главная  карта сайта  контакты

    Искать
ICQ-Консультанты
ICQ-консультант 611546613 Сергей
(кабельные системы обогрева)

График работы офиса:

Пн-пт, с 9:00-19:00
Монтаж оборудования осуществляем без выходных.

Каталог оборудования >> Кондиционеры >> Ликбез по кондиционерам >> Основы науки о кондиционировании

Основы науки о кондиционировании

Применение искусственного холода известно давно. Для этого вначале использовали лед и снег, а в 17 веке применили смеси льда и соли. Это позволило получать температуры ниже нуля. В середине 19 века появились промышленные холодильные установки.
Теплота, по определению - это энергия, перенос которой обусловлен разностью температур; следовательно, для обеспечения охлаждения объекта (объема) необходимо создать из него отток тепла и поддерживать его при температуре ниже температуры окружающей среды. Существует много способов, позволяющих сделать это; некоторые из них заключаются всего лишь в перемещении объекта во времени и пространстве, как, например, при сохранении зимнего льда для последующего использования его летом. В других методах могут использоваться естественные источники холода, такие, как колодезная вода, охлаждение воздуха при испарении и холодный воздух из глубоких карстовых пещер или с ледников. В большинстве случаев, однако, источником холода являются механические или химические процессы.

Охлаждение с помощью воды

Если взять 1 л. воды, находящейся в закрытом сосуде и имеющей температуру 0°C и поместить ее в замкнутое пространство с начальной температурой воздуха 25°C, то через некоторое время тепло от воздуха начнет переходить к воде. В помещении станет прохладней. Температура воды будет увеличиваться на 1°C при передаче каждых 4,18 кДж (1 ккал) от воздуха к воде. Таким образом, по мере понижения температуры воздуха, температура воды повысится. Скоро эти два значения температуры станут равными, и теплообмен будет невозможен.

Недостатки такого метода охлаждения:

  • невозможность получить температуру воздуха ниже температуры воды
  • охлаждение не может быть непрерывным
  • невозможно регулировать температуру воздуха, то есть остановить процесс на нужном показателе
  • для достижения непрерывного охлаждения воду необходимо постоянно охлаждать и снова подавать в теплообменник

В кондиционерах некоторых типов такой метод находит применение.

Охлаждение с помощью льда

Если в качестве охладителя вместо воды использовать 1 кг льда при температуре 0°C, то температура льда не изменится при поглощении тепла из воздуха. Вместо этого будет происходить переход льда из твердого в жидкое состояние, при этом температура останется равной нулю. Тепло, поглощенное льдом, будет выводиться из помещения вместе с образовавшейся водой по дренажной системе, процесс охлаждения будет непрерывным до тех пор, пока весь лед не растает.

Недостатки такого метода охлаждения:

  • невозможность добиться низких температур
  • необходимость постоянной замены льда
  • степень охлаждения трудно контролировать, следовательно трудно поддерживать заданную температуру

Механические холодильные машины

Холодильные машины представляют собой замкнутую систему, заполненную рабочим телом. Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине, отнимает тепло от охлаждаемой среды и, совершив круговой процесс, возвращается в первоначальное состояние. Это позволяет осуществлять непрерывное охлаждение с помощью одного и того же количества рабочего тела.
Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине и совершающее обратимый круговой процесс, называется холодильным агентом.

Охлаждение жидким хладагентом

Прежде чем рассматривать свойства хладагентов, остановимся на основных требованиях, предъявляемых к ним. Требования подразделяются на следующие группы:

  • экологические – озонобезопасность, низкий потенциал глобального потепления, негорючесть, нетоксичность
  • термодинамические – большая объемная холодопроизводительность максимальная приближенность к заменяемым хладагентам
  • эксплуатационные – термохимическая стабильность, химическая совместимость с материалами, негорючесть и невзрывоопасность, незначительная текучесть, отсутствие запаха, цвет и т.д.
  • экономические – наличие производства, доступные (низкие цены)

Хладагенты, отвечающие перечисленным требованиям, найти практически невозможно, поэтому в каждом отдельном случае выбирают хладагент с учетом конкретных условий работы холодильной машины, и предпочтение отдают тем, которые удовлетворяют принципиальным и определяющим требованиям.

Хотя в конкретных холодильных устройствах могут использоваться самые разнообразные летучие жидкости, некоторые специфические требования сужают количество хладагентов до одной-двух жидкостей, пригодных для широкого практического использования. Эти жидкости должны быть неядовитыми, негорючими, не вступать в химическое взаимодействие со смазкой, иметь высокую теплоту испарения, подходящие критическую температуру и температурную зависимость давления насыщенных паров, малый удельный объем. Наиболее употребляемыми хладагентами являются воздух, вода, аммиак, углекислота, хлористый метил, сернистый ангидрид и различные фреоны.
Главным свойством хладагента является то, что при нормальном давлении (1атм) температура его кипения ниже, чем температура окружающей среды, Поэтому, как только хладагент попадает в помещение, он тут же начинает испаряться.
Согласно физическим законам превращение жидкости в газ (изменение фазы вещества) требует большого количества энергии (тепла). Такое изменение состояния сопровождается поглощением тепла без изменения температуры вещества. С подобным явлением мы сталкиваемся, когда на руку попадает летучая жидкость (например, эфир). Поскольку такое вещество имеет низкую температуру кипения, оно моментально испаряется, что вызывает ощущение холода: путем испарения тепло отводится от руки.
Аналогично этому при испарении жидкого хладагента из воздуха в помещении отводится максимально возможное количество тепла. Следовательно, эффективного охлаждения воздуха можно добиться за счет испарения хладагента с последующим отводом его из помещения.
Поскольку температура кипения хладагента значительно ниже температуры воздуха в помещении (например, для хладагента типа R –134a она составляет –26,4 градуса) при испарении он моментально отбирает тепло у воздуха через стенки контейнера, в котором находится. Это тепло выводится из помещения вместе с парами хладагента, поэтому температура жидкости остается постоянной, а процесс охлаждения длится до тех пор, пока весь жидкий хладагент не испарится.

Управление температурой испарения

Температурой, при которой происходит кипение жидкости в испарителе, можно управлять, регулируя давление пара над жидкостью. Например, если трубка, отводящая газообразный хладагент, снабжена ручным вентилем, и он частично перекрыт, пар не может свободно выходить из испарителя. Следовательно, регулируя с помощью вентиля скорость вытекания пара, можно управлять давлением в испарителе и, таким образом, добиться нужной температуры испарения в пределах от точки кипения хладагента (-26,4 градусов для хладагента R-134a) до комнатной температуры.

Поддержание условий для непрерывного испарения

Для непрерывного испарения жидкости необходимо постоянно подавать в испаритель новые порции жидкости, чтобы количество хладагента оставалось постоянным. Чтобы этого добиться, можно применить устройство, называемое поплавковым вентилем. Основная задача этого устройства состоит в том, чтобы поддерживать постоянный уровень жидкого хладагента в испарителе: жидкость поступает в испаритель с точно такой же скоростью, с которой понижается ее уровень за счет отвода пара из испарителя.

Устройство, регулирующее поступление жидкого хладагента в испаритель (вроде поплавкового вентиля), называется "системой управления расхода хладагента".

Рециркуляция хладагента

Неразумно выбрасывать газообразный хладагент в атмосферу, поэтому из соображений удобства и экономии, его следует собирать и повторно использовать. При этом в испаритель хладагент должен поступать в жидком состоянии, чтобы, испаряясь, снова охладить нагревшийся воздух. Для этого газообразный хладагент, отводимый из испарителя, должен быть снова переведен в жидкое состояние.
Повторная конденсация хладагента – наиболее простой способ. Для этого у газообразного хладагента нужно отобрать тепло и передать его другому веществу. В этом качестве обычно используется воздух или вода. Естественно, что они должны иметь температуру ниже, чем температура конденсации хладагента. Чтобы газообразный хладагент, имеющий температуру 10 градусов, сконденсировался в жидкость, нужно обеспечить его контакт с воздухом или водой более низкой температуры.
Если такое возможно, нет необходимости в какой-либо механической системе охлаждения. Если же нет, то единственный способ добиться конденсации хладагента – повысить его давление до такого уровня, чтобы температура перехода в жидкое состояние оказалась выше, чем температура воздуха или воды. Для этого необходим компрессор. Компрессор производит сжатие газообразного хладагента и под высоким давлением нагретый хладагент поступает в конденсатор. Находящееся в хладагенте масло используется для смазки механических деталей компрессора.

"Компрессором" называется насос, используемый для повышения давления газообразного хладагента. Он предназначен для осуществления следующих процессов: всасывания паров хладагента из испарителя, адиабатического их сжатия и нагнетания в конденсатор

"Конденсатором" называется контейнер, в котором происходит конденсация жидкого хладагента, он предназначен для осуществления теплообмена между хладагентом и окружающей средой. В процессе теплообмена от хладагента отводится энергия, которая передается охлаждающей среде, а сам хладагент охлаждается и конденсируется. Охлаждающая же среда нагревается. В зависимости от вида охлаждающей среды различают конденсаторы с воздушным и водяным охлаждением .

При применении компрессора, ручной вентиль, показанный на рисунках В и С, больше не нужен. Для управления давлением в испарителе достаточно компрессора и поплавкового вентиля.

Улучшение теплообмена

Теплообменники, также называемые испарителями – необходимая деталь для превращения теплого воздуха в комнате в прохладный. Этот важный компонент определяет количество холодного воздуха и эффективность работы кондиционера. Конструкция испарителя зависит от вида охлаждающей среды, необходимой холодопроизводительности, свойств самого хладагента и от температурного напора между средами.
Результативность теплообмена зависит от площади поверхности испарителя и конденсатора, в которых он происходит. Если обычный сосуд заменить змеевиком, а к змеевику добавить плоские ребра, то теплообмен значительно повысится, поскольку площадь, поверхности станет больше.
Другой важный фактор – объем воздуха, принимающего участие в теплообмене. При применении электрического вентилятора процесс станет еще более продуктивным.
  работу, сопровождаемую выделением тепла. Поэтому тепло, которое нужно отвести от конденсируемого вещества, складывается из сумм тепла, поглощенного в испарителе, и тепла, связанного с механической работой компрессора. По этой причине конденсатор обычно имеет большие размеры, чем испаритель.

Терморегулирующий вентиль

Часто вместо поплавкового применяется терморегулирующий вентиль (ТРВ), схематически изображенный на рис. F. Он обеспечивает заполнение испарителя жидким хладагентом в оптимальных пределах и создает перепад давления. Переполнение испарителя может привести к попаданию хладагента в компрессор и поломке, а его малое заполнение снижает эффективность работы испарителя. Степень заполнения испарителя зависит от температуры перегрева пара на выходе из испарителя. ТРВ производит сравнение температуры пара на выходе с заданным параметром и в зависимости от величины расхождения показателей увеличивает или уменьшает поток жидкого хладагента в испаритель.

Рабочий цикл

После того, как хладагент, попавший из испарителя в цилиндр, полностью сжижен (сконденсирован), его можно снова подавать в испаритель. Контейнер, скапливающий сжиженный хладагент называется «приемным резервуаром» или «ресивером».

Теперь схема контура циркуляции хладагента приобрела законченный вид.



Copyright ©2007 МКС
Все права защищены
Rambler's Top100
Наши партнеры помогут вам найти и купить авиабилеты недорого

г.Москва, ул. Соколово-Мещерская, д. 25, офис 403.
+7 (499) 504-72-09
mkc@mkc-ltd.ru