Klimatska naprava

Zgodovina

V 19. stoletju je britanski znanstvenik in izumitelj Michael Faraday odkril, da lahko stisnjen in utekočinjen amoniak ohladi zrak, ko utekočinjeni amoniak izhlapi.

Leta 1842 je ameriški zdravnik Dr. John Gorrie uporabil tehnologijo kompresorja za izdelavo ledu, ki ga je uporabljal za hlajenje zraka za svoje paciente.^[] Upal je, da bo svoj stroj za izdelavo ledu sčasoma uporabil za uravnavanje temperature v stavbah, in razmišljal celo o hlajenju celotnih mest s sistemom centraliziranih klimatskih naprav.

Uporaba klimatskih naprav

Inženirji za klimatizacijo na splošno delijo aplikacije klimatizacije na komfortne in procesne.

Namen aplikacij za zagotavljanje udobja je zagotoviti notranje okolje, ki kljub spremembam zunanjih vremenskih razmer ali notranjih toplotnih obremenitev ostaja relativno konstantno v območju, ki ga ljudje preferirajo.

Cilj procesnih aplikacij je zagotoviti primerno okolje za industrijski ali komercialni proces, ne glede na notranje toplotne obremenitve in zunanje vremenske razmere. Čeprav so pogosto v istem območju udobja, so pogoji odvisni od zahtev procesa in ne od človeških želja. Procesne aplikacije vključujejo:

• Bolnišnične operacijske dvorane, v katerih je zrak filtriran na visoki ravni, da se zmanjša tveganje okužb, vlažnost pa je nadzorovana, da se omeji dehidracija bolnikov. Čeprav so temperature pogosto v območju udobja, nekatere specializirane operacije, kot je operacija na odprtem srcu, zahtevajo nizke temperature (približno 18 °C, 64 °F), druge, kot so operacije novorojenčkov, pa razmeroma visoke temperature (približno 28 °C, 82 °F).

• Čisti prostori za proizvodnjo integriranih vezij, farmacevtskih izdelkov itd., v katerih so za uspeh postopka potrebne izjemno visoke ravni čistosti zraka ter nadzor temperature in vlage.

• Objekti za vzrejo laboratorijskih živali. Ker se mnoge živali običajno razmnožujejo le spomladi, jih lahko v prostorih, ki so podobni spomladanskim razmeram, razmnožujemo vse leto.

• Klimatska naprava v zrakoplovu. Čeprav je nominalno namenjena zagotavljanju udobja za potnike in hlajenju opreme, je klimatizacija zrakoplovov zaradi nizkega zračnega tlaka zunaj zrakoplova poseben proces.

Drugi primeri vključujejo:

• Centri za obdelavo podatkov
• Tovarne tekstila
• Fizični objekti za testiranje
• Rastline in območja gojenja na kmetiji
• Jedrski objekti
• Rudniki
• Industrijska okolja
• Območja za kuhanje in predelavo hrane

Tako pri udobju kot pri procesnih aplikacijah cilj ni le nadzor temperature (čeprav je pri nekaterih udobnih aplikacijah to vse, kar se nadzoruje), temveč tudi dejavniki, kot so vlažnost, gibanje zraka in kakovost zraka.

Osnove in teorije klimatskih sistemov

Hladilni cikel

V hladilnem ciklu črpalka prenaša toploto iz vira z nižjo temperaturo v ponor z višjo temperaturo. Toplota seveda teče v nasprotni smeri. To je najpogostejša vrsta klimatizacije. Hladilni klimatski sistem deluje na podoben način in črpa toploto iz prostora, v katerem stoji.

Pri tem ciklu se uporablja univerzalni plinski zakon PV = nRT, kjer je P tlak, V prostornina, R univerzalna plinska konstanta, T temperatura in n število molekul plina (1 mol = 6,022×10²³ molekul).

Pri najpogostejšem hladilnem ciklu se za pogon kompresorja uporablja elektromotor. V avtomobilu kompresor poganja jermenica na ročični gredi motorja, v obeh primerih pa se za kroženje zraka uporabljajo elektromotorji. Ker izhlapevanje nastane, ko se toplota absorbira, kondenzacija pa, ko se toplota sprosti, so klimatske naprave zasnovane tako, da uporabljajo kompresor, ki povzroča spremembe tlaka med dvema prostoroma in aktivno črpa hladilno sredstvo po zaprtem sistemu. Hladilna tekočina ali hladilno sredstvo se črpa v hlajeni predel (tuljavo uparjalnika). Zaradi nizkega tlaka hladilno sredstvo izhlapeva in s seboj odnaša toploto. V drugem predelu (kondenzator) se hlapi hladilnega sredstva stisnejo in potisnejo skozi drugo tuljavo za izmenjavo toplote ter kondenzirajo v tekočino, ki nato odda toploto, prej absorbirano iz hlajenega prostora.

Enostaven stiliziran diagram hladilnega cikla: 1) kondenzacijska tuljava, 2) ekspanzijski ventil, 3) uparjalna tuljava, 4) kompresor.

Vpliv na zdravje

Klimatske naprave imajo enako velik vpliv na zdravje ljudi kot kateri koli ogrevalni sistem.Slabo vzdrževani klimatski sistemi (zlasti veliki centralizirani sistemi) lahko občasno spodbujajo rast in širjenje mikroorganizmov, kot je Legionella pneumophila, povzročiteljica legionarske bolezni. Klimatske naprave lahko pozitivno vplivajo na bolnike z alergijami in astmo.

V hudih vročinskih valovih lahko klimatska naprava reši življenje starejših. Nekatere lokalne oblasti so celo ustanovile javne hladilne centre za tiste, ki doma nimajo klimatske naprave.

Sorodne strani

• Energija
• Toplotna črpalka
• Obnovljiva energija