А. Шепелев, В. М. Эльтерман и др. Изд. 2-е перераб. и доп. Ч.2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. — Москва: Стройиздат, 1977—502с.(Справочник проектировщика), С. 126. — УДК 697.9.001.2(031)
• Стефанов Е. В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. — СПб.: АВОК «Северо-Запад», 2005. — 391.: ил. — УДК 697.9 (075.8)

Ссылки