Принцип действия кондиционера

 

Для понимания принципа работы системы кондиционирования воздуха необходимо представлять себе все компоненты системы и то, как они связаны друг с другом. Когда речь идет об основных компонентах системы кондиционирования воздуха, необходимо также понимать термины «сторона высокого давления» и «сторона низкого давления» системы. Основные компоненты каждой системы кондиционирования также относятся к стороне высокого или низкого давления системы.

Сторона высокого давления. Термин «сторона высокого давления» подразумевает часть системы с высоким давлением хладагента. Высокое давление (и высокая температура) создается компрессором таким образом, чтобы хладагент R134a смог сконденсироваться и отдать теплоту в конденсаторе. Разность давления создается расширительным клапаном — рядом с компрессором — это вторая точка деления системы на стороны высокого и низкого давления.

Сторона низкого давления. Термин «сторона низкого давления» подразумевает часть системы с низкими давлением и температурой хладагента. Хладагент R134a, циркулирующий от расширительного клапана через испаритель ко входу в компрессор, имеет низкое давление. Это позволяет передать тепло салона автомобиля более холодному хладагенту R134a и таким образом удалить тепло из салона.

 

Общие сведения

Система кондиционирования удаляет тепло из наружного воздуха, когда он проходит через испаритель, и таким образом в салон подается охлажденный воздух. Теплый воздух салона отдает часть тепла холодному приточному воздуху. За счет этого охлаждается весь салон автомобиля. Схема холодильного цикла объясняет принцип работы системы кондиционирования воздуха: Хладагент циркулирует в замкнутом цикле и непрерывно переходит из жидкого состояния в газообразное и обратно. Таким образом тепло отводится из салона автомобиля наружу. Холодильный контур состоит из пяти основных компонентов: компрессора, конденсатора, осушителя / ресивера, расширительного клапана, испарителя. Эти компоненты соединены в замкнутом холодильном контуре, в котором циркулирует хладагент. Газообразный хладагент поступает в компрессор, где подвергается сжатию и нагревается. Затем в конденсаторе от горячего газа отводится тепло, и он конденсируется. Когда сконденсировавшийся хладагент проходит через расширительный клапан, его давление снижается и он испаряется (в испарителе), поглощая тепло. Затем газ поступает в компрессор, и цикл повторяется. Холодильный цикл делится на контур высокого давления и контур низкого давления (сторона всасывания). Точками деления являются компрессор, пластина клапана и расширительный клапан.

 

Хладагент R12

 

Как многим из вас известно, в прошлом в автомобильных кондиционерах применялся так называемый хладагент R12. Причины его использования заключались в его удачных физических и химических свойствах. Например, точка кипения R12 составляет –28,9 градусов Цельсия. Однако позже обнаружилось, что он негативно воздействует на окружающую среду, в частности, разрушает озоновый слой. Поэтому R12 был заменен на новый хладагент: R134a.

Озоновая дыра

 

Теория истончения озонового слоя. Фреон является чрезвычайно стабильным веществом. Он проходит путь от поверхности Земли через тропосферу и достигает стратосферы, не разрушаясь. Там рассеянный фреон под воздействием сильного ультрафиолетового излучения разрушается, высвобождая хлор. Этот хлор действует в качестве катализатора в химической реакции, в результате которой озон разрушается. Попавший в стратосферу хлор остается там надолго, и разрушение озона продолжается.

Регулирование потребления ХФУ. В мае 1989 года состоялась встреча сторон Венской конвенции (об охране озонового слоя), которые первыми присоединились к Монреальскому протоколу. На встрече было детально рассмотрено предложение об ужесточении стандартов, требующих полного запрета определенных фреонов к 2000 году. Согласно этому плану, производство целевых фреонов с января 1994 г. сокращалось до 25% от фактического их потребления в 1986 г., а к 1996 г. производство и потребление этих Фреонов полностью запрещалось.

Феномен «озоновой дыры». Ультрафиолетовые лучи определенной длины губительны для живых организмов, являются причиной возникновения рака кожи и влияют на гены. Озоновый слой поглощает эти ультрафиолетовые лучи, играя, таким образом, исключительно важную роль в сохранении жизни на Земле. Однако, в 1985 году доктор Фарман из Великобритании объявил, что над Южным полюсом наблюдается явление истощения озонового слоя весной и восстановления его до нормального уровня летом. Датчик искусственного спутника также зафиксировал это явление, а из переданного изображения стало ясно, что озон в небе над Антарктидой истощался. Поскольку явление это выглядело как дыра в озоновом слое, оно получило название «озоновой дыры». Озоновая дыра вызвала интерес ученых. Факт разрушения озонового слоя фреонами и опасности попадания губительных ультрафиолетовых лучей на поверхность Земли был отмечен более чем десятью годами ранее. Было принято решение провести широкомасштабные исследования с целью изучения механизма образования озоновой дыры и прояснения ее связи с фреонами.

 

Роль озона

 

Роль озонового слоя. Окружающая поверхность Земли атмосфера делится на несколько слоев, из которых самый ближний к Земле называется тропосферой. В тропосфере наивысшая температура у поверхности Земли, а с удалением от нее температура уменьшается. По этой причине, в атмосфере происходит конвекция, известная как атмосферные явления. На высоте от 20 до 30 км в стратосфере находится область с высокой концентрацией озона. Это озоновый слой. Ультрафиолетовое излучение с определенной длиной волны губительно для живых организмов, является причиной рака кожи и оказывает воздействие на структуру генов. Озоновый слой, поглощая это ультрафиолетовое излучение, играет важную роль в сохранении жизни на Земле.

Образование озона. Молекулы кислорода поглощают ультрафиолетовые лучи и распадаются на атомы кислорода. Эти атомы кислорода объединяются с молекулами кислорода и образуют озон. Озон образуется вблизи экватора, где больше солнечной радиации, и распространяется по направлению к полюсам, следуя по медленным течениям в атмосфере.

Парниковый эффект

 

Парниковый эффект: в результате сжигания большого количества ископаемого топлива (нефти, угля и попутного газа) и истощения лесных ресурсов концентрация углекислого газа, фреона, метана и т. д. в атмосфере растет, а тепло, исходящее от поверхности Земли, поглощается атмосферой. Совокупность этих факторов вызывает глобальное потепление.

Хладагент ГФУ-134а

 

Указанные хладагенты представляют собой химически стойкие нетоксичные вещества без цвета и запаха, негорючие и не вызывающие коррозии. По этим причинам они нашли широкое применение в качестве хладагента для кондиционеров и холодильных машин, пропеллента для аэрозолей, средства для очистки электронных систем, наполнителя огнетушителей, пенообразующего материала и сырья для производства синтетических смол. И наоборот, наиважнейшей характеристикой альтернативного фреона является низкий потенциал разрушения озона и неотъемлемое условие, что его можно безопасно использовать в любой области. Фреон — это вещество, в котором все или часть атомов водорода, такие как метан и этан, перегруппированы в галоидные элементы фтор (F) и хлор (Cl). Такой комбинацией получают различные типы фреона. Из альтернативных веществ, не содержащих хлор, вызывающий разрушения озона, ГФУ 134а считается наиболее подходящим, и его безопасность проверяется тестами в рамках PAFT-1 [Program for Alternative Fluorocarbon Environmental Toxicity Testing — Программа тестирования альтернативных гидрофторуглеродов на токсичность для окружающей среды].

Свойства хладагента

 

Размер молекул R134a значительно меньше, чем у R12. Как результат, мы имеем большие потери хладагента. Количество от 10% до 15% в год является нормальным! Кроме того, другая точка кипения требует внести изменения в холодильный контур, например в настройку расширительного клапана и т. д. Также необходимо использовать другое масло. Таким образом, модификация системы требует замены некоторых компонентов, таких как осушитель, и более того, систему следует тщательно промыть 2-3 раза от остатков минерального масла (предварительно удалив масло из компрессора и т. д.). Вместо R134a могут быть использованы альтернативные хладагенты, но они менее доступны и, кроме того, могут вызвать трудности при техническом обслуживании, поэтому искать замену R134a не рекомендуется.

Давление и точка кипения

 

Точка кипения жидкости приводится в справочных таблицах. Она всегда дается для атмосферного давления 1 бар. Если давление, оказываемое на жидкость, меняется, также меняется точка кипения жидкости. При этом все однородные жидкости ведут себя одинаково. Из диаграммы давления пара можно заключить, что, например, при постоянном давлении и снижении температуры пар превращается в жидкость (в конденсаторе). При снижении давления жидкого хладагента он переходит в газообразное состояние (в испарителе). Процесс испарения используется в автомобильных системах кондиционирования. Рабочим телом в системе кондиционирования служит легко кипящая жидкость, которая называется хладагентом. Практическое применение нашли хладагенты R12, который кипит при –29,8°C, и R134a, который кипит при –26,5°C. Приведенные точки кипения соответствуют температуре кипения при нормальном атмосферном давлении (760 мм. рт. ст. = 1013,25 мбар).