Кондиционер: а кто его придумал?

Контрольные вопросы:

1. На каком эффекте основывалось действие «кондиционеров» в древнем мире?
2. В каком году впервые был выдан патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях» ?
3. В каком году и кем была изобретена первая промышленная установка для кондиционирования воздуха?
4. Как появился термин «кондиционирование воздуха» и с чем связано такое название?
5. Могли ли первые кондиционеры работать на тепло?
6. Что такое сплит-система? Почему понадобилось создать сплит систему? Какая компания сделала первую сплит-систему и когда?
7. Почему во многих странах до сих пор популярнее оконные кондиционеры, а не сплит-системы?
8. Что такое инверторное управление?
9. Когда на рынке появились первые мультисплит-системы и что они собой представляют?
10. Почему кондиционирование воздуха признано одной из самых значительных технологий ХХ века?

Как Кэрриер создал первый кондиционер

Однако начавшаяся в позапрошлом столетии техническая революция очень быстро перевернула представление людей о климате. Интересно, что впервые слово «кондиционер» было произнесено еще в 1815 году. Именно тогда француз Жанн Шабаннес получил британский патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях «. Но практического воплощения идеи пришлось ждать достаточно долго.

По распространенной версии, первый кондиционер появился в 1902 году в США, в Нью-Йорке, в помещении Бруклинской типографии. Самое любопытное, что первый кондиционер предназначался не для создания приятной прохлады работникам, а для борьбы с влажностью, здорово ухудшавшей качество печати. . Летом, при повышенной температуре и влажности воздуха в условиях их постоянного изменения в процессе печатания, не удавалось добиться качественной цветопередачи. Инженер компании Буффало Виллис Хэвилэнд Кэрриер разработал аппарат, с помощью которого стабильно обеспечивалось охлаждение и осушение воздуха до уровня 55%. В. Х. Кэрриер назвал свое устройство «аппарат для обработки воздуха».

В. X . Кэрриер получил образование в Корнелльском университете (степень магистра) и по его окончанию в 1901 году был принят на работу в научно-исследовательскую лабораторию компании «Buffalo Forge», занимающей лидирующие позиции по тепловентиляторам. Уже через год, занимаясь проблемой поддержания температурно-влажностных условий цветной печати в типографском деле, он разработал свой аппарат для «обработки» воздуха — по существу, форсуночная камера орошения.

История гласит, что поздней осенью 1901 года В. X . Кэрриер, ожидая прихода поезда, находился на железнодорожной платформе. Температура воздуха была около 1оС, и вся платформа была окутана плотным туманом. Кэрриер связал образование тумана с температурой воздуха и задумал создать подобные условия в инженерном устройстве с целью управления этим процессом. Кэрриеру удалось за счет изменения температуры воды, разбрызгиваемой в поток воздуха, влиять на насыщение воздуха влагой. Охлаждение и осушение воздуха в одном аппарате позволило контролировать температуру и относительную влажность воздуха в производственных помещениях книгоиздательской компании «Sackett & Wuhelms» в Бруклине и обеспечить качество четырехцветной печати. Это изобретение, и соответственно 17 июля 1902 года (дата внедрения аппарата обработки воздуха), считаются точкой отсчета в развитии индустрии кондиционеростроения.

Уже через год аристократия Европы, приезжая в Кельн, считала своим долгом посетить местный театр. Причем живой интерес публики вызывала не только ( и не столько) игра труппы, а приятный холодок, царивший в зрительном зале даже в самые знойные месяцы — в театре работал кондиционер.

В 1902- 1903 г .г. Кэрриер продолжил исследования в области осушения воздуха, занимался абсорбцией влаги с помощью водных растворов хлористого кальция. В 1906 году получил патент США на свой аппарат для «третирования» воздуха 808897 (2.01.1906). В 1907 г .- патент на способ регулирования влажности по точке росы приточного воздуха 854270(27.05.1907).

В 1908 г . В. Х. Кэрриер предложил основные зависимости «Rational Psychrometric formulae» для инженерного расчета процессов кондиционирования воздуха, а также разработал психрометрическую диаграмму (хранятся в музее компании Буффало). Эти материалы были доложены в 1911 году в виде двух письменных докладов в ASME — американском обществе инженеров-механиков.

В 1915 г . Кэрриер и еще шесть его коллег-инженеров образовали собственное дело — компанию «»Garner Engineering Co.» со стартовым капиталом в 32 000 $. Усилия компании были направлены на развитие всех компонентов СКВ, в т.ч. и на холодильное оборудование. Так, в 1921 году был разработан холодильный турбокомпрессор. В 1939 г. — СКВ для «небоскребов» и многое другое в последующие годы. Этапы развития компании могут быть предметом отдельного исторического исследования. Сегодня компания Кэрриер остается одной из ведущих компаний законодателей в области кондиционеростроения (в 2001 году доход составил 8,895 млрд.). Компания обеспечивает 12% мирового объема производства, предлагая при этом более 10000 различных агрегатов. Имеет филиалы в 171 стране (46 тыс. рабочих мест). Ежегодно вкладывает более 100 млн. $ в исследование и развитие технологий.

Выносной блок

Наружный блок имеет внешний корпус с фильтром, где размещены элементы конструкции. Он снабжён защитной крышкой, закрывающей клеммы разъёма электрокабелей, а в некоторых типах устройств также штуцеры соединения.

Основной элемент блока — компрессор, являющийся «сердцем» устройства. В кондиционере применяются компрессоры поршневого типа, более дешёвые, но менее надёжные и спиральные агрегаты. Прибор сжимает фреон, направляет его движение по замкнутому контуру.

Вентилятор — обеспечивает воздушный поток для охлаждения конденсатора. В дешёвых моделях устанавливаются односкоростные вентиляторы. В более дорогих имеются 2-3 фиксированные скорости, или их плавная регулировка.

Четырёхходовой вентиль — устанавливается в системах, способных работать на охлаждение и обогрев. При переключении клапана функции теплообменника и конденсатора меняются местами, изменяется направление движения фреона.

Конденсатор — радиатор, состоящий из медных трубок с алюминиевыми перегородками. В системе происходит охлаждение и конденсат фреона, воздух при этом нагревается.

Плата управления присутствует только в инверторных устройствах, приборах кассетного, канального типа. В большинстве моделей электроника находится в корпусе испарителя.

Фильтр, находящийся на всасывающей стороне компрессора. Предназначен для защиты от мелких частиц, попадающих в замкнутую систему при установке.

Штуцеры — места соединения агрегатов.

Теплообменники

Конденсатор

Теплообменник, находящийся внутри наружного модуля. Способствует сбросу избыточного тепла от хладагента. Вентилятор, расположенный рядом, воздушным потоком охлаждает конденсатор.

Конструктивно выглядит как трубки с оребрением. На оребренных пластинах размещены насечки, провоцирующие воздушный турбулентный поток, улучшая таким образом охлаждающий обдув теплообменника. Шахматное расположение трубок исключает появление аэродинамической тени.

Фреон подается сверху, так как здесь охлаждение происходит интенсивно из-за разницы температур. Внутри средней части конденсатора температура фреона не меняется, происходит смена агрегатного состояния (из газового в жидкое). Температура конденсации – от +42 до +55⁰ С.

Конструктивное исполнение конденсаторов:

• кожухотрубный (стальной кожух с закрепленными трубками. Внутри кожуха циркулирует охладитель, по трубкам – вода. Направление движения веществ противоположное друг другу);
• пластинчатые (по пластинам циркулирует хладагент, между пластинами – вода в противоположном направлении);
• «труба в трубе» (один трубопровод вставлен в другой. Внутри полостей циркулируют вода, охладитель по встречному направлению).

Испаритель

Размещен во внутреннем модуле климат-системы. Конструктивно представляет собой кожухотрубные кассеты, установленные в несколько рядов для эффективности охлаждения.

Выполняет функцию, обратную конденсаторному теплообменнику – испарение фреона с забором теплоты окружающего воздуха. Рядом расположен вентилятор, прогоняющий комнатный воздухопоток через кассеты испарителя.

Климат-системы, работающие на обогрев, при помощи четырехходового клапана меняют направление движения фреона. Тогда теплообменники выполняют противоположные функции.

Стандартные опции

Обычные функции присутствуют во всех устройствах на рынке и считаются обязательным минимумом:

• изменение температуры воздуха. Охлаждение и нагрев обозначается соответствующими значками (снежинка, солнышко). Обе функции выполняются за счет теплообменных процессов. Подробнее о том, как работает кондиционер, можете прочитать в отдельной статье;
• очистка воздуха. Работа кондиционера связана с циркуляцией воздуха в помещении. С помощью фильтров в устройстве забираемый воздух очищается, выпускается в помещение уже без большей части примесей. В зависимости от количества и качества фильтров, изменяется степень очистки;
• изменение направления воздушного потока. На большинстве устройств за эту функция отвечают кнопки «Swing», «Air direction» или «Flap Air». При использовании этой опции изменяется наклон заслонок на кондиционере, что позволяет равномерно выдувать воздух в помещение или сконцентрировать поток в одном направлении;
• регулировка скорости вращения вентилятора. Обозначается как «Fan» или «Fan Speed». Изменение скорости вращения вала ускоряет или замедляет охлаждение (или обогрев);
• турбо режим (скоростное охлаждение). Эта функция кондиционера активирует максимальную мощность устройства для скорейшего охлаждения помещения. На пульте за режим турбо отвечают кнопки «Turbo», «High Power», «Jet Cool» или «Powerfull»;
• режим работы в ночное время или режим сна «Good Sleep». Во внутреннем блоке устройства скорость вентилятора снижается до минимальной отметки. В результате, кондиционер работает почти бесшумно, не нарушая сна людей. Возможны дополнительные варианты работы в ночном режиме: например, автоматическое изменение температуры в течение ночи для создания благоприятного климата;
• таймер. С помощью пульта управления можно назначить запуск кондиционера до прихода людей в помещение или отключить устройство через определенный промежуток времени. Функция таймера позволяет экономить электроэнергию без потери в комфорте.

Неисправности

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. 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 ), 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.

Какие бывают типы кондиционеров

Классифицировать виды кондиционеров правильнее в целом по их главным технологическим различиям. Отталкиваясь от этого, они бывают:

• одноблочные;
• сплит-системы;
• мульти-сплит системы
• системы, где расход хладагента меняется.

Рассмотрим наиболее популярные на рынке установки:

• оконный электрический кондиционер – уходящая в прошлое конструкция кондиционера. Их особая отличительная черта – они легко устанавливаются. У оконного кондиционера компрессор, холодильник и теплообменник находятся в одном корпусе – эта особенность является источником как всех его плюсов, так и минусов. Он закрепляется в оконное отверстие, значит, уменьшает зону остекления, при работе создает немало шума, не всегда способен одинаково освежать комнату крупной площади и сложной формы. При этом оконные кондиционеры имеют большой срок эксплуатации, недороги и несложны в конструкции;

• мобильный кондиционер размещают внутри здания. Прочен, просто устанавливается и разбирается. Для подсоединения его нужно отвести мягкую гофрированную трубу на улицу, и кондиционер готов к службе. Этот тип электрокондиционеров комфортен для дач, загородного жилья, временных построек в связи с его высокой мобильностью;
• сплит-система – обладает 2 внешними блоками. Сплит-концепции обладают пониженным шумообразованием, по этой причине безупречно подойдут для кондиционирования в жилом помещении, когда необходима работа климатической установки и в ночное время. Обладают широким спектром мощностей. Стоимость электрических кондиционеров данного вида в основном находится в зависимости от фирмы-изготовителя и мощности оборудования;

• кассетные сплит-установки размещают в помещениях с навесным потолком. Безупречно подойдут для комнат любой площади и высоты потолка, вследствие того, что готовы вентилировать в четырех направлениях. Сетка канального кондиционера исполнена в разных дизайнерских решениях, что дает возможность встроить такого рода сплит-систему равно как в дизайн кабинета, так и в дизайн общегородской жилплощади либо находящегося за городом здания;

• инвертоный кондиционер повился на рынке относительно не так давно. Эта методика была создана в Японии, она дает возможность корректировать продуктивность компрессора электрического кондиционера. Если обыкновенная система функционирует с постоянной предельной мощностью, подключаясь и отключаясь в зависимости от температурного режима, существующего в помещении, то инверторные сплит-системы функционируют постоянно без отключения. При достижении установленной температуры воздуха в помещении сплит-система переключается в минимальный режим и не прекращает работать, переходя в режим поддержания температуры. Такой принцип работы дает возможность беречь электрическую энергию, более четко удерживать температуру, а самое основное – избегать значительных скачков температур.
• канальный кондиционер устанавливается в навесном либо подшивном потолке, который целиком прячет конструкцию электрической климатической установки. Распределение остывшего атмосферного потока происходит по системе изолированных воздуховодов, которые располагаются в межпотолочном пространстве. Вследствие этого, такого рода канальные электрические системы могут освежать мгновенно воздух в нескольких комнатах. Базисное различие канальных электрокондиционеров от других систем — в способности подачи свежего воздуха в объемах, требуемых для полного проветривания вентилируемых комнат. В качестве недостатков такой системы стоит отметить невозможность установления температуры для каждого помещения в отдельности, а также высокая стоимость оборудования;

Необходимо выделить то, что все нынешние электрические кондиционеры, вне зависимости от цены, обладают весьма похожими потребительскими функциями. По этой причине при подборе электрического кондиционера рекомендуем изъявлять правильный скептицизм в подборе обширно рекламируемых “дополнительных функций”, в особенности в сфере очищения воздуха.

Виды кондиционеров: моноблочные, сплит-системы и мульти-сплит системы

По конструктивному исполнению все кондиционеры делятся на два вида: «моноблочные», состоящие из одного блока и «сплит-системы» (от английского слова «split» — «разделять»), состоящие из нескольких блоков. Если сплит система состоит из трех или более блоков, то она называется «мульти сплит-система»:

• Моноблочные кондиционеры состоящие из одного блока (оконные, мобильные и крышные кондиционеры). В таких кондиционерах все элементы размещаются в едином корпусе, что позволяет упростить конструкцию кондиционера и снизить его стоимость.

• Сплит-системы — состоящие из двух блоков (настенные, канальные, кассетные и другие типы кондиционеров). Кондиционер типа сплит-система разделен на два блока — наружный и внутренний, которые соединены между собой электрическим кабелем и медными трубами, по которым циркулирует фреон. Благодаря такой конструкции наиболее шумная и громоздкая часть кондиционера, содержащая компрессор, вынесена наружу. Внутренний блок можно разместить практически в любом удобном месте квартиры или офиса.

  Все современные сплит-системы снабжены пультом дистанционного управления с жидкокристаллическим дисплеем. С его помощью можно задавать желаемую температуру с точностью до 1 градуса, устанавливать таймер для автоматического включения и выключения кондиционера в заданное время, регулировать направление воздушного потока и многое другое.

  Еще одним преимуществом сплит-систем является большой выбор различных типов внутренних блоков. Среди них выделяют следующие модификации: настенный, канальный, потолочный, колонный и кассетный кондиционер. При этом бытовые сплит-системы бывают только настенного типа, все остальные кондиционеры — полупромышленные. Заметим, что применительно к сплит системам названия «кондиционер» и «сплит система» являются синонимами, то есть можно говорить «канальный кондиционер», или «канальная сплит-система», или «кондиционер канального типа».

• Мульти сплит системы являются разновидностью сплит систем. Их отличие в том, что к одному внешнему блоку подключается не один, а несколько внутренних блоков  обычно от 2 до 4–5 штук (каждый внутренний блок управляется индивидуальным
  пультом управления). При этом внутренние блоки могут быть не только разной мощности (обычно от 2 до 5 кВт), но и разных типов. Такое конструктивное решение позволяет экономить место на наружной стене здания и не так сильно портить внешний вид наружными блоками. При этом, вопреки распространенному мнению, замена нескольких сплит систем на одну мульти сплит систему не приводит к выигрышу в цене, поскольку стоимость оборудования примерно такая же, а трудоемкость и стоимость монтажа в 1,5  2 раза выше из-за более длинных коммуникаций. Кроме этого, при выходе из строя внешнего блока мульти сплит-системы перестают работать все внутренние блоки. Поэтому мульти сплит системы обычно используют только при невозможности размещения нескольких внешних блоков на наружной стене здания.

  Мульти сплит системы принято делить на «фиксированные» и «наборные». «Фиксированные» мульти сплит-системы продаются готовыми комплектами, в которые помимо одного наружного блока входит определенное количество внутренних. Изменять количество или типы внутренних блоков нельзя. Такие системы относятся к бытовому оборудованию и обычно имеют 2 или 3 внутренних блока. В «наборных» мульти-сплит системах к одному внешнему блоку из широкого модельного ряда подбирается несколько внутренних, обычно до 4–5 штук. При этом ограничено только максимальное количество блоков и их суммарная мощность. Внутренние блоки могут быть разных типов. Такие мульти сплит-системы относятся к полупромышленному оборудованию. Если же количество внутренних блоков превышает 5–6 штук, то это уже промышленная мультизональная система.

Как функционирует кондиционерная установка

Устройство кондиционера представлено следующими составляющими:

Устройство внешнего блока кондиционера

1. компрессор,
2. испаритель (радиаторная установка, находящаяся во внутреннем блоке кондиционера),
3. компрессор (радиаторная установка, находящаяся во внешнем блоке)
4. две вентиляционные установки, предназначающиеся для обдувания испарителя и конденсатора;
5. медные трубки, соединяющие все части установки.

Принцип действия кондиционера основывается на следующих процессах. На вход воздухоочистителя подается фторсодержащий углеводород, или фреон, в газообразном состоянии под невысоким давлением. В части климатической установки, которая носит название компрессора, на фреон действует давление, вследствие чего хладагент разогревается, переходит в жидкую форму и начинает свое движение по всем частям климатической установки. Далее, проходя по этим частям, хладагент охлаждается, вследствие чего становится более прохладным и воздух, проходящий через климатическую установку. Сам же фреон опять переходит в газообразную форму, и весь цикл повторяется заново. В результате всех этих процессов выделяется большое количество тепла, в бытовых кондиционерах это тепло просто выбрасывается в окружающую среду через блок, который находится снаружи здания.

Что такое система кондиционирования?

Система кондиционирования воздуха — это электрическое устройство, которое специально устанавливается для отвода тепла и влаги из внутреннего пространства жилого помещения. Это процесс, который обычно используется для создания более комфортной среды, в основном для человека и других животных.

Система кондиционирования также используется для охлаждения и осушения помещений, в которых установлены тепловыделяющие электронные устройства, такие как компьютерный сервер, усилители мощности.

Охлаждение обычно достигается в системе кондиционирования воздуха с помощью холодильного цикла, но иногда используется испарения или естественное охлаждение. Система также может быть изготовлена ​​на основе влагопоглотителей (химикатов, удаляют влагу из воздуха). Большинство систем переменного тока накапливают и отводят тепло в трубах, называемых подземными.

Похожие записи:

Самодельный коллектор для теплого пола Вытяжка на кухню: виды вытяжек для кухни без воздухоотвода Из чего лучше строить дом? выбираем материал для стен Монтаж блока из розетки с выключателем Подключение ip камеры к интернету: удаленная настройка через сеть Отопительные печи для дома: разнообразие и особенности конструкций, плюсы и минусы, правила выбора печей