Впервые слово «кондиционер» было произнесено вслух ещё в 1815 году. Именно тогда француз Ж.Шабаннес получил британский патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях». В наши дни под кондиционированием мы понимаем регулирование температуры, влажности и циркулирования воздуха.

На этом рисунке вы видите кондиционер, который встраивается в форточку. Но более распространены кондиционеры, состоящие из двух блоков. Действие любого кондиционера, каким бы он ни был, большим или маленьким, находящемся в одном корпусе или состоящим из двух блоков, опирается на одни и те же физические законы. Назовём их.

1. Теплота всегда переходит от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Например, если внутренние детали кондиционера холоднее, чем комнатный воздух, теплота от воздуха самостоятельно переходит к деталям кондиционера. В результате воздух охлаждается.

2. Теплота, «передаваемая» жидкости, может расходоваться как на её нагревание, так и на парообразование. Например, при испарении воды разбрызгиванием происходит значительное поглощение теплоты, так как из жидкости образуется газ. Понижение внешнего давления способствует ускоренному парообразованию.

3. Если газ сжимать, то его давление и температура возрастают. Например, накачивая колесо велосипеда ручным насосом, вы легко заметите, что насос становится горячим от постоянного сжатия воздуха.

4. Если «отбирать» теплоту у газа, он охлаждается и конденсируется. Например, ночью атмосферный воздух охлаждается и содержащийся в нём водяной пар утром можно наблюдать в виде капелек росы. Повышение внешнего давления способствует ускорению конденсации.

Опираясь на эти законы, мы можем сформулировать принцип действия кондиционера. Опишем его в виде четырёх этапов, нумерация которых соответствует нумерации названных выше законов.

1. Необходимо, чтобы в кондиционере было два блока. Первый «комнатный» блок – более холодный, чем воздух в комнате (тогда теплота от воздуха в комнате будет переходить к этой части кондиционера). Второй «уличный» блок – более горячий, чем воздух на улице (тогда теплота от этой части кондиционера будет переходить к воздуху на улице).

2. Между блоками кондиционера должна циркулировать жидкость, которая может легко испаряться даже при комнатной температуре (тогда при испарении она будет «отбирать» теплоту от воздуха в комнате).

3. Испарившуюся жидкость необходимо перекачивать в наружний блок, сильно сжимая при этом (чтобы пар «по пути» нагрелся и затем смог отдать теплоту уличному воздуху).

4. В наружнем блоке должно постоянно поддерживаться высокое давление (чтобы пар не только охлаждался, но и быстрее становился жидкостью).

Назовём основные составные части любого кондиционера.

Хладагент – вещество, которое циркулирует между по трубке внутри блоков кондиционера. При атмосферном давлении хладагент является газом, но если его сжать и охладить, он перейдет в жидкое состояние. Для бытовых кондиционеров подбирают хладагент, кипящий при минусовых температурах. Например, температура кипения хладагента под названием «фреон R-22» при нормальном атмосферном давлении равна –40°С. При комнатной температуре фреон вскипает мгновенно, поглощая теплоту.

Испаритель – основная часть внутреннего блока, представляющая собой извилистую металлическую трубку. При работе кондиционера она интенсивно охлаждается и «отбирает» теплоту у комнатного воздуха.

Конденсатор – основная часть наружнего блока, представляющая собой извилистую металлическую трубку. При работе кондиционера она интенсивно нагревается и и «отдаёт» теплоту уличному воздуху.

Компрессор – электрический насос, предназначенный для перекачивания хладагента из испарителя (для создания в нём низкого давления) в конденсатор (для создания в нём высокого давления).

Вентиль – трубка или шайба с узким отверстием, затрудняющая быстрое перемещение сжиженного хладагента из конденсатора в испаритель. Другими словами, вентиль способствует сохранению области высокого давления в конденсаторе и низкого давления в испарителе.

Холодный газообразный хладагент, несущий в себе теплоту, отобранную у воздуха, отсасывается компрессором из испарителя и нагнетается в конденсатор (сжатие и нагрев). Сжатый и поэтому горячий хладагент, проходя по трубке конденсатора, отдаёт теплоту уличному воздуху, становится менее горячим и становится жидкостью (охлаждение и сжижение). Всё ещё тёплый, но уже жидкий хладагент, проходя через вентиль, попадает в трубку испарителя, где низкое давление, поэтому начинает кипеть и испаряться (парообразование и охлаждение).

Другими словами, кондиционер работает по замкнутому циклу: перекачиваемый насосом хладагент последовательно испытывет описанные изменения. При этом кондиционер не только охлаждет помещение, но и обогревает окружающую среду. Впрочем, проблема утилизации тепла – это тема для отдельной статьи.

(C) 2012. Савина Елена Геннадьевна (Красноярский край, п. Канифольный)