Особенности работы кондиционера в условиях низких температур

Производители бытовых кондиционеров с реверсивным циклом в технической документации на товар, как правило, указывают температурный диапазон, в котором можно эксплуатировать кондиционер. Нижняя граница этого диапазона редко опускается до температуры ниже -5°С для режима "холод" и 0°С для режима "тепло". Что произойдет с кондиционером, если пренебречь этим ограничением? Что необходимо сделать, чтобы кондиционер можно было эксплуатировать при более низких температурах, без риска вывести его из строя? Эти вопросы являются особенно актуальными в условиях зимы и поэтому требуют ответа.

Если следовать рекомендациям производителя, то лучший способ эксплуатации кондиционера в холодное время года при отрицательных температурах наружного воздуха - это его консервация.

Консервация кондиционера на зиму предусматривает следующие мероприятия (как правило данные мероприятия никто не выполняет).

1. Конденсация хладагента в наружный блок, которая предусматривает выполнение

следующих операций:

- подключение манометрического коллектора к сервисному порту;

- включение кондиционера на "холод";

- запирание жидкостного вентиля компрессорно-конденсаторного блока кондиционера;

- запирание газового вентиля при давлении всасывания ниже атмосферного;

- отключение манометрического коллектора. Это позволит избежать потерь хладагента через неплотности наружной фреоновой магистрали.

2. Отключение или блокировка цепей запуска компрессора, исключающая ошибочный запуск компрессора.

3. Ограждение компрессорно-конденсаторного блока кондиционера с целью исключить его повреждение льдом или падающими сосульками (при необходимости).

Что же делать, если без кондиционера зимой не обойтись? Как уменьшить риск серьезной поломки кондиционера?

Выясним, что же происходит внутри кондиционера при низких температурах окружающего воздуха. Известно, что бытовые кондиционеры не производят холод или тепло, они лишь "перекачивают" тепло из одного термоизолированного объема в другой, то есть - по принципу действия - это "тепловые насосы". Для переноса тепла используются специальные вещества - хладагенты. Обмен теплом между хладагентом и окружающим воздухом происходит через воздушные теплообменники.

Схематически это выглядит так:

- тепло из воздуха в одном термоизолированном объеме через теплообменник поглощается хладагентом;

- хладагент с помощью компрессора перекачивается в другой теплообменник;

- тепло, аккумулированное хладагентом через теплообменник, сбрасывается в воздух.

Производительность воздушного теплообменника или количество тепла, которое может отдать или получить хладагент через теплообменник, зависит от конструкции и температуры воздуха, проходящего через него. Поэтому суть основной проблемы, ограничивающей использование бытового кондиционера с реверсивным циклом зимой, - изменение производительности теплообменника компрессорно-конденсаторного блока при снижении температуры окружающего воздуха. Причем при работе на "холод" теплообменник оказывается переразмеренным (слишком большим), а при работе на "тепло" - недоразмеренным (слишком маленьким).

При работе кондиционера в режиме "холод" возникают также и дополнительные проблемы:

1. снижение производительности холодильной машины;

2. увеличение продолжительности переходного режима работы холодильной машины (кондиционера);

3. "натекание" жидкого хладагента в картер компрессора;

4. проблема запуска компрессоров при низких температурах окружающего воздуха;

5. проблема отвода дренажной воды.

Остановимся на отрицательных последствиях указанных проблем. А именно:

- снижение холодопроизводительности кондиционера;

- обмерзание внутреннего блока кондиционера и, как следствие, еще большее снижение производительности, риск гидроудара и повреждения компрессора;

- нарушение работы системы отвода конденсата (конденсат по покрытому льдом теплообменнику стекает мимо дренажной ванны на вентилятор и выбрасывается в помещение);

- ухудшение охлаждения электродвигателя компрессора, периодическое срабатывание тепловой защиты, риск теплового пробоя изоляции;

- чрезмерное повышение температуры нагнетания компрессора, риск повреждения пластмассовых деталей четырехходового вентиля;

- риск гидравлического удара при пуске компрессора из-за вскипания хладагента, натекшего в компрессор;

- замерзание дренажной магистрали.

К счастью, перечисленные проблемы, возникающие при работе кондиционера на "холод", имеют решение. Это использование зимнего комплекта кондиционера.

В состав зимнего комплекта входит:

1. Замедлитель скорости вращения вентилятора - вариатор. Он решает задачу снижения производительности теплообменника компрессорно-конденсаторного блока путем уменьшения потока воздуха, проходящего через него. Чувствительным элементом замедлителя является датчик, контролирующий температуру конденсации. Исполнительным элементом - регулятор скорости вращения вентилятора обдувающего теплообменник. Замедлитель реализует функцию поддержания заданной температуры конденсации. Попутно решаются проблемы снижения производительности кондиционера, обмерзания внутреннего блока и другие, связанные с переразмеренностью теплообменника компрессорно-конденсаторного блока (рис. 1).

2. Нагреватель картера компрессора. Он решает проблемы пуска холодного компрессора, препятствуя его повреждению (рис. 2).

Рис. 1. Таким образом, устанавливается замедлитель

Рис. 2. Установленный картерный нагреватель

Механизм защиты следующий: при остановке компрессора включается нагреватель картера, установленный на компрессоре. Даже небольшая разница температур компрессора и остальных деталей наружного блока, создаваемая нагревателем картера, исключает натекание хладагента в картер. Масло не загустевает, вскипание хладагента при пуске компрессора не происходит.

3. Дренажный нагреватель. Он осуществляет отвод конденсата из кондиционера, если дренаж выведен наружу. В настоящее время используют несколько типов дренажных нагревателей. По способу установки их можно разделить на 2 группы:
1 - дренажные нагреватели, устанавливаемые внутрь дренажной магистрали;
2 - дренажные нагреватели, устанавливаемые снаружи дренажной магистрали.

Вариант зимнего комплекта кондиционера приведен на рис. 3.

Рис. 3. Комплект для "адаптации" кондиционера к работе зимой:
1 - замедлитель скорости вращения вентилятора;
2 - картерный нагреватель;
3 - дренажный нагреватель

Каковы же проблемы, возникающие при работе кондиционера с реверсивным циклом на "тепло" при отрицательных температурах?

Заметим, что существует два источника тепла, которое "перекачивает" кондиционер в помещение. Во-первых, это тепло, которое забирается из наружного воздуха. Во-вторых, это теплота работы сжатия компрессора и теплота, выделяемая электродвигателем компрессора.

Первая составляющая сильно зависит от температуры наружного воздуха и по сути определяет все негативные явления происходящие в кондиционере при низких температурах наружного воздуха. Для того чтобы тепло наружного воздуха перетекало в нужном направлении, температура фазового перехода хладагента (испарения) должна соответствовать определенной величине, которая является характеристикой теплообменника и называется полным перепадом.

Что происходит в кондиционере, работающем на "тепло", при температурах, близких к 0°С?

Температура фазового перехода для нормального процесса переноса тепла устанавливается ниже температуры окружающего воздуха на величину полного перепада, которая для наружных блоков бытовых кондиционеров составляет 5-15°С. То есть уже при температуре окружающего воздуха +5°С температура фазового перехода (испарения), даже для хорошего теплообменника с малым перепадом, отрицательная. Это приводит к тому, что теплообменник начинает покрываться инеем, ухудшается теплообмен с воздухом, растет полный температурный перепад, температура испарения падает. Поскольку производительность кондиционера практически пропорционально зависит от давления (температуры) испарения, она также падает.

Мощности "заросшего" инеем теплообменника недостаточно для испарения поступающего в него жидкого хладагента, и он начинает поступать на всасывание компрессора.

Какие последствия для кондиционера это может вызвать?

1. Система оттаивания наружного блока, периодически включающаяся в работу, приводит к образованию льда внутри компрессорно-конденсаторного блока кондиционера и, в свою очередь, к блокировке или разрушению лопастей вентилятора.

2. Жидкий хладагент, не испарившийся в теплообменнике, попадает в магистраль всасывания, затем в отделитель жидкости, далее внутрь компрессора, вызывая гидравлический удар.

3. Перегрев, а затем (при попадании жидкого хладагента внутрь корпуса компрессора) обмерзание компрессора.

Причина перечисленных последствий - слишком низкая производительность теплообменника компрессорно-конденсаторного блока кондиционера при снижении температуры наружного воздуха. Действенных методов повышения этой производительности, к сожалению, нет. Последствия, как правило, катастрофические. Поэтому включать кондиционер на "тепло" при отрицательных температурах окружающего воздуха категорически нельзя.

Подводя итог, можно сказать:

1. Лучший способ эксплуатации кондиционера зимой – консервация;

2. При необходимости можно эксплуатировать кондиционер, но только в режиме "холод" и при условии оборудования его зимним комплектом.