Доставка и оплата (дубль)

Зима и кондиционер. Для чего нужен зимний комплект


Для начала следует сразу определиться, что будет рассмотрена работа кондиционера зимой как в режиме «обогрев», так и в режиме «охлаждение». Кто поднял брови и спросил, зачем включать режим «охлаждение» зимой, должен будет дочитать до второй части этой статьи, а про зимний комплект – осилить и третью. Но, обо всем по порядку...


Греемся кондиционером зимой


Строго говоря, существует не один источника тепла, которое «перекачивает» кондиционер в помещение в реверсивном цикле. Первый - это теплота работы сжатия компрессора и теплота, выделяемая самим электродвигателем компрессора при работе. Второй - это тепло, которое забирается из наружного воздуха. В отличие от первого источника, второй очень сильно зависит от температуры наружного воздуха. Собственно это и есть камень преткновения, который определяет все негативные процессы, происходящие в кондиционере при низких температурах наружного воздуха.

 

1. Как бы не хотелось усложнять данную статью, но для понимания процессов, происходящих в контуре кондиционера, все же придется оперировать понятиями - температура и давление испарения и конденсации, фазовый переход, хотя описание и будет максимально упрощено.

Нас будет интересовать именно испаритель, так как именно он поставлен в необычные для него температурные условия при работе «на тепло». Не забываем, что в режиме обогрева именно наружный блок выполняет функцию испарителя. В обычных (для испарителя бытового кондиционера) комнатных условиях, классическая расчетная температура кипения (фазового перехода) фреона составляет около +5°С. Этой температуре будет соответствовать определенное давление кипения (для различных фреонов эта величина неодинакова). Теплый комнатный воздух, скажем +25°С, обдувая теплообменник с более низкой температурой, будет остывать на какую-то величину, отдавая часть своего тепла для поддержания кипения фреона в теплообменнике. Образно говоря, это как раз и есть тот самый таинственный процесс аккумулирования и переноса тепла (энергии) хладагентом.

Что же произойдет с уличным воздухом температурой, скажем +5°С, при температуре кипения фреона в испарителе +5°С. Да ничего. Разности температур нет, теплообмена нет, переноса тепла тоже нет. Чтобы это хоть как-то работало нужно иметь температуру кипения фреона в испарителе ниже, чем температура самого воздуха. То есть, чтобы забрать тепло у воздуха с температурой +5°С (tae) он должен продувать гораздо более холодный теплообменник с температурой кипения фреона в нем ну хотя бы -5°С (to) Разность между температурой входящего воздуха и температурой кипения называется полным температурным напором. ∆θполн = tae- tо = +5°С- 5°С =10К (Кельвинов) Теперь сравните это значение с разницей при работе испарителя в комнатных условиях tae+25°С и tо +5°С ∆θполн =20К . В реальных же условиях, изменение температуры воздуха на выходе из теплообменника будет еще меньше, чем величина полного температурного напора. В нашем случае температура воздуха на выходе будет порядка около -1С° (tas), а перепад температур по воздуху составит ∆θвозд = tae-tas = +5°C-1°C = 6K (См рис.1)

Дальше чуть сложнее, потому описывать процессы взаимосвязи величины теплопроизводительности кондиционера при снижение температуры кипения и давления конденсации, снижения производительности компрессора и т.д. пока не будем. На данном этапе для читателя будет достаточно вывода о том, что…

Основная проблема, ограничивающая использование бытового кондиционера зимой для обогрева - это изменение производительности теплообменника наружного блока, (который выполняет функцию испарителя) при низких температурах окружающего воздуха. При работе «на тепло», он становится "недоразмеренным", то есть слишком маленьким для того, чтобы объем проходящего через него холодного воздуха был достаточным для съема его низкопотенциального тепла.

 

2. Идем далее. Как Вы уже знаете, для характеристики теплообменника существует такое понятие как полный перепад (разность между температурой воздуха, который обдувает теплообменник и температурой кипения фреона в теплообменнике). При работе «на тепло» температура фазового перехода в теплообменнике наружного блока устанавливается ниже температуры окружающего воздуха на величину этого самого полного перепада. Если в «режиме охлаждения» температура кипения хладагента в испарителе внутреннего блока в помещении не опускается ниже отрицательных значений и потому конденсат на его поверхности не замерзает, а после удаляется через дренажную систему на улицу, то в режиме обогрева, испаритель с температурой ниже нуля, работает на улице. Каковы будут последствия? Влага уличного воздуха начинает не только конденсироваться на теплообменнике наружного блока, но и замерзать на его ламелях. Он начинает покрываться инеем. Примечательно, что процесс обледенения наиболее выражен при "околонулевых" температурах и повышенной влажности. Со снижением температуры и, соответственно, уменьшением влагоемкости холодного воздуха, процесс менее интенсивен.

 


Фото.2 Обмерзание теплообменника наружного блока. Температура на улице +3°С. Относительная влажность 85%RH

 

С ухудшением и так не ахти какого теплообмена с холодным воздухом, растет полный температурный перепад, так как температура испарения падает еще больше. Заросший инеем теплообменник не в состоянии испарить поступающий в него жидкий хладагент, который после испарителя попадет в магистраль всасывания, а затем и в отделитель жидкости. Далее – обмерзание компрессора и возможное попадание жидкого хладагента внутрь, что в итоге может привести к гидравлическому удару.

 


Фото.3 Обмерзание компрессора

 

3. Еще проблемы… Забегая немного вперед, следует коснуться такого процесса как "оттайка" или "разморозка" (defrost) наружного блока при работе кондиционера "на тепло". Этой функцией оснащены все кондиционеры с реверсивным циклом. Суть её заключается в том, что на момент "разморозки" теплообменники на некоторое время снова меняются местами и нагретый при сжатии компрессором фреон направляется в наружный блок, что сопровождается его лавинообразной "оттайкой" и даже интенсивным появлением пара. Такой процесс иногда ложно воспринимается некоторыми как возгорание.

 


Фото.4. Теплообменнник после цикла оттайки. Днище и нижняя часть так и остались покрыты льдом


Вода с растопленного теплообменника стекает в поддон наружного блока и... часть её, не успев слиться через дренажный сосок, снова замерзает, если температура воздуха ниже нуля. Таким образом, через несколько циклов "оттайки" такое обледенение внутри и, особенно, на дне наружного блока может достичь значительных размеров и даже достать до плоскости вращения вентилятора, что может привести к его поломке (разбалансировка, блокировка, отрыв лопасти и т.д.)

 


Фото.5 Вмерзание нижней части теплообменника

 


Фото.6 Последствия ледяных оков

 

Есть еще более неприятное последствие процесса намерзание льда на дне внутреннего блока. Известно, что при замерзании вода увеличивается в объеме. и лед легко сдавливает и даже "рвет" места пайки и ламели вмерзшего в него теплообменника. В итоге - нарушение циркуляции хладагента, вплоть до разрыва трубок и утечки.

 


Фото.7 Смятие и разрушение нижней части теплообменника НБ


Охлаждаемся кондиционером зимой


Да, как бы странно это не звучало, но существуют ситуации, когда требуется работа кондиционера в режиме охлаждения и в зимний период. Можно конечно открыть форточку, отключить отопление или попробовать организовать еще какой-нибудь фрикулинг, но иногда это сделать невозможно. Примером могут служить различные серверные, аппаратные и прочие термоизолированные помещения с тепловыделяющей аппаратурой, а также различные техпроцессы, требующие постоянного охлаждения вне зависимости от температуры наружного воздуха. Как Вы уже, наверное, догадались, все опять упирается в производительность теплообменника наружного блока, через который в режиме «охлаждение» происходит сброс тепла на улицу. Казалось бы – да что же опять не так и в чем проблема? Чем холоднее наружный воздух и больше разность температур, тем эффективнее теплообмен, всякие перепады, конденсации и все прочие процессы, там происходящие. Потому опять возвращаемся к теории. Так что же твориться внутри этих трубок?

 

1. Движение хладагента из конденсатора в испаритель происходит под действием разности более высокого давления конденсации в конденсаторе и всегда более низкого давления кипения в испарителе. Их значения рассчитываются под конкретные условия применения. Для систем кондиционирования воздуха температура кипения рассчитана на значения выше 0°С, так как при отрицательных температурах кипения на поверхности испарителя будет образовываться лед со всеми вытекающими из этого проблемами нарушения теплосъема с замерзшего и непродуваемого теплообменника описанными выше. Что же происходит с давлением конденсации при низких температурах? Низкая температура воздуха, обдувающего конденсатор, приводит к снижению температуры и давления конденсации хладагента. В свою очередь, падение давления конденсации вызовет пропорциональное падение давления кипения в испарителе, что приведет к его обмерзанию. Дальнейшее падение давления конденсации ведет к уменьшению разности между давлениями испарения и конденсации. В испаритель поступает недостаточное количество хладагента (падает массовый расход), что уменьшает дальнейший перенос тепла из испарителя в конденсатор, а значит и холодопроизводительность. Удлиняется время разогрева конденсатора до нужной температуры (увеличение времени переходного режима) Уменьшение массового расхода также может привести и к перегреву двигателя компрессора, который охлаждается газообразным хладагентом, масса которого зависит от давления испарения. Увеличивается риск теплового пробоя изоляции.  Вот так вот все цепляется одно за другое и становится все сложнее и сложнее для понимания. :)

 


Фото.8 Обмерзание теплообменника внутреннего блока

 

Итог. Если в случае работы «на тепло» наружный блок выполняет функцию испарителя и, как мы выяснили, трудно ему с этим справляться из-за его "недоразмеренности" при низких температурах, то тут ситуация прямо противоположная При работе «на холод», в условиях низких температур, он становится слишком большим - "переразмеренным".

 

2. Проблема отвода конденсата. Ну, тут все намного проще для понимания. Если отвод конденсата от испарителя организован внутри помещения (в специальную емкость, через сифоны в канализацию и т.д.), то и проблемы, как таковой, не существует. Однако чаще всего дренаж банально выводится через стену на улицу. Если температура наружного воздуха будет ниже нуля, то вода постепенно начнет замерзать в трубке, что через некоторое время приведет к её полной закупорке и конденсат начнет выливаться прямо из внутреннего блока.


Хоть греемся, хоть охлаждаемся…


Оказывается и это еще не все. Помимо проблем, характерных только для режима «обогрев» или «охлаждение» в зимний период, существует еще ряд общих проблем , возникающих при эксплуатации кондиционера зимой вне зависимости от режима работы.

Одна из таких общих проблем – это проблема холодного пуска компрессора. Здесь следует дать пояснение. В замкнутых холодильных контурах масло, предназначенное для смазки трущихся деталей, циркулирует вместе с хладагентом. Оно должно хорошо смешиваться с ним (в жидкой фазе) и при этом не ухудшать характеристики самого хладагента. При длительных остановках или перерывах в работе, компрессор, находящийся в наружном блоке, остывает до температуры улицы. В силу такого явления как эффект холодной стенки Ватта, жидкий хладагент конденсируется в самом холодном месте холодильного контура, а именно в элементах наружного блока, в том числе и в компрессоре. Процесс носит название "натекание жидкого хладагента в картер компрессора". Такое натекание возможно при любой температуре, важна лишь разница между температурой элементов контура внутри и снаружи помещения. Что происходит с маслом и жидким фреоном в картере холодного компрессора? Часть жидкого фреона смешивается с маслом (не путать с растворимостью масла, которая характеризует степень насыщения масла фреоном в паровой фазе), часть жидкого фреона опускается на дно картера компрессора, а масляный слой остается наверху. При пуске холодного компрессора, в результате снижения давления в картере компрессора происходит выделение хладагента из масла (вскипание хладагента), что сопровождается вспениваем последнего. Пена разрушает масляную пленку в узлах трения. Кроме этого, при холодном пуске масляный насос вместо масла всасывает жидкий хладагент со дна картера компрессора, который, испаряясь, вызывает кавитацию и отлично смывает масло с трущихся поверхностей. В результате компрессор в первые секунды работает практически без смазки и может заклинить. Также лавинообразный выброс масла может привести к поломке нагнетательных клапанов компрессора. Справедливости ради следует отметить, что для ротационных (роторных) компрессоров, в основном применяемых в бытовых кондиционерах и не имеющих масляного картера, данная проблема менее остра, чем в поршневых. Тем не менее, практически все именитые производители предусматривают комплекс мер, чтобы максимально нивелировать последствия холодного пуска компрессора. Об этом и о том как решаются проблемы, описанные выше, читайте ниже. Каламбур ))