Κλιματισμός

Κλιματισμός

Κλιματισμός ονομάζεται η ρύθμιση της θερμοκρασίας, της υγρασίας, της κίνησης και της καθαρότητας του αέρα ενός χώρου, ο οποίος ονομάζεται κλιματιζόμενος.

Βασικές λειτουργίες

Οι βασικές λειτουργίες που επιτελούνται σε ένα σύστημα κλιματισμού είναι:

• Θέρμανση: είναι η διεργασία πρόσθεσης θερμικής ενέργειας (θερμότητας) στον αέρα του κλιματιζόμενου χώρου με σκοπό την άνοδο της θερμοκρασίας ή τη διατήρηση της θερμοκρασίας σε ορισμένα όρια (βλ. θερμοστάτης).
• Ψύξη: είναι η διεργασία αφαίρεσης θερμικής ενέργειας (θερμότητας) από τον αέρα του κλιματιζόμενου χώρου με σκοπό την πτώση της θερμοκρασίας ή τη διατήρηση της θερμοκρασίας σε ορισμένα όρια (βλ. θερμοστάτης).
• Ύγρανση: είναι η διεργασία πρόσθεσης νερού (υγρασίας) στον αέρα του κλιματιζόμενου χώρου με σκοπό την άνοδο της σχετικής υγρασίας ή τη διατήρησή της σε ορισμένα όρια.
• Αφύγρανση: είναι η διεργασία αφαίρεσης νερού (υγρασίας) από τον αέρα του κλιματιζόμενου χώρου με σκοπό την πτώση της σχετικής υγρασίας ή τη διατήρησή της σε ορισμένα όρια.
• Ανανέωση του αέρα: είναι η διεργασία λήψης εξωτερικού αέρα και απόρριψης αέρα από τους χώρους του κτιρίου, με σκοπό την αραίωση των αέριων προσμίξεων του αέρα και την εξασφάλιση της απαραίτητης ποιότητας του εσωτερικού αέρα.
• Καθαρισμός του αέρα: είναι η διεργασία αφαίρεσης των σωματιδιακών και βιολογικών προσμίξεων του αέρα με σκοπό τη βελτίωση και τη διατήρηση της ποιότητας του εσωτερικού αέρα.

Ευρύτερη έννοια

Σε μια ευρύτερη έννοια, ο όρος μπορεί να αναφέρεται σε οποιαδήποτε μορφή της ψύξης, θέρμανσης, εξαερισμού ή απολύμανσης που τροποποιεί την κατάσταση του αέρα. Σύστημα κλιματισμού είναι μια συσκευή, σύστημα ή μηχανισμός που σταθεροποιηθεί τη θερμοκρασία του αέρα και την υγρασία εντός της περιοχής που χρησιμοποιείται για την ψύξη, καθώς και τη θέρμανση ανάλογα με τις ιδιότητες του αέρα σε μια δεδομένη χρονική στιγμή, συνήθως με τη χρήση του κύκλου ψύξης αλλά μερικές φορές με τη χρήση της εξάτμισης, πλέον κοινώς άνεση για την ψύξη των κτιρίων και αυτοκινήτων οχημάτων.

Η έννοια του κλιματισμού είναι γνωστό ότι έχει εφαρμοστεί στην Αρχαία Ρώμη, όπου νερό υδραγωγείου, διανεμήθηκε στους τοίχους ορισμένων σπιτιών για να κρυώσουν. Παρόμοιες τεχνικές στην μεσαιωνική Περσία εμπλέκονται με τη χρήση των δεξαμενών και πύργων του ανέμου για την ψύξη των κτιρίων κατά τη διάρκεια της θερμής περιόδου. Ο σύγχρονος κλιματισμός προέκυψε από τις προόδους στη χημεία κατά τη διάρκεια του 19ου αιώνα, και η πρώτη μεγάλης κλίμακας ηλεκτρικού κλιματισμού επινοήθηκε το 1902 και χρησιμοποιείται από Willis Haviland Carrier.

Ιστορικό

Παρόλο που η μεταφορά θερμότητας μέσω μηχανημάτων για την παροχή κλιματισμού είναι μια σχετικά σύγχρονη εφεύρεση, η ψύξη των κτιρίων δεν είναι. Οι ευκατάστατοι αρχαίοι Ρωμαίοι διοχέτευαν νερό υδραγωγείου μέσα στους τοίχους για να ψύχουν τα πολυτελή τους σπίτια.

Το 2ο αιώνα ο Κινέζος εφευρέτης Ding Huan της Δυναστείας Han επινόησε ένα περιστρεφόμενο ανεμιστήρα για κλιματισμό, με επτά χειροκίνητους τροχούς 3 μέτρων σε διάμετρο. Το 747, ο αυτοκράτορας Xuanzong της δυναστείας Tang (618-907) είχε χτίσει στο αυτοκρατορικό ανάκτορο την Αίθουσα Δροσιάς (Liang Tian), την οποία το Tang Yulin περιγράφει ως έχουσα για κλιματισμό ανεμιστήρες τροχούς τροφοδοτούμενος με νερό, καθώς και ρεύματα πιδάκων νερού από σιντριβάνια. Κατά τη διάρκεια της μετέπειτα δυναστείας Song (960-1279), οι γραπτές πηγές ανέφεραν τον περιστρεφόμενο ανεμιστήρα κλιματισμού ως ακόμη πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο.

Η μεσαιωνική Περσία είχε κτίρια που χρησιμοποιούσαν στέρνες και αιολικούς πύργους για την ψύξη των κτιρίων κατά τη διάρκεια της θερμής περιόδου: οι στέρνες ήταν μεγάλες ανοικτές (όχι υπόγειες) δεξαμενές σε κεντρικές αυλές, που συνέλεγαν βρόχινο νερό. Οι αιολικοί πύργοι είχαν παράθυρα που μπορούσαν να αλιεύσουν τον άνεμο και εσωτερικά πτερύγια που κατεύθυναν τη ροή αέρα προς τα κάτω, στο εσωτερικό του κτιρίου, συνήθως πάνω από την στέρνα και μέσω ενός κατάντη πύργου ψύξης. Το νερό της στέρνας εξατμιζόταν ψύχοντας τον αέρα μέσα στο κτίριο.

Οι εξαεριστήρες επινοήθηκαν στη μεσαιωνική Αίγυπτο και χρησιμοποιούνταν ευρέως σε πολλά σπίτια σε όλο το Κάιρο κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα. Αυτοί οι ανεμιστήρες περιγράφονται αργότερα λεπτομερώς από τον Abd al-Latif al-Baghdadi το 1200, που ανέφερε ότι σχεδόν κάθε σπίτι στο Κάιρο είχε ανεμιστήρα, και ότι κόστιζαν από 1 έως 500 δηνάρια ανάλογα με το μέγεθος και το σχήμα τους. Οι περισσότεροι ανεμιστήρες στην πόλη ήταν προσανατολισμένοι προς την Qibla, όπως ήταν η πόλη γενικότερα.

Κατά το 1600 ο Κορνήλιος Drebbel απέδειξε πως "ο Χειμώνας μετατρέπεται σε Καλοκαίρι" για τον James I της Αγγλίας, με την προσθήκη αλατιού στο νερό.

Το 1820, ο Βρετανός επιστήμονας και εφευρέτης Michael Faraday ανακάλυψε ότι συμπιέζοντας και υγροποιώντας αμμωνία μπορούσε να ψύξει τον αέρα, όταν η υγροποιημένη αμμωνία αφηνόταν να εξατμιστεί.

Το 1842, ο John Gorrie γιατρός από τη Φλόριδα χρησιμοποίησε τεχνολογία συμπίεσης για τη δημιουργία πάγου, τον οποίο χρησιμοποιούσε για να ψύχει αέρα για τους ασθενείς του στο νοσοκομείο. Έλπιζε να χρησιμοποιήσει τη μηχανή παραγωγής πάγου για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας των κτιρίων. Ακόμη οραματιζόταν κεντρικό κλιματισμό που θα μπορούσε να ψύξει ολόκληρες πόλεις. Αν και το πρωτότυπο του Gorrie παρουσίασε διαρροή και δεν λειτούργησε σωστά, το 1851 του χορηγήθηκε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη μηχανή παραγωγής πάγου. Οι ελπίδες για την επιτυχία της εξαφανίστηκαν σύντομα, όταν πέθανε ο κύριος οικονομικός χορηγός του. Ο Gorrie δεν βρήκε τα χρήματα που χρειαζόντουσαν για την εξέλιξη της μηχανής. Σύμφωνα με την βιογράφο του, Vivian Sherlock, κατηγορούσε τον "Βασιλιά του Πάγου" Frederic Tudor για την αποτυχία του, καθώς υποψιαζόταν ότι είχε ξεκινήσει εκστρατεία εναντίον της εφεύρεσής του. Ο Δρ. Gorrie πέθανε εξαθλιωμένος το 1855 και η ιδέα του κλιματισμού ξεθώριασε για 50 χρόνια.

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις

Τα ψυκτικά μέσα έχουν προκαλέσει και συνεχίζουν να προκαλούν σοβαρά περιβαλλοντικά ζητήματα, συμπεριλαμβανομένης της εξάντλησης του όζοντος και της αλλαγής του κλίματος, καθώς αρκετές χώρες δεν έχουν ακόμη επικυρώσει την τροπολογία Kigali για τη μείωση της κατανάλωσης και της παραγωγής υδροφθορανθράκων. Ο τρέχων κλιματισμός αντιπροσωπεύει το 20% της ενεργειακής κατανάλωσης σε κτίρια παγκοσμίως και η αναμενόμενη αύξηση της χρήσης του κλιματισμού λόγω της κλιματικής αλλαγής και της απορρόφησης της τεχνολογίας θα οδηγήσει σε σημαντική αύξηση της ζήτησης ενέργειας. Οι εναλλακτικές λύσεις του συνεχούς κλιματισμού περιλαμβάνουν την παθητική ψύξη, φυσικό αερισμό και τη χρήση δέντρων. Το 2018 τα Ηνωμένα Έθνη ζήτησαν να καταστεί η τεχνολογία πιο βιώσιμη για τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής.

Εμπορικές εφαρμογές

Πρόωρες εμπορικές εφαρμογές κλιματισμού είχαν κατασκευαστεί για την ψύξη του αέρα περισσότερο για την ανάπτυξη της βιομηχανίας παρά για προσωπική άνεση. Το 1902 εφευρέθηκε το πρώτο σύγχρονο ηλεκτρικό κλιματιστικό από τον Willis Haviland Carrier στο Syracuse, της Νέας Υόρκης. Σχεδιασμένη για να βελτιώνει τη διαδικασία ελέγχου παραγωγής σε ένα εργοστάσιο εκτύπωσης, η εφεύρεσή αυτή δεν ρύθμιζε μόνο τη θερμοκρασία αλλά και την υγρασία. Η χαμηλή θερμότητα και η υγρασία χρειαζόντουσαν για να συμβάλλουν στη διατήρηση των διαστάσεων του χαρτιού και την εξισορρόπηση των μελανιών. Αργότερα η τεχνολογία του Carrier εφαρμόστηκε για την αύξηση της παραγωγικότητας στον εργασιακό χώρο, και ιδρύθηκε η Εταιρεία Κλιματισμού Carrier Αμερικής για να ανταποκριθεί στην αυξανόμενη ζήτηση. Με την πάροδο του χρόνου ο κλιματισμός άρχισε να χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της άνεσης σε σπίτια και οχήματα. Οι πωλήσεις κατοικιών διευρύνθηκαν σημαντικά κατά τη δεκαετία του 1950.

Το 1906, ο Stuart W. Cramer από τη Νότια Καρολίνα των ΗΠΑ, διερευνούσε μεθόδους πρόσθεσης υγρασίας στην ατμόσφαιρα του κλωστοϋφαντηρίου του. Ο Cramer επινόησε τον όρο "κλιματισμός", χρησιμοποιώντας τον στην αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας που κατέθεσε εκείνη τη χρονιά, ανάλογο με τον όρο "κλιματισμός νερού", που ήταν μια πολύ γνωστή διαδικασία για τη διευκόλυνση της επεξεργασίας των υφασμάτων. Συνδύασε την ύγρανση με τον εξαερισμό για να "ρυθμίσει" και να αλλάξει την ατμόσφαιρα στα εργοστάσια, ελέγχοντας τα επίπεδα της υγρασίας που ήταν τόσο απαραίτητη στις κλωστοϋφαντουργικές μονάδες. Ο Willis Carrier υιοθέτησε τον όρο και τον ενσωμάτωσε στο όνομα της εταιρείας του. Αυτή η εξάτμιση του νερού στον αέρα, ώστε να παρέχει ψυκτική επίδραση, είναι πλέον γνωστή ως εξατμιζόμενη ψύξη.

Τα πρώτα κλιματιστικά και τα ψυγεία χρησιμοποιούσαν τοξικά ή εύφλεκτα αέρια όπως αμμωνία, χλωριούχο μεθάνιο, και προπάνιο, τα οποία εάν διέρρεαν θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε θανατηφόρα ατυχήματα. Το 1928, ο Midgley Thomas, Jr. δημιούργησε το Freon, το πρώτο χλωρο-φθοριο-υδρογον-ανθρακικό αέριο. Το ψυκτικό αυτό μέσο ήταν πολύ πιο ασφαλές για τον άνθρωπο αλλά αργότερα αποδείχθηκε βλαβερό για την ατμόσφαιρα με την καταστροφή του όζοντος στη στρατόσφαιρα. Οι βιολογικές επιπτώσεις που προκύπτουν περιλαμβάνουν την αύξηση των κρουσμάτων καρκίνου του δέρματος, καταστροφές στα φυτά, καθώς και τη μείωση του ωκεάνιου πλαγκτόν.

Το φρέον

Το φρέον είναι ένα όνομα εμπορικού σήματος της DuPont για κάθε χλωροφθορανθρακικό (CFC), υδρογονωμένο CFC (HCFC), ή υδροφθορανθρακικό (HFC) ψυκτικό μέσο. Το κάθε όνομα συμπεριλαμβάνει έναν αριθμό που δηλώνει τη μοριακή σύνθεση (Ε-11, Ε-12, Ε-22, Ε-134Α). Το μείγμα που χρησιμοποιείται συνήθως είναι το HCFC γνωστό ως Ε-22. Θα πρέπει να καταργηθεί σταδιακά από το 2010 η χρήση του σε νέο εξοπλισμό και να διακοπεί πλήρως μέχρι το 2020. Το Ε-12 ήταν το πιο κοινό μείγμα που χρησιμοποιούνταν σε οχήματα στις ΗΠΑ μέχρι το 1994, όταν πλέον άλλαξε σε Ε-134Α. Τα Ε-11 και Ε-12 δεν κατασκευάζονται πλέον στις ΗΠΑ, η μόνη πηγή για την αγορά τους είναι ο καθαρισμός και το καθαρό αέριο που προκύπτει από άλλα κλιματιστικά συστήματα. R-410A Διάφορα ψυκτικά μέσα που δεν καταστρέφουν το όζον έχουν αναπτυχθεί ως εναλλακτικές λύσεις, συμπεριλαμβανομένου του Ε-410A, που εφευρέθηκε από την Honeywell (πρώην AlliedSignal) στο Buffalo της Νέας Υόρκης και πωλούνται με το όνομα Genetron (R) AZ-20 που χρησιμοποιήθηκε εμπορικά για πρώτη φορά από την Carrier με το εμπορικό σήμα Puron.

Η καινοτομία στις τεχνολογίες κλιματισμού συνεχίζεται, με πολύ πρόσφατη έμφαση στην ενεργειακή απόδοση και τη βελτίωση της ποιότητας του αέρα εσωτερικών χώρων. R-744[ 10 ] Ως εναλλακτική λύση στα συμβατικά ψυκτικά μέσα, έχουν προταθεί φυσικές εναλλακτικές λύσεις όπως το CO 2 (Ε-744).

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Πολυμέσα σχετικά με το θέμα Air conditioners στο Wikimedia Commons