Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Термодинамика и тепломассообмен

Теплопроводность

Низкотемпературные процессы и аппараты

В настоящее время используются низкотемпературные установки, начиная со сверхпроводящих устройств, установок разделения газовых смесей, установок для ожижения природного газа, и кончая холодильными установками для хранения пищевых продуктов, систем хладоснабжения ледяных арен, искусственных горнолыжных трасс, установок кондиционирования воздуха, криомедицинского инструмента.

3. Кондиционирование воздуха

Кондиционирование воздуха - автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения главным образом оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей.

Первые попытки кондиционирования воздуха производились в Персии тысячи лет назад. Персидские устройства охлаждения воздуха использовали способность воды сильно охлаждаться при испарении. Типичный кондиционер тех дней представлял собой специальную шахту, улавливающую дуновение ветра, в которой размещались пористые сосуды с водой или протекала вода из источника. Воздух в шахте охлаждался и насыщался влагой и, затем, подавался в помещение. Устройство было сравнительно эффективно для жаркого и сухого климата, такой кондиционер не смог бы работать при высокой относительной влажности воздуха. В Индии летом в качестве двери использовался каркас, обвитый индийской кокосовой пальмой — татти. Сверху двери устанавливалась ёмкость, которая медленно заполнялась водой за счёт капиллярного эффекта в тканях татти. Когда уровень воды достигал определённого значения, ёмкость опрокидывалась, орошая водой дверь, и возвращалась в исходное состояние. Такой цикл многократно повторялся, пока пальма оставалась живой и получала достаточно света. В XIX веке британский изобретатель Майкл Фарадей обнаружил, что сжатие и сжижение определённого газа охлаждают воздух. Но его идеи были в значительной степени теоретическими. Электрический способ кондиционирования воздуха был изобретён Уиллисом Кэррьером примерно в 1902 году. Им же была разработана первая система кондиционирования воздуха для типографии в Бруклине (Нью-Йорк). Летом, при процессе печатания, постоянное изменение температуры и влажности не позволяло добиться качественной цветопередачи. Кэрриер разработал аппарат, который охлаждал воздух до постоянной температуры и осушал его до 55 %. Своё устройство он назвал «аппаратом для обработки воздуха». В 1915 году он и ещё шесть коллег-инженеров основали собственную компанию «Garner Engineering Co.», впоследствии переименованную в «Carrier». Сегодня компания "Кэрриер" — один из ведущих производителей кондиционеров, ей принадлежит 12 % мирового объёма производства кондиционеров. Принцип работы. Компрессор, конденсатор, дроссель (капиллярная трубка, ТРВ и др.) и испаритель соединены тонкостенными медными трубками (в последнее время иногда и алюминиевыми) и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует хладагент. (Традиционно в кондиционерах используется смесь фреона с небольшим количеством компрессорного масла, однако в соответствии с международными соглашениями производство и использование старых сортов, разрушающих озоновый слой, постепенно прекращается.) В процессе работы кондиционера происходит следующее. На вход компрессора из испарителя поступает газообразный хладагент под низким давлением в 3 — 5 атмосфер и температурой 10 — 20 °C. Компрессор кондиционера сжимает хладагент до давления 15 — 25 атмосфер, в результате чего хладагент нагревается до 70 — 90 °C, после чего поступает в конденсатор. Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, хладагент остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую с выделением дополнительного тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается. На выходе конденсатора хладагент находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10 — 20 °C выше температуры атмосферного (наружного) воздуха. Из конденсатора теплый хладагент попадает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), который в простейшем случае представляет собой капилляр (длинную тонкую медную трубку, свитую в спираль). На выходе ТРВ давление и температура хладагента существенно понижаются, часть хладагента при этом может испариться.

Наружный блок кондиционера.
Наружный блок кондиционера.

1. Компрессор - сжимает фреон и поддерживает его движение по холодильному контуру. 2. Четырехходовой клапан - устанавливается в реверсивных (тепло-холод) кондиционерах. 3. Плата управления - как правило, устанавливается только на инверторных кондиционерах. 4. Вентилятор - создает поток воздуха, обдувающего конденсатор. 5. Конденсатор - радиатор, в котором происходит охлаждение и конденсация фреона. Продуваемый через конденсатор воздух, соответственно, нагревается. 6. 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. 7. 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.

Внутренний блок кондиционера.
Внутренний блок кондиционера.

1. Передняя панель - представляет собой пластиковую решетку, через которую внутрь блока поступает воздух. 2. Фильтр грубой очистки - представляет собой пластиковую сетку и предназначен для задержки крупной пыли, шерсти животных и т.п. 3. Испаритель - радиатор, в котором происходит нагрев холодного фреона и его испарение. Продуваемый через радиатор воздух, соответственно, охлаждается. 4. Горизонтальные жалюзи - регулируют направление воздушного потока по вертикали. 5. Индикаторная панель - на передней панели кондиционера установлены индикаторы (светодиоды), показывающие режим работы кондиционера и сигнализирующие о возможных неисправностях. 6. Фильтр тонкой очистки - бывает различных типов: угольный (удаляет неприятные запахи), электростатический (задерживает мелкую пыль) и т.п. Наличие или отсутствие фильтров тонкой очистки никакого влияния на работу кондиционера не оказывает. 7. Вентилятор - имеет 3-4 скорости вращения. 8. Вертикальные жалюзи - служат для регулировки направления воздушного потока по горизонтали.

Кондеционирование. Простой нагрев

Контроль влажности воздуха. Обычно перед воздушным кондиционером ставится задача уменьшения влажности воздуха. Достаточно холодный (ниже точки росы) испарительный змеевик конденсирует водяной пар из обработанного воздуха (таким же образом, как и очень холодный напиток конденсирует водяной пар воздуха на внешней стороне стакана), отправляя воду в дренажную систему и, таким образом понижая влажность воздуха. Сухой воздух улучшает комфорт, так как он обеспечивает естественное охлаждение организма человека путём испарения пота с кожи. Обычно кондиционеры позволяют обеспечить относительную влажность воздуха от 40 до 60 процентов. Установка кондиционера с парогенератором позволяет поддерживать точное значение влажности в помещении. Кондиционеры, которые умеют не только осушать, но и увлажнять воздух называются Прецизионными Абсолютная влажность — количество влаги, содержащейся в одном кубическом метре воздуха. Из-за малой величины обычно измеряют в г/м3. Но в связи с тем, что при определенной температуре воздуха в воздухе может максимально содержаться только определенное количество влаги (с увеличением температуры это максимально возможное количество влаги увеличивается, с уменьшением температуры воздуха максимальное возможное количество влаги уменьшается) ввели понятие относительной влажности. Относительная влажность — отношение парциального давления паров воды в газе (в первую очередь, в воздухе) к равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре или отношение массовой доли водяного пара в воздухе к максимально возможной при данной температуре.

Кондеционирование. Охлаждение с выделением конденсата

Кондеционирование. Увлажнение

Кондеционирование. Нагрев с увлажнением

В наши дни получило распространение проектирование систем кондиционирования на стадии разработки архитектурного проекта. В XXI веке всё большее значение приобретает энергосбережение при кондиционировании. Учитывая ухудшающееся состояние окружающей среды, обеспечение чистого воздуха в помещении является одной из наиболее важных проблем. Кроме того, качество воздуха играет большое значение в медицине (операционные и родильные боксы), при производстве электроники и в других высокотехнологичных производствах. Для точного поддержания значений температуры и влажности используются прецизионные кондиционеры.

Приятного климата в доме.
Приятного климата в доме.