«У меня кондиционер всю зиму работает. Воздух сушит, и окна не запотевают, а значит не обмерзают» – рассказывал нам недавно один из коллег. Мы вежливо слушали, понимая, что на самом деле эти утверждения верны лишь отчасти.
На просторах интернета часто встречаются обсуждения вопроса – нужно ли включать кондиционер зимой? Для того, чтобы разобраться в этой теме, не нужны специальные научные исследования – достаточно школьных знаний по физике за девятый класс.
Суть проблемы.
На улице похолодало, а в машине тепло, что создаёт условия, при которых на окнах конденсируется влага. Короче, ни черта не видно! Включаем кондиционер, и через некоторое время пелена рассеивается. Это написано в инструкции по эксплуатации, и это работает. Но дело в том, что так происходит только при положительных температурах за бортом. А зимой, когда на улице мороз, процессы развиваются по совершенно другому сценарию, и кондиционер нам помочь не в силах. Тут нужно вспомнить школьный курс физики, точнее, зависимость температуры кипения жидкости от давления, понятие относительной влажности и её количественное отношение к температуре. Вы спросите, но при чём здесь кондиционер? Давайте разбираться по порядку.
Факт первый.
Когда мы говорим об относительной влажности, то подразумеваем некоторое количество водяного пара взвешенного в воздухе. Если вы считаете, что влажность 50-60-70% означает, что воздух состоит из этого количества воды, то это не так. В воздухе всегда растворено какое-то количество воды, а процент означает сколько ещё влаги он способен вместить при определённых температурных условиях. Стопроцентная влажность показывает предельное насыщение воздуха паром, на грани конденсирования – выпадения в виде дождя.
Факт второй.
Количество влаги, которое может быть растворено в воздухе, напрямую зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше водяного пара способен вместить воздух. Как следствие, если воздух охладить, он перестанет вмещать влагу и какая-то её часть выпадет в виде осадков или конденсата. Пример этого явления – появление утренней росы.
Факт третий.
При испарении жидкость охлаждается, и чем интенсивней она это делает, тем сильнее происходит охлаждение.
Факт четвёртый.
Температура кипения жидкости зависит от давления. Известно, что температура кипения воды составляет сто градусов, но если давление уменьшить, например, в условиях высокогорья, где давление ниже, то кипение станет возможным уже при восьмидесяти. Если жидкость поместить в замкнутый контур (резервуар) и поднять в нём давление, то температура кипения может составлять 130, 150 градусов, и даже выше.
Принцип работы кондиционера.
Принципиальная схема кондиционера предельно проста и представляет собой два радиатора (конденсор и испаритель), соединённых в замкнутый контур. Внутри находится газ-хладагент (например, фреон), а перед радиатором-конденсором установлен компрессор, создающий давление, например, 20 bar. Чтобы замкнутая система превратилась в кондиционер, перед вторым радиатором (испарителем) установлен дроссель (по сути, небольшой клапан), поддерживающий более высокое давление в ветви конденсора. Компрессор нагнетает газообразный хладагент в конденсор – тот самый радиатор, что стоит за передней решёткой автомобиля. При таком давлении температура кипения хладагента составляет около 70 градусов, что значительно выше температуры на улице. Набегающий поток воздуха, проходя через радиатор, охлаждает его, заставляя газ конденсироваться, и превращает его в жидкость.
Пройдя затем через подпирающий дроссель, сжиженный газ попадает во вторую половину системы, где давление ниже на порядок – около 2 bar. Температура кипения при таком давлении составляет уже 0 градусов Цельсия, сжиженный газ интенсивно испаряется, и очень сильно охлаждается. Вы наверняка замечали под капотом эту трубку с дросселем. Она одета в серую термоизоляцию, но всё равно часто покрыта льдом.
Продолжая испаряться, хладагент поступает во второй радиатор – испаритель. Он расположен в той части климатической системы, через которую прокачивается воздух в салон. Цель достигнута – температура в салоне заметно понижается, а ставший газообразным, хладагент из испарителя снова попадает в компрессор и цикл повторяется. Но кроме охлаждения, забираемый с улицы воздух ещё и осушается. Содержащаяся в нём влага конденсируется на холодном радиаторе – испарителе. Иногда её так много, что через дренажную трубку стекает небольшой ручеёк, и под машиной образуется лужа конденсата. Это совершенно нормальный признак правильной работы кондиционера.
Сезонные метаморфозы.
Но всё, о чём мы сейчас говорили, происходит при положительной температуре за бортом, в осенне-весенний период, когда возникает необходимость удалить влагу с окон автомобиля. В мороз дополнительное охлаждение забортного воздуха становится не нужным, и единственное, что остаётся задействованным в климатической системе, это радиатор отопителя. Да и сам морозный воздух содержит минимальное количество влаги – она уже самостоятельно сконденсировалась и осела на улице в виде морозного инея или красивых игл-наростов на растениях. Воздух теперь надо только лишь нагреть в радиаторе отопления.
А можно ли сделать наоборот, сначала нагреть воздух, а потом осушить? Можно, но при такой схеме влажность практически не изменится, а значит осушение будет неэффективным (см. Факт второй).
Зима – время сказок.
Как мы говорили выше, тёплый забортный воздух проходя через испаритель увеличивает интенсивность испарения хладагента. С наступлением морозов картина работы кондиционера принципиально меняется, потому что холодный морозный воздух этому не способствует, в результате чего хладагент не успевает полностью испариться, и в сжиженном виде может попасть в компрессор, что для него верная смерть. Конструкция любого компрессора такова, что на вход всегда должна подаваться газообразная среда. Системы кондиционирования созданы с учётом этого. В современных автомобилях климатическая установка оснащена множеством датчиков, следящих за параметрами хладагента и не допускающих гидроударов. Эти датчики просто-напросто отключат компрессор за ненадобностью – поступающий в салон воздух и так основательно заморожен. Многие владельцы автомобилей утверждают, что они пользуются кондиционером и в минус 10, 20, 40, и всё у них отлично работает. Но как мы уже выяснили, зимой кондиционер работать не будет – против этого и законы физики и электроника. Но как же тогда работает климатическая система?
Блок управления климатом, оценив температуру на улице, частично или полностью исключит из работы ту часть системы, которая отвечает за охлаждение. То есть, по сути, кондиционер работать не будет. А воздух, проходя через отопитель, нагреется, расширится и у него появится возможность не только растапливать наледь на стеклах, но и адсорбировать (впитывать) высвободившуюся влагу. И ваши стёкла быстро очистятся от наледи.
Что в итоге.
Если зимой на приборной панели автомобиля у вас горит лампочка A/C, то есть включённого кондиционера, это вовсе не означает, что кондиционер действительно работает и система охлаждает воздух. Индикатор – лишь свидетельство того, что дана команда на возможное включение. Так и произойдёт, если вы с мороза заедете в отапливаемый паркинг – система мгновенно распознает изменение условий, и компрессор запустится. Но стоит вам выехать на мороз, как автоматика тут же переключит работу на зимние условия, и в вашей климатической системе останется задействован только отопитель. Да, в инструкции для подавляющего большинства автомобилей написано, что в течение зимы кондиционер нужно включать, но большинство автопроизводителей под зимой подразумевает околонулевую погоду, а не морозы под тридцать градусов. Конечно, зимой нужно давать кондиционеру размяться, но произойти это может в тёплых паркингах, в сервисе или на мойке, а в минус двадцать делать это бесполезно.
