Как стать автором
Обновить

История кондиционирования воздуха. Принцип работы кондиционера

Физика Инженерные системы *
Из песочницы

С самого начало истории человечества  люди хотели жить в комфортных условиях: спать по ночам и не просыпаться от невыносимой жары или не стучать зубами, закутавшись в шкуру мамонта. Современные условия жизни дают такую возможность. И во многом этим мы обязаны кондиционерам.

В данной статье  я бы хотел рассказать вам историю создания бытового кондиционера,  принцип его работы и поделиться интересными фактами.  И  быть может,   утром,  придя на работу и налив себе свежего горячего кофе, вы отвлечетесь от рутинных  дел и найдете для себя что-то новое и интересное   в этой статье.

Перед тем как начать, дорогой читатель, я хотел бы представиться. Меня зовут Роман, и я работаю техническим специалистом в области кондиционирования воздуха. Я не претендую на звание эксперта, а просто хочу поделиться информацией. Возможно, вы дополните меня и поделитесь своим опытом и знаниями. Это моя первая статья на ХАБР,  и я буду рад любой обратной связи

Кондиционирование воздуха в Персии

Бадгир представляет из себя башню, проходящую через всё здание от самых нижних помещений и возвышающуюся высоко над крышей. Внутренняя часть бадгира разделена двумя перпендикулярными и параллельными стенками. Бадгиры бывают разных видов: одно-, двух-, четырех-  и восьминаправленные. Могут иметь в своём составе ёмкости с водой или каналы, в которых она протекает. Конструкция бадгира зависит от местности и направления движения ветра.

Но все конструкции имеют один тип работы: ветер попадает в верхние отверстия, которые идут внутрь здания. Под давлением ветра с наветренной стороны  поток воздуха опускается в комнаты и вытесняет нагретый в этих помещениях воздух. Появляется постоянная естественная циркуляция воздуха, и  она помогает создать более комфортные условия даже в условиях  знойной пустыни. Отверстия в верхней части бадгира могут закрываться, когда температура днем становится невыносимой или надвигается песчаная буря.

В Египте её ещё называют «малькаф», а в ОАЭ — «барджиль».

Первые попытки создания кондиционера

Многие люди пытались создать устройство, которое бы охлаждало воздух в помещении. Например, Джон Горри, американский врач, изучавший тропические болезни, охлаждал больничные комнаты при помощи таза со льдом, подвешенного к потолку. Тяжелый холодный воздух направлялся в низ комнаты, к пациенту, а затем уходил через отверстие возле пола.  Так изучали влияние воздуха на человека.  Дело в том, что в то время существовала гипотеза, что причиной малярии является «плохой» воздух (от итальянского mala aria – «плохой воздух»). Джон Горри использовал труды Оливера Эванса, который работал с паровыми двигателями и заметил, что газ, расширяясь, «охлаждается». В то же время Джейкоб Перкинс продолжил совершенствовать эту идею и, улучшив конструкцию двигателя, получил патент на «Аппарат и средства для производства льда и охлаждающих жидкостей» в 1835 году. Поэтому Джон Горри смог получить патент на «улучшенную технологию производства искусственного льда» в 1851 году (https://patents.google.com/patent/US8080).

Однако все вышеперечисленные попытки большим успехом не увенчались. Настоящий прорыв произошел в 1902 году в Америке. И, как часто это бывает в жизни, создание кондиционера произошло не специально. Дело в том, что инженер-изобретатель Уиллис Кэрриер в типографии Бруклина  собрал машину для борьбы с влажностью воздуха. Высокая влажность воздуха в помещении отрицательно влияла на качество печати: летом бумага сохла или разбухала при изменении влажности, цветные чернила при этом расплывались, и изображение получалось размытым.

 Знакомое нам слово кондиционер происходит от англ. Air conditioning («to condition» - «улучшать что-либо до желаемого состояния»). Использовал его инженер текстильной промышленности Стюарт Крэмер на съезде текстильных производителей в г. Шарлотта штата Северная Каролина в мае 1906 года по отношению к машине Уиллис Кэрриер: "Я использовал термин "кондиционирование воздуха", чтобы включить в него общие понятия в обработке воздуха - увлажнение , очистку , обогрев и вентиляцию воздуха".

1915 году Уиллис Кэрриер и шесть его друзей создали компанию Carrier Engineering, которая работает и по сей день.  Они сделали настоящие первые шаги по созданию комфорта в помещениях. В 1924 году была установлена система кондиционирования воздуха в одном из крупных универмагов штата Детройта. В этом же году системы кондиционирования также были установлены в кинотеатрах г. Хьюстона в штате Техас. Поток людей в кинотеатры был просто умопомрачительным, в считанные дни  оборот кинотеатров вырос более чем в три раза. В период с 1922  по 1930 год были кондиционированы уже свыше 300 кинотеатров по всей Америке.

Уиллис Кэрриер с холодильной машиной
Уиллис Кэрриер с холодильной машиной

1929 году не менее известная компания General Electric (GE), основанная Томасом Эдисоном, выпускает первую сплит-систему (Split-system от анг. Split - разделять).  В этом устройстве использовался АММИАК, пары которого небезопасны для здоровья человека, вследствие чего компрессор и конденсатор кондиционера были вынесены на улицу. 

Сплит-система– это система кондиционирования воздуха, которая состоит из двух частей: одного внешнего и одного внутреннего блоков, соединенных между собой медными трубками, в которых находится хладагент.

Первые кондиционеры использовали токсичные газы, такие как аммиак и метилхлорид, которые были не безопасны при их утечке. Томас Мидгли Младший первым предложил в качестве хладагента использовать дифторхлорметан,  названный впоследствии фреоном. К слову, FREON —  это торговая марка компании Dupont для всех CFC, HCFC или HFC хладагентов. Правильнее называть хладагент R (Refrigerant — охладитель, хладагент) В те годы Томас Мидгли Младший работал в компании General Electric, поэтому первая сплит-система, работающая на фреоне, появилась в 1931 году от компании General Electric.

Давайте  рассмотрим холодильный контур холодильной машины:

Данный цикл применим для каждого кондиционера

  1. Вентиляторы – располагаются во внутреннем и внешнем блоке кондиционера, создают потоки воздуха, обдувающие конденсатор и испаритель.

  2. Дроссель – устройство для ограничения подачи жидкости или регулирования потока рабочего материала.

  3. Испаритель – теплообменник, в котором хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное за счет теплоты воздуха в помещении; располагается он во внутреннем блоке кондиционера. Воздух, продуваемый через испаритель, охлаждается, когда кондиционер работает в режиме охлаждения, и нагревается, когда кондиционер работает в режиме обогрева (тогда испаритель становится конденсатором).

  4. Компрессор – поддерживает движение хладагента по холодильному контуру путем его сжатия и подачи под давлением.

  5. Конденсатор – теплообменник, в котором за счет охлаждения наружным воздухом конденсируется хладагент; располагается он во внешнем блоке кондиционера. Воздух, продуваемый через конденсатор, нагревается, когда кондиционер работает в режиме охлаждения, и охлаждается, когда кондиционер работает в режиме обогрева (тогда конденсатор становится испарителем).

  6. Хладагент - переносит тепло из помещения на улицу за счёт своих свойств.

Как это работает?

Компрессор сжимает газообразный хладагент. Далее хладагент попадает на конденсатор (теплообменник наружного блока), где, обдуваясь вентилятором, охлаждается и конденсируется. Далее жидкая фаза хладагента попадает на дросселирующее устройство, уменьшает свое давление и дозируется. Затем попадает в испаритель (теплообменник внутреннего блока), где, обдуваясь вентилятором, хладагент испаряется, поглощая тепло из воздуха. После этого уже газообразный хладагент снова попадает в компрессор, где цикл повторяется. Так работает каждый кондиционер.

Теги:
Хабы:
Всего голосов 12: ↑12 и ↓0 +12
Просмотры 13K
Комментарии 24
Комментарии Комментарии 24

Публикации

Истории