Блок схема сплит системы

Блок схема сплит системы

Многие из нас пользуются дома или на работе агрегатами для охлаждения воздуха в помещениях – кондиционерами. Но о том, как они функционируют, знает далеко не каждый. Задача данной статьи – объяснить устройство и принцип работы сплит-системы, что наиболее часто встречаются в нашей повседневной жизни.

Устройство бытового кондиционера

Современная сплит – система разделена на две части – наружный и внутренний блоки. Каждый из них выполняет свою функцию и содержит набор соответствующего оборудования. Внутри корпуса наружного блока находится теплообменник – конденсатор, вентилятор, призванный прогонять через него воздух, и компрессор – нагнетатель давления. Из более мелких, но не менее важных функциональных элементов следует выделить осушитель, расширительный клапан и соединительные трубки из меди. Кроме того, устройство данного узла предусматривает запитку от электросети, для чего в нем имеется необходимые электротехнические элементы, а также средства автоматизации.

Примечание. В случае когда конструкцией предусматривается работа сплит-системы на обогрев, в наружном блоке дополнительно установлен четырехходовой клапан с электроприводом, подогреватель компрессора и регулятор давления конденсации.

Внутренняя часть кондиционера помимо корпуса содержит теплообменник – испаритель с вентилятором центробежного типа, фильтрующие элементы, жалюзи для направления потока воздуха и ванночку для сбора конденсата. Между внутренним и наружным блоком прокладываются 2 магистрали для хладоносителя, по трубе с большим диаметром он движется в виде газа, с меньшим – в жидком состоянии. Ниже на рисунке показано устройство сплит-системы с указанием основных элементов:

1 – компрессор; 2 – четырехходовой клапан для переключения режимов «зима – лето»; 3 – электронный блок; 4 – осевой вентилятор; 5 – теплообменник – конденсатор; 6 – магистрали для хладагента; 7 – центробежный вентилятор; 8 – теплообменник – испаритель; 9 – фильтр грубой очистки; 10 – фильтр тонкой очистки.

Принцип работы

Сплит – система, как и всякая холодильная машина, отличается очень высокой эффективностью. Для примера: охладитель, потребляющий электрическую мощность в размере 1 кВт, обладает холодопроизводительностью ориентировочно 3 кВт. При этом никакие законы сохранения энергии не нарушаются и КПД установки вовсе не 300%, как можно подумать.

Следует понимать, что принцип работы кондиционера заключается не в производстве холода, а в переносе тепловой энергии из одного места в другое посредством хладагента, называемого рабочим телом.

В качестве рабочего тела выступает фреон, чья температура кипения почти на 100 ºС ниже того же показателя у воды. Хитрость состоит в том, что для парообразования любая жидкость должна получить большое количество тепловой энергии, ее рабочее тело и отнимает у комнатного воздуха в испарителе. В физике эта энергия называется удельной теплотой парообразования.

Испаренный во внутреннем блоке фреон по трубке большого диаметра поступает в компрессор, создающий давление в сплит-системе и далее, в теплообменник – конденсатор. Рабочее тело, находящееся под давлением, интенсивно конденсируется в нем при контакте с наружным воздухом, высвобождая в атмосферу ранее поглощенное тепло. Только теперь это называется удельной теплотой конденсации, при постоянном количестве фреона в системе ее величина равна затраченной энергии парообразования. Как происходит описанный процесс, показывает схема работы кондиционера сплит-системы:

После перехода в жидкую фазу хладагент проходит через осушитель с целью отделения влаги и входит в расширительный клапан. Здесь за счет резкого увеличения размера канала (сопла) снижается давление и рабочее тело снова возвращается в испаритель за очередной порцией тепла.

Из электрооборудования, потребляющего значительную мощность, на схеме можно увидеть два вентилятора и компрессор, остальные источники энергопотребления ничтожно малы. То есть, приведенный в примере 1 кВт электричества расходуется лишь на вращение осей вентиляторов и компрессора, всю остальную работу проделывает фреон.

Все прочие функции – за системами автоматики. По достижении установленной температуры в помещении датчик подает сигнал на блок управления, а тот останавливает компрессор и вентиляторы, процесс прекращается. Воздушная среда в комнате нагрелась, — и датчик снова инициирует запуск охладителя, такая циклическая работа идет непрерывно. В то же время инверторные сплит – системы, чья конструкция немного отличается от устройства обычных кондиционеров, никогда не останавливают процесс. Такие агрегаты характеризуются плавным изменением температуры и тихим режимом работы компрессора.

Примечание. При интенсивных процессах теплообмена на ребрах испарителя и конденсатора выпадает влага, содержащаяся в воздухе, для ее сбора и отвода конструкция кондиционера предусматривает ванночку и систему трубок.

Для перехода установки в режим подогрева воздуха происходит переключение направления движения рабочего тела, вследствие чего теплообменники меняются функциями, наружный становится испарителем и отбирает теплоту из окружающей среды, а внутренний действует как конденсатор, передавая эту энергию в помещение. Для перераспределения потоков в схему введен четырехходовой клапан, чтобы не приходилось мудрить с компрессором.

Заключение
Сплит – система, как и другие холодильные машины, является очень экономичной в силу эффективности своей работы. Именно по этой причине они получили широкую популярность для создания комфортных условий в зданиях различного назначения.

Кандидат технических наук. Начальник Центра образовательных стандартов и программ «Московского государственного строительного университета» ( НИУ «МГСУ» ).

Читайте также:  Белая тюль с розовыми цветами

Из чего же состоит стандартная сплит-система? Как правило, внутри нее находится замкнутый контур, по которому движется жидкость — хладагент. Перетекая внутри контура, хладагент в одном месте поглощает тепло, для того чтобы выделить его в другом. Этот процесс протекает в специальных трубках – теплообменниках, которые изготавливаются из меди и содержат поперечные перегородки из алюминия. Для более быстрого протекания процессов в теплообменники нагнетают воздух, делая это при помощи специальных вентиляторов.

Исходя из названия процессов, протекающих в теплообменнике, один из них принято называть конденсатором, а другой – испарителем. Когда кондиционер работает «на тепло» в качестве конденсатора выступает внутренний испаритель (часть кондиционера, находящаяся в помещении), а при работе «на холод» – все происходит наоборот. Таков принцип работы кондиционера, но в чем суть?

Холод сам по себе не является законченным продуктом, а лишь производным от переноса тепла с помощью хладагента. Этот процесс в литературе именуется «тепловым насосом». Благодаря ему производительность кондиционера получается в три раза выше, чем его энергопотребление. На первый взгляд это может вызвать недоумение: КПД 300% — неужели такое возможно? Что такое хладагент и как его можно перенести из помещения, в котором температура около 20 градусов, наружу, где температура в два раза выше?

Оказывается все гораздо проще, чем это можно себе предположить. Перенос температуры напрямую зависит от давления, причем происходит он не линейно, а монотонно. Таким образом, в процессе транспортировки величина давления становится выше, чем температура фазового перехода. Закипевший хладагент меняет свое состояние из жидкого в парообразное и начинает поглощать из окружающего воздуха тепло, при этом в теплообменнике создается необходимое давление, при котором температура фазового перехода становится ниже окружающей. В обратном процессе хладагент отдает свое тепло воздуху, и температура перехода повышается.

Еще одной важной деталью в работе кондиционера является замкнутый контур, для создания которого необходимо хотя бы два элемента: компрессор — для повышения давления конденсации и дроссельное устройство — для его понижения. Первый из них устанавливается непосредственно перед конденсатором, а второй перед испарителем.

В целом, насчитывается пять элементов, обязательных в кондиционерах любого типа: замкнутый контур, наружный и внутренний теплообменник, компрессор и дросселирующее устройство. Они являются основной составляющей как самой простой, так и самой сложной сплит-системой.

В наше время для полнофункциональной работы кондиционера в контур добавляют четырехходовой вентиль, благодаря которому он может вырабатывать как тепло, так и холод. Такая сплит-система получила название «кондиционер с реверсивным циклом», дополнительной функцией которого стал перенос тепла из помещения на улицу и обратно.

Наружный блок кондиционера

  • 3. Компрессор — сжимает фреон и поддерживает его движение по холодильному контуру. Компрессор бывает поршневого или спирального (scroll) типа. Поршневые компрессоры дешевле, но менее надежны, чем спиральные, особенно в условиях низких температур наружного воздуха.
  • 5. Четырехходовой клапан — устанавливается в реверсивных (тепло — холод) кондиционерах. В режиме обогрева этот клапан изменяет направление движения фреона. При этом внутренний и наружный блок как бы меняются местами: внутренний блок работает на обогрев, а наружный — на охлаждение.
  • 4. Плата управления — как правило, устанавливается только на инверторных кондиционерах. В не инверторных моделях всю электронику стараются размещать во внутреннем блоке, поскольку
  • большие перепады температуры и влажности снижают надежность электронных компонентов.
  • 1. Вентилятор — создает поток воздуха, обдувающего конденсатор.
  • В недорогих моделях имеет только одну скорость вращения.
  • Такой кондиционер может стабильно работать в небольшом диапазоне температур наружного воздуха. В моделях более высокого класса, рассчитанных на широкий температурный диапазон, а также во всех полупромышленных кондиционерах, вентилятор имеет 2 — 3 фиксированных скорости вращения или же плавную регулировку.
  • 2. Конденсатор — радиатор, в котором происходит охлаждение и конденсация фреона. Продуваемый через конденсатор воздух, соответственно, нагревается.
  • 7. Фильтр фреоновой системы — устанавливается перед входом компрессора и защищает его от медной крошки и других мелких частиц, которые могут попасть в систему при монтаже кондиционера. Разумеется, если монтаж выполнен с нарушением технологии и в систему попало большое количество мусора, то фильтр не поможет.
  • 6. Штуцерные соединения — к ним подключаются медные трубы, соединяющие наружный и внутренний блоки.
  • 8. Защитная быстросъемная крышка — закрывает штуцерные соединения и клеммник, используемый для подключения электрических кабелей. В некоторых моделях защитная крышка закрывает только клеммник, а штуцерные соединения остаются снаружи.

Среди всех типов домашних кондиционеров «сплиты» занимают первое место по количеству установок в квартирах и частных коттеджах (80—85% от общего числа). Тенденция сохраняется, поскольку указанные климатические агрегаты удобны в эксплуатации, не отнимают полезную площадь, мало шумят. Наша задача – подробно разъяснить, что такое сплит-система, рассмотреть принцип работы и разновидности этих бытовых приборов.

Читайте также:  Amd radeon скорость вентилятора

Устройство и отличие от других кондиционеров

Сначала разберемся с терминологией. По определению, кондиционерами называют любые климатические установки, обрабатывающие воздух и доводящие его до нужной кондиции. Агрегаты могут выполнять ряд функций:

  • охлаждение, нагрев;
  • осушение, увлажнение;
  • очистка, обеззараживание;
  • приточно-вытяжная вентиляция помещений с принудительным побуждением.

Справка. Комплексная обработка воздуха, например, фильтрация + нагрев + увлажнение, — это кондиционирование. Все задействованные агрегаты, средства управления, вентиляционные каналы и решетки составляют систему кондиционирования воздуха (сокращенно – СКВ).

Классическая сплит-система — это кондиционер, разделенный на 2 блока – внешний и внутренний (английское слово split означает «разделять»). Наружный модуль представляет собой корпус больших размеров, где располагаются основные элементы охладителя:

  • компрессор;
  • теплообменник – конденсатор;
  • вентилятор;
  • расширительный клапан (в бытовых моделях – капиллярная трубка);
  • четырехходовой клапан, переключающий режимы охлаждение/обогрев;
  • бачок ресивера – осушителя хладагента;
  • датчики, контроллер зимнего комплекта;
  • конденсаторы и реле включения компрессора.

Дополнение. Во внешних блоках инверторных моделей устанавливается электронная плата управления, соединенная с внутренним модулем специальным кабелем.

Уличный агрегат монтируется снаружи на стену здания либо ставится на балконе (лоджии) без остекления. Второй блок меньших размеров ставится внутри комнаты – обычно крепится к стенке в верхней зоне помещения, соединяется с наружным 2 фреоновыми магистралями и кабелем. Внутренний модуль включает такие элементы:

  • теплообменник-испаритель;
  • тангенциальный вентилятор с крыльчаткой в виде длинной турбины;
  • электронная схема управления, датчики температуры;
  • фильтры очистки комнатного воздуха;
  • жалюзи, поворачиваемые шаговыми электродвигателями;
  • ванночка для конденсата, трубка дренажа.

Включение и настройка сплит-системы предусматривается от пульта дистанционного управления. Количество реализованных в кондиционере функций зависит от типа и цены конкретной модели.

Схема устройства внутренней части кондиционера в разрезе

Как работает сплит-система

Перейдем к технической стороне вопроса. Принцип действия «сплита» не отличается от работы других холодильных машин — перенос тепловой энергии из одного места в другое. В данном случае – из квартиры на улицу. Переносчиком (на техническом языке – рабочим теплом) выступает хладагент — фреон, испаряющийся при отрицательной температуре.

Важный момент. Фреоны – соединения углеводородов с фтором – переносят большое количество тепла за счет фазового перехода из жидкого агрегатного состояния в газообразное и обратно. В бытовых кондиционерах применяется 2 марки хладонов – R22, R410a. Характеристики последнего соответствуют современным экологическим требованиям, R22 считается устаревшим.

Как работает «сплит» после включения и установки заданной температуры в комнате:

  1. Контроллер принимает сигнал датчика, фиксирующего высокую температуру в помещении. Запускается компрессор, вентилятор внутреннего модуля начинает прогонять воздух сквозь соты теплообменника-испарителя.
  2. Фреон, находящийся в трубках радиатора, переходит в паровую фазу, интенсивно поглощая тепло. Дальше фреон идет по трубке в наружный блок и попадает в компрессор, поднимающий давление газа. Сжатие производится с одной целью – чтобы пар сконденсировался при более высокой уличной температуре.
  3. По дороге хладагент пропускается через ресивер – осушитель, предохраняющий компрессор от влаги.
  4. Двигаясь по трубкам внешнего теплообменника, обдуваемого большим осевым вентилятором, сжатый фреон снова принимает жидкое состояние, параллельно сбрасывая поглощенное тепло.
  5. В дроссельном (расширительном) клапане давление жидкости снижается, затем хладон возвращается во внутренний блок по трубке меньшего диаметра. Цикл повторяется.
  6. Когда температура помещения снижается до заданной величины, контроллер по сигналу датчика останавливает компрессор. Следующий запуск происходит после нагрева комнаты на 2—3 градуса.
  7. Из-за разности температур воздушных потоков и теплообменных поверхностей выделяется конденсат, стекающий в специальную ванночку. Оттуда вода стекает наружу по наклонной дренажной трубке.

Примечание. Мы дали описание работы обычной сплит-системы, действующей по принципу «on/off» (вкл/выкл). Более современные кондиционеры — инверторы — функционируют непрерывно, о чем рассказывается ниже. Предлагаем посмотреть видео о фазовых переходах фреона внутри охладителя:

Когда нужно перейти в режим обогрева, четырехходовой электрический клапан переключает движение хладона в обратную сторону. Внешний радиатор становится испарителем, внутренний – конденсатором, тепло забирается с улицы и перемещается в жилое помещение.

Аналогичным образом работают так называемые моноблоки – оконные и мобильные кондиционеры. Разница заключается в протяженности фреоновых магистралей – когда все теплообменники и вентиляторы установлены в едином корпусе, длина коммуникаций не превышает 1 м, на сплит-системах – до 7 м.

Схема работы моноблочной версии кондиционера, где все элементы собраны в одном корпусе

В недорогих «сплитах» комнатный воздух проходит сквозь сетку грубой очистки из полипропилена. Более продвинутые модели могут оснащаться несколькими фильтрами, осушителем и ионизатором воздуха.

Охладители инверторного типа

Особенность этих сплит-систем – непрерывная работа компрессора. Силовой блок питания – инвертор – изменяет производительность агрегата, снижая либо увеличивая частоту электрического тока. Что это значит на практике:

  1. При запуске охладителя компрессор работает на максимальной мощности.
  2. Когда температура воздуха приближается к заданной, по команде контроллера инвертор постепенно уменьшает производительность компрессора.
  3. При достижении установленного температурного порога мощность агрегата снижается до минимума.
  4. Сплит-система переходит в режим поддержания температуры – производительность регулируется в зависимости от нагрева воздуха.
Читайте также:  Arduino драйвер двигателя l298n

Обогрев происходит аналогично – сначала температура комнаты поднимается на максимальной мощности, затем обороты двигателя компрессора уменьшаются и наращиваются по сигналу датчика. Чем «инвертор» лучше кондиционера «on/off»:

  • отсутствуют скачки напряжения от запусков электромотора;
  • снижается общий расход электроэнергии;
  • перепады температуры внутри помещения практически незаметны, как случается после остановки компрессора;
  • зимой постоянно работающий компрессор не застывает на морозе.

Самый дорогой элемент подобных СКВ — плата инвертора, иначе — частотного преобразователя

Справка. Некоторые модели «инверторов» сохраняют работоспособность до минус 30 °C на дворе. Правда, интенсивность обогрева существенно падает. Подробнее об инверторных сплит-системах читайте в отдельном материале.

Градация по мощности

Поскольку первые кондиционеры появились в США, холодопроизводительность установок измерялась в британских тепловых единицах – BTU. Производители до сих пор выпускают линейки сплит-систем согласно стандартному ряду мощностей – 7000, 9000, 12000 BTU и так далее. В обозначении конкретной модели присутствовала соответствующая цифра – 07, 09, 12…

Справка. Одна тысяча BTU/час соответствует 293.07 Вт или 0.293 кВт.

Сейчас большинство производителей указывает производительность по холоду в киловаттах либо в двух единицах – кВт и BTU. Ниже в таблице представлена стандартная линейка мощностей бытовых и полупромышленных сплит-систем.

Разновидности кондиционерных блоков

Устройство внутренних и уличных модулей всех «сплитов» одинаковое, за исключением некоторых мелочей. Агрегаты делятся на виды по способу размещения комнатного блока:

  1. Самые распространенные – настенного типа. Из названия ясно, что модуль подвешивается на стену внутри помещения.
  2. Канальные (бескорпусные) модели встраиваются в прямоугольные воздуховоды системы кондиционирования частного дома.
  3. Кассетные блоки крепятся к перекрытию, охлажденный воздух подается в 4 направлениях сверху вниз. Корпус агрегата прячется за подвесным/натяжным потолком, на виду остается нижняя панель.

Слева направо: колонный, кассетный и потолочный модуль

  • Модуль колонного типа ставится на пол в удобном месте. Название произошло от формы агрегата – узкий высокий корпус напоминает колонну (изображена выше на фото).
  • Потолочные блоки приплюснутой формы монтируются к перекрытию. Не нуждаются в дополнительной облицовке подвесными потолками.
  • Напольные версии крепятся к стене на высоте 10…30 см от пола согласно инструкции производителя.
  • Примечание. К бытовой серии относятся только настенные сплит-системы. Остальные – кассетные, канальные, колонные, напольно-потолочные — являются полупромышленными агрегатами. Применяются в офисах, кафе, административных зданиях, хотя никто не мешает повесить потолочный кондиционер в квартире.

    Отдельного упоминания заслуживают мульти-сплит-системы, состоящие из одного наружного мощного блока и 2—4 внутренних. Такая СКВ способна поддерживать разную температуру в нескольких комнатах и применяется в исключительных ситуациях, когда нельзя разместить на фасаде здания 2—3 отдельных модуля.

    Почему лучше выбирать два-три «сплита» вместо одной мульти-системы:

    • более высокая цена оборудования при одинаковой стоимости монтажа;
    • внешний мультиблок не позволяет одновременно охлаждать и нагревать два соседних помещения, допускается работа только в одном режиме;
    • наружный агрегат отличается габаритами и приличным весом;
    • стоимость сервисного обслуживания возрастает из-за увеличенного объема фреона и сложного устройства блока, в котором может стоять 2—3 компрессора.

    В больших торговых центрах и производственных зданиях используются промышленные сплит-системы – центральные и крышные roof-top кондиционеры. В них блоки тоже разделены – внутри помещений стоят фанкойлы, приточные агрегаты, снаружи – модули очистки, нагрева и охлаждения (чиллеры).

    Родство с тепловыми насосами

    Устройство инверторной сплит-системы и воздушного теплового насоса (ТН) идентично. Оба агрегата используют принцип холодильной машины, забирают тепло наружного воздуха и нагревают внутренний. Отличия в конструкции – ради повышения эффективности площадь наружного теплообменника-испарителя ТН существенно увеличена, поэтому блок зачастую ставится на землю, как показано ниже на фото.

    Геотермальные насосы, извлекающие тепло грунта, тоже конструктивно близки к сплит-системам. Разница – в способе отбора и передачи теплоты внешнему испарителю – здесь вместо уличного воздуха используется незамерзающий теплоноситель, протекающий по петлям подземных контуров. Основной рабочий цикл идентичен – рассол либо антифриз испаряет в теплообменнике фреон, отдающий тепло воздуху или водяной системе отопления.

    Напоследок о монтаже

    Как правило, монтажные работы выполняют мастера – холодильщики, располагающие специальным оборудованием – вакуумным насосом, манометрическим коллектором и перфоратором для бурения стен. Но маломощные модели — «семерки», «девятки» — можно смонтировать самостоятельно, взяв перечисленный инструмент в аренду.

    Рекомендации по монтажу:

    1. Располагайте уличный модуль под окном для удобства обслуживания, внутренний ставьте поближе к наружной стене. Лучше уложиться в 3 метра.
    2. Приобретите медные трубки, соответствующие по диаметру сервисным портам, расположенным на боковой стенке корпуса.
    3. Чтобы при работе компрессора блок не вибрировал и не гудел, надежно закрепите его на стеновом кронштейне.
    4. Тщательно развальцовывайте медные трубки – от этого зависит герметичность системы и работоспособность «сплита».
    5. Не располагайте внешний агрегат на застекленной лоджии или балконе.

    Также посоветуем внимательно прочитать заводскую инструкцию кондиционера и ознакомиться с нашим руководством по монтажу домашнего охладителя воздуха.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock detector