XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Техника кондиционирования воздуха
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
Человек издавна стремится обеспечить себя комфортом, вещами и предметами, которые доставляют удовольствие, удобство и уют. Одними из таких предметов комфорта является холодильное и климатическое оборудование. Я хочу посвятить свою работу кондиционерам. Несмотря на наш непростой уральский климат, мы все используем в своей жизни и в быту кондиционеры. Кондиционеры есть у нас дома. в офисах, в торговых центрах, в машинах, в самолетах и даже в лифтах. Они настолько повсеместно вошли в нашу жизнь, что, наверное, трудно представить современную жизнь без этой климатической системы. Но у меня возник вопрос, как получается холодный воздух и как устроена эта система охлаждения?
Также хочется узнать как и кто придумал кондиционеры? Есть ли польза от него для школьникам? А может он вреден? Именно этим вопросам я хочу посвятить свое исследование.
Цель моей работы рассказать о видах кондиционеров, их классификациях, для чего они нужны, чем полезны человечеству. Понять технологию кондиционирования и охлаждения воздуха, обнаружить интересные факты об этих предметах нашего быта
И на основании выводов донести до моих одноклассников информацию об этой климатической технике, посмотреть какое влияние оказывают кондиционеры на наш климат в мире. Также я хочу наглядно показать как работают системы охлаждения, как кондиционируется воздух и сделать самостоятельно простой кондиционер из доступных предметов, показав все этапы его изготовления.
Для достижения моей цели, я перед собой поставил следующие задачи:
- понять, что такое вообще кондиционер;
- узнать историю кондиционеров;
- разобраться в видах кондиционеров и классификации;
- рассказать об интересных функциях кондиционера и их плюсах
- провести анализ влияния кондиционеров на глобальное потепление
-обнаружить интересные факты о кондиционерах
-рассмотреть целесообразность применения кондиционеров в школьных классах
-исследовать влияние кондиционера на здоровье человека
- наглядно показать, как работает кондиционер
Методы исследования:
- изучение литературы и информации из интернета;
- обобщение и систематизация полученных знаний;
- создание простого механизма кондиционирования воздуха в домашних условиях.
2. Обзор литературы
2.1. История кондиционеров
Мало кто знает, что слово кондиционер впервые было произнесено вслух еще в 1815 году. Именно тогда француз Жанн Шабаннес получил британский патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях». Только в 1902 году американский инженер-изобретатель Уиллис Карриер собрал промышленную холодильную машину для типографии Бруклина в Нью-Йорке. Самое любопытное, что первый кондиционер предназначался для борьбы с влажностью, здорово ухудшавшей качество печати (Приложение А)
Правда, уже через год в местном театре г. Кельн(Германия) был установлен первый кондиционер.
Эти первые аппараты и стали предками современных систем центрального кондиционирования воздуха. (Приложение Б)
Предком всех современных сплит-систем и оконников может считаться первый комнатный кондиционер, выпущенный компанией General Electric еще в 1929 году. Поскольку в качестве хладагента в этом устройстве использовался аммиак, пары которого небезопасны для здоровья человека, компрессор и конденсатор кондиционера были вынесены на улицу. То есть, по своей сути, это устройство было самой настоящей сплит-системой!
Однако, начиная с 1931 года, когда был изобретен безопасный для человеческого организма хладагент — фреон и конструкторы собрали все узлы и агрегаты кондиционера в одном корпусе. Так появились первые оконные кондиционеры.
2.2. Кондиционер и его устройство
Кондиционер - устройство для поддержания оптимальных климатических условий в квартирах, домах, офисах, а также для очистки воздуха в помещении от нежелательных частиц. Предназначен для снижения температуры воздуха в помещении при жаре, или (что реже) – повышении температуры воздуха в холодное время года в помещении.
Кондиционер – это прибор бытового или промышленного предназначения, состоящий, как правило, из двух блоков – наружного блока кондиционера и внутреннего блока кондиционера.
При возможности подключения к одному наружному блоку нескольких внутренних блоков сплит-система называется мульти сплит-системой. (Приложение В)
Наружный и внутренний блоки кондиционера соединяются между собой медными трубками в теплоизоляции, кабелями питания и управления. От внутреннего блока кондиционера требуется отвод дренажа.
В работе любого кондиционера лежит свойство жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять при конденсации.
Чтобы понять, каким образом в кондиционере происходит этот процесс, рассмотрим его схему:
Важнейшими узлами любого кондиционера являются (Приложение Г )
-Компрессор — сжимает фреон и поддерживает его движение по холодильному контуру.
-Конденсатор — радиатор, расположенный во внешнем блоке кондиционера. Название отражает процесс, происходящий при работе кондиционера — переход фреона из газообразной фазы в жидкую (конденсация).
-Испаритель — радиатор, расположенный во внутреннем блоке кондиционера. В испарителе фреон переходит из жидкой фазы в газообразную (испарение).
-ТРВ -(терморегулирующий вентиль) — понижает давление фреона перед испарителем.
-Вентиляторы — создают поток воздуха, обдувающего испаритель и конденсатор. Используются в кондиционере для более интенсивного теплообмена с окружающим воздухом.
Компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель соединены медными трубами и образуют холодильный контур кондиционера, внутри которого циркулирует смесь фреона и небольшого количества масла.
В ходе работы кондиционера происходит следующее. На вход компрессора из испарителя поступает газообразный фреон под низким давлением. Компрессор сжимает фреон, в результате чего фреон нагревается, после чего поступает в конденсатор кондиционера.
Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, фреон остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую с выделением дополнительного тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор кондиционера, нагревается.
На выходе конденсатора кондиционера фреон находится в жидком состоянии, под высоким давлением. Из конденсатора кондиционера теплый фреон поступает в терморегулирующий вентиль. На выходе давление и температура фреона существенно понижаются, часть фреона при этом может испариться.
После ТРВ смесь жидкого и газообразного фреона с низким давлением поступает в испаритель кондиционера. В испарителе жидкий фреон переходит в газообразную фазу с поглощением тепла, соответственно, воздух, проходящий через испаритель кондиционера, остывает. Далее газообразный фреон с низким давлением поступает на вход компрессора и весь цикл повторяется.
Этот процесс лежит в основе работы любого кондиционера и не зависит от его типа, модели или производителя кондиционера (Приложение Д)
2.3. Кондиционер в школах
Система кондиционирования давно перестала быть роскошью и является неотъемлемой частью повседневной жизни. Контроль микроклимата осуществляется везде: от крупных промышленных комплексов до частных домов и квартир. Особенно тщательно подходят к вопросу подбора кондиционера в школах, детских садах и высших учебных заведениях. Долгое время ведутся споры о пользе и вреде системы кондиционирования для детского здоровья. Дети проводят большую часть времени в кабинете или аудитории. Поэтому комфорт для них очень важен.
Школы состоят из большого количества помещений различного назначения: классы, комнаты преподавателей, столовые, спортивный зал и раздевалки, санитарные помещения и мастерские. Все эти помещения имеют свои нормы воздухообмена. Несмотря на это, система кондиционирования в школах должна обеспечивать учащихся, преподавательский и обслуживающий персонал чистым и свежим воздухом, согласно действующим нормам. Правильно подобранный кондиционер для школы, детского сада или ВУЗа оказывает благотворное влияние на учебный процесс:
- Комфортный микроклимат в помещении.
- В прохладном помещении мозг работает продуктивнее, получаемая информация усваивается лучше. Если в классе жарко, организм переключается с учебного процесса на попытки охладить тело человека.
- Система кондиционирования помимо охлаждения может осуществлять обогрев помещений. Эта опция позволяет использовать кондиционер зимой.
- В классе, оборудованном охлаждающей установкой, можно проводить самые сложные занятия даже в очень жаркий сезон, что невозможно без кондиционера. (Приложение Е)
2.4. Влияние кондиционера на здоровье человека
Рассмотрим основные мифы и преимущества использования кондиционеров.
Миф №1 - Кондиционер становится причиной аллергии
Опасность аллергии появляется только в случае эксплуатации сплит-системы с загрязненными фильтрами. Чтобы этого избежать достаточно, следить за состоянием фильтров и проводить их своевременную очистку от пыли.
Миф №2 - Сухость кожи
Чтобы избежать неприятных ощущений, вызванных низким уровнем влажности, рекомендуем периодически проветривать помещение или приобрести увлажнитель воздуха.
Миф №3 - Кондиционер вызывает простуду и спазмы.
Чтобы избежать появления простуды достаточно избегать прямого воздействия холодного воздуха, а также правильно настраивать работу сплит-системы.
.Преимущество №1 - Гарантированная защита от обезвоживания
Преимущество №2 - Высокая продуктивность и хорошее самочувствие
Преимущество №3 - Надежная защита сердечно-сосудистой системы
Преимущество №4 - Защита от вирусов и бактерий
Таким образом современный кондиционер, несмотря на наличие определенных недостатков, обладает при этом весьма внушительным списком преимуществ, что без сомнения делает его приобретение оправданным.
2.5 Правила пользования кондиционером
Вся эта информация наводит на мысль, что кондиционер не вредит здоровью, а, совсем наоборот — он создаёт условия для поддержания здоровья человека.
Существуют определённые правила эксплуатации кондиционера. Эти правила распространяются на любое помещение и на любую климатическую технику.
-
В сильную жару нежелательно быстро понижать температуру в помещении. Это необходимо делать плавно — по 2-3 градуса спустя час работы кондиционера;
-
Температура в помещении должна быть меньше на 7-10°С, чем на улице.
-
Следует время от времени проветривать помещение, чтобы был приток свежего воздуха;
-
Поддерживайте оптимальный уровень влажности в помещении.
-
Регламентные и сервисные работы по обслуживанию кондиционеров должны обязательно проводиться в установленные сроки.
-
Рабочее место, кровать или обеденный стол не должны находиться в том месте, куда дует холодным воздухом кондиционер.
Если не придерживаться этих простых правил, действительно, могут возникнуть проблемы со здоровьем.
3. Создание простого кондиционера в домашних условиях
Я решил сделать с папой простейший кондиционер чтобы показать принцип работы кондиционера. Для этого я взял пластиковое ведро, гофрированную трубку, настольный комнатный вентилятор, пластиковую бутылку, сантехнические маленькие трубки. (Приложение Ж)
Если рассмотреть этот механизм точки зрения устройства кондиционера, то вентилятор это внешний блок кондиционера (поз 1 Приложение З) шнур от розетки –это кабель питания ( поз 2 Приложение З). Ведро со льдом и выходящими из него трубками – это внутренний блок кондиционера (поз 3 Приложение З). Пультом управления у нас служит кнопка питания на вентиляторе (поз 4 Приложение З) , при включении которой наш кондиционер начинает работать.
Для начала мы просверлили два отверстия в боковой части ведра диаметром равным диаметрам двух коротких трубок (Приложение И) и вставили эти трубки в стены ведра. (Приложение К) Это у нас выходные трубки нашего кондиционера, из которых будет подаваться прохладный воздух. В крышке ведра также просверлили отверстие (Приложение Л), диаметром, равным диаметром гофрированной трубки. По этой трубе воздух будет подаваться от нашего внешнего блока –вентилятора в ведро со льдом, в котором и будет происходить процесс охлаждения. Гофрированную трубу вставили в отверстие в крышке ведра. (Приложение М) От пятилитровой пластиковой бутылки отрезали верхнюю часть, в крышке которой просверлили отверстие и вставили вторую часть трубки. (Приложение Н). Таким образом мы с помощью гофрированной трубы соединили внешний и внутренний блоки нашего кондиционера. Сужающая верхняя часть бутылки служит в нашем случае для сбора воздуха от вентилятора и направления его во внутренний блок через трубки. Саму часть бутылки мы прикрепили к внешней части вентилятора, с помощью хомутов. (Приложение О). Так как в нашем случае у нас диаметр вентилятора гораздо больше диаметра пластиковой бутылки, то для того чтобы воздух нагоняемый вентилятором не уходил и поток был сильнее, мы открытую верхнюю часть вентиляторной решетки, заклеили скотчем. Теперь большая часть воздуха от вентилятора направлена в наш внутренний блок. Наш аппарат для кондиционирования готов. (Приложение П)
Перед запуском необходимо в ведро насыпать лед, который служит у нас в качестве охладителя воздуха, своеобразным «фреоном», как в обычном кондиционере. Процесс охлаждения происходит так: при включении кнопки пуск на вентиляторе, его лопасти при вращении подают поток воздуха по гофрированной трубке в ведро со льдом, там охлаждается и выходит по боковым трубкам из ведра уже охлажденным. В настоящем кондиционере образуется конденсат (капли воды) из-за испарения жидкости, которую выводят с помощью трубок-дренажей . Они от внутреннего блока кондиционера обычно выведены на улицу и из них капает вода при работе кондиционера. В нашем случае у нас нет дренажа,но если в дне ведра сделать маленькое отверстие и отвести узкую трубочку, по ней тоже будет бежать вода, от таящего от теплого воздуха льда. Для нас это тоже будет своеобразный дренаж, как в настоящем кондиционере. Таким образом на примере сборке простого механизма из бытовых вещей я показал работу настоящих кондиционеров.
4. Заключение
Исходя из проделанной мною работы, можно сделать следующие выводы:
-Кондиционер – это устройство, которое поддерживает необходимый для человека температурный режим, при этом очищает воздух от пыли и бактерий.
-Кондиционер может навредить здоровью только в случае, если им неправильно пользуются.
-При правильной эксплуатации кондиционер способствует сохранению здоровья человека.
5. Список литературы
1.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%
3.https://euroclimat.ru/presscenter/articles/88/
4.https://www.mosng.ru/articles/chto-takoe-konditsioner/
5.https://www.mosng.ru/articles/chto-takoe-konditsioner/
6.https://euroclimat.ru/presscenter/articles/88/
7.https://xn----8sbanfodaflf4adgde0b5gue.xn--p1ai/1-kondicioner
8.https://iclim.ru/articles/8_interesnykh_faktov_o_konditsionerakh/
9.https://kbtdv.ru/index.php?route=information/news/news&news_id=88
10.https://suvir-climate.ru/tpost/3hikl80xj1-interesnie-fakti-o-konditsionerah
11.https://dzen.ru/a/Y5BgpIHM3F3vbajd?utm_referer=www.google.com
12.https://stm-climat.ru/articles/konditsioner-printsip-raboty-i-voprosy-ekologii/
13.https://aqua-therm.ru/articles/articles_520.html
14.https://www.unep.org/ru/novosti-i-istorii/istoriya/kondicionery-sposobstvuyut-klimaticheskomu-krizisu-mozhet-li-pomoch
15.https://www.bola.ru/Article/kondicionery/poleznye-funkcii-sovremennogo-kondicionera
16.https://www.airventilation.ru/Kondicionirovanie-shkoly.htm
17.https://www.air-ventilation.ru/Konditsionirovanie-shkoly.htm
18.https://aux-air.ru/publications/articles/vliyanie-konditsionera-na-vashe-zdorove-i-samochuvstvie-polza-ili-vred/
ПриложениеА Американский инженер-изобретатель Уиллис Карриер Приложение Б предки современных систем центрального кондиционирования воздуха.
Приложение В Сплит- система
Приложение Г Схема строения кондиционера
Приложение Д Схема работы кондиционера
Приложение Е Охлаждающее оборудование в классе
Приложение Ж Предметы для создания кондиционера в домашних условиях
Приложение З Сборка кондиционера
П риложение И Первый шаг
П риложение К Второй шаг
П риложение Л Третий шаг
Приложение М Четвёртый шаг
Приложение Н
Приложение О
Приложение О Пятый шаг
П риложение П Шестой шаг