Как из кондиционера получился обогреватель?

Автор: Climat Innovation


Опубликовано  16 февраля 2019 10:52



Сплит-систему можно использовать не только для охлаждения воздуха в тёплое время года, но и для обогрева в холодное, то есть тогда, когда на улице холоднее, чем в помещении. Для этого необходимо «всего лишь» испаритель (теплообменник внутреннего блока) и конденсатор (теплообменник наружного блока) поменять местами: испаритель вынести на улицу, а конденсатор занести в помещение. Тогда испаритель, как и прежде, будет забирать теплоту, только теперь уже с улицы от холодной окружающей среды, а в конденсаторе теплота будет передаваться нагреваемому объекту — воздуху в помещении. Поскольку испаритель и конденсатор представляют собой практически одинаковые теплообменные аппараты, то нет никакой необходимости менять их местами, а достаточно только перенаправить поток хладагента: из конденсатора компрессор должен отсасывать пары хладагента и после сжатия нагнетать их в испаритель. Таким образом, теперь конденсатор будет играть роль испарителя, а испаритель — роль конденсатора. Поэтому, чтобы не было путаницы, для кондиционеров, которые могут работать для обогрева помещения (тепловых насосов), испаритель, расположенный во внутреннем блоке, называется внутренним теплообменником, а конденсатор — наружным.

Назначение теплового насоса — передача теплоты от окружающей среды низкой температуры нагреваемому телу более высокой температуры, то есть в системах кондиционирования — это передача теплоты воздуху в режиме, который называется обогревом. Фактически тепловой насос является той же самой холодильной машиной, но работающей в иных температурных пределах. Поэтому правильнее будет говорить, что в таком случае холодильная машина работает по циклу теплового насоса.

В круглогодичных кондиционерах, которые в холодное время года применяют для отопления, а в тёплое — для охлаждения тех же помещений, температурные границы цикла холодильной машины расположены выше, чем теплового насоса.

Экономичность теплового насоса определяется величиной отопительного коэффициента (в некоторой литературе он называется коэффициентом преобразования, а в другой — тепловым коэффициентом, или коэффициентом тепловой эффективности), который представляет собой отношение количества теплоты, передаваемой в конденсаторе, к затраченной в цикле работе: 



Между отопительным и холодильным коэффициентами существует связь



Отопительный коэффициент может меняться от +1 до + ∞.

В заключение следует отметить, что в кондиционерах режим охлаждения (холодильный цикл) является главным, поэтому подбор всех элементов холодильной машины производится на основании некоторого расчётного (номинального) режима охлаждения — холодильного цикла. Это относится и к теплообменным аппаратам — испарителю (внутренний теплообменник) и конденсатору (наружный теплообменник), — которые подбираются на основании расчёта необходимой площади теплообмена для реализации расчётного теплового потока в заданных температурных границах. В режиме обогрева (цикл теплового насоса) становятся иными:

1) температурный диапазон ;

2) давления конденсации Pk кипения P0, а также степень сжатия (отношение давлений) ;

3) интенсивность теплообмена в аппаратах;

4) гидро- и аэродинамическое сопротивление аппаратов из-за изменения направления потоков;

5) количество теплоты, передаваемой во внутреннем Q0 и наружном Q теплообменниках, а также

6) соотношение между этими количествами теплоты.

Поэтому простое перераспределение потоков хладагента из наружного теплообменника в компрессор, а из компрессора во внутренний не сможет обеспечить оптимальный режим обогрева с максимальным значением отопительного коэффициента μ.

Для повышения эффективности цикла теплового насоса кондиционера в холодильный контур вводятся некоторые дополнительные элементы, усложняющие конструкцию кондиционера. Например, это вторая капиллярная трубка в паре с обратным клапаном, которая функционирует, только в одном режиме.

Однако не каждая сплит-система в состоянии эффективно и продолжительно работать на обогрев.

Определенные проблемы возникают и при работе кондиционера в условиях низких температур в режиме теплового насоса. В этом случае теплота забирается из окружающей среды (воздуха с улицы) в наружном теплообменнике, который становится испарителем. Для того чтобы теплота воздуха с улицы подводилась к наружному теплообменнику и перетекала в нужном направлении, температура фазового перехода (испарения) хладагента должна быть ниже температуры окружающей среды на величину температурного напора (перепада температур), который составляет 5...15°С. А это значит, что температура испарения в наружном блоке может быть значительно ниже нуля, что сразу приведёт к образованию снежной шубы и необходимости частого оттаивания. Также возможно попадание осадков (воды) и дальнейшее их обледенение внутри наружного блока.

С одной стороны, эти обстоятельства могут стать причинами механического повреждения внешнего теплообменника, разрушения крыльчатки вентилятора и выхода из строя электродвигателя вентилятора. Для предотвращения этого следует обеспечить беспрепятственное удаление влаги из поддона внешнего блока, для чего необходимо выполнить подогрев всего поддона и дренажных отверстий с помощью ленточных ТЭНов.

А с другой стороны, в режиме обогрева наружный теплообменник становится «недоразмеренным» (слишком маленьким) и к тому же из-за образования снеговой шубы ухудшается теплообмен. Поэтому поступающий в него жидкий холодильный агент не успевает выкипать полностью и попадает сначала во всасывающую магистраль, затем в отделитель жидкости (докипатель) и, наконец, достигает картера компрессора, вызывая гидравлические удары. Предотвратить это никак невозможно, поэтому во избежание этого категорически запрещается включать кондиционер при температурах окружающей среды ниже тех, которые оговорены в руководстве по эксплуатации.

Чтобы в цикле теплового насоса обеспечить максимально возможный теплообмен в наружном теплообменнике (поскольку он и так стал «недоразмеренным»), вентилятор наружного блока должен работать на максимальной скорости вращения независимо от температуры и давления кипения, находящихся на очень низком уровне.


Продолжить