Неисправности
Одна из наиболее серьёзных неисправностей связана с устройством кондиционера и возникает в том случае, если в испарителе фреон не успевает полностью перейти в газообразное состояние. В этом случае на вход компрессора попадает жидкость, в результате чего компрессор выходит из строя из-за гидроудара. Причин, по которым фреон не успевает испариться, может быть несколько, но самые распространённые вызваны неправильной эксплуатацией плохо спроектированного кондиционера. Во-первых, причиной неисправности могут стать загрязнённые фильтры (при этом ухудшается обдув испарителя и теплообмен), во-вторых — включение кондиционера при отрицательных температурах наружного воздуха. При отрицательных температурах (ниже −10 °C) существует реальная угроза попадания жидкого фреона в полость компрессора, что приводит к его поломке. В более дорогих, правильно спроектированных системах присутствуют дополнительные датчики, ёмкости, исключающие попадание жидкого фреона на вход компрессора. В таких системах наиболее вероятной поломкой становится отказ одного из датчиков, что, впрочем, оставляет холодильную систему жизнеспособной. В бытовых оконных кондиционерах БК-1500, БК-2500 производства СССР (Бакинский завод ), для устранения данного явления применялся докипатель (он применяется во многих моделях среднего и верхнего ценового диапазона кондиционеров).
Утечка хладагента также может повлечь за собой неправильную/неэффективную работу кондиционера. В основном причиной утечки является выполненный с нарушениями монтажа фреоновой магистрали, например, некачественная развальцовка трубок. Со временем, наиболее заметным внешним проявлением утечки, кроме снижения производительности, является обмерзание вентиля (сторона низкого давления) на внешнем блоке сплит-системы, либо (реже) – обмерзание испарителя, что обуславливается понижением давления хладагента, которое в норме для кондиционеров на хладагенте R22 составляет 4,3 (на стороне низкого давления) бар при наружной температуре воздуха + 25 °C. Однако обмерзание может наблюдаться и по другим причинам, например при попадании влаги в контур, или при попадании мусора.
Наличие воздуха и влаги в контуре со временем может привести к выходу из строя компрессора, закупориванию капилляра ледяными пробками. Причиной попадания воздуха в контур также является некачественный монтаж сплит-системы. При правильном монтаже после сборки контура производится его вакуумирование в течение определённого времени (зависит от объёма контура, и для бытовых систем обычно составляет от 20 минут до часа) специальным вакуумным насосом, с целью удаления воздуха и испарения влаги, присутствующей в контуре.
Конденсация влаги в системе кондиционирования приводит к быстрому развитию микроорганизмов на влажных поверхностях внутреннего блока с последующим попаданием их в помещение. Насыщенность воздуха микроорганизмами способствует развитию заболеваний дыхательных путей и кожи.
Для реверсивных кондиционеров, способных работать как на охлаждение так и на нагрев кондиционируемого объёма, возможно заклинивание реверсивного клапана, изменяющего направление переноса тепла. В этом случае кондиционер не может изменить направление переноса тепла, может нормально работать только “в одну сторону”, как правило – на охлаждение.
Интересные факты
Древнеегипетские врачи, занимавшиеся поиском новых средств, знали о способности нильского сома накапливать электричество.
Изобретениям в этой отрасли предшествовали наблюдения за природой:
Платон и Аристотель упоминали о скатах, их влиянии на людей
Плиний Старший обратил внимание на свойства воды и металла как проводников. В 1819 г
Ганс Христиан Эрстед изучил влияние электрического тока на компас. Во времена Никола Тесла постоянный ток было сложно трансформировать в высокое и низкое напряжение, поэтому ученый выступил за переменный ток. Томас Эдисон, который запатентовал разработки и не желал терять отчисления от них, развернул кампанию по дискредитации. Когда Н. Тесла осветил город электричеством, полученным от станции на Ниагарском водопаде, с использованием переменного тока для передачи на расстояние, компания General Electric финансово поддержала ученого. В результате мощного удара молний образуется такой минерал, как фульгурит. В толще грунта формируются полые ветвистые трубки с гладкой или покрытой пузырьками поверхностью. У поверхности Земли существует постоянное электрическое поле со средней напряженностью 130 В/м. Линейные молнии, ударяющие в землю и формирующие облака, являются разновидностью искрового разряда. Он возникает в массе заряженных и изолированных частиц. Разряды сопровождаются электромагнитным излучением в широком частотном спектре.
Интересные факты в истории электричества связаны с природными явлениями, разработками ученых, достижениями науки и технологий.
Этапы создания электрической теории
Развитию электромагнетизма способствовали опыты Андре-Мари Ампера. В его честь была названа единица тока, включенная в СИ. Изучением процессов трения и свойств веществ занимался Шарль Огюстен де Кулон.
Отто фон Герике создал первый электрический прибор. Это была сфера из серы, закрепленная на металлическом стержне. Алессандро Вольта разработал генератор постоянного тока. Исследовательская деятельность Георга Симона Ома повлияла на развитие теоретической основы этого направления. Немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф открыл 2 закона теории цепей. Генрих Рудольф Герц исследовал природу волн в среде.
Джеймс Клерк Максвелл составил уравнения, иллюстрирующие законы этой сферы. Майклом Фарадеем разработан закон индукции, а Томас Эдисон сконструировал лампу.
Появление термина
В Древней Греции статическое явление, возникающее при взаимодействии янтаря и мелких предметов, изучал Фалес Милетский. Его название происходит от древнегреческого слова «электрон», что обозначает «янтарь». Записи Фалеса детально были изучены в 17 в. немецким физиком Отто фон Герике.
Впервые понятие «электрика» было использовано в 1747 г. американским исследователем и политиком Бенджамином Франклином. Он утверждал, что «жидкая электрика» обладает свойством к перетеканию под воздействием силы трения.
Первая электростатическая машина
В 1663 г. магдебургский градоначальник Отто фон Герике сконструировал прибор, демонстрирующий возникновение статического заряда. При трении сферы из серы об ладони аккумулировался заряд, создавалось поле.
«Лейденская банка»
Питер ван Мушенбрук в 1745 г. придумал первый в мире электростатический конденсатор — «Лейденскую банку» (от города Лейден). Она была способна разряжаться и хранить энергию.
Два типа зарядов
Полярность исследовалась Б. Франклином. С того времени истинным является положение о наличии у потенциала 2 полюсов. В 1865 г. немецкий физик Август Теплер создал электрофорную машину, которая могла использоваться как генератор постоянного тока.
Изобретатель Джеймс Вимшурст усовершенствовал эту конструкцию. Машина использовалась им для проведения демонстрационных опытов по электростатике, получения источника разноименных зарядов.
Бенджамин Франклин
Этот исследователь и основатель науки об атмосферном электричестве создал теорию, которая рассматривает электричество в качестве нематериальной жидкости в форме флюидов. В 1753 г. Б. Франклин обосновал идею создания молниеотвода, предложил ввести понятия «плюс» и «минус».
Первые попытки кондиционирования воздуха
Древние цивилизации справлялись с жарой по-разному. Так или иначе, люди задумались о создании благоприятного микроклимата задолго до изобретения первого кондиционера.
Одни народы конструировали специальные шахты, в которых размещали сосуды с водой. При испарении они охлаждались и пары попадали в жилые помещения, обеспечивая прохладу. Другие народы использовали систему орошения своих жилищ холодной водой, чтобы снизить температуру дверей и стен.
Майкл Фарадей
В 19-м веке английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей выдвинул идею о том, что сжатие определенных газов способно охлаждать воздух. В те времена его открытие было почти незамеченным, и представляло небольшую научную ценность. Особенно на фоне других его достижений.
Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию и изобрел первый электродвигатель, а также совершил ряд других поворотных открытий в области физики и химии. Тем не менее, в 20-м веке нашелся не менее талантливый изобретатель, который смог превратить идею охлаждения воздуха в коммерческий проект.
Новые технические решения: фреон, тепловой насос, мультисплит, инвертор…
С 1946 года стали применяться тепло-насосные схемы, появились кондиционеры с абсорбционными холодильными машинами на газовом обогреве, герметичные фреоновые компрессоры.
В 1961 г. произошло событие, в значительной мере предопределившее дальнейшее развитие бытовых и полупромышленных систем кондиционирования воздуха. Это начало массового выпуска сплит-систем. Начиная с 1961 года, когда японская компания Toshiba впервые запустила в серийное производство кондиционер, разделенный на два блока, популярность этого типа климатического оборудования постоянно росла. Благодаря тому, что наиболее шумная часть кондиционера — компрессор — теперь вынесена на улицу , в помещениях, оборудованных сплит-системами, намного тише, чем в комнатах, где работают оконники. Интенсивность звука уменьшена на порядок! Второй огромный плюс — это возможность разместить внутренний блок сплит- системы в любом удобном месте.
Рис. Сплит-система Toshiba |
А в 1968 году на рынке появился кондиционер, в котором с одним внешним блоком работало сразу несколько внутренних. Так появились мультисплит-системы. Сегодня они могут включать в себя от двух до шести внутренних блоков различных типов.
Со временем совершенствуются способы управления СКВ. Решение задачи энергосбережения обусловило переход от качественного регулирования (системы с постоянной производительностью по воздуху) к количественному регулированию (системы с переменной производительностью). В 80-х годах прошлого века разработан принципиально новый способ управления за счет изменения частоты тока электропитания компрессора инверторные системы. Экологические требования привели к необходимости замены фторхлорсодержащих фреонов на альтернативные рабочие вещества хладагенты R 407 c, R 134 a и R 410 a (смеси фреонов R 32, R 125 и R 134), имеющие нулевой озоноразрушающий потенциал.
В наши дни разработку проектов кондиционирования воздуха зданий стремятся вести на стадии разработки архитектурного проекта. Активно разрабатываются такие концепции, как: «Интеллектуальные здания» «Intelligent Buildings» и «Green Buildings» с максимальным использованием потенциала окружающей среды (проветривание, естественное освещение, испарительное охлаждение, солнечная энергия и др.).
Кондиционирование Воздуха признано Американской национальной инженерной академией (NAE) одной из самых значительных технологий ХХ века (10 место в общем списке 105 технологий, номинированных на звание «технология века».
Заявка была подана ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, рефрижерации и кондиционированию воздуха, г. Атланта, штат Джорджия, США) старейшее профессиональное объединение, куда входят специалисты по кондиционированию. Оно создано в 1894 году, и все его рекомендации, нормы проектирования признаны во всем мире.
В заявлении NAE сказано: «Кондиционирование воздуха и технологии охлаждения сегодня являются обычными широко распространенными технологиями (commonplace technologies ), и в то же время они привели к резкому (скачкообразному) повышению производительности труда рабочих и экономики городов; эти технологии позволили обеспечить комфортные условия жизни и труда и эффективную работу людей в странах и регионах со знойным и душным климатом, оказали глубокое влияние на распределение и хранение продуктов питания, обеспечили условия для стабильной работы чувствительных компонентов, составляющих основу информационных технологий».
Сегодня кондиционеростроение — одна из самых динамично развивающихся отраслей. В 2004 году объем выпускаемых кондиционеров составил в денежном выражении около $39 млрд. Постоянный интерес к вопросам кондиционирования воздуха подтверждает наличие двух комиссий Е1 и Е2 в составе международного института холода МИХ (штаб-квартира находится в Париже), ежегодные научные конференции, симпозиумы, выставки.
Главными вопросами, определяющими задачи кондиционирования воздуха в XXI веке, остаются качество воздуха в помещениях (проблема IAQ Indoor Air Quality ) и энергосбережение, причем обеспечение качества воздуха, учитывая ухудшающуюся экологию окружающей среды, бесспорно приоритетная задача.
Хронология открытий и изобретений
В 1752 г. Бенджамин Франклин подтвердил идентичность природы молний и искр.
Алессандро Вольта экспериментальным путем доказал, что ряд химических реакций сопровождаются электрическим потоком. В 1800 г. он сконструировал батарею для генерации тока, выполнил его передачу на расстояние.
Исследованиями тока занимались Эмилий Ленц, Карл Гаусс. В 1830 г. было открыто электростатическое поле. Лампа с нитью из платины была изобретена Уорреном де ла Рю. В начале 1900-х гг. Никола Тесла развил коммерческое направление этой отрасли. Совместно с Томасом Эдисоном он разработал многофазную систему для распределения потока. Благодаря его изобретениям человечество пользуется бытовыми приборами.
Музеи стирки
Ну и конечно, как у каждой вещи с историей, у чудесного изобретения — стиральной машины — есть свой музей. В музее воссозданы суровые условия, в которых стирали наши предки: при -5 градусах, зато белье приобретало морозную свежесть.
В музее сохранился кусочек мыла, которому почти 100 лет.
Когда именно люди научились отстирывать грязь с одежды, водой, доподлинно неизвестно. Но произошло это, разумеется, довольно-таки давно. Первобытные люди стиркой занимались, конечно же, вряд ли. Однако историкам удалось выяснить, что смесь жиров и щелочей, предназначенная для удаления грязи с одежды, изготавливалась уже более 5 тыс. лет назад в древнем Шумере и Вавилоне.
Если раньше у потребителя, предпочитающего отечественный товар, выбор был небольшой: модель «Вятки» с 12 программами или с 16, то на сегодняшний день ситуация изменилась. Пользователям предлагается много разнообразных опций, которые можно вводить самостоятельно. Поэтому число программ исчисляется сотнями, и эта цифра не отображается в паспорте машины.
Система управления на основе микропроцессора делает эксплуатацию стиральной машины простой и удобной. Если вы счастливый обладатель прибора, оснащенного системой управления «6 чувство» нужно просто установить селектор по типу ткани, и он сможет прочитать на экране все данные, которые подходят: температуру для стирки, скорость, с которой будет вращаться при отжиме барабан, а также рассчитанное машиной время для стирки. При необходимости всегда можно войти в меню, чтобы откорректировать предложенные вам параметры.
Работа с машиной похожа на общение с компьютером. Если требуется, то без труда можно перейти с дисплея в специальную программу FuzzyWizard («Помощник”), подбирающий оптимальный режим работы и самую подходящую дополнительную функцию.
Сенсор ClearWater, определив степень загрязненности у воды, может активировать повторное полоскание белья. Данная функция особенно важна, если у людей повышенная чувствительность к моющим средствам. Оптический сенсор после выявления в воде остатков грязи или средств для стирки, накипи и т.д., определяет сколько еще потребуется полосканий, чтобы их устранить (стиральная машинка может выполнять максимально 3 полоскания дополнительно). Эта опция возможна с программами «Бережная стирка», «Хлопок», «Синтетика» и др., кроме «Ручная стирка» и «Шерсть».
А у стиральной машины последнего выпуска Gorenje в наличии имеется еще один сенсор, определяющий избыточное пенообразование. Пена в чрезмерном количестве ухудшит результат стирки. Кроме того, если она достигнет Электрических деталей прибора, то может произойти короткое замыкание. Как только от сенсора поступает сигнал о большом количестве пены, машина понижает уровень пены автоматически, пока он не станет нормальным.
Однако не стоит полагаться только на сенсоры. Даже самая умная стиральная машина нуждается в контроле с вашей стороны. Чтобы ваша высокотехнологичная техника служила вам долго, необходимо использовать только специальные стиральные средства и строго следовать инструкциям от фирмы-изготовителя. Обязательно учитывайте следующие параметры: жесткость воды, масса белья, степень его загрязнения.
Самая лучшая стирка получается тогда, когда экономично расходуется вода, белье в баке замачивается быстро, а моющее средство полностью растворяется. Таких результатов позволяет достичь система 4 D. Белье намачивают с 4-х сторон. Безупречная чистота достигается с помощью направленного разбрызгивания моющего раствора по всей ткани.
Бетонные купола и своды
Благодаря появлению железобетона стало возможным строить здания нового типа – с тонкими стенами. И в 1930 году блестящий испанский инженер Эдуардо Торроха создал невысокий купол толщиной в 3.5 и шириной в 150 футов для рынка в Альхесирасе. Для растяжки он применял стальные тросы. Кроме того, Торроха выступил автором элегантной консольной крыши стадиона, расположенного в Мадридском ипподроме, что была создана в 1935 году.
Настоящим мастером панельных конструкций стал математик, архитектор и инженер Феликс Кандела. По большей мере практиковал он в Мехико: создал лабораторию космических излучений для университета Мехико, с 5/8-дюймовой по толщине крышей. Параболоидная форма свода стала настоящим товарным знаком архитектора, в свое время он сумел воспользоваться дешевой рабочей силой, поэтому создал немало церквей и заводов вокруг Мехико с той же формой конструкции.
Самым ярким и известным строением Канделы стало здание ресторана в Хочимилко, который был построен в 1958 году и включил шесть параболоидных сводов одинаковой конструкции.
Происхождение бетона
Дать однозначный ответ на вопрос о том, когда появился бетон, трудно. Как и другие строительные материалы, путь развития бетонная смесь прошла достаточно долгий. Так, во время раскопок на берегу Дуная участники археологической экспедиции нашли остатки жилья 5000-летней давности с полами толщиной 25 сантиметров из доисторического бетона: вяжущим в растворе выступала красная глина, а вот армировал конструкцию мелкий речной песок.
Отдельные примеры эффективного связывания мелких/крупных камней различными растворами известны еще со времен египтян, финикийцев, вавилонян, карфагенян. Самое раннее использование бетона датировано 1950 г. до н.э. – именно к этому времени относится материал, найденный в гробнице Тебесе (Теве) в Египте. Задолго до нашей эры бетон применялся в строительстве монолитного свода пирамиды Нима, галерей египетского лабиринта (3600 л. до н.э.).
Египтяне в качестве вяжущего применяли известь и гипс. А 25 лет тому мир был удивлен сообщением профессора-химика из Швейцарии Джозефа Давидовица про то, что пирамида Хеопса была сделана из блоков . В массе одного из известняковых блоков профессор нашел человеческий волос и попасть туда он мог только при замешивании раствора.
Ученый искал дальше и нашел на стене надпись периода III династии. Когда иероглифы расшифровали, отыскали рецепт приготовления древнего варианта бетона и именно к этому периоду можно отнести происхождение бетона. В процессе независимых исследований оказалось, что основание Великих пирамид сделано из природных известняков, а вот верхние ряды созданы из бетона, сделанного на базе крошки песчаника, пальмовой золы, соды из нильской воды.
Очень много написано о зданиях периода Римской империи, возведенных с применением «бетона» в качестве главного конструкционного материала. Исследователи считают, что впервые начали применять настоящие цементные связующие (не известь, как в случае с древними сооружениям) в южной Италии во II ст. до н.э.
Многие приписывают римлянам само изобретение цемента, так как даже некоторые названия заимствованы отсюда. Так, особый вид вулканического пепла под названием «пуццолан» использовали впервые недалеко от города Поццуоли в заливе Неаполя, его же широко применяли в цементе. От города пошло название самого вида вяжущего, которое сегодня называют .
В строительстве порта Aemelia (крупного сооружения, датированного 193 г. до н.э.) использовали пуццолан с целью эффективного связывания камней вместе для получения бетона. Это пепел необычного типа, который запускает химическую реакцию с водой и известью, а потом укрепляется в твердую массу (по свойствам схожую со скалой), которая не боится даже погружения в воду. Этот цемент римляне применяли для строительства доков, мостов, водопроводов, ливневых стоков, зданий.
Принципы работы кондиционеров
Кондиционер компрессионного типа
Основная статья: Парокомпрессионный холодильный цикл
1 — конденсатор 2 — терморегулирующий вентиль 3 — испаритель 4 — компрессор
Компрессор, конденсатор, дроссель (капиллярная трубка, терморегулирующий аппарат) и испаритель соединены тонкостенными медными (в последнее время иногда и алюминиевыми) трубками и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует хладагент (традиционно в кондиционерах используется смесь фреона с небольшим количеством компрессорного масла, однако в соответствии с международными соглашениями производство и использование старых сортов, разрушающих озоновый слой, постепенно прекращается, в современных кондиционерах наиболее часто используются фреоны R-22 и R-410A).
В процессе работы кондиционера происходит следующее (рассмотрим на примере фреона R22). На вход компрессора из испарителя поступает газообразный хладагент под низким давлением в 3—5 атмосфер и температурой от +10 до +20 °C. Компрессор кондиционера сжимает хладагент до давления 15—25 атмосфер, в результате чего хладагент нагревается до +70—90 °C, после чего поступает в конденсатор.
Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, хладагент остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую с выделением дополнительного тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается.
На выходе конденсатора хладагент находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10—20 °C выше температуры атмосферного (наружного) воздуха. Из конденсатора тёплый хладагент попадает в терморегулирующий вентиль, который в простейшем случае представляет собой капилляр (длинную тонкую медную трубку, свитую в спираль). На выходе терморегулирующего вентиля давление и температура хладагента существенно понижаются, часть хладагента при этом может испариться.
После дросселирующего устройства (капиллярной трубки или ТРВ) смесь жидкого и газообразного хладагента с низким давлением поступает в испаритель. В испарителе жидкий хладагент переходит в газообразную фазу с поглощением тепла, соответственно, воздух, проходящий через испаритель, остывает. Далее газообразный хладагент с низким давлением поступает на вход компрессора и весь цикл повторяется. Этот процесс лежит в основе работы любого кондиционера и не зависит от его типа, модели или производителя.
Работа кондиционера (холодильника) без отвода тепла от конденсатора (или горячего спая элемента Пельтье) принципиально невозможна. Это фундаментальное ограничение, вытекающее из второго закона термодинамики. В обычных бытовых установках это тепло является бросовым и отводится в окружающую среду, причём его количество значительно превышает величину, поглощённую при охлаждении помещения (камеры). В более сложных устройствах это тепло утилизируется для бытовых целей: горячее водоснабжение и другое.
Кондиционер испарительного типа
Основная статья: Испарительный охладитель
Принцип работы кондиционера испарительного типа с прямым испарением
Как следует из названия, кондиционеры этого типа работают за счёт испарения. В качестве испаряемой жидкости применяется вода.Тёплый наружный воздух с помощью вентилятора проходит через влажные фильтры и охлаждаясь попадает в кондиционируемое помещение. Эффективность охлаждения зависит от влажности наружного воздуха. Чем ниже влажность тем сильнее идёт испарение воды из фильтров, тем эффективнее работает кондиционер.
Достоинства.
- Испарительные кондиционеры потребляют во много раз меньше электроэнергии чем компрессионные кондиционеры с такой же охлаждающей мощностью, что позволяет использовать их для охлаждения очень больших площадей.
- Относительно простая конструкция состоящая из одного наружного блока.
- Постоянный приток в помещение свежего наружного воздуха.
Недостатки.
- Низкая эффективность во влажном климате.
- Повышение влажности охлаждённого воздуха может быть нежелательно для некоторых видов помещений. Кондиционеры с непрямым испарением лишены этого недостатка.
- Необходим подвод воды к кондиционеру.
