Эксплуатация кондиционеров зимой

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 суровой 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:

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, и чем мы рискуем, пренебрегая ограничением, наложенным производителем? 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 теплообменника и температуры воздуха, проходящего через теплообменник. 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:

снижение производительности холодильной машины;
увеличение продолжительности переходного режима работы холодильной машины (кондиционера);
«натекание» жидкого хладагента в картер компрессора;
проблема запуска компрессоров при низких температурах окружающего воздуха;
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 кондиционера, 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 решение – использование зимнего комплекта кондиционера.

В состав зимнего комплекта входит:

Замедлитель скорости вращения вентилятора. Он решает задачу сниже ния производительности теплообменника компрессорно-конденсаторного блока путем уменьшения потока воздуха, проходящего через теплообменник. Чувствительным элементом замедлителя является датчик, контролирующий температуру конденсации, исполнительным элементом – регулятор скорости вращения вентилятора обдува теплообменника. 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.
Нагреватель картера компрессора. Он решает проблемы пуска холодного компрессора, препятствуя его повреждению.
Дренажный нагреватель. Он осуществляет проблему отвода конденсата из кондиционера, если дренаж выведен наружу. В настоящее время используют несколько типов дренажных нагревателей. По способу установки их можно разделить на 2 группы:

дренажные нагреватели, устанавливаемые внутрь дренажной магистрали;
дренажные нагреватели, устанавливаемые снаружи дренажной магистрали.
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.

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?

Система оттаивания наружного блока, периодически включающаяся в работу, приводит к образованию льда внутри компрессорно-конденсаторного блока кондиционера и, в свою очередь, к блокировке лопастей вентилятора или их разрушению. Жидкий хладагент, не испарившийся в теплообменнике, попадает в магистраль всасывания, затем в отделитель жидкости, далее внутрь компрессора, вызывая гидравлический удар. 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.

Попытаемся рассмотреть различные варианты зимних комплектов и особенности их установки на различные модели кондиционеров. Наиболее сложным в монтаже и пусконаладке элементом зимнего комплекта является регулятор давления конденсации. Это устройство представляет собой регулятор электрической мощности, выдаваемой на электродвигатель вентилятора воздушного теплообменника, построенный на базе симисторного широтно-импульсного модулятора. В качестве сенсора регулятора используют термистор, который механически крепится к теплообменнику конденсатора в зоне конденсации. Регулятор, как правило, имеет положительную линейную рабочую характеристику в координатах скорость вращения вентилятора тепло обменника температура в зоне конденсации. Область регулирования ограничена некоторым дифференциалом, обычно 8-10°С. Для некоторых регуляторов, например, этот дифференциал можно регулировать.

Все подобные устройства, с которыми приходилось иметь дело, представляют различные вариации, построенные на указанных выше принципах, имеющие, однако, свои особенности. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся регуляторы давления конденсации, предназначенные для установки на нереверсивные кондиционеры.

Рабочая характеристика устройства приведена на рис. 1.

Регулятор имеет 3 параметра для настройки:

Физический смысл параметра – начало линейного участка рабочей характеристики регулятора (см. рис. 1). Для настройки используют средний потенциометр. Имеется шкала в градусах Цельсия от 0 до 60 градусов, по которой можно установить температуру, соответствующую желаемому минимально допустимому давлению конденсации, при котором вентилятор теплообменника будет вращаться с минимальной скоростью, установленной регулировкой .
Физический смысл параметра – ширина линейного участка (крутизна) рабочей характеристики регулятора. Для настройки используют верхний потенциометр. Элемент настройки имеет шкалу в градусах Цельсия от 3 до 31 градуса.
Физический смысл – минимальная скорость вращения вентилятора, соответствующая началу подъема линейного участка рабочей характеристики. Для настройки используют нижний потенциометр. Настройку выполняют при установке регулятора так, чтобы вентилятор не останавливался. Чем ниже значение установленной скорости, тем до более низкой температуры будет опускаться допустимое значение температуры (давления) конденсации.

Порядок настройки

Предварительно определяют требуемые параметры рабочей характеристики регулятора на основании ожидаемых минимальных температур окружающего воздуха и допустимого разброса значений температуры конденсации. Например, допустимые значения температуры конденсации установлены в диапазоне 30-50°С.
На основании выбранных значений определяют параметры настройки регулятора. Нижний предел температурного диапазона определяет параметр регулятора. Разница верхнего и нижнего пределов определяет параметр. Таким образом, предварительно на соответствующих регуляторах устанавливают значения.
Подают питание на регулятор и вентилятор, не включая компрессор, при этом термистор измеряет температуру окружающего воздуха, и, если она ниже 30°С, мы находимся левее линейного участка рабочей характеристики регулятора (см. рис. 1), следовательно, скорость вращения вентилятора должна соответствовать минимальной. Вращая потенциометр в сторону min, добиваются вначале полной остановки вентилятора, а затем, вращая в сторону max , – начала вращения на минимальной скорости.

Для проверки работы регулятора при повышении температуры нагревают сенсор регулятора, например, поместив его в сосуд с горячей водой. При этом скорость вращения вентилятора будет увеличиваться и при температуре равной или большей 50°С будет максимальной.