Климатическая техника

Кондиционер – холодильник наоборот

March 7, 2012

Все кондиционеры разные. Они отличаются назначением, внешним видом, размерами, мощностью и т.д., но при этом, принцип работы у всех абсолютно один и тот же. В этой статье мы расскажем, как же все-таки работает любой кондиционер.

Так же как и работа холодильника, работа кондиционера основывается на физических процессах из курса физики школьного обучения. Их суть можно наглядней понять, сделав три опыта с помощью старого чайника, велосипедного насоса и химической склянки с одеколоном.

С первым опытом многие сталкиваются ежедневно. На открытый участок кожи капните одеколоном, вы ощутите прохладу, это интенсивно испаряется жидкость. Данный опыт объясняется тем, что при переходе из жидкого агрегатного состояние в газообразное, одеколон забирает какую-то часть тепла вашего кожного покрова. С конца XVIII века это явление было широко известно. Когда плавится твёрдое тело, испаряется жидкость, при этом поглощая из окружающей среды тепло и не изменяя своей собственной температуры. И совершенно наоборот, когда конденсируется пар и превращается, затем в жидкость или она кристаллизуется, это всё сопровождается большим выделением тепла.

Капля на тыльной стороне ладони

Следующий опыт потребует некоторого энтузиазма и достаточной резвости. Несколько раз потребуется измерить в чайнике температуру кипения воды, причём постепенно и поднимаясь в горы. И заметите, что на очень высоких вершинах Уральских гор вода закипит на пять градусов «раньше», чем в столице. А если совершите восхождение на Эверест, то уже кипение будет проходить при семидесяти градусах. Это объясняется тем, что атмосферное давление высоко в горах будет значительно ниже, чем на равнине, и жидкость там закипает и испаряется легче. Отсюда следует, что чем выше давление, тем значительно проще обратный переход пара (газа) в жидкообразное состояние. Допустим, охлаждая очень горячий водяной пар, в какой-нибудь из шахт корпорации «De Beers» на трёхкилометровой глубине, вы сразу обнаружите, что он превратится в состояние воды при температуре превышающей чуть более 100⁰С. Да и чтобы сделать кипяток, греть придётся достаточно долго. Вот и представьте себе, какие суровые муки испытывают грешников души в глубинах ада – немыслимо представить, как высока температура кипения.

Тут очень высокая температура

Третий опыт, после таких столь затруднительных путешествий, покажется вам достаточным пустяком. Велосипедный насос с манометромВелосипедным насосом накачайте шину, а потом ощутите его рукой. Насос покажется достаточно горячим. Происходит нагрев при сжатии воздуха. Как и в выше приведённых опытах, верно и обратное, если предоставить воздуху расширение, то он начнёт остывать. После этой затянувшейся сказочной экскурсии в мир физики, давайте всё же перейдём вплотную к кондиционерам.

Любой кондиционер содержит миниатюрный «трубопровод» замкнутого типа, в котором циркулирует специальное рабочее вещество. Оно из газообразного состояния превращается в жидкое и обратно при некоторой требуемой температуре. Её мы будем называть температурой превращения. И это вещество называют хладагентом (не стоит путать со шпионами самой Снежной Королевы). Испаритель находится там, где нужно забрать тепло и достаточно охладить воздух во внутреннем помещении. При небольшом давлении в 5 атмосфер и температуре 5⁰С, жидкость превращается в газ (смотри опыт 1). Далее он поступает в компрессор, где и сжимается до давления 15-25 атмосфер (как в хорошей кофеварке эспрессо), и что поднимает его температуру до 60-70⁰С (смотри опыт 3).

Так как давление газа теперь стало довольно большим, а температура превращения для него значительно увеличивается, что теперь составляет не 5⁰С, как до этого, а 37-40⁰С (смотри опыт 2), то он направляется в конденсатор. «Газопровод» обдувается воздухом при помощи внешнего вентилятора (этот воздух должен быть прохладнее 60⁰С). Далее газ конденсируя, превращается в жидкость и в окружающую среду отдаёт тепло (смотри опыт 1). Нагретый при этом воздух находится на улице (кондиционер для оконного проёма, сплит-система) или его нужно туда перегнать по определённому каналу (мобильный кондиционер). И только потом, жидкость, полученная при выше перечисленных операциях, отправляется в терморегулирующий вентиль. Это прямая противоположность компрессору, он снижает давление жидкости. Таким устройством будет служить обычная капиллярная спираль. Ввиду уменьшения давления, жидкость на выходе из неё достаточно охлаждается (смотри опыт 3). И температура её приближается к 5⁰С, то это и есть её новая температура превращения, которая соответствует более низкому давлению (смотри опыт 2). При этом жидкость снова стремиться в испаритель, в котором, образуя газ, охлаждает воду, при помощи внутреннего вентилятора воздуха. И только после всего этого охлаждённый воздух направляется внутрь вашего помещения.

До тех пор, как чувствительный температурный датчик не обнаружит, что температура воздуха в комнате достигла заданной температуры, подобный круговорот будет повторяться снова и снова. Только после этого он отключит работающий кондиционер.


Далее, давайте посмотрим, из чего состоит кондиционер.