Система кондиционирования - полная теория, описание работы
Система кондиционирования
- Система кондиционирования
- Screenshot_1.jpg (353.07 КБ) 154 просмотра
История
- История кондиционера в автомобиле
- Screenshot_2.jpg (121.28 КБ) 150 просмотров
В период с 1940 по1942 г.г. компания «Паккард» оборудовала 1500 автомобилей системами кондиционирования воздуха. К 1954 г. около 36 000 автомобилей оснащались системами кондиционирования на заводе-изготовителе. В 1966 г. в Руководстве по техническому обслуживанию двигателей указывалось, что в США прошли техобслуживание 3 560 000 кондиционеров. Вскоре продажи автомобилей, оборудованных кондиционерами, пошли в гору. В 1987 году насчитывалось 19 571 000 кондиционеров. В настоящее время кондиционерами оснащены более 80% легковых автомобилей и легких грузовиков, находящихся в эксплуатации.
Первые автомобили были не вполне комфортны. Зимой пассажиры укутывались в одеяла, а летом кондиционером служил поток набегающего воздуха в результате движения с пре-дельной скоростью 15 миль/ч. После того как в 1908 году автопроизводители начали выпуск автомобилей с крытым верхом, температура воздуха в салоне стала насущной проблемой. В автомобилях стали предусматривать напольные вентиляционные отверстия, но от них было больше грязи и пыли, чем охлаждения. Первой системой кондиционирования стала бадья с водой рядом с напольным вентиляционным отверстием. Эффект снижения температуры воздуха при прохождении над поверхностью воды получил название «All-Weather Eye» (Всепогодное око). Подобные системы до сих пор встречаются в фургонах и «домах на колесах». Данную систему изобрел Нэш в 1938 году. Система обеспечивала охлаждение летом и обогрев зимой при помощи поворота одной рукоятки. Первой машиной с современной системой кондиционирования стал Паккард 1940 года. «Охлаждающий змеевик», большой испаритель, располагался позади сиденья, и единственным органом управления был выключатель вентилятора. Это дополнительное оборудование позволило Паккарду выпустить рекламный девиз «Забудьте о жаре этим летом в единственном кондиционируемом автомобиле в мире». Систему разрекламировали как «кондиционер погоды», так как она также очищала воздух от пыли и пыльцы. «Кондиционер погоды» можно было использовать и для обогрева путем регулировки воздушных клапанов, расположенных в багажнике. В период с 1940 по1942 гг. Паккард оборудовал 1500 автомобилей системами кондиционирования воздуха. К 1954 г. около 36 000 автомобилей оснащались системами кондиционирования на заводе-изготовителе. В 1966 г. в Руководстве по техническому обслуживанию двигателей указывалось, что в США прошли техобслуживание 3 560 000 кондиционеров. Вскоре продажи автомобилей, оборудованных кондиционерами, пошли в гору. В 1987 году насчитывалось 19 571 000 кондиционеров. В настоящее время кондиционерами оснащены более 80% легковых автомобилей и легких грузовиков, находящихся в эксплуатации. В конструкцию новых автомобилей постоянно вносятся изменения, направленные на согласование нового дизайна автомобилей, проблем охраны окружающей среды с вопросами комфорта и безопасности пассажиров. Сегодня мало людей рассматривают покупку нового автомобиля без кондиционера. В настоящее время системы обогрева и кондиционирования стали весьма эффективными. Современные системы автоматического регулирования температуры более надежны, чем вакуумные и термостатические устройства прошлого. Кроме того, ЭБУ гарантируют комфорт как водителю, так и пассажиру.
Источники теплопоступлений
- Источники теплопоступлений
- Screenshot_3.jpg (217.13 КБ) 148 просмотров
Когда автомобиль движется по шоссе или припаркован на солнце, в него поступает тепло от многих источников. Прямой солнечный свет излучает тепло на крышу и панели кузова автомобиля, которое также проникает через стекла автомобиля. Тепло выделяется от нагретой поверхности дороги и от пассажиров. Тепло от двигателя поступает через перегородку моторного отсека. Тепло от системы выпуска, выделяемое приемной трубой, выводящей трубой глушителя, глушителем и каталитическим нейтрализатором, проникает через днище автомобиля. Все перечисленные, также как и другие источники тепловыделений повышают температуру в салоне автомобиля. Было замечено, что в жаркий день (примерно 30С) температура в салоне автомобиля, оставленного на солнце с закрытыми окнами, может превышать 60С!
Распределение температуры в салоне автомобиля
- Распределение температуры в салоне автомобиля
- Screenshot_4.jpg (212.72 КБ) 147 просмотров
Решение: охлаждение
- Решение: охлаждение
- Screenshot_5.jpg (193.27 КБ) 146 просмотров
Помимо кондиционирования (охлаждения) воздуха в салоне автомобиля летом, система кондиционирования помогает обеспечить хорошую видимость зимой или в прохладные и влажные дни, так как она удаляет влагу из воздуха и, таким образом, предотвращает запотевание стекол. Кроме того, она очищает воздух, поступающий в салон, от загрязнений. Сильное загрязнение воздуха в салоне, в особенности в плотном городском движении, возникает также при работе системы вентиляции автомобиля. Система кондиционирования предотвращает подобное ухудшение условий для пассажиров путем фильтрации воздуха (фильтры вентиляции салона также могут поставляться и без кондиционера) и очистки его от пыли в результате удаления влаги.
Определение тепла
- Определение тепла
- Screenshot_6.jpg (223.15 КБ) 145 просмотров
Для понимания принципа работы системы кондиционирования воздуха необходимо понять физические принципы, на которых основана работа системы. В нужном количестве тепло необходимо для жизни и комфорта. Значительные избытки или недостатки тепла вызывают дискомфорт. Контроль количества тепла означает контроль комфорта. Кондиционирование воздуха — это способ контролирования тепла. Для понимания того, как работает система кондиционирования, сначала необходимо понять природу тепловой энергии. Сперва это кажется трудным для понимания, но принципы повышения температуры, испарения, расширения и излучения станут понятными по ходу данной главы. Все тела содержат некоторое количество тепла. Тела, которые существенно теплее температуры человеческого тела, воспринимается теплыми на ощупь. Температура является функцией явного тепла. Если предмет содержит намного меньше тепла, чем человеческое тело, мы говорим, что он холодный на ощупь. Холод — это всего лишь отбор некоторого количества тепла. Тепло всегда передается от более теплой стороны к более холодной. Этот процесс невозможно остановить. Его можно только замедлить при помощи теплоизоляции. Таким образом, система кондиционирования не производит холод, а удаляет тепло. В соответствии с законами природы, тепло всегда передается от более теплого тела к более холодному. Если два тела имеют разную температуру, тепловая энергия будет передаваться от более теплого тела к более холодному, пока оба тела не придут в состояние теплового равновесия при одинаковой температуре. Примеры: когда в холодный день вы выходите на улицу, вы чувствуете холод. Не потому, что холод проникает в ваше тело, а потому, что от вашего тела тепло передается холодному воздуху, вызывая у вас «чувство холода». Верно и обратное: когда вы находитесь в месте, где температура выше температуры тела, вы чувствуете себя теплее, поскольку тепло от более теплого воздуха передается вашему телу.
Теплопередача
- Теплопередача
- Screenshot_7.jpg (178.33 КБ) 144 просмотра
Теплопроводность: тепло передается через вещество, от более теплого участка к более холодному путем теплопроводности. Все испытывали это явление, поднимая горячую сковороду с плиты. Ручка сковороды горячая, несмотря на то, что не находится в непосредственном контакте с конфоркой. Метал сковороды проводит тепло к более холодной ручке. (Помните, тепло передается от более теплого тела к более холодному.) Аналогично, металлический прут, нагретый с одного конца, благодаря теплопроводности нагреется и с другого конца.
Излучение: тепло в виде инфракрасных волн излучают все нагретые вещества. Эти волны являются формой энергии. Они повышают температуру любого тела, с которым входят в контакт. Основным источником тепла для Земли является Солнце. Инфракрасное излучение от Солнца проходит через космическое пространство и, попадая на Землю, нагревает ее. Прямой солнечный свет является хорошим примером передачи тепла излучением. Важную роль в тепловом излучении играет цвет. Автомобиль темного цвета нагревается сильнее, чем автомобиль светлого цвета. Это происходит потому, что светлые цвета в большей степени отражают инфракрасные волны, в то время как темные цвета больше поглощают их. Рассматривая тепловое излучение с точки зрения системы кондиционирования воздуха, следует отметить, что конденсатор, содержащий высокотемпературный хладагент, передает и излучает тепло в более холодный наружный воздух.
Конвекция: тепло так же передается (переносится) из одной точки в другую путем перемещения нагретого вещества. Это тепловое движение называется конвекцией. Если открыть кран горячей воды, польется горячая вода, хотя водонагреватель находится на каком-то расстоянии. Это происходит, поскольку движущаяся вода переносит тепло от водонагревателя к крану.
Агрегатные состояния
- Агрегатные состояния
- Screenshot_8.jpg (169.87 КБ) 143 просмотра
Изменение агрегатного состояния: испарение и конденсация. Еще одним следствием теплообмена является то, что молекулы вещества могут изменить свое состояние, а не температуру. При определенной температуре (точка кипения, точка замерзания) и т. д. вода превращается в пар или лед. Существует три процесса изменения агрегатного состояния: испарение, конденсация и замерзание.
Испарение происходит, когда жидкой субстанции передается достаточно тепла, чтобы превратить ее в пар (газ). Вам известно, что при кипении воды выделяется пар. В точке кипения воды (100С), вода поглощает достаточно тепла для изменения своего агрегатного состояния. Жидкость превращается в пар.
Конденсация — это процесс, обратный испарению. Если от пара отобрать достаточное количество тепла, произойдет изменение агрегатного состояния, в результате которого пар превратиться в жидкость.
Замерзание происходит, когда от жидкости непрерывно отбирается тепло, пока она не перейдет в твердое состояние. Запомните, что при температуре выше –273°C в любом веществе содержится некоторое количество тепла. В системе кондиционирования замораживание — это опасность, которую следует избегать.
ПРИМЕЧАНИЕ: плазма (ионизированный газ с высокой электрической проводимостью) часто рассматривается как четвертое агрегатное состояние вещества.
Скрытая теплота парообразования
- Скрытая теплота парообразования
- Screenshot_9.jpg (194.28 КБ) 142 просмотра
Удельная теплоемкость
Удельная теплоемкость — это количество тепла в Джоулях (Дж), необходимое для повышения температуры вещества. Удельная теплоемкость является функцией температуры. Для газов необходимо проводить различие между удельной теплоемкостью при постоянном давлении и при постоянном объеме.
Удельная теплота плавления
Удельная теплота плавления твердого вещества — это количество тепла в Дж, необходимое для перевода 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое при температуре плавления.
Скрытая теплота парообразования
Скрытая теплота парообразования жидкости — это количество тепла в Дж, необходимое для испарения 1 кг жидкости при температуре кипения. Скрытая теплота парообразования сильно зависит от давления. Пример: если к емкости, содержащей 1 кг воды при 100С (на уровне моря) подвести тепло, вода поглотит 1023 кДж скрытого тепла без какого-либо изменения в показаниях термометра. Однако, произойдет изменение агрегатного состояния из жидкости в пар. Поглощенное водой тепло называется скрытой теплотой парообразования. Пар сохранит 1023 кДж, поскольку эта энергия требовалась для изменения агрегатного состояния.
Скрытая теплота конденсации
При обратном процессе, когда тепло отводится от 1 кг водяного пара при 100С (на уровне моря), пар выделит 1023 кДж тепла без изменения в показаниях термометра. Однако, произойдет изменение агрегатного состояния из пара в жидкость. Поглощенное водой тепло называется скрытой теплотой конденсации.
Температура и давление
- Температура и давление
- Screenshot_10.jpg (167.82 КБ) 141 просмотр
Тепловые измерения
Температура, или ИНТЕНСИВНОСТЬ тепла, измеряется термометром. Большинство значений температуры в данном руководстве приводятся в градусах Цельсия (С), однако иногда используются и градусы Фаренгейта (F). Значение температуры говорит только об интенсивности тепла или о ЯВНОМ ТЕПЛЕ, а не о действительном количестве тепла. Ком-фортная температура для человека находится в пределах от 21 до 27С. В этом диапазоне температур человек чувствует себя наиболее комфортно. Когда любая температура выше или ниже этого диапазона, человек воспринимает это как теплое или холодное. В науке существуют понятие «абсолютный ноль» — температура, при которой от тела отведено все тепло. Температура абсолютного нуля определяется как –273°C. Любое вещество при температуре выше абсолютного нуля содержит некоторое количество тепла. Для понимания основ кондиционирования воздуха также необходимо понимать связь между давлением, температурой и агрегатным состоянием. Наша планета окружена воздухом, иначе говоря газом. Давление в газе передается во всех направлениях одинаково. Окружающий нас газ состоит на 21% из кислорода и на 78% из азота. Остающийся 1% занимают другие редкие газы. Эта комбинация газов называется атмосферой. Она простирается на несколько сотен километров над земной поверхностью и удерживается силой гравитации. На уровне моря атмосферное давление составляет 1,0 бар, а точка кипения воды — 100С. В любой точке выше уровня моря атмосферное давление ниже, а также ниже температура кипе-ния воды. При понижении давления до 0,38 бар, температура кипения воды составляет 75С, а при давлении 0,12 бар — 50С. Если на точку кипения воды влияет уменьшение давления, логично предположить, что увеличение давления также на нее повлияет. Пример — пароварочный котел!
Дополнительная информация: как перевести градусы Фаренгейта в градусы Цельсия и наоборот: C = 5/9 × (F – 32). F = (9/5 × C)+32. Кельвин = C + 273. Ренкин = F + 460.