Кондиционер на принципе испарения воды

Обновлено: 18.05.2024

Бытовые и полупромышленные кондиционеры бывают двух видов в зависимости от конструкции и принципа действия: моноблочные и сплит-системы. Моноблоки в свою очередь делятся на мобильные, оконные и испарительные устройства, а сплит-системы – на настенные, кассетные, канальные, колонные и напольно-потолочные (универсальные).

Основа принципов работы разных климатических систем

У сплит-систем и мобильных, а также оконных кондиционеров принцип работы разный, но основан на свойстве любых жидкостей забирать тепло при испарении и выделять его при конденсации. В данных охлаждающих приборах рабочей жидкостью является газ – фреон. Он циркулирует по замкнутому контуру у двухкомпонентных блоков и моноблоков.

Температура фазового перехода, когда газ становится жидким, а потом опять возвращается в нормальное состояние, зависит от рабочего давления – чем оно больше, тем выше температура фазового перехода.

Чтобы жидкий фреон кипел и забирал тепло из воздуха, компрессор создает давление в испарителе, при котором температура фазового перехода меньше температуры окружающей среды. Когда компрессор создает давление, при котором температура фазового перехода выше показателей воздуха, фреон опять принимает газообразное состояние и отдает забранное тепло наружу, то есть на улицу, через внешний блок.

Если рассматривать принцип работы напольного кондиционера без воздуховода, то здесь используется тоже самое свойство жидкости, но рабочим веществом является вода, а не фреон. Внутри прибора нет замкнутого контура. Жидкость прокачивается дренажным насосом вверх и под действием теплого воздуха испаряется, отдавая прохладу наружу. По сути, это больше испаритель, а не кондиционер, так как он хорошо увлажняет воздух, а охлаждает посредственно.

Как работают сплит-системы и их разновидности

Сплит-система состоит из наружного и внутреннего блоков. В наружном находится компрессор, плата управления, вентилятор и конденсатор. Основные элементы внутреннего блока: испаритель, вентилятор, фильтры, температурные датчики и поддон для конденсата.

Фреон циркулирует по замкнутому контуру. Он состоит из:

внутреннего змеевика – испарительного теплообменника;
наружного змеевика – конденсаторного теплообменника;
соединительных медных трубок – фреоновой магистрали;
компрессора, повышающего давление;
капиллярной трубки у бытовых систем;
терморегулирующего вентиля (ТРВ) у полупромышленных блоков.

Капиллярная трубка и ТРВ имеют общий синоним – дросселирующее устройство. Они обеспечивают разность давления конденсации и кипения хладагента за счет гидравлического сопротивления по всей длине.

У кондиционеров, которые могут осуществлять подогрев воздуха, есть 4-ходовый клапан, меняющий функционально два теплообменника местами – наружный отвечает за испарение хладагента, а внутренний – за его конденсацию.

Работа на охлаждение

Фреон поступает в компрессор, где его давление увеличивается в 3 раза, а температура повышается на 50-60°C, то есть происходит сжатие. Далее он следует в конденсатор и обдувается более холодным воздухом, после чего переходит в жидкое состояние. Воздух проходит через конденсаторный теплообменник и нагревается от выделяемого фреоном тепла.

Затем хладагент перемещается в спиралеобразную капиллярную трубку или ТРВ, где его давление уменьшается, температура понижается и происходит небольшое испарение. Испарительный теплообменник продувается комнатным воздухом, но при поступлении более холодного фреона охлаждается. Хладагент при этом забирает его тепло и переходит в исходное состояние. Далее цикл повторяется.

При работе на холод схема действия кондиционера сплит-системы заключается в 4 основных этапах: сжатии, конденсации, разрежении и испарении.

Работа на обогрев

Суть принципа работы кондиционера сплит-системы на обогрев не меняется. При переключении 4-ходовым клапаном функций блоков, когда направление потока хладагента изменяется, воздух забирается с улицы наружным блоком, где происходит испарение фреона, а в комнату его доставляет внутренний блок, в котором хладагент снова переходит в газообразную фазу.

Чем ниже температура воздуха на улице, тем сложнее извлечь из него тепло, так как разница между температурой воздуха и температурой испарения фреона уменьшается, следовательно, нагревательная способность снижается из-за выравнивания их значений.

Прецизионные кондиционеры

Прецизионная климатическая техника по принципу работы не отличается от сплит-системы, но обладает рядом особенностей:

Способна работать в режиме 24/7/365 в течение 10 лет, в то время как бытовой сплит-ситемы хватит не более чем на 2 года.
Имеет мощный вентилятор, за счет чего качество охлаждения выше, чем у сплита. Воздушные потоки заданной температуры равномерно распределяются по комнате.
В качестве рабочего вещества может выступать фреон, вода или гликоль.
Увлажнение воздуха осуществляется с помощью парогенератора электродного типа.

Прецизионные кондиционеры используются в серверных, где необходимо бесперебойно поддерживать определенную температуру и влажность воздуха.

Инверторные кондиционеры

Принцип работы инверторного кондиционера такой же, как у обычного. Отличие климатического оборудования инверторного типа заключается в управлении режимом работы. В обычной сплит-системе при достижении заданной температуры компрессор выключается. Когда температура меняется в большую сторону, срабатывает запуск нагнетателя. Таким образом, система работает на полную мощность, но с перерывами.

В инверторных двигателях есть плата частотного преобразователя, которая меняет стандартную частоту электрической сети. Вентилятор не перестает работать при достижении температурной нормы: он постепенно замедляет вращение, а при нагревании воздуха на 1 градус, увеличивает число оборотов в единицу времени.

Преимущества такого управления в долговечности оборудования и в экономии электричества до 30% по сравнению с неинверторными сплит-системами.

Канальная климатическая система

От внутреннего блока канального кондиционера отходит система подводящих и отводящих воздуховодов, по которым забирается теплый воздух и поставляется холодный в одно или несколько помещений.

Оборудование такого типа имеет функцию подмеса свежего воздуха с улицы до 30%.

Монтаж кондиционера канального типа лучше делать на этапе строительства здания — блок устанавливается под потолком вместе с системой вентиляции.

Принцип работы мобильных кондиционеров

Охлаждение

С первым потоком происходит охлаждение конденсатора за счет проходящего уже охлажденного воздуха. Теплый поток удаляется наружу через гофрированный отводящий шланг. Второй поток воздуха нужен для охлаждения комнаты. Проходя через испаритель, теплый воздух отдает тепло фреону и снижает свою температуру, после чего возвращается в помещение через распределительные решетки на корпусе. Компрессор при этом создает необходимое давление, а центробежный вентилятор обеспечивает забор воздуха и обдув теплообменников. Так строится принцип работы мобильных кондиционеров на охлаждение.

Если говорить о принципе работы мобильного кондиционера с воздуховодом, отличие заключается в том, что в корпусе имеются два герметичных отсека с двумя разными змеевиками. В нижнем находится конденсаторный теплообменник, а в верхнем – испарительный.

Обогрев

При обогреве моноблок обычно работает в режиме тепловентилятора, а воздуховод закрывают снаружи заглушкой, чтобы холодный воздух с улицы не попадал в прибор. Изолированный от внешней среды кондиционер может функционировать при любых морозах.

Принцип работы кондиционера на обогрев в данном случае строится не на перенаправлении хладагента в другую сторону, а на электрическом нагреве за счет керамических ТЭНов, которые превращают мобильное устройство в типичный обогреватель.

Охлаждение и обогрев оконными кондиционерами

От принципа работы напольного кондиционера функционирование оконного блока практически не отличается. У него тоже есть два отсека: в одном находится испарительный теплообменник, а в выходящем наружу – конденсаторный.

Охлаждение

При охлаждении фреон циркулирует между двумя змеевиками. Центробежный вентилятор забирает воздух из комнаты, проводя его через фильтр грубой очистки, и обдувает им испарительный теплообменник. За счет разницы температур и нагнетаемого давления воздух отдает тепло фреону и охлаждается, направляясь обратно в комнату. Хладагент в это время перемещается к теплообменнику на внешней стороне оконного блока, где тепло передается воздуху, нагнетаемому осевым вентилятором через боковые решетки.

Обогрев

Если говорить о принципе действия кондиционера оконного типа на обогрев, то здесь также используют встраиваемые ТЭНы, позволяющие превращать охлаждающее устройство в полноценный обогреватель. До -15°C такой моноблок греть воздух в комнате будет исправно.

Как работают испарительные кондиционеры

В испарительных кондиционерах нет фреоновых контуров с теплообменниками и компрессорами. В состав безвоздуховодного напольного блока входят следующие элементы:

вентилятор;
дренажный насос;
пористый гидро-фильтр;
воздушный фильтр грубой очистки;
емкость для холодной воды.

Рабочая жидкость – холодная вода, в которую дополнительно кладут лед для более эффективного охлаждения.

Охлаждение

Влагу удалять нет необходимости, так как она выделяется в комнату вместе с охлажденным воздухом, поэтому такие моноблочные устройства еще называют увлажнителями или испарительными кондиционерами.

Цикл охлаждения состоит из нескольких этапов:

гидро-фильтр пропитывается водой, поступающей из специальной емкости под воздействием дренажной помпы;
воздушный поток проходит через механический фильтр и поступает в гидро-фильтр;
здесь он отдает свое тепло воде, и она начинает испаряться, при этом происходит охлаждение и увлажнение воздушного потока.

Работа кондиционера без воздуховода заключается в том, что вода переходит из жидкого состояния в газообразное и поглощает тепло от воздуха.

Обогрев

Если рассматривать принцип работы кондиционера-испарителя на обогрев, то он ничем не отличается от оконных блоков и мобильных с воздуховодом. В корпус напольного испарительного блока встраивается нагревательный элемент, позволяющий эксплуатировать прибор в режиме тепловентилятора с электрическим нагревом. Ограничений по наружной температуре нет никаких.

В основу принципов работы всех кондиционеров: и напольных, оконных и сплит-систем, легло свойство жидкости забирать и отдавать тепло при испарении и конденсации, но цикл охлаждения или обогрева может сильно различаться в силу конструктивных особенностей прибора.

Предисловие…
Причины, которые натолкнули на создание этого "чудо агрегата", довольно банальны и просты, это частая езда на дачу и пикники, а так-же небольшие поездки в ближайшие города.
Чиллер-фанкоил: правильное название кондиционера, в котором в качестве охлаждающей субстанции используется вода, в системе с замкнутой циркуляцией, и испарительным охлаждением.
Основная задача, которая задумывалась для этого водяного кондиционера — охлаждать "холодильник-сумку" с продуктами (например холодные напитки или мясо). Так-как сумка такая имеется (с вкладышами охлаждающими элементами) а портативный, активный холодильник, в этом году покупать не предвидится.
После сборки и тестирования в реальных условиях, выяснилось, что такой мини-кондиционер, отлично справляется с охлаждением воздуха в зоне посадки моего маленького пассажира (при установке в пространство под ноги ребенка, который пристегнут и сидит в кресле позади водителя) так как открытие окон не желательно, а покупка машины не предусматривала комплектацию с кондиционером (на то были причины (писал в своем блоге).
Теперь собственно о принципе работы агрегата и о изготовлении самой конструкции.
В конструкции использована двухконтурная схема охлаждения и увлажнения подаваемого воздуха:
1) Чиллер (Водоохлаждающая система)
2) Фанкоил (теплообменник для охлаждения воздуха)
3) Испаритель (выполняет 2 функции: охлаждение и увлажнение)
питание от бортовой сети 12V (через прикуриватель)
— схема приведена ниже
Принцип работы:
Первая фаза. а) Вода засасывается мотором насосом, со дна контейнера, подается в чиллер (змеевик из трубы, на дне контейнера). Вода проходя по нему охлаждается, за счет испарения жидкости. Испарение образуется из-за обдува кулером постоянно увлажняемого (орошаемого водой) материала (адсорбирующая салфетка) обмотанного вокруг трубок, одновременно увлажняя воздух при испарении.
Вторая фаза. б) пройдя через чиллер, охлажденная вода попадает в фанкоил (теплообменник) верхний змеевик, где направленным потоком воздуха происходит обдув теплообменника, при этом, выходящий воздух увлажнен и имеет пониженную температуру. Вода, пройдя через теплообменник выходит через открытое отверстие змеевика и с помощью распылительной насадки — орошает адсорбирующую салфетку чиллера. Цикл становится замкнут.
Рассчет показал приблизительно 19-20% КПД. Тот кто "мало-мальски" связан с расчетом производительности подтвердят, что это высокий показатель, для "кустарного" изделия… за тестовые 6 минут температура упала на — 6,5°С, а через 20 минут температура на градуснике упала до — 11°С от базовой T°
Конечно его можно улучшить используя радиаторы систем водяного охлаждения в компьютерах, а так же более мощными моторами…
НО! это несомненно удорожит стоимость и смысл делать что-то самому, пропадет, так как стоимость затрат превысит планку для расчета себестоимости… В общем тут можно говорить бесконечно и придти к тому, что "легче купить готовый" рефрижератор (автохолодильник)…
— Целью было не собрать заводской агрегат, а минимальными затратами добиться максимальной выгоды в использовании. / по этому "хейтеры" идут лесом :) /
80% элементов в конструкции — куплены в "Ашане" за копейки, остальное в магазинах типа "Строитель" и "Автозапчасти"
1) пластиковый контейнер, 1шт =110 руб.
2) пластиковая тара (хз для чего она), 1шт =56 руб.
3) мотор-насос омывателя, 1шт =75 руб.
4) магистральная тормозная труба на ВАЗ "классику", 2шт =65 руб.
5) гибкий шланг (типа силиконовый), 1м =28 руб.
6) труба + уголок вентиляционные, 1шт + 1шт =130 руб.
7) салфетка нетканая адсорбирующая, 1шт =18 руб.
8) кулеры компьютерные: были
9) пластиковые колпачки (ножки), пластиковые хомуты, кнопка, провод, штекер в прикуриватель: были
мои затраты: Итого = 482 руб.
Удачи на дорогах, Берегите себя и близких!

Подача воздуха: нижняя ; Площадь охлаждения (при h= 3,0 м): 150 м² ; Площадь увлажнения (при h= 3,0 м): 300. 500 м² ; Производительность вентилятора мах. (м³/мин): 300м³/мин ; Производительность вентилятора мах. (м³/час): 18000 м³/час

Охладитель-увлажнитель воздуха SABIEL D180CL (нижняя подача, LED пульт, гигростат, центробежный вентилятор)

Охладитель-увлажнитель воздуха SABIEL D250 (нижняя подача)

Подача воздуха: нижняя ; Площадь охлаждения (при h= 3,0 м): 200-250 м² ; Площадь увлажнения (при h= 3,0 м): 400. 600 м² ; Производительность вентилятора мах. (м³/мин): 417м³/мин ; Производительность вентилятора мах. (м³/час): 25000 м³/час

Охладитель-увлажнитель воздуха SABIEL D300A (нижняя подача)

Подача воздуха: нижняя ; Площадь охлаждения (при h= 3,0 м): 250-300 м² ; Площадь увлажнения (при h= 3,0 м): 500. 700 м² ; Производительность вентилятора мах. (м³/мин): 500м³/мин ; Производительность вентилятора мах. (м³/час): 30000 м³/час

Био-кондиционер Zenet Air Cooler Model 4

Площадь охлаждаемого помещения: до 23 м2 ; Шум: 24 dB / 28 dB / 35 dB ; Мощность: 65 Вт. ; Емкость бака: 3 л. ; Пульт ДУ: есть

Испарительный кондиционер – удобный бытовой прибор для охлаждения и кондиционирования воздуха. Основным его достоинством является возможность установки в помещении без трудоемкой подготовки и монтажа – мобильные кондиционеры не требуют подключения к воздуховоду и шлангу для отвода конденсата. По принципу действия их называют кондиционерами испарительного типа.

Вспомните ощущение прохлады после купания в жаркий день, когда влажную кожу обдувает легкий ветер. При этом происходит физический процесс испарения воды, и результатом этого процесса становится резкое поглощение тепла из окружающей среды. Охлаждение воздуха в кондиционерах испарительного типа основано именно на этом свойстве воды: поглощать тепло при переходе из жидкого состояния в газообразное.

В кондиционере установлен губчатый фильтр, который впитывает воду из специального резервуара. Струя воздуха, нагнетаемая вентилятором, проходит через этот фильтр и испаряет влагу из него. При этом происходит поглощение теплоты, и воздух, проходящий через кондиционер, охлаждается. Максимальная эффективность достигается при температуре воздуха в помещении выше 25 градусов Цельсия.

Мобильные кондиционеры выпускаются в напольном исполнении. Они не требуют подвода воздуха с улицы через воздуховод, однако, приток свежего воздуха позволяет не только охладить, но и освежить воздух, нормализовать его влажность. Поэтому не рекомендуется использовать такие кондиционеры в наглухо закрытых помещениях и подвалах – воздух, даже охладившись на несколько градусов, останется спертым.

Кроме мобильности, позволяющей легко перемещать кондиционер испарительного типа из одного помещения в другое, существует ряд других положительных особенностей прибора:

Компактные размеры позволяют установить его в любом помещении;

Мобильные кондиционеры рассчитаны на охлаждение помещений площадью до 25 квадратных метров;

Понижение температуры в режиме испарения происходит постепенно, при этом влажность воздуха нормализуется. При таком режиме охлаждения риск простыть минимален.

Высокая экологичность прибора: в нем не используются хладагенты, охлаждение происходит только за счет испарения воды;

Простота управления – кнопки и переключатели расположены на корпусе прибора, некоторые модели комплектуются пультом ДУ;

Широкий выбор моделей с дополнительными функциями: нагреватель, ионизатор воздуха или контейнер для льда, позволяющий быстро снизить температуру, а также возможность работы в режиме вентилятора;

Кондиционер испарительного типа не требуют квалифицированного монтажа и подключения к системам подвода воздуха и отвода конденсата;

Низкий уровень энергопотребления при высокой выдаваемой мощности охлаждения;

Умеренный уровень шума, не превышающий шум напольного вентилятора.

К недостаткам испарительных кондиционеров можно отнести разве что невозможность работы без притока свежего воздуха.

Принцип работы прецизионного кондиционера с фреоновым охладителем и конденсатором воздушного охлаждения следующий. Циркуляцию воздуха в помещении обеспечивает встроенный в кондиционер один или несколько вентиляторов. Воздушный поток, поступая в кондиционер, проходит через фильтр, который может иметь различную степень очистки от EU-4 до EU-9. Затем очищенный воздух проходит через испаритель, в котором происходит его охлаждение и осушение. После этого воздух может подвергаться другим видам обработки: увлажнению при помощи парового увлажнителя, нагреву за счет водяного или электрического калорифера и после этого подаваться в помещение. Охлаждение воздуха происходит при помощи системы охлаждения с прямым испарением.

Компрессор всасывает и сжимает пар хладона, повышая его давление и обеспечивая его циркуляцию в холодильном контуре. Далее горячий пар поступает в конденсатор воздушного охлаждения, где охлаждается и конденсируется, превращаясь в жидкость. Охлаждение происходит за счет потока наружного воздуха, создаваемого вентиляторами конденсатора. На выходе из конденсатора жидкий хладон с высоким давлением возвращается в кондиционер и попадает в терморегулирующий вентиль (ТРВ). В нем происходит резкое снижение давления (дросселирование) хладона. Хладон частично выкипает и на выходе из вентиля превращается паро-жидкостную смесь. Затем эта смесь подается в теплообменник испарителя и с его помощью охлаждает воздух в обслуживаемом помещении, снова превращаясь в пар. Пар всасывается компрессором и цикл повторяется. Тепло, отводимое с помощью наружного воздуха сбрасывается в окружающую среду.

Системы с водяным охлаждением конденсатора работают по тому же принципу. Единственное их отличие состоит в том, что охлаждение конденсатора происходит не за счет воздуха, а за счет циркуляции воды или водных растворов гликолей, подаваемых насосом от внешних источников: системы оборотного водоснабжения или сухой градирни (драйкулера).

Принцип работы прецизионного кондиционера с жидкостным воздухоохладителем.

Принцип работы прецизионного кондиционера с жидкостным воздухоохладителем следующий. Циркуляцию воздуха в помещении обеспечивает встроенный в кондиционер один или несколько вентиляторов. Воздушный поток, поступая в кондиционер, проходит через фильтр, который может иметь различную степень очистки от EU-4 до EU-9. Затем очищенный воздух проходит через жидкостной теплообменник, в котором происходит его охлаждение и осушение. После этого воздух может подвергаться другим видам обработки: увлажнению при помощи парового увлажнителя, нагреву за счет водяного или электрического калорифера и после этого подаваться в помещение. Охлаждение воздуха происходит при помощи теплоносителя (воды или водных растворов гликоля), подаваемого с помощью насосов от чиллера или драйкулера. Регулирование степени охлаждения воздуха и количества отведенного тепла происходит за счет изменения расхода теплоносителя. Кроме того, при работе чиллера в режиме свободного охлаждения (free-cooling) возможно значительное снижение потребления электроэнергии.

Принцип работы прецизионного кондиционера в режиме свободного охлаждения (free cooling).

Принцип работы прецизионного кондиционера в режиме свободного охлаждения (free cooling) заключается в использовании низкой температуры уличного воздуха для охлаждения помещения. Цель – значительное снижение или полное отсутствие потребления электроэнергии за счет использования охлаждающего потенциала уличного воздуха. В теплое время года агрегат работает за счет системы с прямым испарением, основным потребителем электроэнергии в которой являются компрессор. Но при снижении температуры уличного воздуха до +10оС и ниже компрессор отключается полностью, а используются только насос для подачи теплоносителя от драйкулера к жидкостному воздухоохладителю, обеспечивая таким образом работу в режиме free-cooling. При этом среднегодовое снижение энергопотребления может составлять 40-45%.

Для работы в режиме свободного охлаждения используются агрегаты специальной конструкции, предусмотренной заводом-изготовителем.

Прецизионные кондиционеры с функцией свободного охлаждения (free-cooling) дополнительно оснащаются следующими элементами:

дополнительными воздушными и жидкостными клапанами с управляемым приводом;
дополнительными температурными датчиками;
специальными настройками алгоритма работы.

Существует 2 типа свободного охлаждения: прямой и непрямой. Прямой free-cooling представляет собой непосредственную подачу уличного воздуха через кондиционер в помещение. Как только уличная температура воздуха становится ниже заданной температуры воздуха в помещении, по сигналу температурного датчика процессор одновременно дает команды на снижение оборотов или полную остановку компрессора и частичное открытие воздушного клапана для подачи уличного воздуха непосредственно в помещение.

Непрямой тип использует жидкость (раствор гликолей), циркулирующую в трубопроводе между жидкостным воздухоохладителем кондиционера и драйкулером. Охлаждение жидкости происходит за счет потока наружного воздуха, создаваемого вентиляторами драйкулера. При снижении температуры уличного воздуха ниже определенной отметки охлаждение жидкости в драйкулере может происходить без участия вентиляторов. Работая в таком режиме, прецизионный кондиционер позволяет в несколько раз снизить потребление электроэнергии.

Принцип работы прецизионного кондиционера с резервной системой охлаждения.

Резервная система охлаждения представляет собой наличие в прецизионном кондиционере комбинации воздухоохладителей, использующих разные источники холода или непосредственное дублирование (резервирование) самих агрегатов. Комбинированные системы могут состоять из двух жидкостных воздухоохладителей или комбинации из охладителя прямого испарения и жидкостного охладителя. Хладоновый охладитель является испарителем холодильной машины, а жидкостной соединен с чиллером.

Читайте также: