Системы кондиционирования: ликбез

Не прошло и пары десятилетий, как российский обыватель укрепился во мнении, что бытовая техника — не роскошь, а жизненная необходимость. И слава богу! Наконец-то приборам, ранее считавшимся элитарными, присвоен достойный их функционального значения статус. Развенчан культ автоматических стиральных машин, утюгов с антипригарным покрытием, газовых колонок и плит с автоподжигом… Список этих запретно буржуазных вещей можно продолжать бесконечно долго, учитывая, что быт рядового советского гражданина был скорее спартанским, чем устроенным. Но кондиционеры стоит выделить в особую строку. Их следует поставить чуть ли не на самую высокую ступень пьедестала недосягаемостей, несмотря на то, что правительство все-таки развивало эту отрасль, затрачивая колоссальные средства на кондиционирование мавзолея, мест отдыха, лечения и заседания партийных бонз, а также на гектарные залы малахольных ЭВМ. Так или иначе, бытовые кондиционеры проникли на постсоветское пространство «из-за бугра», и только в 90-е годы прошлого века.

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ
Сначала это были шумные и громоздкие, в пол-окна, моноблочные модели. У них испаритель, конденсатор и компрессор были совмещены в одном корпусе, который монтировали непосредственно в оконном проеме, перекраивая раму, причем не в пользу светопрозрачной конструкции, тепло- и звукоизоляции.

Хотя так называемые оконники встречаются и сегодня, их довольно быстро вытеснили рынка гораздо более тихие, функциональные и респектабельные сплит-системы. Теперь громкий компрессор и конденсатор вынесены за пределы помещения, а холод вырабатывает аккуратный внутренний блок с испарителем и малошумным вентилятором. И вот уже фасады зажиточных домов запестрели наружными блоками самой разной конфигурации. Архитекторы возопили!

Пожалуй, только аляповатое разночинное остекление балконов вызвало у них более бурную реакцию. Надо сказать, что рынок не замедлил откликнуться — появились мультисплит-системы с одним наружным блоком, обслуживающим несколько внутренних. Но это не решило проблемы, потому что возможности компрессора лимитируют длину и перепады по высоте фреоновых трубопроводов, а также число и мощность внутренних блоков. Эти вопросы со временем тоже были решены, но уже на новом уровне — в мультизональных системах. В них один или несколько наружных блоков (число рассчитываетсяиз необходимой хладопроизводительности) обслуживают до нескольких десятков внутренних, способных работать в разных режимах и независимо друг от друга. Есть и мультизональные системы с рекуперацией тепла, в которых одни внутренние блоки могут вырабатывать холод, а другие тепло одновременно. Правда, жилье с такими инженерными системами справедливо считается элитным.

Следует понимать, что развитие систем кондиционирования вообще и бытовых моделей в частности проявлялось не только в эпохальном изменении схем компоновки, но и в совершенствовании конструктивных элементов. Так, предметом постоянного поиска разработчиков являются конструкция системы жалюзи, испарителя и вентилятора внутреннего блока, оптимизация их габаритов и эффективность теплообмена при минимальном уровне шума.

Отдельного внимания заслуживают компрессор, системы управления и обеспечения безотказной работы кондиционера в любом режиме и при любых погодных условиях.

Большинство современных кондиционеров многофункциональны, и их способности не ограничиваются одним лишь охлаждением. Есть модели, где предусмотрены нагрев, очистка, ионизация, осушение и даже увлажнение атмосферы, а также подмес свежего воздуха. Попробуем разобраться в многообразии функций и особенностей разных моделей.

ВНУТРЕННИЕ БЛОКИ
Оптимально решить задачу распределения воздушного потока для каждого конкретного случая позволяют настенные, напольные, канальные и кассетные модели.

• Настенные (их, как правило, располагают под потолком), пожалуй, самые популярные. Однако у них есть особенность: из кондиционера выходит язык холодного (12-14 градусов) воздуха, который постепенно перемешивается с комнатным и нагревается. А термостат поддерживает температуру на заданном с пульта управления уровне именно в той точке, где сам установлен, то есть во внутреннем блоке. В остальных частях помещения температура может отличаться на 1-2 градуса, а непосредственно под кондиционером — на 5-7. На месте приземления холодного потока находиться очень некомфортно, поэтому располагать в этой зоне диваны, кровати, кресла и рабочие места противопоказано.

Регулируют раздачу воздуха вертикальные и горизонтальные жалюзи. Сегодня уже никого не удивляют автоматические системы, самостоятельно изменяющие направление потоков для их вихревого трехмерного распределения. Зачастую в режиме охлаждения используют еще и эффект Коандэ — холодную струю направляют так, чтобы она стелилась вдоль потолка и опускалась вниз под действием силы тяжести, равномерно заполняя весь объем. Во время обогрева, наоборот, теплый воздух подают вниз, откуда он поднимается вверх. А чтобы прогреть или охладить помещение в считаные минуты, заслонки полностью открывают. В этом случае через систему проходит больший объем воздуха, что увеличивает теплообмен и сокращает время выхода прибора на рабочий режим.

• Напольные внутренние блоки устанавливают аналогично приборам водяного отопления. Они направляют поток аккуратно вверх, так что в режиме охлаждения рядом с ними образуется совсем небольшая, порядка 50-70 см, зона «отчуждения». Такие модели идеально подойдут для перенаселенного офиса или гостиничного номера.

• Канальные внутренние блоки, расположенные под подвесным потолком, раздают воздух по системе воздуховодов, что позволяет подавать прохладу через несколько воздушных решеток, разбив мощный поток на маленькие «ручейки». Однако это не самый дешевый вариант.

• Кассетные блоки обычно встраивают в ячейки подвесных потолков. Они подают воздух в двух, трех или четырех направлениях, создавая «настильные» потоки, и подходят для больших помещений.

Неоспоримое достоинство моделей канального и кассетного типов — высокая равномерность распределения охлажденного или нагретого воздуха.

КОМПРЕССОР & КО
• Инвертор или нет? Еще десять лет назад продвинутыми считались модели со ступенчатой регулировкой мощности. В них компрессор работает на постоянных оборотах, а скоростью вращения вентилятора внутреннего блока в зависимости от заданного режима (в случае ручной регулировки) или от тепловой нагрузки (в автоматическом режиме работы) управляет соответствующее реле. При этом производительность кондиционера изменяется дискретно, поэтому точность поддержания температуры на заданном уровне относительно невысока.

Несколько лет назад на смену этой схеме пришла так называемая инверторная технология: инвертор — это микропроцессор, управляющий работой компрессора автоматически, по-умному регулируя его мощность. К тому же он учитывает разницу между температурой внутри и снаружи, сопоставляет площадь обслуживаемого помещения, текущую и заданную температуру. Для быстрого охлаждения или нагрева комнаты инвертор вначале использует всю мощность кондиционера, а потом, постепенно снижая обороты, поддерживает установленную температуру на уровне 0,5 градуса. Такие модели не только экономичнее, но и тише, чем обычные, потому что компрессор работает плавно, без резких включений и выключений.

• Подогрев картера компрессора. Эта опция весьма актуальна для наших широт, где нередки холода. Благодаря ей масло не загустевает даже при низких температурах окружающей среды, что позволяет кондиционеру выйти на рабочий режим в рекордно короткие сроки.

• Зимний комплект. Применение обычных сплит-систем для охлаждения помещения ограничено температурным диапазоном наружного воздуха. Как правило, кондиционер выдает полную производительность только при поддержании на определенном уровне давления конденсации фреона во внешнем блоке. А эта величина потенциально подвержена изменениям, связанным с суточными и сезонными колебаниями температуры и воздействием ветра. Стабилизировать ее можно, организовав необходимый теплосъем в наружном блоке. Его интенсивность зависит от погодных условий, и, разумеется, летом он должен быть выше, чем зимой.

Чтобы заставить работать бытовую климатическую технику в зимних условиях, приходится ее специально адаптировать. Самый простой и распространенный способ повлиять на интенсивность теплообмена — изменить расход воздуха через конденсатор, регулируя скорость вращения вентилятора наружного блока. Некоторые производители специально оснащают таким образом кондиционеры для нашего рынка. Другие поставляют свою продукцию в «первозданном» виде, а ее адаптацией при необходимости занимаются монтажно-технические фирмы, торгующие климатической техникой. Отдавая предпочтение последним, следует выбирать компании с хорошей научно-технической базой, уже зарекомендовавшие себя на рынке этих услуг, потому что гарантийные обязательства по обслуживанию такой доработанной техники будут нести именно они, а не производитель. Справедливости ради отметим, что в быту крайне редко возникает надобность охлаждать помещения в холодное время года.

ТЕПЛОВОЙ НАСОС
Довольно быстро бытовые кондиционеры доработали таким образом, что стало возможным использовать их не только для охлаждения в летнее время года, но и для обогрева в межсезонье и даже зимой. Здесь взяли на вооружение принцип теплового насоса, основанный на переносе хладагентом тепловой энергии от окружающей среды с низкой температурой к более теплому теплоприемнику, то есть в помещение. В этом режиме в кондиционере переключается специальный четырехходовой клапан, и теплообменники наружного и внутреннего блоков меняются ролями: теперь фреон кипит во внешнем блоке, поглощая энергию из окружающей среды, и конденсируется с выделением тепла внутри помещения.

Подобный способ обогрева имеет как преимущества, так и ограничения. С одной стороны, коэффициент преобразования энергии в тепловом насосе в большинстве случаев больше единицы, потому что кроме теплоты, эквивалентной работе компрессора, теплоприемник получает теплоту, перенесенную от окружающей среды. Следовательно, такой процесс более выгоден, чем непосредственное превращение в тепло электрической, механической или химической энергии. Так, на 1 кВт*ч затраченной электроэнергии тепловой насос позволяет получить от 3 до 5 кВт • ч тепла. в «первозданном» виде, а ее адаптацией при необходимости занимаются монтажно-технические фирмы, торгующие климатической техникой. Отдавая предпочтение последним, следует выбирать компании с хорошей научно-технической базой, уже зарекомендовавшие себя на рынке этих услуг, потому что гарантийные обязательства по обслуживанию такой доработанной техники будут нести именно они, а не производитель.

Справедливости ради отметим, что в быту крайне редко возникает надобность охлаждать помещения в холодное время года.

ТЕПЛОВОЙ НАСОС
Довольно быстро бытовые кондиционеры доработали таким образом, что стало возможным использовать их не только для охлаждения в летнее время года, но и для обогрева в межсезонье и даже зимой. Здесь взяли на вооружение принцип теплового насоса, основанный на переносе хладагентом тепловой энергии от окружающей среды с низкой температурой к более теплому теплоприемнику, то есть в помещение. В этом режиме в кондиционере переключается специальный четырехходовой клапан, и теплообменники наружного и внутреннего блоков меняются ролями: теперь фреон кипит во внешнем блоке, поглощая энергию из окружающей среды, и конденсируется с выделением тепла внутри помещения.

Подобный способ обогрева имеет как преимущества, так и ограничения. С одной стороны, коэффициент преобразования энергии в тепловом насосе в большинстве случаев больше единицы, потому что кроме теплоты, эквивалентной работе компрессора, теплоприемник получает теплоту, перенесенную от окружающей среды. Следовательно, такой процесс более выгоден, чем непосредственное превращение в тепло электрической, механической или химической энергии. Так, на 1 кВт*ч затраченной электроэнергии тепловой насос позволяет получить от 3 до 5 кВт • ч тепла.

Однако чем ниже температура наружного воздуха, тем меньше тепла может отобрать у него хладагент. К тому же много энергии уходит на оттаивание наружного блока. То есть при минусовой уличной температуре эффективность теплового насоса резко падает, а вырабатываемого им тепла уже недостаточно для отопления. Как правило, производители гарантируют работу кондиционеров в режиме теплового насоса при уличной температуре в диапазоне от –5 до +10 градусов Цельсия, а при наличии «зимнего комплекта» нижняя граница расширяется до –10 градусов. В любом случае обогрев с помощью кондиционера наиболее эффективен в межсезонье.

ПОВЕЛИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ
Оптимальная для человека относительная влажность воздуха находится в пределах 30-60% (СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование»).

На практике дела обстоят не всегда так, как хотелось бы: в теплое время года (во многих районах страны) влажность частенько зашкаливает, зимой же, в пору работы центрального отопления, напротив, не дотягивает до комфортного минимума. Именно поэтому летом воздух в жилых и офисных помещениях обычно приходится осушать (как правило, этот процесс все-таки совмещают с охлаждением). А зимой комнатную атмосферу желательно увлажнять. В межсезонье осушение или увлажнение проводят в зависимости от нестабильных значений температуры и влажности атмосферного воздуха.

Физика работы кондиционера такова, что если он работает в режиме охлаждения, то автоматически и осушает воздух. Относительная влажность воздуха при этом может достигнуть только определенного значения для данной температуры. Однако поддерживать ее на заданном уровне бытовые кондиционеры не могут.

ЧИСТОТА — ЗАЛОГ ЗДОРОВЬЯ
Большинство сплит-систем как минимум оснащены обычными воздушными фильтрами. Такие защищают от пыли скорее начинку внутреннего блока, чем наши легкие. Зато не требуют замены — достаточно регулярной очистки и промывки.

В качестве опции предлагают фильтры тонкой очистки — hepa или угольные, способные улавливать (в определенных объемах) мельчайшую пыль, бактерии и неприятные запахи. Правда, у них конечная грязеемкость, а потому срок службы ограничен. К тому же, утрачивая сорбционные способности, они сами становятся отличным плацдармом для микробов и в условиях мегаполиса едва ли продержатся дольше двух-трех месяцев.

Как правило, все даже самые простые современные модели оснащены электростатическими фильтрами, задерживающими мельчайшие взвешенные в воздухе частицы — пыльцу растений, волокна тканей и даже табачный дым. Проходя через положительно заряженный ячеистый проволочный электрод, они заряжаются в электростатическом поле, а потом оседают на отрицательно заряженной пластине.

Однако технологии воздухоочистки не стоят на месте. Развитие идет в трех основных направлениях: созданиебиологически активных покрытий; использование новых принципов очистки воздуха; увеличение срока службы и упрощение обслуживания фильтров.

• Биологически активные покрытия — противоаллергенные, антивирусные и антибактериальные — делают на основе веществ минерального и растительного происхождения с явно выраженными бактерицидными свойствами или способностью  дезактивировать вирусы, грибы и бактерии. Для этого широко используют серебряные и апатитовые покрытия; напыления с катехином (вытяжка из чайного дерева), с экстрактами бамбука, кофебобов, косточек грейпфрута, с антигенами (антителами) и энзимами; также применяют антиоксиданты, такие, каквитамин С. Следует понимать, что все эти фильтры — не панацея, но они существенно увеличивают эффективность и срок службы всей системы очистки.

• К инновационным технологиям очистки воздуха, реализованным в бытовых кондиционерах, пожалуй, стоит отнести плазменный фильтр, ионизатор и ультрафиолетовые лампы.

Плазменные фильтры разных производителей имеют ряд отличий, но в общем принцип их работы одинаков. Между двумя пластинами создают высоковольтный разряд, уничтожающий любую угодившую между ними органику. А взвешенные частицы при этом ионизируются и налипают на электроды. Важная особенность такой системы — долговечность.

Работа ионизатора основана на принципе направленного (коронного) разряда. При этом из отдельных нейтральных атомов и молекул образуются положительно и отрицательно заряженные ионы и свободные электроны. Одновременно в зоне действия электрического разряда из кислорода образуется озон — вещество с повышенной окислительной способностью, обладающее высокими бактерицидными свойствами (его концентрация в ионизирующем узле абсолютно безопасна для здоровья). В результате воздух на выходе прибора обогащен озоном и отрицательными аэроионами.

Бактерицидные свойства ультрафиолета используют для дезинфекции и дезодорирования воздуха, прогоняемого через внутренний блок сплит-системы, а также для поддержания его гигиены.

• Регенерируемые фильтры были созданы в стремлении увеличить срок службы воздухоочистных устройств. Наиболее известны цеолитные и карбоновые фильтры (мощные природные абсорбенты) с напылением оксида титана. Их работа основана на принципе фотокатализа: при облучении двуокиси титана ультрафиолетом органические соединения вблизи него разлагаются напары воды, углекислый газ и кислород, что обеспечивает естественное дезодорирование воздуха. При этом TiO2 не расходуется, а выступает в роли катализатора. Таким образом, эти фильтры имеют уникальную способность восстанавливаться под воздействием прямого солнечного света или под лучами встроенной ультрафиолетовой лампы.

• Самоочистка предусмотрена во многих бытовых кондиционерах, призвана продлить срок службы воздушных фильтров и максимально упростить обслуживание. Эту функцию разные производители реализуют по-разному. Одни особое внимание уделяют предотвращению развития микроорганизмов во внутреннем блоке (конденсат, возникающий в процессе работы на теплообменнике, является прекрасной почвой для их жизнедеятельности): после выключения компрессора в течение некоторого времени продолжает работать вентилятор внутреннего блока и полностью высушивает теплообменник. Иногда эффект усиливают, предусматривая автоматическое включение УФ-лампы или плазменного фильтра, так что плесень там не может возникнуть в принципе.

Другие делают акцент на состоянии воздушного пылевого фильтра, механизируя его очистку. После каждого сеанса работы система сама собирает пыль в специальный контейнер, который нужно периодически вытряхивать, или же выбрасывает ее за пределы помещения через специальнуютрубку, не требуя человеческого вмешательства.

КИСЛОРОДНОЕ ГОЛОДАНИЕ?
Вопрос: «Можно ли вентилировать помещения с помощью кондиционера?» для многих так и остается в области непознанного. А между тем в этом стоит разобраться хотя бы для того, чтобы суметь подобрать оборудование для своего дома.

Варианты ответов:
ДА, если вы отдадите предпочтение сплит-системам канального и кассетного типов. Их можно совместить с системой приточной вентиляции и таким образом решить проблему в комплексе.

НЕТ, когда речь идет об обычных бытовых кондиционерах. Мало того, для корректной эксплуатации во время работы кондиционера (будь то режим охлаждения или «теплового насоса») не следует открывать форточки.

НО есть бытовые сплит-системы, где предусмотрена подача некоторого количества свежего воздуха. Реализуют это двумя способами.

• Кислородный модуль позволяет поддерживать содержание кислорода в помещении на уровне 21%. Обычный воздух с улицы (около 20% кислорода и 78% азота) поступает в воздушный компрессор, а затем подается в сепаратор, основной функциональный элемент которого — пленочная силиконовая мембрана. Кислород проникает сквозь нее в 2,5 раза быстрее азота. В результате на выходе мембраны концентрация O2 возрастает до 30%, а N2 накапливается в сепараторе, откуда потом удаляется наружу. Обогащенный же кислородом воздух подается во внутренний блок кондиционера.

• Подмес свежего воздуха. На рынке также представлены бытовые сплит-системы, способные просто подавать в помещение несколько кубометров воздуха в час, а некоторые столько же удалять наружу.

Безусловно, сплит-системы с подмесом свежего воздуха или с кислородным модулем позволят избежать затхлого запаха в непроветриваемых помещениях, но для полноценной вентиляции в жилых домах необходимо обеспечить не менее 3 куб.м/ч на квадратный метр вентилируемой площади, а в офисах — 30 куб.м/ч на человека. Возможностей кондиционера для этого явно недостаточно.

УРОВЕНЬ ШУМА
Говоря о кондиционерах, стоит сделать акцент на этой важной характеристике. Понятно, что любой работающий механизм неизбежно является источником шума. Свою лепту в его формирование в сплит-системе вносят вентилятор внутреннего блока, компрессор, прокачивающий фреон по трубам (причем слышен не столько сам насос, который вынесен наружу, сколько движение хладагента в испарителе), и, если есть, реле, переключающие разные режимы работы одного и другого.

Минимизировать этот показатель — одна из главных задач разработчиков. Однако увеличение производительности наряду с уменьшением габаритов приводит к обратному эффекту — работа кондиционера становится громче. Об этом не стоит забывать, выбирая климатическую технику для жилых помещений и в особенности для спален и детских.

В стандартных моделях следует обращать внимание как на минимальный, так и на максимальный уровень шума внутреннего блока, потому что такой кондиционер периодически включается на полную катушку, а наше ухо очень восприимчиво именно к шумовым скачкам, сопровождающим эти включения-выключения. Возрастание уровня шума на 3 дБ(А) по человеческим ощущениям означает увеличение громкости вдвое. А вот к монотонному шуму мы относимся гораздо спокойнее, поэтому в инверторных системах прежде всего нужно интересоваться нижним порогом, так как при выходе на заданный температурный режим инверторный кондиционер работает на минимальной скорости вентилятора.

Чтобы оценить заявленные производителем цифры, приведем такой пример: простая циркуляция фреона в испарителе внутреннего блока уже вызывает шум порядка 22-24 дБ(А). Таким образом, современные бытовые кондиционеры, выдающие при минимальных оборотах вентилятора до 26 дБ(А), справедливо считаются весьма продвинутыми в конструктивном плане. К тому же некоторые производители вводят в своих приборах режим Super Quit, декларируя уровень шума в ночное время не выше 22 дБ(А), что практически не воспринимается человеческим ухом. Добиваются такого показателя установкой шумоглушителей на фреоновых трубопроводах и введением дополнительной пониженной скорости вентилятора, которой хватает для поддержания соответствующего установленной температуре теплообмена по ночам, когда теплопоступления минимальны.

Итак, можно резюмировать: низкий уровень шума — один из ключевых показателей совершенства конструкции.