Кондиционер охлаждает или нагревает воздух, который уже есть в помещении. Холод он не производит, а переносит тепло: летом из комнаты на улицу, при обогреве — наоборот. Охлаждение основано на компрессионном холодильном цикле, а цикл — на двух физических явлениях:
- Когда пар конденсируется, он отдаёт тепло.
- Когда жидкость испаряется, она забирает тепло из окружающей среды.
Как испарение и конденсация переносят тепло
Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления: чем оно выше, тем выше и температура кипения. Холодильная машина использует то, что при кипении жидкость поглощает много тепла. В испарителе — теплообменнике, который обдувается воздухом помещения, — фреон кипит и превращается в пар, забирая тепло у воздуха и охлаждая его.
В машине идёт и обратный процесс: пар снова превращается в жидкость. При конденсации выделяется тепло, и оно уходит наружу. Температура конденсации тоже зависит от давления, поэтому при повышенном давлении пар конденсируется даже при довольно высокой температуре.
Чтобы перенести тепло из помещения на улицу, кондиционер тратит электроэнергию на сжатие и перекачку хладагента. Тепла он при этом переносит в 3–5 раз больше, чем потребляет электричества: например, у современных сплит-систем Pioneer Artis Inverter холодопроизводительность превышает потребляемую мощность в 3,3–3,9 раза1. Чем отличаются эти две характеристики, рассказано в статье «Потребляемая и охлаждающая мощность кондиционера».
Из чего состоит холодильный контур
В компрессионном цикле четыре основных элемента:
- компрессор;
- конденсатор;
- испаритель;
- регулятор потока.
Трубопроводы соединяют их в замкнутую систему, по которой циркулирует хладагент, чаще всего фреон. Движение хладагента по контуру обеспечивает компрессор.
Хладагент постоянно движется по контуру и меняет агрегатное состояние вместе с давлением и температурой. В цикле два уровня давления: при высоком хладагент конденсируется, при низком — испаряется. Давление меняется в двух точках: на нагнетательном клапане компрессора и на выходе из регулятора потока.
В оконном моноблочном кондиционере все элементы собраны в одном корпусе: испаритель — в части, обращённой в комнату, конденсатор — в уличной. В сплит-системе компрессор и конденсатор стоят в наружном блоке, а испаритель — во внутреннем. Вентиляторы обдувают теплообменники, чтобы тепло передавалось быстрее. Подробнее об устройстве оконных моделей — в статье «Особенности моноблочных кондиционеров».
Как кондиционер работает на обогрев
В режиме обогрева кондиционер работает как тепловой насос: переносит тепло с улицы в помещение. Хладагент движется по контуру в обратном направлении, и теплообменники меняются ролями. Цикл выглядит так:
- Компрессор сжимает газообразный хладагент и направляет его во внутренний теплообменник.
- В помещении хладагент конденсируется, отдаёт тепло воздуху и превращается в жидкость.
- Жидкость проходит через капиллярную трубку, её давление падает, и она становится холодной смесью жидкости и пара.
- Смесь попадает в наружный теплообменник, забирает тепло у уличного воздуха и испаряется.
- Пар возвращается в компрессор, и цикл повторяется.
Во время публикации статьи режим обогрева использовали в основном весной и осенью. Зимой тепловой насос тоже может обогревать помещение, но только в пределах диапазона наружных температур, который указан для режима обогрева конкретной модели. Например, в каталоге Samsung 2014–2015 годов для отдельных инверторных систем указан обогрев до −20 °C, для неинверторных — до −5 °C2. Практические советы собраны в статье «Как зимой отапливать жильё кондиционером».
