Как работает холодильное оборудование?
Замечали, что, когда вы выходите из душа, вам всегда прохладно? Дело в том, что влага при испарении поглощает тепло. А при конденсации, наоборот, тепло выделяется. На этих явлениях и основан принцип действия паровых компрессорных холодильных машин– в них по замкнутому кругу двигается специальная жидкость (хладагент). Хладагент испаряется в испарителе и конденсируется в конденсаторе. При этом испаритель охлаждается, а конденсатор греется.
Чтобы хладагент испарялся и конденсировался в нужных местах, в холодильном контуре должны присутствовать еще два элемента – компрессор и дросселирующее устройство.
Компрессор сжимает газообразный хладагент в конденсаторе, где он под действием высокого давления переходит в жидкую форму, выделяя тепло. А дросселирующее устройство (капиллярная трубка или терморегулирующий вентиль) затрудняет движение хладагента и поддерживает высокое давление в конденсаторе. После дросселя давление в контуре намного ниже, и попавший туда хладагент начинает испаряться внутри испарителя, поглощая тепло. Далее он, уже в газообразном виде, снова попадает в компрессор, и цикл повторяется.
Многие холодильные установки комплектуются дополнительными элементами.
Фильтр-осушитель устанавливается перед дросселирующим устройством. Его задачей является извлечение из хладагента воды и механических частиц. При его отсутствии капилляр может засориться или замерзнуть.
Терморегулятор (термостат) выключает компрессор при достижении необходимой температуры.
Ресивер повышает эффективность холодильной установки. Без терморегулирущего вентиля (с капиллярной трубкой) скорость выработки холода является постоянной. И, если она будет слишком большой, компрессор будет часто включаться–выключаться, а если слишком маленькой — охлаждение будет идти слишком долго. Использование ТРВ позволяет изменять скорость охлаждения в больших пределах, но требует наличия ресивера для компенсирования колебаний расхода хладагента.
Различные датчики температуры и давления, управляемые электроникой регуляторы давления и клапаны используются для повышения эффективности устройства и поддержания специфических режимов работы.
Из холода в жар
Чаще всего холодильная машина используется именно для охлаждения — испаритель расположен в охлаждаемом объеме, а конденсатор вынесен в окружающую среду. Так работают кондиционеры, холодильники и морозильники. Но холодильный контур не только поглощает тепло на испарителе, но и выделяет его на конденсаторе. Нельзя ли использовать холодильную машину «наоборот» — для обогрева, расположив конденсатор в обогреваемом помещении, а испаритель вынеся наружу?
Еще как можно. Холодильная машина использует электроэнергию не для непосредственного нагрева (как ТЭН), а для переноса тепла, поэтому эффективность ее выше, чем у обычного электронагревателя. Многие современные кондиционеры могут работать «наоборот», используя теплообменник внутреннего блока как конденсатор, а теплообменник внешнего блока – как испаритель. В таком режиме на 1 кВт потребленной мощности кондиционер может произвести 2–6 кВт тепла. Греть комнату кондиционером может быть значительно выгоднее, чем электрообогревателем!
Однако здесь есть некоторые тонкости — эффективность холодильной машины уменьшается при падении температуры на испарителе и ее росте на конденсаторе. Это связано с тем, что теплообмен между двумя веществами происходит тем быстрее, чем больше разница их температур. А поскольку температура кипения хладагента постоянна, то, чем ниже температура в испарителе, тем медленнее идет теплообмен и тем меньше тепла он вырабатывает при той же потребляемой мощности. И при температуре окружающей среды до -5…-10°С эффективность кондиционера как отопительного прибора становится невысока.
Поэтому использовать кондиционер для отопления дома или квартиры можно, только если температура зимой не падает ниже -5°С.
В местах с более холодным климатом в последнее время все большую популярность получают тепловые насосы – паровые компрессорные холодильные машины, у которых испаритель помещен под землю на глубину, большую глубины промерзания. Поскольку там всегда сохраняется положительная температура, эффективность теплового насоса не зависит от времени года. Такие устройства намного экономичнее электрических обогревателей и могут использоваться для отопления жилища круглый год при любой температуре. К сожалению, высокая стоимость тепловых насосов пока препятствует их популярности.
Виды компрессоров
Поршневые компрессоры устанавливаются в основном в холодильниках и морозильниках. В большинстве моделей поршень приводится в движение обычным электродвигателем, двигающим поршень через шатунно-кривошипный, кулачковый или кулисный механизм.
Существуют также электромагнитные (линейные) поршневые компрессоры. В них цилиндр расположен внутри катушки, создающей электромагнитное поле, которое приводит в движение поршень.
Поршневые компрессоры способны создавать высокое давление, обеспечивая большой перепад температур на испарителе и конденсаторе. Кроме того, обычный поршневой компрессор имеет достаточно простую конструкцию, не требующую высокой точности изготовления деталей, соответственно стоят они недорого. Однако недостатков у поршневых компрессоров тоже хватает:
- Несбалансированность однопоршневого компрессора является причиной высокого уровня шума и вибраций при работе.
- Большое количество движущихся деталей приводит к ускоренному износу и снижению ресурса.
- Опасность поломки при быстром повторном пуске. Сразу после остановки в цилиндре компрессора наличествует высокое давление. Если в этот момент включить компрессор, создается критическая нагрузка на двигатель, могущая привести к его повреждению.
Поэтому поршневой компрессор можно повторно запускать только через несколько минут после остановки, когда давление в системе выровняется. Защитой от повторного пуска снабжены далеко не все модели, поэтому холодильное оборудование рекомендуется подключать через реле времени с задержкой включения в 5–10 минут.
Ротационные компрессоры (иногда называемые роторными) создают давление за счет изменяющегося зазора между вращающимся ротором и корпусом компрессора.
Существуют различные модификации этого вида компрессоров — с эксцентричным ротором, с подвижными лепестками, с качающимся ротором, спиральный и т. п.
Все они обладают небольшими габаритами, низким уровнем шума и увеличенным ресурсом за счет снижения количества подвижных деталей. К недостаткам этого вида можно отнести сложность изготовления (ротор и корпус должны быть изготовлены с высокой точностью) и низкое максимальное давление. Такие компрессоры чаще используются в климатической технике, для которой не требуется создавать очень низкую температуру.
Ротационными и поршневыми список компрессоров не исчерпывается — существуют еще центробежные, винтовые, кулачковые и другие. Но в бытовой технике они используются реже.
Вне зависимости от вида компрессор может быть неинверторным (стандартным) или инверторным. У обычных компрессоров скорость вращения двигателя постоянна, для поддержания заданной температуры он периодически включается и выключается. В инверторных компрессорах двигатель подключен через частотный преобразователь (инвертор), с помощью изменения частоты напряжения меняющий скорость вращения электродвигателя. Такой компрессор поддерживает заданную температуру выставлением нужной скорости вращения. Инверторные компрессоры дороже, но экономичнее, эффективнее и имеют больший ресурс.
Типы хладагентов
В качестве хладагента в холодильных машинах используются различные жидкости и газы — аммиак, пропан, фреоны (смеси углеводородов). Используемый в холодильной машине хладагент сильно влияет как на ее характеристики, так и на условия эксплуатации. Например, кондиционер, заправленный фреоном R-134a (температура кипения -26,5 °С) при -30 на улице работать в режиме обогрева не будет вообще — фреон просто не вскипит в наружном блоке. Более того, попытка включения кондиционера в таких условиях с большой вероятностью приведет к его поломке — попадание жидкости (а не газа) в компрессор обычно выводит его из строя.
Чем ниже температура кипения хладагента, тем более низкую температуру можно получить на испарителе холодильной машины. Однако, понизить температуру в морозильнике, просто поменяв фреон на более «холодный», скорее всего, не выйдет — хладагенты с низкой температурой кипения требуют большего давления для конденсации. Компрессор, рассчитанный на фреон с высокой температурой кипения, просто не сможет создать такое давление. Поэтому при замене хладагента следует придерживаться рекомендаций из инструкции, и не заправлять хладагент с характеристиками, сильно отличающимися от рекомендованных.
В бытовых устройствах чаще всего используются следующие хладагенты:
Фреон R22 (хладон 22, хлордифторметан) до недавних пор часто использовался в холодильных и морозильных установках. Обладает достаточно низкой температурой кипения (-40,8°С), при утечке возможна дозаправка системы. Однако из-за вреда, наносимого окружающей среде (разрушение озонового слоя) R22 в последнее время используется редко, а во многих странах вообще запрещен.
R410A и R407С (хлорофторокарбонат, температура кипения -51,4°С) используются взамен R22. Они не вредят экологии, но требуют большего давления для конденсации, поэтому техника, заправляемая R410 или R407, стоит дороже. Кроме того, при возникновении утечек в системе, заполненной этими фреонами, могут возникнуть проблемы. Эти фреоны состоят из нескольких компонентов, которые улетучиваются неравномерно, поэтому при утечке более чем 40 % R410A дозаправка уже невозможна. Еще хуже обстоит дело с R407C – при возникновении утечки систему следует перезаправлять полностью.
R134 (тетрафторэтан) используется в кондиционерах взамен вышедшего из употребления R12. Температура кипения R134 составляет -26,3°С, поэтому в низкотемпературной технике он не используется. Однако, хоть R134 и не вреден для озонового слоя, он относится к газам, усиливающим парниковый эффект, поэтому безвредным его назвать нельзя.
R600a (изобутан) все чаще используется в холодильной технике вместо менее экологичного R134. Его преимуществами являются низкое давление конденсации и высокая удельная теплота парообразования – холодильники, использующие этот фреон, дешевле и экономичнее. Однако из-за высокой температуры кипения (-12°С) заправленную им технику нельзя использовать на улице при отрицательных температурах.
Следует также помнить о том, что каждый тип фреона требует использования определенного вида масла для смазки деталей компрессора. Обычно тип (а иногда и марка масла) приводятся в сопроводительной документации к фреону. Использование других масел может привести к поломке компрессора.
Как видно, ничего сложного в холодильной технике нет, а понимание принципов ее работы может значительно продлить жизнь технике, позволить сэкономить на электроэнергии и уберечь от неправильных действий, могущих привести к поломке прибора.
Какая жидкость остужает воздух в холодильнике
С точки зрения древнего человека, все мы – те ещё маги. Печки без огня, молнии в проводах и волшебные лари, которые морозят… из-за жидкости. Как это работает, и что это за жидкость такая?
Что такое хладагент?
Та самая волшебная охлаждающая жидкость. Может быть самой разной: аммиаком, фреоном (он же хладон), элегазом или отдельными типами углеводорода. Может быть в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. При кипении такие жидкости «вытягивают» тепло из окружающей среды, а после сжатия отдают его обратно в окружающую среду.
Как он работает?
На этом и работают холодильники – в капиллярных трубках нагнетается давление, жидкость закипает и переходит в газообразную форму. Газ по тем же капиллярам поступает в холодильную или морозильную камеру, остужая воздух. Потом его сжимает компрессор, и он снова становится жидким и горячим. Для охлаждения жидкость течёт по змеевику на задней стенке холодильника. Тепло отдаётся в окружающую среду, жидкость охлаждается, потом опять течёт по змеевидному капилляру в холодильник, остужается, и опять по кругу.
Немного об истории хладагентов
Относительно современный хладагент (фреон) был изобретен в 1890 году, в 1920-х его начали активно внедрять в производство, оттесняя такие вещества, как диоксид серы, хлорметан и аммиак. Главная беда “старого поколения” – токсичность и пожароопасность.
Если сегодня у вас прохудится контур и начнётся утечка фреона – ничего по сути страшного не произойдёт. Холодильник только в ремонт отдать придётся. А вот в те далёкие времена можно было ещё и взорвать кухню по неосторожности.
Кроме того, вредили они и окружающей среде, причём сильно. В 1970-х стало известно, что молекулы хлора, попав в окружающий мир, не торопятся разлагаться, а скапливаются в атмосфере и пожирают озоновый слой. Примерно в те же года установили, что холодильный аммиак не просто вредит окружающему миру, но и добавляет баллы в копилку «глобальное потепление» (вещество буквально накапливалось в атмосфере, не пропускало инфракрасные лучи и вызывало теплообмен).
В результате состав с хлором и бромом был запрещён. С тех самых пор создание и развитие хладагентов (которые используются не только в холодильниках, но и в легковых авто) вышло на новый уровень. Открывались все новые соединения, которые были чуть более безопасными, чем предыдущие, но нашей планете всё равно угрожали. Парниковые газы, токсичность – в общем, все прелести индустриализации.
Процесс замены опасных хладагентов на безопасные продолжается по сей день. Так, на 2018 год только 60% новых легковых машин европейского производства перешли на безопасные хладагенты, несмотря на соответствующие указы, резолюции и распоряжения ООН. Такая же примерно картина и на рынке холодильников.
Новые модели оснащаются безопасным для природы изобутаном, но старые (особенно нежно любимые Мински, Оки и Смоленски) продолжают работать на довольно вредных веществах. Да и знаете, возникает вопрос – а когда небезопасным признают изобутан? Когда выяснится, что из-за него накапливаются газы, разрушается озоновый слой или ещё что-то нехорошее происходит?
Какие бывают хладагенты?
И как понять, какой именно хладагент в том холодильнике, который вы решили купить? Обратите внимание на маркировку. Есть три основных (и самых распространённых) вида:
- R12. В обиходе называется фреон. Самый распространённый, безопасный для человека и абсолютно небезопасный для экологии хладагент. Используется или в очень дешёвых, или в старых моделях холодильников.
- R134a. Безопасен для человека и окружающей среды. В большинстве своём не используется – для этого нужно перестраивать производство техники и в принципе менять систему охлаждения. Производители на это так и не пошли.
- R600a. Тот самый изобутан. Синтетический хладагент, выгодный в производстве, безопасный для людей и их общего дома – планеты.
Присмотритесь к ярлыку или описанию вашего холодильника: насколько он безопасен – и для вас, и для окружающего мира. А при покупке новой модели остановитесь на хладагенте R600a. Какая-никакая поддержка экологии.
Что такое фреон
Мы не представляем свою жизнь без холодильника. Благодаря его охлаждающей способности можно сохранить несколько дней готовые блюда, а также мясо, рыбу и другие сырые ингредиенты в замороженном состоянии. Охлаждение происходит с помощью фреона, который циркулирует по трубопроводу испарителя благодаря компрессору. Каким образом нагнетается холод в холодильной и морозильной камере?
Определение
Фреон представляет собой вещество, состоящий из метана и этана в определённой пропорции. Он является инертным для окружающей среды. Хладагент может находиться в жидком состоянии либо в виде газа. При испарении он поглощает тепло, выделяя при этом холод. Существует около 40 видов хладагента. В холодильнике используются некоторые разновидности фреона, безопасные для человека и окружающей среды.
Внимание! Следует помнить, что фреон имеется не только в холодильниках. Его применяют для заправки кондиционеров и прочего охлаждающего оборудования, средств пожаротушения, для медицинских и косметических аэрозолей и распылителей. Фреон входит в состав монтажной пены и некоторых видов лакокрасочных материалов.
Вещество не имеет запаха, прозрачен, поэтому обнаружить утечку по цвету и аромату в воздухе не возможно. Узнать о неисправности охладительной системы можно только по субъективным факторам: наличии конденсата на стенках в камере, плохой заморозке либо её отсутствии. Для бытовой техники используют такие виды фреона:
- R600a (изобутан)– вещество природного происхождения, не разрушающий озон в атмосфере, при этом он может взрываться в концентрации свыше 31 г/м 3 , в холодильнике используется небольшое количество газа, неспособное привести к взрыву;
- R134a (тетрафторэтан) – безопасный газ, не содержащий хлор, хладагент не имеет цвета и запаха, инертен к окружающей среде, при плюсовых и минусовых температурах не воспламеняется, имеет нулевую степень разрушения озонового слоя;
- R12 (дифтордихлорметан) – запрещён к использованию в современной бытовой технике с 2010 года, имеет сладковатый запах наподобие эфира, в бытовых условиях не горит, взрывается при температуре свыше 330 °С, при концентрации свыше 30% приводит к удушью;
- R22 (дифторхлорметан) – встречается в холодильниках старого образца, имеет хорошо ощутимый запах хлороформа, разрушает озоновый слой, но разрушающая способность ниже, чем у аналога R12, при воздействии с открытым огнём и нагреве до 250 °С распадается на высокотоксичные вещества.
Определить разновидность фреона в холодильнике можно по информации, указанной на ярлыке к компрессору. Тип вещества также прописывается в технической документации к агрегату. Современные модели морозильных камер и холодильников заправляют только R600а и R134a, которые при утечке не опасны.
Где находится фреон в холодильнике?
Фреон находится в испарителе камеры. Испаритель представляет собой систему трубопроводов, по которым циркулирует хладагент в жидком состоянии.
Он поглощает тепло и взамен выделяет холод, поэтому воздух поблизости магистрали с хладагентом быстро охлаждается. Циркуляцию фреона по трубопроводу обеспечивает компрессор. При поглощении тепла происходит испарение жидкости в газ. Газообразное вещество продвигается в компрессор, в котором оно конденсируется назад в жидкость. При эксплуатации холодильника нельзя допускать:
- чистку камеры острыми и режущими предметами;
- падения продуктов и льда на дно испарителя;
- установку вблизи любых отопительных приборов;
- мытье холодильника тёплой и горячей водой.
Неправильная разморозка камеры приводит к разгерметизации испарителя. В этом случае возникает утечка, жидкость моментально испаряется в газ. В месте эффекта возникает холмик снега, шипение при этом не происходит.
К поломке испарителя приводит откалывание кусков льда и толщи снега со стенок морозильной камеры. Привести к повреждению трубопровода может падение больших кусков льда на дно магистрали при разморозке. При подозрении утечки необходимо обратиться в сервисный центр для ремонта испарителя.
Важно! В современных моделях холодильника используется не более 200 грамм хладагента, поэтому утечка не опасна для окружающих. Количество фреона указывается на бирке компрессора. Холодильник отключают от сети.
Заправку фреона можно выполнить самостоятельно только при наличии соответствующего оборудования и опыта устранения утечки. Для заправки используют специальную компрессорную станцию с манометрами. В ней имеется два измерительных прибора – высокого и низкого давления. Для заправки холодильника применяют только манометр низкого давления.
Важно! Перед подключением заправочного оборудования к холодильнику и баллону необходимо тщательно перекрыть краны и на станции, и на баллоне с фреоном. Количество хладагента контролируют по меткам на заправочном цилиндре.
Предварительно с помощью течеискателя устанавливают места утечки хладагента, после чего выполняют пайку проблемных участков трубопровода. Перед запаиванием с трубопровода спускают весь хладагент вакуумным насосом. При значительных повреждениях пайка становится невыгодной, такой испаритель подлежит замене. После устранения поломки подсоединяют патрубки заправочной станции в таком порядке:
- левый – на компрессоре к клапану Шредера;
- средний – от заправочного цилиндра к баллону с газом;
- правый – к заправочному насосу.
Заправка фреоном требует внимательности и строго соблюдения техники безопасности, в том числе пожарной. Работы проводят в хорошо проветриваемом помещении либо при включённой вентиляции. Заправку холодильников с действующей гарантией лучше доверить сервисному центру.
По окончанию закачки фреона проверяется контур испарителя на замкнутость, иначе циркуляция газа будет нарушена либо невозможна из-за повторных вытеканий. Потери хладагента не сопровождаются шумом, поэтому самостоятельно обнаружить утечку после заправки без специального оборудования технически сложно.