Тепловые насосы и кондиционеры

Существуют кондиционеры, которые могут только охлаждать воздух и кондиционеры с возможностью нагрева воздуха, называемые  тепловой насос.

Название тепловой насос дано не случайно. Оно показывает, что кондиционер нагревает воздух не электроспиралью или ТЭНом, как электрический обогреватель, а теплом, забираемым у наружного воздуха (происходит перекачка тепла с улицы в помещение)

Таким образом, в режиме нагрева происходит тот же процесс, что и в режиме охлаждения, только наружный и внутренний блоки кондиционера как бы меняются местами. Соответственно в режиме обогрева, как и в режиме охлаждения, потребляемая мощность в 3 — 4 раза меньше мощности обогрева, то есть на 1 кВт потребляемой энергии кондиционер выделяет 3 — 4 кВт тепла.

Отношение мощности охлаждения к потребляемой мощности является основным показателем энергоэффективности кондиционера, которая в технических каталогах обозначается коэффициентом ERR (Energy Efficiency Ratio).

Другой параметр — COP (Coefficient of Performance —тепловой коэффициент) равен отношению мощности обогрева к потребляемой мощности. Коэффициент ERR бытовых сплит-систем обычно находится в диапазоне от 2.5 до 3.5, а COP — от 2.8 до 4.0.

При расчете мощности, в соответствии с распространенной методикой предполагается, что кондиционер сможет поддерживать температуру внутри помещения на уровне 18 — 20°С при температуре наружного воздуха 40 — 43°С. Инверторные кондиционеры имеют переменную мощность охлаждения (нагрева). Блок инвертора в таких кондиционерах преобразует переменное напряжения питания в постоянное (этот процесс называется инвертирование), что позволяет плавно изменять частоту оборотов компрессора и тем самым регулировать мощность кондиционера.

В процессе работы инверторного кондиционера не возникает постоянных циклов включения / отключения компрессора, поэтому инверторные сплит-системы более точно поддерживает заданную температуру и, как правило, меньше шумят.

Если вы собрались установить кондиционер в спальне, или если рядом с наружным блоком расположено окно нервных соседей, то вам следует обратить внимание на уровень шума приобретаемого кондиционера.

Уровень шума измеряется в Децибелах (дБ) - относительной единице, показывающей во сколько раз один звук громче другого. За 0 дБ принят порог слышимости (заметим, что звуки с уровнем менее 25 дБ фактически не слышны). Уровень шепота - 25 — 30 дБ, шум в офисном помещении, как и громкость обычного разговора, соответствует 35 — 45 дБ, а шум оживленной улицы или громкого разговора — 50 — 70 дБ.

Для большинства бытовых кондиционеров уровень шума внутреннего блока лежит в диапазоне 26 — 36 дБ, наружного блока — 38 — 54 дБ. Можно заметить, что шум работающего внутреннего блока не превышает уровень шума офисного помещения. Поэтому обращать внимание на уровень шума кондиционера имеет смысл, если вы планируете установить его в тихом помещении (спальня, личный кабинет и т.д.).

Необходимо отметить, что кондиционеры могут являться источником не только монотонного шума, создаваемого воздушным потоком, но и некоторых других звуков — потрескиваний, шипения, бульканья, щелчков. Обычно эти шумы заметны только в полной тишине, однако они могут помешать спокойному сну, поскольку внезапно возникающие звуки раздражают гораздо сильнее, чем монотонный шум. Эти звуки имеют разную природу.

Потрескивания возникают при расширении и сжатии деталей пластикового корпуса, вызванных изменением его температуры. Булькать и шипеть может фреон при включении и выключении компрессора. А щелчки возникают при переключении реле, управляющих работой вентилятора, компрессора и других узлов кондиционера.

Несколько слов о наружном блоке. При закрытых окнах, а иначе эксплуатировать кондиционер не допускается, шум наружного блока практически не слышен. Но этот шум хорошо слышен вашим соседям, если у них самих не установлен кондиционер и все окна открыты. Хотя шум наружного блока исправного бытового кондиционера никогда не превышает разрешенного для жилой зоны уровня, этот шум все-таки может сильно мешать жильцам, особенно ночью.

Фреон — это хладагент, то есть вещество, которое переносит тепло из внутреннего блока сплит-системы в наружный. Фреоны (другое их название — хлорфторуглероды) представляет собой смесь метана и этана, в которых атомы водорода замещаются атомами фтора и хлора. Все хладагенты, используемые в бытовых приборах, являются негорючими и безвредными для людей веществами. Существует несколько типов фреона, отличающиеся химическими формулами и физическими свойствами. В кондиционерах и холодильниках чаще всего используются фреоны R-12, R-22, R-134a, R-407C , R-410A и некоторые другие.

Лет пять назад практически все бытовые кондиционеры, поставлявшиеся с Россию, работали на фреоне R-22, который отличался низкой ценой (5$ за 1 кг) и был прост в использовании. Однако в 2000 — 2003 годах в большинстве европейских стран вступило в силу законодательство, ограничивающее применение фреона R-22. Вызвано это было тем, что многие фреоны, в том числе и R-22 разрушают озоновый слой.

Для измерения «вредности» фреонов была введена шкала, в которой за единицу был принят озоноразрушающий потенциал фреона R-13, на котором работает большинство старых холодильников. Потенциал фреона R-22 равен 0.05, а новых озонобезопасных фреонов R-407C и R-410A — нулю. Поэтому к настоящему времени большинство производителей, ориентированных на европейский рынок были вынуждены перейти на выпуск кондиционеров, использующих озонобезопасные фреоны 407C и R-410A.

Для потребителей такой переход означал повышение как стоимости оборудования, так и расценок на монтажные и сервисные работы. Вызвано это было тем, что новые фреоны по своим свойствам отличаются от привычного R-22.   Новые фреоны имеют более высокое давление конденсации — до 26 атмосфер против 16 атмосфер у фреона R-22, то есть все элементы холодильного контура кондиционера должны быть более прочными, а значит и более дорогими.

Озонобезопасные фреоны являются не однородными, то есть они состоят из смеси нескольких простых фреонов. Например, R-407C состоит из трех компонентов — R-32, R-134a и R-125. Это приводит к тому, что даже при незначительной утечке из фреона сначала испаряются более легкие компоненты, изменяя его состав и физических свойства. После этого приходится сливать весь ставший некондиционным фреон и заново заправлять кондиционер.

В этом отношении фреон R-410A является более предпочтительным, поскольку он является условно изотропным, то есть все его компоненты испаряются примерно с одинаковой скоростью и при незначительной утечке кондиционер можно просто дозаправить. Компрессорное масло, которое циркулирует в холодильном контуре вместе с фреоном, должно быть не минеральным, как в случае с фреоном R-22, а полиэфирным.

Такое масло обладает одним существенным недостатком — высокой гигроскопичностью, то есть оно быстро впитывает влагу из атмосферного воздуха. А вода, попавшая в холодильный контур приводит к коррозии его элементов и изменению свойств фреона, поэтому работать с таким маслом сложнее. И самое главное — стоимость новых фреонов составляет 30-35$ за 1 кг, что в 6-7 раз дороже фреона R-22.

Таким образом, перевод кондиционера на озонобезопасный фреон прибавляет к его цене 10-15%, а стоимость монтажа возрастает на 20-30%. В настоящее время в Москве можно купить кондиционеры, использующие как новые, озонобезопасные фреоны, так и «классический» R-22. Однако тенденция такова, что большинство новых моделей известных брендов работают только на озонобезопасных фреонах.

Основные режимы и функции:

Охлаждение и Обогрев (для «теплых» моделей). Основные режимы работы кондиционера, используемые для кондиционирования и обогрева помещений.

• Вентиляция.

Режим работы, при котором работает только вентилятор внутреннего блока, без включения компрессора. Используется для равномерного распределения воздуха по помещению и может использоваться, например, зимой, когда теплый воздух от обогревателей и батарей центрального отопления скапливается под потолком, а пол остается холодным.

• Автоматический режим.

В этом режиме кондиционер сам управляет выбором режима работы (Охлаждение, Обогрев или Вентиляция) для поддержания комфортной температуры.

• Осушение.

В режиме осушения кондиционер уменьшает влажность воздуха.
Вообще говоря, осушение воздуха всегда сопутствует его охлаждению. Теплый воздух соприкасается с холодным теплообменником (радиатором) внутреннего блока, в результате на теплообменнике конденсируется влага, которая отводится через дренажный шланг. На этом же принципе работают все современные осушители воздуха. Поэтому в режиме осушения кондиционер работает так же, как и в режиме охлаждения, только температура воздуха в помещении понижается не более, чем на 1°С.

• Очистка воздуха.

Для очистки воздуха перед теплообменником внутреннего блока устанавливают один или несколько фильтров. Основной фильтр кондиционера предназначен для очистки воздуха от крупной пыли (так называемый, фильтр грубой очистки).
Этот фильтр представляет собой обычную мелкую сетку и защищает не столько обитателей кондиционируемого помещения, сколько внутренности кондиционера. Для очистки этого фильтра достаточно промыть его в теплой воде. Дополнительные фильтры (так называемые, фильтры тонкой очистки) предназначены для очистки воздуха от мелких пылевых частиц, дыма, пыльцы растений. Сплит-системы могут комплектоваться разными фильтрами тонкой очистки — угольными (устраняет неприятные запахи), электростатическим (задерживает мелкие частицы) и другими.

• Установка температуры.

Для режимов Охлаждение и Обогрев можно управлять температурой воздуха с точностью до 1°С в диапазоне от 16 — 18 до 30°С. Обычно датчик температуры устанавливается во внутреннем блоке кондиционера, но некоторые модели имеют дополнительный датчик, встроенный в пульт ДУ. В этом случае пользователь сам выбирает, в какой точке будет производиться измерение температуры.

• Скорость вентилятора.

Вентилятор внутреннего блока может вращаться с разной скоростью, соответственно изменяя количество проходящего через внутренний блок воздуха (этот параметр называется производительность по воздуху или «прокачка» кондиционера и измеряется в кб.м./час). Обычно вентилятор имеет от 3 до 5 фиксированных скоростей плюс автоматический режим. В автоматическом режиме скорость вентилятора выбирается исходя из текущей и заданной температуры — чем больше текущая температура отличается от заданной, тем выше скорость вентилятора.

• Направление воздушного потока.

Направление воздушного потока, создаваемого внутренним блоком, может регулироваться по вертикали с помощью горизонтальных пластин (жалюзи), имеющих 5 — 7 фиксированных положений. В режиме охлаждения поток обычно направляют горизонтально вдоль потолка, чтобы холодный воздух не попадал на людей. В режиме же обогрева поток воздуха направляют вниз, поскольку горячий воздух легче холодного и поднимается вверх.

Кроме этого, жалюзи могут автоматически качаться вверх — вниз, равномерно распределяя поток воздуха по помещению. В некоторых моделях кондиционеров мощностью свыше 5 кВт есть автоматические вертикальные жалюзи, регулирующие поток воздуха в горизонтальном направлении. Таймер на включение и выключение. С помощью 24-часового таймера можно установить время автоматического включения и выключения кондиционера, например, можно включать кондиционер за час до возвращения с работы.

• Ночной режим.

После включения этого режима кондиционер устанавливает минимальную скорость вентилятора (для уменьшения шума) и плавно повышает (в режиме охлаждения) или понижает (в режиме обогрева) температуру на 2 — 3 градуса в течение нескольких часов. Считается, что такие температурные условия оптимальны для сна. Через 7 часов после включения этого режима кондиционер выключается.

Основные системы контроля и защиты:

• Рестарт.

Эта функция позволяет кондиционеру включаться после перебоев с электропитанием. Причем кондиционер включится в тот же режим, в котором работал перед сбоем. Эта простейшая функция реализуется на микропрограммном уровне и поэтому присутствует почти во всех кондиционерах.

• Контроль за состоянием фильтров.

Если фильтры внутреннего блока кондиционера не чистить, то за несколько месяцев на них нарастет такой слой пыли, что производительность кондиционера уменьшится в несколько раз. В результате нарушиться нормальная работа холодильной системы и на вход компрессора вместо газообразного будет поступать жидкий фреон, что с большой вероятностью приведет к заклиниванию компрессора.
Но даже если компрессор и не выйдет из строя, то со временем пыль налипнет на пластинах радиатора внутреннего блока, попадет в дренажную систему и внутренний блок придется везти в сервисный центр. То есть последствия эксплуатации кондиционера с грязными фильтрами могут быть самыми серьезными. Для защиты от этих последствий в кондиционер встраивают систему контроля чистоты фильтров — при загрязнении фильтров загорается соответствующий индикатор.

• Контроль утечки фреона.

В любой сплит-системе количество фреона со временем уменьшается из-за нормируемой утечки. Для человека это не опасно, поскольку фреон — инертный газ, но кондиционер без дозаправки может «прожить» только 2 — 3 года.
Дело в том, что компрессор кондиционера охлаждается фреоном и при его недостатке может перегреться и выйти из строя. Раньше для отключения компрессора при недостатке фреона использовали реле низкого давления — при понижении давления в системе это реле отключало компрессор.
Сейчас большинство производителей переходит на электронные системы контроля, которые измеряют температуру в ключевых точках системы и/или ток компрессора и на основании этих данных вычисляются все рабочие параметры холодильной системы, в том числе и давление фреона.

• Защита по току.

По току компрессора можно определить целый ряд неисправностей холодильной системы. Пониженный ток говорит о том, что компрессор работает без нагрузки — значит вытек фреон. Повышенный ток сигнализирует о том, что на вход компрессора поступает не газообразный, а жидкий фреон, что может быть вызвано либо слишком низкой температурой наружного воздуха, либо грязными фильтрами внутреннего блока. Таким образом, датчик тока компрессора позволяет существенно повысить надежность кондиционера.