...Початок
Для початку слід відразу визначитися, що буде розглянута робота кондиціонера взимку як в режимі «обігрів», так і в режимі «охолодження». Хто підняв брови і запитав, навіщо включати режим «охолодження» взимку, повинен буде дочитати до другої частини цієї статті, а про зимовий комплект - подужати і третю. Але, про все по порядку ...
Гріємося кондиціонером взимку
Строго кажучи, існує не один джерела тепла, яке «перекачує» кондиціонер в приміщення в реверсивному циклі. Перший - це теплота роботи стискування компресора і теплота, що виділяється самим електродвигуном компресора при роботі. Другий - це тепло, яке забирається із зовнішнього повітря. На відміну від першого джерела, другий дуже сильно залежить від температури зовнішнього повітря. Власне це і є камінь спотикання, який визначає всі негативні процеси, що відбуваються в кондиціонері при низьких температурах зовнішнього повітря.
1. Як би не хотілося ускладнювати цю статтю, але для розуміння процесів, що відбуваються в контурі кондиціонера, все ж доведеться оперувати поняттями - температура і тиск випаровування і конденсації, фазовий перехід, хоча опис і буде максимально спрощено.
Нас буде цікавити саме випарник, так як саме він поставлений в незвичайні для нього температурні умови при роботі «на тепло». Не забуваємо, що в режимі обігріву саме зовнішній блок виконує функцію випарника. У звичайних (для випарника побутового кондиціонера) кімнатних умовах, класична розрахункова температура кипіння (фазового переходу) фреону становить близько + 5 ° С. Цією температурі буде відповідати певний тиск кипіння (для різних фреонів ця величина неоднакова). Тепле кімнатне повітря, скажімо + 25 ° С, обдуваючи теплообмінник з більш низькою температурою, буде остигати на якусь величину, віддаючи частину свого тепла для підтримки кипіння фреону в теплообміннику. Образно кажучи, це як раз і є той самий таємничий процес акумулювання і перенесення тепла (енергії) холодоагентом.
Що ж станеться з вуличним повітрям температурою, скажімо + 5 ° С, при температурі кипіння фреону в випарнику + 5 ° С. Да нічого. Різниці температур немає, теплообміну немає, перенесення тепла теж немає. Щоб це хоч якось працювало потрібно мати температуру кипіння фреону в випарнику нижче, ніж температура самого повітря. Тобто, щоб забрати тепло у повітря з температурою + 5 ° С (tae) він повинен продувати набагато холодніший теплообмінник з температурою кипіння фреону в ньому ну хоча б -5 ° С (to) Різниця між температурою вхідного повітря і температурою кипіння називається повним температурним напором. Δθполн = tae- tо = + 5 ° С 5 ° С = 10К (кельвінів) Тепер порівняйте це значення з різницею при роботі випарника в кімнатних умовах tae + 25 ° С і tо + 5 ° С Δθполн = 20К. У реальних же умовах, зміна температури повітря на виході з теплообмінника буде ще менше, ніж величина повного температурного напору. У нашому випадку температура повітря на виході буде близько близько -1С ° (tas), а перепад температур по повітрю складе Δθвозд = tae-tas = + 5 ° C-1 ° C = 6K (Див рис.1)
Далі трохи складніше, тому описувати процеси взаємозв'язку величини теплової кондиціонера при зниження температури кипіння і тиску конденсації, зниження продуктивності компресора і т.д. поки не будемо. На даному етапі для читача буде досить висновку про те, що ...
Основна проблема, що обмежує використання побутового кондиціонера взимку для обігріву - це зміна продуктивності теплообмінника зовнішнього блоку, (який виконує функцію випарника) при низьких температурах навколишнього повітря. При роботі «на тепло», він стає "недоразмеренним", тобто занадто маленьким для того, щоб обсяг проходить через нього холодного повітря був достатнім для знімання його низько потенційного тепла.
2. Йдемо далі. Як Ви вже знаєте, для характеристики теплообмінника існує таке поняття як повний перепад (різницю між температурою повітря, який обдуває теплообмінник і температурою кипіння фреону в теплообміннику). При роботі «на тепло» температура фазового переходу в теплообміннику зовнішнього блоку встановлюється нижче температури навколишнього повітря на величину цього найповнішого перепаду. Якщо в «режимі охолодження» температура кипіння холодоагенту у випарнику внутрішнього блоку в приміщенні не опускається нижче негативних значень і тому конденсат на його поверхні не замерзає, а після видаляється через дренажну систему на вулицю, то в режимі обігріву, випарник з температурою нижче нуля, працює на вулиці. Які будуть наслідки? Волога вуличного повітря починає не тільки конденсуватися на теплообміннику зовнішнього блоку, але і замерзати на його ламелях. Він починає покриватися інеєм. Примітно, що процес обмерзання найбільш виражений при "близьконульових" температурах і підвищеній вологості. Зі зниженням температури і, відповідно, зменшенням влагоемкости холодного повітря, процес менш інтенсивний.
Фото.2 обмерзання теплообмінника зовнішнього блоку. Температура на вулиці + 3 ° С. Відносна вологість 85% RH
З погіршенням і так не дуже якого теплообміну з холодним повітрям, зростає повний температурний перепад, так як температура випаровування падає ще більше. Зарослий інеєм теплообмінник не в змозі випарувати надходить в нього рідкий холодоагент, який після випарника потрапить в магістраль всмоктування, а потім і в віддільника рідини. Далі - обмерзання компресора і можливе попадання рідкого холодоагенту всередину, що в підсумку може призвести до гідравлічного удару.
Фото.3 обмерзання компресора
3. Ще проблеми ... Забігаючи трохи наперед, слід торкнутися такого процесу як "оттайка" або "розморожування" (defrost) зовнішнього блоку при роботі кондиціонера "на тепло". Цією функцією оснащені всі кондиціонери з реверсивним циклом. Суть її полягає в тому, що на момент "розморожування" теплообмінники на деякий час знову міняються місцями і нагріте при стисненні компресором фреон прямує в зовнішній блок, що супроводжується його лавиноподібно "оттайкой" і навіть інтенсивним появою пара. Такий процес іноді помилково сприймається деякими як загоряння.
Фото.4 Теплообменннік після циклу оттайки. Днище і нижня частина так і залишилися покриті льодом
Вода з розтопленого теплообмінника стікає в піддон зовнішнього блоку і ... частина її, не встигнувши злитися через дренажний сосок, знову замерзає, якщо температура повітря нижче нуля. Таким чином, через кілька циклів "розмерзання" таке обмерзання всередині і, особливо, на дні зовнішнього блоку може досягти значних розмірів і навіть дістати до площини обертання вентилятора, що може привести до його поломки (розбалансування, блокування, відрив лопаті і т.д. )
Фото.5 вмерзання нижній частині теплообмінника
Фото.6 Наслідки крижаного панцира
Є ще більш неприємний наслідок процесу намерзання льоду на дні внутрішнього блоку. Відомо, що при замерзанні вода збільшується в об'ємі. і лід легко здавлює і навіть "рве" місця пайки і ламелі вмерзле в нього теплообмінника. У підсумку - порушення циркуляції холодоагенту, аж до розриву трубок і витоку.
Фото.7 Зминання і руйнування нижньої частини теплообмінника НБ
Охлаждаемся кондиціонером взимку
Так, як би дивно це не звучало, але існують ситуації, коли потрібна робота кондиціонера в режимі охолодження і в зимовий період. Можна звичайно відкрити кватирку, відключити опалення або спробувати організувати ще який-небудь фрікулінг, але іноді це зробити неможливо. Прикладом можуть служити різні серверні, апаратні та інші термоізольовані приміщення з тепловиділяючою апаратурою, а також різні техпроцеси, що вимагають постійного охолодження незалежно від температури зовнішнього повітря. Як Ви вже, напевно, здогадалися, все знову впирається в продуктивність теплообмінника зовнішнього блоку, через який в режимі «охолодження» відбувається скидання тепла на вулицю. Здавалося б - так що ж знову не так і в чому проблема? Чим холодніше зовнішнє повітря і більше різниця температур, тим ефективніше теплообмін, всякі перепади, конденсації і всі інші процеси, які там відбуваються. Тому знову повертаємося до теорії. Так що ж твориться всередині цих трубок?
1. Рух холодоагенту з конденсатора у випарник відбувається під дією різниці більш високого тиску конденсації в конденсаторі і завжди більш низького тиску кипіння у випарнику. Їх значення розраховуються під конкретні умови застосування. Для систем кондиціонування повітря температура кипіння розрахована на значення вище 0 ° С, так як при негативних температурах кипіння на поверхні випарника буде утворюватися лід з усіма наслідками, що випливають з цього проблемами порушення теплос'ема з замерзлого і не продувається теплообмінника описаними вище. Що ж відбувається з тиском конденсації при низьких температурах? Низька температура повітря, що обдуває конденсатор, призводить до зниження температури і тиску конденсації холодоагенту. У свою чергу, падіння тиску конденсації викличе пропорційне падіння тиску кипіння у випарнику, що призведе до його обмерзання. Подальше падіння тиску конденсації веде до зменшення різниці між тисками випаровування і конденсації. У випарник надходить недостатня кількість холодоагенту (падає масова витрата), що зменшує подальше перенесення тепла з випарника в конденсатор, а значить і холодопродуктивність. Подовжується час розігріву конденсатора до потрібної температури (збільшення часу перехідного режиму) Зменшення масової витрати також може привести і до перегріву двигуна компресора, який охолоджується газоподібним холодоагентом, маса якого залежить від тиску випаровування. Збільшується ризик теплового пробою ізоляції. Ось так ось все чіпляється одне за інше і стає все складніше і складніше для розуміння. :)
Фото.8 обмерзання теплообмінника внутрішнього блоку
Підсумок. Якщо в разі роботи «на тепло» зовнішній блок виконує функцію випарника і, як ми з'ясували, важко йому з цим справлятися з-за його "недоразмеренності" при низьких температурах, то тут ситуація прямо протилежна При роботі «на холод», в умовах низьких температур, він стає занадто великим - "переразмеренним".
2. Проблема відведення конденсату. Ну, тут все набагато простіше для розуміння. Якщо відведення конденсату від випарника організований всередині приміщення (в спеціальну ємність, через сифони в каналізацію і т.д.), то і проблеми, як такої, не існує. Однак найчастіше дренаж банально виводиться через стіну на вулицю. Якщо температура зовнішнього повітря буде нижче нуля, то вода поступово почне замерзати в трубці, що через деякий час приведе до її повної закупорки і конденсат почне виливатися прямо з внутрішнього блоку.
Хоч гріємося, хоч охолоджувальні ...
Виявляється і це ще не все. Крім проблем, характерних тільки для режиму «обігрів» або «охолодження» в зимовий період, існує ще ряд загальних проблем, що виникають при експлуатації кондиціонера взимку незалежно від режиму роботи.
Одна з таких загальних проблем - це проблема холодного пуску компресора. Тут слід дати пояснення. У замкнутих холодильних контурах масло, призначене для змащування деталей, циркулює разом з холодоагентом. Воно повинно добре змішуватися з ним (в рідкій фазі) і при цьому не погіршувати характеристики самого холодоагенту. При тривалих зупинках або перервах в роботі, компресор, що знаходиться в зовнішньому блоці, остигає до температури вулиці. В силу такого явища як ефект холодної стінки Ватта, рідкий холодоагент конденсується в найхолоднішому місці холодильного контуру, а саме в елементах зовнішнього блоку, в тому числі і в компресорі. Процес носить назву "натікання рідкого хладагента в картер компресора". Таке натікання можливо при будь-якій температурі, важлива лише різниця між температурою елементів контуру всередині і зовні приміщення. Що відбувається з маслом і рідким фреоном в картері холодного компресора? Частина рідкого фреону змішується з маслом (не плутати з розчинністю масла, яка характеризує ступінь насичення масла фреоном в паровій фазі), частина рідкого фреону опускається на дно картера компресора, а масляний шар залишається нагорі. При пуску холодного компресора, в результаті зниження тиску в картері компресора відбувається виділення холодоагенту з масла (закипання хладагента), що супроводжується вспенивающем останнього. Піна руйнує масляну плівку в вузлах тертя. Крім цього, при холодному пуску масляний насос замість масла всмоктує рідкий холодоагент з дна картера компресора, який, випаровуючись, викликає кавітацію і відмінно змиває масло з поверхонь, що труться. В результаті компресор в перші секунди працює практично без змащення і може заклинити. Також лавиноподібний викид масла може привести до поломки нагнітальних клапанів компресора. Справедливості заради слід зазначити, що для ротаційних (роторних) компресорів, в основному застосовуються в побутових кондиціонерах і не мають масляного картера, дана проблема менш гостра, ніж у поршневих. Проте, практично всі імениті виробники передбачають комплекс заходів, щоб максимально нівелювати наслідки холодного пуску компресора. Про це і про те як вирішуються проблеми, описані вище, читайте нижче. Каламбур))
Які будуть наслідки?Здавалося б - так що ж знову не так і в чому проблема?
Так що ж твориться всередині цих трубок?
Що ж відбувається з тиском конденсації при низьких температурах?
Що відбувається з маслом і рідким фреоном в картері холодного компресора?