Как определить потребляемую мощность для кондиционера?

В последние годы, когда синоптики чуть ли не каждый год возвещают очередной исторический максимум температуры, кондиционер – настоящий спаситель от летнего зноя. Чтобы не изнывать летом от нестерпимой жары, необходимо озаботиться покупкой кондиционера заранее. Для того чтобы это полезное устройство служило вам максимально эффективно, необходимо выполнить ряд условий, одно из которых – правильный расчет мощности кондиционера.

От правильности расчетов будет зависеть эффективность работы устройства

Принцип работы

Название «кондиционер» происходит от английского «condition» — условие, кондиция. То есть кондиционером называется устройство, предназначенное для поддержания в пределах заданных значений различных кондиций внутреннего воздуха помещения, создания управляемого микроклимата, а вовсе не для охлаждения, как принято считать. Так первые действующие кондиционеры были предназначены для борьбы с чрезмерной влажностью в печатных цехах типографий, где высокая влажность отрицательно сказывается на качестве печати.

Схема работы кондиционера

Однако в наше время название «кондиционер» прочно закрепилось за прибором, чье действие основано на процессах, сопровождающих изменение агрегатного состояния жидкости-хладагента. Поэтому ионизаторы или увлажнители воздуха не называют кондиционерами, хоть они и являются таковыми, по сути. В приборах, которые принято называть кондиционерами, происходит непрерывный перенос тепла из внутреннего пространства помещения в окружающее пространство, или, в случае необходимости, наоборот. Каким образом это происходит?

Как устроен кондиционер

Перенос тепла происходит с помощью теплоносителя, в роли которого в разное время использовались различные вещества, в первых кондиционерах теплоносителем служил аммиак. В настоящее время в качестве теплоносителя для кондиционеров применяется фреон. Для «захвата» и отдачи тепла используются свойства фазового перехода, то есть перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое.

Вид кондиционера изнутри

С этим свойством фазового перехода каждый имел возможность познакомиться во время летнего купания. Выходя из воды, человек испытывает холод, даже если столбик термометра переваливает через тридцатиградусную отметку. Почему? Потому что вода, испаряясь с поверхности тела (то есть, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное), активно отбирает тепло у окружающего пространства, в том числе поверхности тела. Автомобилисты знают, что контакт открытых участков тела с летучими жидкостями вроде бензина, растворителя или ацетона вызывает значительное ощущение холода, даже летом. Если же температура близка к нулю, контакт кожи с бензином может вызвать обморожение.

На этом же свойстве основан метод простого спасения от теплового удара – намочить любой кусок ткани и приложить к голове. Пока жидкость, пропитывающая ткань будет испаряться, голове ничего не грозит, ее будет охлаждать (то есть забирать тепло) процесс фазового перехода. Примерно так же работает и кондиционер, с той лишь поправкой, что испарять фреон в окружающее пространство было бы слишком расточительно. Испарение происходит внутри специального трубчатого контура, который так и называется – испаритель. Сам фреон при этом остается внутри контура, в окружающее пространство уходит только тепло.

Работа кондиционера происходит следующим образом:

1. Компрессор сжимает фреон до 15-20 атмосфер и выпускает в конденсатор.
2. На выходе из компрессора из-за резкого падения давления фреон тут же превращается в горячий пар.
3. В конденсаторе происходит переход фреона из газообразного состояния в жидкое (конденсация), сопровождаемая высвобождением большого количества тепла. Именно на этом этапе происходит отдача тепла, поэтому конденсатор должен находиться в контакте с наружным воздухом.
4. Жидкий фреон попадает в испаритель, где дальнейшее снижение давления приводит к переходу хладагента из жидкого состояния в газообразное (испарение), что сопровождается активным поглощением тепла. Испаритель должен находиться в контакте с воздухом охлаждаемого помещения.
5. Газообразный теплоноситель из испарителя поступает в компрессор, и цикл начинается снова.

Схема устройства кондиционера

Если нужно, чтобы кондиционер работал на нагрев, то четырехходовой клапан перенаправляет поток воздуха таким образом, чтобы теплый воздух попадал в помещение, а забор тепла осуществлялся снаружи. Разумеется, для этого необходимо, чтобы наружный воздух сам был достаточно теплым для обеспечения нагрева хладагента. Когда температура воздуха на улице приближается к нулю, то есть именно тогда. Когда обогрев становится, по-настоящему нужен, пользоваться кондиционером в этих целях становится невозможно. Поэтому кондиционеры никогда не применяют в качестве основного отопительного прибора, максимум – согреться в короткий период «межсезонья».

Какие бывают кондиционеры

Таково в двух словах общее устройство кондиционера. На практике кондиционер «обрастает» датчиками, системами электронного контроля и дистанционного управления, вентиляторами для нагнетания воздуха и фильтрами для его очистки, трубопроводами для циркуляции фреона и отвода излишнего конденсата и т.д. От конструкции и расположения этих частей зависит принадлежность кондиционера к тому или иному типу. Кондиционеры двух разных типов могут совершенно не походить друг на друга (например, промышленный кондиционер невозможно спутать с тем, что мы привыкли видеть в быту), но в основе всегда лежит циркуляция теплоносителя, который в процессе этой циркуляции меняет свое агрегатное состояние.

Принято считать кондиционер признаком нового времени, но на самом деле кондиционеры сопровождают нас довольно давно. Многие помнят, как окна еще советских контор и цехов «украшали» характерные ящики. Это и были оконные кондиционеры-моноблоки. Испаритель и конденсатор в таком приборе собраны в едином блоке. Подобные кондиционеры имели целый ряд недостатков, в том числе высокая шумность, снижение освещенности из-за затенения большой площади оконного проема и т.д. В силу этих причин оконные кондиционеры в быту использовались ограниченно.

Процесс охлаждения комнаты

Настоящую революцию в производстве кондиционеров произвело появление так называемых сплит-систем. Впервые кондиционер в виде сплит-системы выпустила японская компания Toshiba в 1961 году. Конструкторы компании догадались разделить кондиционер на две соединенные трубопроводами части – внутреннюю и наружную, убрав в последнюю наиболее шумные и громоздкие элементы конструкции. Внутреннюю часть, в свою очередь, стало возможным разместить в любом удобном месте помещения.

Итак, вы решили установить в квартире или офисе кондиционер. Так как кондиционер является довольно дорогостоящим устройством, к выбору конкретной модели следует отнестись со всей возможной серьезностью. Одним из самых важных параметров выбора является мощность кондиционера.

Как рассчитать мощность бытового кондиционера

Почему расчет мощности кондиционера так важен? Потому что кондиционер, обладающий мощностью, не соответствующий возложенным на него задачам, просто не сможет нормально выполнять свои функции. Конечно, можно устроить выбранному кондиционеру «ходовые испытания», но сани принято готовить летом, а кондиционер покупать – зимой или весной. Пока начнется настоящий зной, для борьбы с которым и приобретался кондиционер, все возможные сроки возврата товара могут давно истечь.

Не рекомендуется приобретать кондиционер с большим запасом по мощности, хотя бы потому, что повышенная мощность – это всегда повышенная цена. Да и энергопотребление может оказаться чересчур завышенным.

Прежде чем приступать к расчетам, нужно объяснить, о какой именно мощности идет речь, так как «мощность кондиционера» — слишком общее и расплывчатое понятие. Как уже было сказано выше, кондиционер нельзя использовать на обогрев при отрицательных температурах наружного воздуха, поэтому кондиционер у нас используют чаще всего для охлаждения, вот необходимую мощность охлаждения нам и нужно рассчитать.

Расчет должен включать в себя различные параметры

Мощность охлаждения измеряется в киловаттах (кВт) и показывает, какое количество тепловой энергии кондиционер способен вывести из помещения. Понятие «мощность охлаждения» нужно отличать от потребляемой мощности. Потребляемая мощность – это количество электроэнергии, которое необходимо прибору для работы. Эта величина всегда меньше мощности охлаждения, так как расходуется не для непосредственного «производства» тепла, а только для его отвода. Отношение мощности охлаждения к потребляемой мощности называется энергоэффективностью (EER). Для бытовых кондиционеров величина энергоэффективности находится в пределах 2-4.

Для первоначальной «пристрелки» можно использовать упрощенную методику расчета, которая поможет примерно определиться с ценовой категорией (или общим количеством кондиционеров, если речь идет о больших помещениях). В первом приближении необходимая мощность кондиционера составляет 1 кВт на 10 квадратных метров площади помещения при высоте потолка 2,5-3м.

Почему речь идет о площади, а не об объеме, ведь кондиционер охлаждает воздух, который заполняет весь объем помещения? Все верно, но в быту принято оперировать площадью помещения, а не объемом. Вы ведь наверняка без затруднений вспомните площадь вашей квартиры, а ее объем сходу назовете? Вряд ли. К тому же, высота потолка квартиры или офиса, как правило, стандартна и равна тем самым 2,5-3м. Для грубого определения мощности такой точности вполне достаточно и высоту потолка можно считать константой.

Если помещение:

• находится на солнечной стороне;
• имеет панорамные окна;
• «населено» большим количеством оргтехники;
• наполнено людьми.

то на каждый из этих факторов добавляют дополнительно по 20 процентов необходимой мощности.

Более точный расчет мощности кондиционера есть смысл производить для нестандартных помещений или помещений большой площади, где даже небольшая погрешность может вылиться в закупку лишнего дорогостоящего прибора. В этом случае рассчитывают не мощность кондиционера, а так называемую мощность притока тепла помещения. Это величина, показывающая, какую величину тепла получает внутренний воздух помещения. Мощность кондиционера подбирается затем из стандартного ряда значений таким образом, что бы кондиционер мог отводить поступающее в помещение тепло. То есть мощность охлаждения должна быть не менее (но и не намного более) мощности притока тепла помещения.

Мощность притока тепла считают по формуле:

Q = S * h * q

где:

• Q – мощность притока тепла (кВт/1000)
• S – площадь помещения (м²)
• h – высота потолка помещения (м)
• q – коэффициент освещенности помещения (кВт/м³). Для помещения нормальной освещенности этот коэффициент равен 0,035.

Произведя расчет мощности кондиционера, к полученному значению добавляем по 0,1 кВт на каждого, находящегося в помещении человека, по 0,3 на каждую единицу техники (компьютер, телевизор и т.д.). Бытовой холодильник даст нам 0,5 кВт, а мощная холодильная витрина (если мы рассчитываем кондиционер для торговых помещений) – не менее 1,5-2 кВт.

Мощность кондиционера в кВт должна быть не меньше полученного значения Q. Однако нередко мощность кондиционеров иностранного производства указывается не в кВт, а цифрой 7, 9, 12, 18 или 24. У бытовых моделей чаще всего бывает 7 или 9, их так и называют – «семерка» или «девятка». Что означают эти числа?

Это мощность в тысячах BTUph (или BTU/h) — British Thermal Unit per hour (британская тепловая единица в час). Такое обозначение мощности встречается у кондиционеров, произведенных в странах, использующих британскую (футовую) систему мер, либо произведенных для продажи в этих странах. Тысяча BTUp примерно равна 0,3 кВт.

Пример расчета мощности

Итак, нам нужно рассчитать кондиционер для помещения площадью 30 м², высота потолков 5м (специально берем нестандартное помещение, для которого не подходит «ускоренный» метод расчета), в котором постоянно находится пять человек и три компьютера. Освещенность нормальная. Считаем:

Q= 30*5*0.035+5*0.1+3*0.3=6.65 кВт

Для эффективного охлаждения данного помещения понадобится кондиционер (или несколько) суммарной мощностью охлаждения 6,65 кВт.

В случае необходимости переводим киловатты в BTUph:

6,65/0,3=22

Как видите, все предельно просто. Правильно рассчитав требуемую мощность, можно сделать использование кондиционера действительно эффективным.