Кондиционирование воздуха

"Кондиционирование воздуха - процесс обработки воздуха и автоматическая поддержка температуры, влажности, чистоты и скорости надува в закрытом помещении или в помещениях частично независимых от наружных метеорологических условий и имеющих переменную влажность и выделение тепла." В более широком смысле этот термин может относится к отоплению, вентиляции и к качеству воздуха в помещении.

Цель кондиционирования воздуха:

• обеспечить приемлимую влажность на протяжении всего года;
• постоянно доставлять достаточное количество свежего воздуха;
• очищать воздух от вредных примесей, например, от микроорганизмов, вредных газов, пыли и др.;
• охлаждать или нагревать воздух в помещении в зависимости от времени года.
Кондиционер воздуха, это установка или система установок, с помощью которых можно поддерживать необходимый микроклимат в помещениях.

История

Понятие "охлаждение здания" появилось ещё в древнем Риме, где вода из аквидуков циркулировала между стен зданий, чтобы охлаждать эти здания. Такой метод использования воды был очень дорог и только богатые люди могли себе позволить эту роскошь.
Во 2 веке нашей эры китайский изобретатель Динг Хуан, из династии Хуан, изобрёл вентилятор диаметром 3 метора, который приводился в движение мануально. В 747. году, император Хуанзонг (712-762) из династии Танг построил в своём дворце "холодный залл", в котором были вентиляторы приводимые в движение водой.
В 1820. году, британский учёный и изобретатель Майкл Фарадей (Michael Faradey) открыл, что, при сжатии и сжиживании аммиака (NH₃), появляется возможность охлаждения воздуха при испарении жидкого аммиака. В 1842. году, американский физик Джон Горри (John Gorrie) применил компрессорную технологию для изготовления льда, который дальше применялся для охлаждения воздуха в помещениях его больницы во Флориде. Джон Горри расчитывал использовать свой аппарат по изготовлению льда для регулирования температуры воздуха в помещениях здания. Он также начал задумываться о централизованном кондиционировании воздуха, для охлаждения целых городов. К сожалению, его установка по изготовлению льда работала не регулярно. Не смотря на то, что, в 1851. году, Джону Горри был присвоен патент на изобретение, денег на усовершенствование своей установки он не получил. Джон Горри умер в 1855. году в нищете и его идея о кондиционировании воздуха пропала на 50 лет.
1902. год можно назвать началом эры современного кондиционирования воздуха. Виллис Карриер (Willis Carrier) впервые использовал закрытую систему кондиционирования воздуха, с закрытым циклом охлаждения, для того, чтобы улучшить процесс производства и обработки материалов в типографии. Его изобретение не контролировало не только температуру воздуха но и влажность в помещениях. Позже была образована компания, которая занималась кондиционированием воздуха Carrier (США). Она была создана для удовлетворения возрастающего спроса на кондиционеры. Со временем системы кондиционирования начали устанавливать в общественных и комерческих зданиях и их продажи возросли в пятидесятые годы.
В 1906. году Стюарт Крамер (Stuart Cramer) исследовал способы увлажнения воздуха на своей текстильной фабрике. Он также ввёл в обиход термин "кондиционирование воздуха", который впоследствии в названии своей компании использовал Карриер.
В первых кондиционерах, как компоненты охлаждения использовались токсичные и легко воспламеняющиеся газы, например, аммиак и метилхлорид. В 1928. году Томас Мидглей (Thomas Midgley) создал первый газ для кондиционеров - фреон. Данный газ был намного безопаснее для здоровья людей, но как позже выяснилось, разрушителен для озонового слоя атмосферы земли. Фреон является торговой маркой Dupont для любых хлорфторуглеродов (ХФУ) и других хладагентов. Каждое название содержит в себе число, которое указывает на молекулярную массу газа (R-11, R-12, R-22, R134A). Чаще всего в для охлаждения зданий применяется хладагент R-22. Но этот газ необходимо исключить из использования в новых установках до 2010. года и полностью перестать использовать до 2020. года. Как альтернатива для простых хладагентов предлагается R-744. Сейчас происходит переход на безопасные для среды хладагенты, например, сейчас очень популярными являются фреоны с очень низким уровнем загрязнения среды - R407C, R410A, R134A, также максимально снижена возможность утечки газа в окружающую среду. Иновации в области кондиционирования воздуха продолжаются с упором на энергоэффективность и улучшение климата в помещениях.
Сейчас в Латвии в основном используются кондиционеры извекстных мировых производителей, такие как: TRANE, Carrier, York, Mitsubishi Heavy, Daikin и др.

Принцип работы

Как известно из курса физики, во время испарения, любая жидкость абсорбирует тепло. И наоборот, тепло выделяется при конденсации пара. Именно этот принцип используется в кондиционерах.
Кондиционер состоит из закрытого, герметичного контура в котором циркулирует специальное вещество - хладагент. Обен теплом между хладагентом и воздухом происходит в теплообменнике. Чтобы процесс теплообмена проходил быстрее, воздух через теплообменник прогоняет вентилятор. В зависимости от процесса происходящего в теплообменнике, теплообменник называют испарителем, или конденсатором. Когда кондиционер работает в режиме охлаждения, роль испарителя исполняет внутренний теплообменник (находящийся внутри), а роль конденсатора - наружный теплообменник (находящийся снаружи). В свою очередь, когда кондиционер работает в отопительном режиме - теплообменники меняются местами. Холод не производится, но происходит перенос перенос тепла с помощью хладагента из одного места в другое. Благодаря этому принципу, появился термин "тепловой насос". По этой же причине, кондиционер может "производить" тепло или холод приблизительно в 3 раза больше, чем потребляет электроэнергии.

Переходная темература фазы (при испарении или конденсации жидкости) зависит от давления, при котором происходит процесс. Существует связь - чем больше давление, тем больше температура перехода фазы. В свою очередь, для того чтобы хладагент испарял и абсорбировал тепло из окружающего воздуха, в теплообменнике необходимо создать такое давление, при котором переходная температура фазы ниже температуры окружающей среды. И наоборот, парообразный хладагент будет отдавать тепло воздуху, превращаясь в жидкость, если создать давление при котором переходная температура фазы будет выше температуры окружающего воздуха.

 

Типичная установка кондиционирования воздуха

В контур необходимо включить ещё 2 элемента. Это компрессор, который поднимает давление до давления конденсации и дроссельный клапан, который понижает давление до давления испарения.
В любом кондиционере есть главные составляющие:
1. закрытый контур, по которому циркулирует хладагент;
2. наружный теплообменник (конденсатор);
3. внутренний теплообменник (испаритель);
4. компрессор;
5. дроссельный клапан.
Для того, чтобы кондиционер мог работать не только в режиме охлаждения, но и в режиме отопления, на нём необходимо установить специальный клапан. Его задача преобразовывать испаритель в конденсатор и наоборот. Такие кондиционеры называют кондиционерами реверсивного цикла, которые могут переносить тепло, как из помещения на улицу, так и наоборот.

Приминение кондиционирования воздуха

Воздушные кондиционеры в Гонконге

Различают две системы кондиционирования воздуха:
• комфортные системы кондиционирования воздуха;
• технологические системы кондиционирования воздуха.
Задача комфортных систем кондиционирования воздуха - создание комфортабельных условий труда и отдыха для людей.
Комфортные системы кондиционирования воздуха можно разделить по типам зданий которые они обслуживают:
• Частные дома;
• Небоскрёбы;
• Коммерческие здания, например, офисы, рестораны, торговые центры и др.;
• Общественные здания - больницы, правительственные здания, школы и др.;
• Производственные здания, в которых предусмотрено обеспечение комфорта для персонала.
Главная задача технологических систем кондиционирования воздуха - обеспечение условий производственного процесса, или для хранения продукции при необходимых температурных режимах.
Технологические системы кондиционирования воздуха делятся по типу помещений которые они обслуживают:
• Операционные залы. Воздух фильтруется, чтобы избежать риска инфецирования пациентов. В основном температура поддерживается в комфортном режиме, но при некоторых операциях ей поддерживают на более низком уровне, например при операциях на сердце (около 18°C).
• Лаборатории;
• Кондиционирование воздуха в самолётах. Задача этих кондиционеров заключается не только в поддержании микроклимата в самолёте но и в охлаждении агрегатов и установок.

Влияние кондиционирования воздуха на здоровье

Неэффективная система кондиционирования воздуха часто приводит к росту и распространению различных микроорганизмов. Самое опасное, что может получить человек использующий кондиционер - заражение бактериями Легионеллы (Legionella pneumophila), которые вызывают заболевание лёгочной инфекцией. Но при правильной эксплуатации системы кондиционирования воздуха, этих рисков можно избежать. Очень важно содержать в чистоте все кондиционируемые помещения, особенно операционные залы. Кондиционированный воздух позитивно влияет на здоровье больных астмой.
Системы кондиционирования воздуха производящие шум при работе могут привести к ухудшению слуха. Воздушные кондиционеры нового поколения работают намного тише кондиционеров предидущего поколения.