Реверсивные кондиционеры
Опубликовано: 19 февраля 2016 г.
2248
Большинство современных моделей бытовых сплит-систем являются реверсивными, то есть способны работать в режиме на обогрев по принципу воздушного теплового насоса и схеме «воздух-воздух». Схема «воздух-вода» в данном случае не применима, так как речь идет о сравнительно маломощных кондиционерах, а не о тех которые с полным правом характеризуются на рынке как тепловой насос.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Обогрев кондиционером имеет свои преимущества, основное из которых заключается в том, что, как это не парадоксально, кондиционер как бы «вырабатывает» больше энергии, чем потребляет. То есть закон сохранения энергии, конечно, соблюдается, потому что при работе на обогрев кондиционер по принципу теплового насоса забирает тепло из воздуха снаружи здания и «перекачивает» его, нагревая в итоге воздух внутри помещения. Но на этот процесс затрачивается меньше кВт электрической энергии, чем поступает внутрь помещения кВт тепла.
Общие принципы
Принципиально работу кондиционера на обогрев (работу воздушного теплового насоса) можно описать в следующих словах. Под действием низкопотенциального тепла наружного воздуха хладагент переходит в парообразное состояние; конденсация его пара, сжатого с помощью компрессора, сопровождается выделением уже высокопотенциального (до 70 °C) тепла, которое используется на обогрев помещения (рис. 1).
Основными узлами любого кондиционера являются: компрессор сжимающий фреон и поддерживающий циркуляцию по холодильному контуру; конденсатор – радиатор, расположенный во внешнем блоке, при работе кондиционера в нем происходит переход фреона из газообразной фазы в жидкую (конденсация); испаритель – радиатор, расположенный во внутреннем блоке, в нем. фреон переходит из жидкой фазы в газообразную (испарение); терморегулирующий вентиль (ТРВ), который понижает давление фреона перед испарителем, и вентиляторы, создающие потоки воздуха, обдувающие испаритель и конденсатор с целью повышения интенсивности теплообмена. Компрессор, конденсатор, ТРВ и испаритель соединены медными трубами и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует смесь фреона и небольшого количества компрессорного масла.
В реверсивных моделях, работающих и на обогрев по принципу воздушного теплового насоса (рис. 2), в схему добавляется четырехходовой клапан (рис. 3). 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.
Залог эффективности
Высокая энергоэффективность работы кондиционера на обогрев объясняется тем, что при преобразовании низкопотенциального тепла в высокопотенциальное и в процессе теплообмена между хладагентом (теплоносителем) и воздухом среды – энергия тратится только на работу двигателей компрессора и вентиляторов.
Работа кондиционера в таком режиме характеризуется коэффициентом преобразования – СОР (англ. – Coefficient of performance). Этот коэффициент показывает во сколько раз тепловая энергия поступившая потребителю превышает количество работы затраченной на перенос тепла от низкопотенциального источника.
Для вычисления COP используется следующая формула:
[{\displaystyle COP=\frac{Q_{consumer}}{A}=\frac{Q_{in}*k}{A}}]
где
[{COP}] — безразмерный коэффициент;
[A] — работа, совершенная насосом [Дж];
[Q_{in}] — теплота, забираемая тепловым насосом из источника низкопотенциального тепла [Дж];
[Q_{consumer}] — теплота, полученная потребителем [Дж].
k- коэффициент полезного действия
Для кондиционеров, характеризующихся COP равным классу энергоэффективности А, при потреблении электроэнергии в 1 кВт кондиционер выдаст в помещении 3,61 кВт. Для большинства обычных бытовых кондиционеров значение коэффициента преобразования находится в интервале 3,3 – 3,22 для уличной температуры + 7 оС и температуры в помещении + 25 оС. Однако есть пределы возможного использования кондиционера в режиме обогрева.
Разумные границы
Работа, которую необходимо совершить тепловому насосу (или кондиционеру, работающему по его принципу) для «перекачки» определенного объёма тепла, зависит от разности температур в испарителе и конденсаторе. Чтобы энергия от источника низкопотенциального тепла смогла произвольно перетечь к теплоносителю или рабочему телу температура теплоносителя в «холодной части устройства» согласно Второму началу термодинамики должна быть всегда ниже температуры источника низкопотенциального тепла,. Поэтому тепловой насос должен использовать по возможности более ёмкий источник низкопотенциального тепла, чтобы не происходило его сильного охлаждения. Если же температура источника низкопотенциального тепла и так довольно низкая, то эффективность работы теплового насоса снижается.
Наиболее эффективно обогреваться кондиционером в межсезонье (осень, весна), при температуре наружного воздуха от –5 до +8 oС. Верхнее значение этого интервала температуры связано с прекращением работы отопительных систем, нижнее – с энергетической целесообразностью функционирования агрегата в рассматриваемом режиме. При понижении уличной температуры до –7 oС коэффициент преобразования снижается на 40 % и может составлять 1,9.
Кроме того, уже при температуре наружного воздуха ниже +5 °С внешний блок может покрыться слоем инея или льда, что приводит к ухудшению теплообмена или даже к поломке вентилятора (рис. 4 ). Для предотвращения этого явления используется такая функция, как автоматическое размораживание. Система управления следит за условиями работы кондиционера и в случае риска обледенения периодически запускает его на 5–10 мин в режиме охлаждения без включения вентилятора внутреннего блока, при этом теплообменник наружного блока нагревается и оттаивает.
Большинство представленных на отечественном рынке сплит-систем с функцией обогрева позиционируется как источники теплоснабжения в межсезонье (комфортные), эффективные до температур –5–0 ˚С. При температурах ниже –10 …–15 ˚С обычно необходимо применять дополнительные источники теплоснабжения – ТЭНы или котлы.
Правда, производители в борьбе за российский рынок все чаще представляют на нем модели, адаптированные к зимним условиям. Например, наружный блок некоторых моделей, предназначенных для эксплуатации при низких температурах окружающего воздуха, может оснащаться системой парожидкостной инжекции хладагента, обеспечивающей теплоснабжение при низких температурах наружного воздуха.
Допустимая для эксплуатации кондиционера в режиме теплового насоса температура окружающего воздуха напрямую зависит от эффективности компрессора. Так, минимальная температура для инверторных кондиционеров FTXG-E/RXG-E производства компании Daikin (Япония) составляет –15 °С, а неинверторные модели рекомендуется использовать только до –10 °С.
Статья из журнала "Аква-Терм", январь-февраль, № 1 (89), 2016
