Климатическое и холодильное оборудование — оборудование, основанное на работе холодильных машин, предназначенное для автоматического поддержания температуры и иных параметров воздуха (относительной влажности, чистоты, скорости движения воздуха) в закрытых помещениях или термоизолированных камерах^{[источник не указан 4655 дней]}. Хотя холодильное и климатическое оборудование отличается по назначению и поддерживаемой температуре, такое оборудование имеет конструктивное сходство и единые принципы действия.

Климатическое оборудование поддерживает требуемые параметры для комфортного нахождения человека от небольших объёмов (например, салон автомобиля ) до огромных производственных, торговых и жилых площадей в десятки тысяч квадратных метров. Холодильное оборудование поддерживает требуемые параметры для продолжительного хранения продуктов питания и иных целей. Холодильные камеры имеют размер от сумки-холодильника до рефрижераторных судов и специальных помещений. Из-за различия в охлаждаемых объёмах климатическое оборудование с производительностью по холоду менее 500 Ватт серийно не производится, в то время как холодильное оборудование может иметь производительность по холоду менее 10 Вт.

Существует оборудование занимающее промежуточное положение между холодильным и климатическим — специальные кондиционеры для винных погребов. Они поддерживают температуру до +5 °С и имеют встроенную систему оттаивания внутреннего блока, как в холодильниках^{[источник не указан 4574 дня]}.

Теоретической основой, на которой построен принцип работы холодильников, является второе начало термодинамики. Охлаждающий газ в холодильниках совершает так называемый обратный цикл Ренкина - разновидность обратного цикла Карно. При этом основная передача тепла основана не на сжатии или расширении цикла Карно, а на фазовых переходах — испарении и конденсации. Холодильное и климатическое оборудование компрессионного типа действия небольшой мощности имеет сходное устройство:

• Компрессор, создающий необходимую разность давлений за счёт совершения работы над хладагентом (адиабатическое сжатие, в идеальном случае - изоэнтропное);
• Испаритель, забирающий тепло из внутреннего объёма холодильника. Изобарный нагрев хладагента до температуры насыщения и перегрев насыщенного пара;
• Конденсатор, отдающий тепло в окружающую среду. Изобарное охлаждение хладагента ниже температуры насыщения до состояния жидкости, недогретой до кипения;
• Дросселирующее устройство, поддерживающее разность давлений за счёт дросселирования хладагента. Дросселирование - необратимый адиабатный процесс, протекающий без совершения работы, энтальпии до и за дросселем у хладагента равны между собой, энтропия при этом возрастает;
• Хладагент — вещество, переносящее тепло от испарителя к конденсатору.

Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, адиабатно сжимает его (при этом температура хладагента повышается) и выталкивает в конденсатор. Для смазки компрессора применяют специальные рефрижераторные масла. Стоит отметить, что масло и хладагенты R-22, R-12 хорошо растворяются друг в друге. Более поздние хладагенты (R-407C, R-410A и т. д.) не растворяют масла и для смазки компрессора используют полиэфирные масла. Полиэфирные масла крайне гигроскопичны, вступают в химическую реакцию с водой и разлагаются.

В конденсаторе нагретый в результате сжатия хладагент изобарно охлаждается, отдавая тепло во внешнюю среду, и при этом конденсируется и охлаждается ниже температуры насыщения (кипения) при данном давлении, то есть превращается в жидкость, поступающую в дросселирующее устройство (терморегулирующий вентиль).

Жидкий хладагент под давлением поступает через дросселирующее устройство (капилляр или терморегулируемый расширительный вентиль) в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит кипение жидкости, хладагент нагревается выше температуры насыщения. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение.

Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая тепло.

Терморегулируемый расширительный вентиль необходим для создания необходимой разности давлений между конденсатором и испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. Он позволяет правильно (наиболее полно) заполнять внутренний объём испарителя вскипевшим хладагентом. Пропускное сечение ТРВ изменяется по мере снижения тепловой нагрузки на испаритель, при понижении температуры в камере количество циркулирующего хладагента уменьшается.

В бытовых холодильниках и кондиционерах чаще всего вместо ТРВ используется капилляр. Он не меняет своё сечение, а дросселирует определённое количество хладагента, зависящее от давления на входе и выходе капилляра, его диаметра, длины и типа хладагента.

Большое значение имеет чистота хладагента: вода и примеси могут засорить капилляр или повредить компрессор. Примеси могут образовываться в результате коррозии внутренних стенок трубопроводов холодильника, а влага может попасть при заправке системы. Поэтому при заправке тщательно соблюдается герметичность, перед заправкой контур вакуумируется.

Обычно также присутствует теплообменник (переохладитель), выравнивающий температуру на выходе из конденсатора и из испарителя. В результате к дросселю поступает уже охлаждённый хладагент, имеющий температуру, значительно ниже температуры насыщения перед дросселем, который затем ещё сильнее охлаждается в испарителе, в то время как хладагент, поступивший из испарителя подогревается, прежде чем поступить в компрессор и конденсатор, и поступает в компрессор в виде перегретого пара (его температура выше температуры насыщения). Это позволяет увеличить производительность холодильной установки, а также предотвратить попадание жидкого хладагента в компрессор.

Так как основная передача тепла основана не на цикле Карно, а на фазовых переходах — испарении и конденсации, график цикла в координатах P и V (диаграмма Эндрюса) не является информативным.

1. В тепловом двигателе процессы происходят циклично, а холодильных установках — непрерывно, без разграничения циклов. Хотя кипение хладагента в испарителе приводит к многократному увеличению объёма рабочего тела, из-за непрерывной работы компрессора давление остается постоянным. Давление в конденсаторе также постоянно и определяется установившейся температурой. Если по каким-либо причинам давление в конденсаторе начнет меняться, то изменится физическое свойство газа — температура конденсации. Температура не меняется, значит давление постоянно. Таким образом, в парокомпрессионном холодильном цикле выделяют два постоянных давления: высокое (в конденсаторе) и низкое (в испарителе).
2. Парокомпрессионный холодильный цикл является обратным циклом Ренкина — механическая энергия используется для переноса тепловой. В отличие от теплового двигателя, необходимо оценить не полученную механическую энергию, а перенесенный объем тепла.
3. Теплообмен между рабочим телом и окружающей средой происходит при установившихся по времени и постоянных по площади радиаторов температурах — кипения или конденсации.
4. Объём хладагента при конденсации и кипении изменяется в десятки раз из-за смены агрегатных состояний вещества. Для холодильного цикла на координатах P и V необходимо использовать логарифмическую шкалу.

Поэтому парокомпрессионный холодильный цикл удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия). В основе работы холодильника лежит обратный цикл Ренкина.

• Линия, напоминающая параболу — диаграмма термодинамических свойств хладагента. Вершина этого купола — критическая точка, при которой конденсация жидкости невозможна.
• Линия сжатия 2-1 (адиабата). Адиабатное сжатие газа компрессором. При сжатии повышаются давление и температура газа.
• Линия перегрева газа 1-6 (изобара). Перегрев необходим, чтобы образование жидкой фазы происходило в конденсаторе, а не в компрессоре. Перегретый газ поступает в конденсатор.
• Линия конденсации 6-5 (изобара). В конденсаторе газ превращается в жидкость. При конденсации отводится тепловая энергия.
• Линия дросселирования 5-4 (необратимая адиабата, начальная и конечная энтальпии равны). Жидкий хладагент дросселируется в испаритель через терморегулирующий вентиль, работающий на основе эффекта Джоуля — Томсона.
• Линия конденсации 4-3 (изобарно-изотермическая, поскольку тут хладагент находится в состоянии насыщения).
• Линия кипения 3-2 (изобарно-изотермическая). За счет низкого давления хладагент вскипает в испарителе, переходит в газообразное состояние, поглощая при этом тепловую энергию. В этом процессе хладагент также находится в состоянии насыщения.

Площадь прямоугольника под отрезком 5-6 до оси S (интеграл функции по линии температуры испарителя 1-2) характеризует холодопроизводительность. Площадь всей фигуры 1-2-3-4-5-6 плюс интеграл по линии 4-5 характеризует затрачиваемую компрессором работу.^[1]

Хладагент вещество, которое переносит тепло от испарителя к конденсатору. Для повышения КПД, климатическое и холодильное оборудование проектируют таким образом, чтобы температура хладагента в состоянии газа незначительно отличалась от температуры кипения. Отличие температуры газа на выходе из испарителя от температуры кипения называют перегревом. Аналогично, в зоне высокого давления отличие температуры жидкости на выходе из конденсатора от температуры конденсации называют переохлаждением. Значение перегрева и переохлаждения, как правило, должно находиться в интервале от 3 до 7°C. Для каждого хладагента существует шкала, устанавливающая однозначное соответствие между давлением и температурой кипения и конденсации хладагента. Температура кипения в холодильных системах значительно ниже (до −18 °С) чем в климатических системах (от +2 до +5 °С). Фреон климатического оборудования должен быть негорючим, так как при утечке хладагент мог бы спровоцировать объемный взрыв в помещении или в системе вентиляции. Соответственно, некоторые фреоны применяются только в холодильных системах (R600) или только в климатическом оборудовании (R410A), большая группа фреонов применяют как в холодильном, так и в климатическом оборудовании (R22).

Компрессор обеспечивает необходимую разность давлений между двумя частями системы: конденсатором (зона высокого давления) и испарителем (зона низкого давления). Если сравнивать холодильное и климатическое оборудование на одном типе хладагента, можно отметить сходные параметры зоны высокого давления, но на входе в компрессор давление фреона в холодильном оборудовании будет ниже, чем в климатическом.

Конденсатор передает тепло от хладагента в окружающее пространство. Хладагент охлаждается в конденсаторе и кондесируется в жидкость. Климатическое оборудование может передавать тепло как из охлаждаемого помещения при охлаждении, так внутрь помещения при обогреве. В качестве конденсатора может выступать как внутренний, так и внешний блок сплит-системы. Максимальная температура конденсатора ограничивается параметрами критической точки хладагента.

Терморегулирующий вентиль обеспечивает требуемое значение давления (а, значит, и температуры) в испарителе, дросселируя подачу жидкого фреона в зависимости от температуры на выходе испарителя. В оборудовании небольшой мощности (до 10 кВт), применяют капиллярную трубку.

Испаритель передает тепло из окружающего пространства хладагенту. Из-за низкого давления хладагент закипает в испарителе при низкой температуре. В холодильном оборудовании температура испарителя может быть ниже 0 °C, и он покрывается инеем, что ухудшает теплообмен. Это компенсируется увеличением площади теплообмена морозильных камер. Очистка от инея (оттаивание) осуществляется периодической процедурой "размораживания" (выключения). В No-Frost холодильниках может применяется «плачущий» испаритель, температура которого всегда выше 0 °С. В климатическом оборудовании для увеличения скорости охлаждения помещения через испаритель необходимо пропустить наибольшее количество воздуха. В сплит-системах для этого применяют тангенциальный вентилятор.

Система отвода конденсата воды В климатическом и холодильном оборудовании температура испарителя хотя и может быть выше 0 °С, но всё же она обычно ниже точки образования росы, и на нём образуется конденсат. Отвод воды от испарителя в зависимости от вида оборудования производится по-разному. В холодильниках с «плачущим» испарителем вода по жёлобу в задней части стенке попадает в специальную пластмассовую или металлическую чашу на компрессоре и испаряется. В сплит-системах вода по трубке под наклоном выводится на улицу. В промышленных системах кондиционирования при помощи системы дренажных помп вода централизованно отводится в канализацию.

• Цикл Ренкина
• Углекислотная установка

• Котзаогланиан П. Пособие для ремонтника: Справочное руководство по монтажу, эксплуатации, обслуживанию и ремонту современного оборудования холодильных установок и систем кондиционирования. — М., Эдем, 2007. Стр. 832.
• Холодильные машины: Учебник для студентов вузов специальности «Техника и физика низких температур» / А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского. — СПб.: Политехника, 1997 г. — 992 с.

Климатическое и холодильное оборудование
Физические принципы работы	Парокомпрессионный холодильный цикл Холодильник Эйнштейна Элемент Пельтье Термоакустический холодильник Вихревой эффект Ранка — Хильша Пароэжекторные холодильные машины Испарительные охладители Фригаторные установки Дросселирование Эвтектика
Термины	Холодильная установка Кондиционирование воздуха HVAC Тепловой режим здания Относительная влажность БТЕ Температурный напор Температурный глайд Точка росы Влажность АХУ
Виды холодильного оборудования	Холодильник Рефрижератор (вагон, судно, автомобиль, контейнер) Рефрижератор растворения Лёдогенератор Сумка-холодильник
Виды СКВ	Кондиционер Испарительный охладитель Система чиллер-фанкойл Осушитель воздуха Тепловой насос Динамическое отопление Инверторный кондиционер Системы с изменяемым расходом хладагента VRF VRV
Типы оборудования	Автомобильный кондиционер Оконный кондиционер Сплит-система Мульти-сплит-система Мобильный кондиционер Рефрижераторное судно Воздухообрабатывающая установка Рефрижераторный вагон Рефрижераторный контейнер Мини-бар Ларь Танк-охладитель Кулер (аппарат) Климатическая камера
Чиллеры	Компрессионный чиллер Абсорбционный чиллер
Типы внутренних блоков СКВ	Канальный Кассетный Настенный Потолочный Колонный
Хладагенты	R-717 (Аммиак) R-40 (Метилхлорид) R-600a (Изобутан) R-11 R-12 R-134a R-22 R-407C R-410A Перечень хладагентов
Составляющие	Холодильный агрегат Холодильный компрессор Поршневой компрессор Винтовой компрессор Фильтр-осушитель
Магистрали переноса тепловой энергии	Жидкостное охлаждение Этиленгликоль Технология перекачиваемого льда
Близкие категории	Вентиляция Термодинамика