Домашний кондиционер потребляет 1 кВт энергии, но выдает взамен 3 кВт, а иногда и больше. Откуда берутся «бесплатные» киловатты тепла или холода: ведь с точки зрения физики КПД не может быть больше 100%?
Любое устройство, механическое или электрическое, имеет коэффициент полезного действия. Это отношения энергии, которая использована для полезной работы к общей полученной энергии. Условно, если некое устройство потребляет 1000 Вт, а на полезную работу тратит 500 Вт, КПД будет равен 50%. Максимальный коэффициент может быть, например, у электрических обогревателей. Они практически всю полученную энергию превращают в тепло, поэтому КПД у них близок к 100%.
Но давайте заглянем в характеристики бытовых сплит-систем. Вот, например, Haier Tundra HSU-07HTT03.
Получается, кондиционер потребляет около 700 Вт, а выдает почти 2000? Это «попахивает» вечным двигателем. Так что давайте разберемся, почему так происходит.
Откуда в кондиционере дополнительная энергия?
Чтобы понять, как кондиционерам удается «нарушать законы физики», надо знать их принцип работы. А он сводится к перемещению тепла из одного места в другое. Например, в режиме охлаждения тепло из комнаты перемещается наружу, и в помещении становится прохладнее.
Главный элемент любого кондиционера, сплит-систем, а также автомобильных климатов и даже холодильников — компрессор. Это мощный двигатель, который перекачивает по замкнутой системе специальный газ, чаще всего фреон, и позволяет переносить тепло из одного места в другое. Газ циркулирует под высоким давлением и в отдельных контурах принимает разные формы — конденсируется в жидкость или превращается в газообразное состояние. Существует несколько этапов, которые проходит фреон во время работы системы.
- Комнатный воздух проходит через охладительные ребра внутреннего радиатора, а хладагент, курсирующий по системе, забирает на себя тепло и перемещается по контуру.
- Когда компрессор перекачивает нагретый хладагент по системе и доставляет его ко внешнему радиатору, фреон, нагретый комнатным воздухом, нагревается еще сильнее — обычно на 10–15 °C выше температуры окружающей среды.
- После чего хладагент охлаждается во внешнем радиаторе, принудительно обдуваясь вентилятором, и возвращается во внутренний блок.
- По пути ко внутреннему блоку фреон встречается с препятствием в виде капиллярной трубки — дросселя, который снижает давление хладагента и возвращает его из жидкого состояние в газообразное. В этот момент он резко охлаждается, а вместе с этим охлаждает и внутренний радиатор.
- Этот цикл повторяется бесконечно.
То есть, кондиционеры не производят холод или тепло, а просто перекачивают их из одного места в другое. При этом для работы системы требуется лишь электричество для питания компрессора и навесной электроники.
Кондиционер, используя условное количество электрической энергии, может передать в несколько раз больше тепловой энергии из помещения на улицу. Например, при мощности в 1 кВт он может выдавать 3-4 кВт тепла или холода.
На базе аналогичной технологии построены специальные системы отопления, который называют тепловыми насосами. По сути, это те же кондиционеры, которые работают ровно наоборот — перемещают тепло из внешней среды в помещение. Внешний радиатор может располагаться, например, в толще земли (геотермальный насос) или в водоеме (гидротепмальный).
Так ли важен КПД кондиционера?
Для кондиционеров и тепловых насосов КПД оценивают через понятие COP (Coefficient of Performance) — коэффициент производительности, который показывает, сколько тепла или холода насос или кондиционер могут передать на каждый киловатт потребленной энергии. В отличие от традиционного показателя КПД, который используется в другой технике и электронике, значение COP может быть выше единицы — у тепловых насосов он достигает значений 4 или 5 единиц.
Впрочем, знать КПД или COP бытового кондиционера — это лишнее, поскольку у современных моделей коэффициент производительности одинаково высок. При этом главная характеристика любой климатической системы — BTU. Это значение как раз указывает, насколько быстро кондиционер может охлаждать воздух без потери эффективности. Об этом рассказали подробнее в материале про выбор кондиционера для дома.
Еще полезное: