Klimatyzacja
Klimatyzacja , często określana skrótem A/C (USA), AC (USA) lub klimatyzacja (Wielka Brytania), to proces usuwania ciepła z zamkniętej przestrzeni w celu uzyskania bardziej komfortowego środowiska wewnętrznego (czasami określany jako „komfortowe chłodzenie "), aw niektórych przypadkach również ścisłe kontrolowanie wilgotności powietrza wewnętrznego. Klimatyzację można osiągnąć za pomocą mechanicznego „klimatyzatora” lub alternatywnie wielu innych metod, w tym chłodzenia pasywnego lub chłodzenia wentylacyjnego . Klimatyzacja należy do rodziny systemów i technik zapewniających ogrzewanie, wentylację i klimatyzację (HVAC) . Pompy ciepła są pod wieloma względami podobne do klimatyzatorów, ale wykorzystują zawór zwrotny , aby umożliwić im zarówno ogrzewanie, jak i chłodzenie zamkniętej przestrzeni.
Klimatyzatory, które zwykle wykorzystują chłodzenie z kompresją pary , mają różne rozmiary, od małych jednostek stosowanych w pojazdach lub pojedynczych pomieszczeniach do masywnych jednostek, które mogą chłodzić duże budynki. Powietrzne pompy ciepła , które mogą być wykorzystywane zarówno do ogrzewania, jak i chłodzenia , stają się coraz bardziej powszechne w chłodniejszym klimacie.
Według Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) w 2018 roku zainstalowano 1,6 miliarda klimatyzatorów, co odpowiadało za około 20% zużycia energii elektrycznej w budynkach na całym świecie, a liczba ta ma wzrosnąć do 5,6 miliarda do 2050 roku. Organizacja Narodów Zjednoczonych zaapelował o uczynienie technologii bardziej zrównoważoną w celu łagodzenia zmian klimatu oraz o stosowanie alternatywnych rozwiązań, takich jak chłodzenie pasywne, chłodzenie wyparne , selektywne zacienianie, łapacze wiatru i lepsza izolacja termiczna . Czynniki chłodnicze CFC i HCFC , takie jak odpowiednio R-12 i R-22, stosowane w klimatyzatorach, spowodowały uszkodzenie warstwy ozonowej , a czynniki chłodnicze HFC, takie jak R-410a i R-404a, które zostały zaprojektowane w celu zastąpienia CFC i HCFC, zamiast tego pogłębiają zmiany klimatu . Oba problemy występują z powodu odpowietrzania czynnika chłodniczego do atmosfery, na przykład podczas napraw. HFO , stosowane w niektórych, jeśli nie w większości nowych urządzeń, rozwiązują oba problemy przy zerowym potencjale niszczenia ozonu (ODP) i znacznie niższym potencjale tworzenia efektu cieplarnianego (GWP) w postaci jedno- lub dwucyfrowej w porównaniu z trzy- lub czterocyfrowymi czynnikami HFC .
Historia
Klimatyzacja sięga czasów prehistorycznych. Budynki starożytnego Egiptu wykorzystywały różnorodne techniki pasywnej klimatyzacji. Rozpowszechniły się one od Półwyspu Iberyjskiego przez Afrykę Północną, Bliski Wschód i północne Indie.
Techniki pasywne były szeroko rozpowszechnione aż do XX wieku, kiedy to wyszły z mody i zostały zastąpione klimatyzacją elektryczną. Wykorzystując informacje z badań inżynieryjnych tradycyjnych budynków, techniki pasywne są wznawiane i modyfikowane na potrzeby projektów architektonicznych XXI wieku.
Klimatyzatory pozwalają, aby środowisko wewnętrzne budynku pozostawało względnie stałe, w dużej mierze niezależne od zmian zewnętrznych warunków pogodowych i wewnętrznych obciążeń cieplnych. Pozwalają również o głębokim planie i pozwalają ludziom wygodnie mieszkać w gorętszych częściach świata.
Rozwój
Poprzednie odkrycia
W 1558 roku Giambattista della Porta opisał metodę schładzania lodu do temperatur znacznie poniżej jego punktu zamarzania poprzez zmieszanie go z azotanem potasu (zwanym wówczas „azotanem”) w swojej popularnonaukowej książce Natural Magic . W 1620 roku Cornelis Drebbel zademonstrował „Zamiana lata w zimę” dla Jakuba I z Anglii , schładzając część Wielkiej Sali Opactwa Westminsterskiego za pomocą urządzenia składającego się z koryt i kadzi. Współczesny Drebbelowi Francis Bacon , podobnie jak della Porta wierzący w komunikację naukową , mógł nie być obecny na demonstracji, ale w książce opublikowanej później w tym samym roku opisał to jako „eksperyment sztucznego zamrażania” i powiedział, że „Nitre (lub raczej jego spirytus) jest bardzo zimny, a zatem saletra lub sól dodana do śniegu lub lodu potęguje chłód tego ostatniego, azotan, dodając do własnego zimna, ale sól, działając na zimno śniegu.
W 1758 roku Benjamin Franklin i John Hadley , profesor chemii na Uniwersytecie w Cambridge , przeprowadzili eksperyment mający na celu zbadanie zasady parowania jako sposobu na szybkie schłodzenie obiektu. Franklin i Hadley potwierdzili, że parowanie bardzo lotnych cieczy (takich jak alkohol i eter ) może być wykorzystane do obniżenia temperatury obiektu powyżej punktu zamarzania wody. Przeprowadzili eksperyment z bańką termometru rtęciowego w szkle jako przedmiotem oraz z mieszkiem używanym do przyspieszenia parowania . Obniżyli temperaturę bańki termometru do -14 ° C (7 ° F), podczas gdy temperatura otoczenia wynosiła 18 ° C (64 ° F). Franklin zauważył, że wkrótce po przekroczeniu punktu zamarzania wody 0 ° C (32 ° F) na powierzchni bańki termometru utworzyła się cienka warstwa lodu, a masa lodu miała około 6 mm ( 1 / 4 cala ) grubości kiedy zatrzymali eksperyment po osiągnięciu -14 ° C (7 ° F). Franklin podsumował: „Z tego eksperymentu można zobaczyć możliwość zamrożenia człowieka na śmierć w ciepły letni dzień”.
XIX wiek obejmował szereg zmian w technologii kompresji. W 1820 roku angielski naukowiec i wynalazca Michael Faraday odkrył, że sprężanie i skraplanie amoniaku może schładzać powietrze, gdy skroplony amoniak może odparować. W 1842 roku lekarz z Florydy, John Gorrie , wykorzystał technologię kompresora do wytworzenia lodu, którego używał do chłodzenia powietrza dla swoich pacjentów w swoim szpitalu w Apalachicola na Florydzie . Miał nadzieję, że w końcu użyje swojej maszyny do robienia lodu do regulacji temperatury budynków i wyobraził sobie scentralizowaną klimatyzację, która mogłaby chłodzić całe miasta. Gorrie otrzymał patent w 1851 roku, ale po śmierci swojego głównego sponsora nie był w stanie zrealizować swojego wynalazku. W 1851 roku James Harrison stworzył pierwszą mechaniczną maszynę do wytwarzania lodu w Geelong w Australii , aw 1855 roku uzyskał patent na system chłodniczy ze sprężaniem pary eteru , który wytwarzał trzy tony lodu dziennie. W 1860 roku Harrison założył drugą firmę zajmującą się lodem, a później rozpoczął debatę na temat tego, jak konkurować z amerykańską przewagą sprzedaży wołowiny chłodzonej lodem do Wielkiej Brytanii.
Pierwsze urządzenia
Elektryczność umożliwiła rozwój efektywnych jednostek. W 1901 roku amerykański wynalazca Willis H. Carrier zbudował coś, co uważa się za pierwszy nowoczesny elektryczny klimatyzator. W 1902 roku zainstalował swój pierwszy system klimatyzacji w Sackett-Wilhelms Lithographing & Publishing Company na Brooklynie w Nowym Jorku ; jego wynalazek kontrolował zarówno temperaturę, jak i wilgotność, co pomogło utrzymać spójne wymiary papieru i wyrównanie atramentu w drukarni. Później, wraz z sześcioma innymi pracownikami, Carrier założył The Carrier Air Conditioning Company of America , firmę, która w 2020 roku zatrudniała 53 000 osób i była wyceniana na 18,6 miliarda dolarów.
W 1906 roku Stuart W. Cramer z Charlotte w Karolinie Północnej badał sposoby dodawania wilgoci do powietrza w swojej fabryce włókienniczej. Cramer ukuł termin „klimatyzacja”, używając go w zgłoszeniu patentowym, które złożył w tym roku jako analogię do „uzdatniania wody”, wówczas dobrze znanego procesu ułatwiania obróbki tekstyliów. Połączył wilgoć z wentylacją w celu „kondycjonowania” i wymiany powietrza w fabrykach, kontrolując wilgotność tak niezbędną w zakładach włókienniczych. Willis Carrier przyjął ten termin i włączył go do nazwy swojej firmy.
Klimatyzacja domowa wkrótce wystartowała. W 1914 roku w Minneapolis w domu Charlesa Gilberta Gatesa zainstalowano pierwszą domową klimatyzację . Możliwe jednak, że ogromne urządzenie (ok. 7 x 6 x 20 stóp) nigdy nie było używane, ponieważ dom pozostawał niezamieszkany (Gates zmarł już w październiku 1913 r.).
W 1931 roku HH Schultz i JQ Sherman opracowali najpopularniejszy typ klimatyzatora do pojedynczych pomieszczeń: klimatyzator przeznaczony do montażu na parapecie okiennym. Jednostki trafiły do sprzedaży w 1932 roku po niemałej cenie (równowartość 120 000 USD do 600 000 USD w 2015 r.). Rok później wystawiono na sprzedaż pierwsze systemy klimatyzacji samochodowej . Chrysler Motors wprowadził pierwszy praktyczny półprzenośny klimatyzator w 1935 roku, a Packard stał się pierwszym producentem samochodów, który zaoferował klimatyzator w swoich samochodach w 1939 roku.
Dalszy rozwój
Innowacje drugiej połowy XX wieku pozwoliły na znacznie bardziej wszechobecne zastosowanie klimatyzatorów. W 1945 roku Robert Sherman z Lynn w stanie Massachusetts wynalazł przenośny klimatyzator okienny, który chłodził, ogrzewał, nawilżał, osuszał i filtrował powietrze.
Ponieważ rozwój międzynarodowy zwiększył bogactwo w różnych krajach, globalne wykorzystanie klimatyzatorów wzrosło. Do 2018 roku na całym świecie zainstalowano około 1,6 miliarda urządzeń klimatyzacyjnych, a Międzynarodowa Agencja Energii spodziewa się, że do 2050 roku liczba ta wzrośnie do 5,6 miliarda. W latach 1995-2004 odsetek miejskich gospodarstw domowych w Chinach wyposażonych w klimatyzatory wzrósł z 8% do 70%. Od 2015 roku prawie 100 milionów domów, czyli około 87% gospodarstw domowych w USA, miało systemy klimatyzacyjne. W 2019 roku oszacowano, że 90% nowych domów jednorodzinnych budowanych w USA było wyposażonych w klimatyzację (od 99% na południu do 62 % na zachodzie ).
Rodzaje klimatyzatorów
Systemy mini-split i multi-split
Systemy bezkanałowe (często mini-split, choć obecnie zdarzają się mini-split kanałowe) zazwyczaj dostarczają uzdatnione i ogrzane powietrze do jednego lub kilku pomieszczeń budynku, bez kanałów iw sposób zdecentralizowany. Systemy wielostrefowe lub multi-split są powszechnym zastosowaniem systemów bezkanałowych i umożliwiają niezależne od siebie klimatyzowanie do ośmiu pomieszczeń (stref lub lokalizacji), każde z własną jednostką wewnętrzną i jednocześnie z pojedynczą jednostką zewnętrzną. Głównym problemem systemów multisplit jest długość przewodów czynnika chłodniczego do podłączenia jednostki zewnętrznej do jednostek wewnętrznych. [ potrzebne źródło ] Centralne klimatyzatory stoją przed tym samym wyzwaniem.
Pierwsze systemy mini-split były sprzedawane w latach 1954–1968 przez Mitsubishi Electric i Toshibę w Japonii, gdzie mały rozmiar domu motywował ich rozwój. Wielostrefowe systemy bezkanałowe zostały wynalezione przez firmę Daikin w 1973 r., a systemy o zmiennym przepływie czynnika chłodniczego (które można traktować jako większe systemy typu multi-split) zostały również wynalezione przez firmę Daikin w 1982 r. Oba zostały po raz pierwszy sprzedane w Japonii. Systemy o zmiennym przepływie czynnika chłodniczego w porównaniu z centralnym chłodzeniem instalacji z centrali wentylacyjnej eliminują potrzebę stosowania dużych kanałów chłodnego powietrza, central wentylacyjnych i agregatów chłodniczych; zamiast tego chłodny czynnik chłodniczy jest transportowany przez znacznie mniejsze rury do jednostek wewnętrznych w pomieszczeniach, które mają być klimatyzowane, co pozwala na zmniejszenie przestrzeni nad sufitami podwieszanymi i mniejszy wpływ na konstrukcję, a jednocześnie pozwala na bardziej indywidualną i niezależną kontrolę temperatury w przestrzeniach i na zewnątrz a jednostki wewnętrzne można rozmieścić w całym budynku. Jednostki wewnętrzne o zmiennym przepływie czynnika chłodniczego można również indywidualnie wyłączać w nieużywanych przestrzeniach. [ Potrzebne źródło ] Niższa moc rozruchowa sprężarek VRF z inwerterem prądu stałego i ich nieodłączne wymagania dotyczące zasilania prądem stałym umożliwiają również pracę pomp ciepła VRF zasilanych energią słoneczną przy użyciu paneli słonecznych dostarczających prąd stały.
Centralne systemy kanałowe
Klimatyzatory centralne typu split składają się z dwóch wymienników ciepła , jednostki zewnętrznej ( skraplacza ), z której ciepło jest odprowadzane do otoczenia oraz wewnętrznego wymiennika ciepła (klimakonwektor ( FCU), centrala klimatyzacyjna lub parownik ) z między nimi krąży czynnik chłodniczy rurociągami. Następnie FCU łączy się kanałami wentylacyjnymi z pomieszczeniami, które mają być chłodzone .
Centralne chłodzenie instalacji
.JPG)
Duże centralne instalacje chłodnicze mogą wykorzystywać chłodziwo pośrednie , takie jak woda lodowa pompowana do central wentylacyjnych lub klimakonwektorów w pobliżu lub w chłodzonych pomieszczeniach, które następnie kierują lub dostarczają zimne powietrze do klimatyzowanych pomieszczeń, zamiast kierować zimne powietrze bezpośrednio do tych odstępów od instalacji, czego nie robi się ze względu na małą gęstość i pojemność cieplną powietrza, co wymagałoby niepraktycznie dużych kanałów. Schłodzona woda jest chłodzona przez agregaty chłodnicze w zakładzie, który wykorzystuje cykl chłodniczy do schładzania wody, często przekazując swoje ciepło do atmosfery, nawet w agregatach chłodniczych chłodzonych cieczą za pomocą wież chłodniczych . Chillery mogą być chłodzone powietrzem lub cieczą. [ potrzebne źródło ]
Jednostki przenośne
System przenośny ma jednostkę wewnętrzną na kółkach połączoną z jednostką zewnętrzną za pomocą elastycznych rur, podobnie jak jednostka zainstalowana na stałe (taka jak bezkanałowy klimatyzator typu split).
Systemy węży, które mogą być monoblokowe lub powietrze-powietrze , są odprowadzane na zewnątrz przez kanały powietrzne. Typ monoblokowy zbiera wodę w wiadrze lub tacy i zatrzymuje się, gdy jest pełny. Typ powietrze -powietrze ponownie odparowuje wodę i odprowadza ją przez wąż kanałowy i może pracować w sposób ciągły. Takie przenośne urządzenia zasysają powietrze z pomieszczenia i wyrzucają je na zewnątrz przez pojedynczy kanał, co negatywnie wpływa na ich ogólną wydajność chłodzenia.
Wiele przenośnych klimatyzatorów jest wyposażonych w funkcję ogrzewania i osuszania.
Jednostka okienna i terminal w opakowaniu
Klimatyzatory terminalowe w opakowaniu (PTAC), klimatyzatory ścienne i klimatyzatory okienne są podobne. Systemy PTAC można dostosować do ogrzewania w chłodne dni, bezpośrednio za pomocą listwy elektrycznej, grzejników gazowych lub innych, lub poprzez odwrócenie przepływu czynnika chłodniczego w celu ogrzania wnętrza i poboru ciepła z powietrza zewnętrznego, przekształcając klimatyzator w pompa ciepła . Można je montować w otworze ściennym za pomocą specjalnej tulei na ścianie i niestandardowej kratki zlicowanej ze ścianą, a klimatyzatory okienne można również zainstalować w oknie, ale bez niestandardowej kratki.
Klimatyzator zapakowany
Kompaktowe klimatyzatory (znane również jako jednostki samodzielne) to systemy centralne, które integrują w jednej obudowie wszystkie elementy dzielonego systemu centralnego i dostarczają powietrze, prawdopodobnie kanałami, do chłodzonych pomieszczeń. W zależności od konstrukcji mogą znajdować się na zewnątrz lub wewnątrz budynków, na dachach ( jednostki dachowe ), pobierać powietrze do klimatyzacji z wnętrza lub na zewnątrz budynku i być chłodzone wodą, czynnikiem chłodniczym lub powietrzem. Często jednostki zewnętrzne są chłodzone powietrzem, podczas gdy jednostki wewnętrzne są chłodzone cieczą za pomocą wieży chłodniczej.
Operacja
Zasady działania
Chłodzenie w tradycyjnych systemach klimatyzacyjnych odbywa się za pomocą cyklu sprężania pary, który wykorzystuje wymuszoną cyrkulację i zmianę fazy czynnika chłodniczego między gazem a cieczą w celu przenoszenia ciepła. Cykl sprężania pary może zachodzić w jednostkowym lub zapakowanym elemencie wyposażenia; lub w agregacie chłodniczym, który jest podłączony do końcowych urządzeń chłodzących (takich jak klimakonwektor w centrali wentylacyjnej) po stronie parownika i urządzeń odprowadzających ciepło, takich jak wieża chłodnicza po stronie skraplacza. Powietrzna pompa ciepła ma wiele wspólnych elementów z systemem klimatyzacji, ale zawiera zawór zwrotny , który umożliwia używanie urządzenia zarówno do ogrzewania, jak i chłodzenia przestrzeni.
Urządzenia klimatyzacyjne obniżą wilgotność bezwzględną powietrza przetwarzanego przez system, jeśli powierzchnia wężownicy parownika jest znacznie chłodniejsza niż punkt rosy otaczającego powietrza. Klimatyzator przeznaczony do zajmowanej przestrzeni zwykle osiąga wilgotność względną od 30% do 60% w zajmowanej przestrzeni.
Większość nowoczesnych systemów klimatyzacji obejmuje cykl osuszania, podczas którego pracuje sprężarka, podczas gdy wentylator jest zwalniany, aby obniżyć temperaturę parownika, a tym samym skraplać więcej wody. Osuszacz wykorzystuje ten sam cykl chłodzenia , ale zawiera zarówno parownik, jak i skraplacz na tej samej ścieżce powietrza ; Powietrze przechodzi najpierw przez wężownicę parownika, gdzie jest schładzane i osuszane, zanim przechodzi przez wężownicę skraplacza, gdzie jest ponownie ogrzewane, zanim zostanie ponownie wypuszczone do pomieszczenia. [ potrzebne źródło ]
Swobodne chłodzenie można czasami wybrać, gdy powietrze zewnętrzne jest chłodniejsze niż powietrze wewnętrzne i dlatego sprężarka nie musi być używana, co skutkuje wysoką wydajnością chłodzenia w tych okresach. Można to również połączyć z sezonowym magazynowaniem energii cieplnej .
Ogrzewanie
Niektóre systemy klimatyzacji mają opcję odwrócenia cyklu chłodzenia i działają jak powietrzna pompa ciepła , wytwarzając w ten sposób ogrzewanie zamiast chłodzenia w środowisku wewnętrznym. Są one również powszechnie określane jako „klimatyzatory z odwróconym cyklem”. Pompa ciepła jest znacznie bardziej energooszczędna niż ogrzewanie oporowe elektryczne , ponieważ przenosi energię z powietrza lub wód gruntowych do ogrzewanej przestrzeni, a także ciepło z zakupionej energii elektrycznej. Gdy pompa ciepła pracuje w trybie grzania, wężownica parownika jednostki wewnętrznej zmienia role i staje się wężownicą skraplacza, wytwarzając ciepło. Zewnętrzny skraplacz również zmienia role, aby służyć jako parownik i wypuszczać zimne powietrze (zimniejsze niż otaczające powietrze na zewnątrz).
Większość powietrznych pomp ciepła staje się mniej wydajna przy temperaturach zewnętrznych niższych niż 4°C lub 40°F; dzieje się tak częściowo dlatego, że na wężownicy wymiennika ciepła jednostki zewnętrznej tworzy się lód, który blokuje przepływ powietrza przez wężownicę. Aby to zrekompensować, system pompy ciepła musi tymczasowo przełączyć się z powrotem do zwykłego trybu klimatyzacji, aby przełączyć wężownicę parownika zewnętrznego z powrotem w wężownicę skraplacza, aby mogła się nagrzewać i odszraniać. Niektóre systemy pomp ciepła będą zatem miały formę elektrycznego ogrzewania rezystancyjnego w ścieżce powietrza w pomieszczeniu, które jest uruchamiane tylko w tym trybie, aby skompensować tymczasowe chłodzenie powietrza w pomieszczeniu, które w przeciwnym razie byłoby niewygodne w zimie.
Nowsze modele mają lepszą wydajność w niskich temperaturach, z wydajną wydajnością grzewczą do -14 ° F (-26 ° C). Jednak zawsze istnieje ryzyko, że wilgoć skraplająca się na wymienniku ciepła jednostki zewnętrznej może zamarznąć, nawet w modelach o lepszej wydajności w niskich temperaturach, co wymaga wykonania cyklu odszraniania.
Problem oblodzenia staje się znacznie poważniejszy przy niższych temperaturach zewnętrznych, dlatego pompy ciepła są czasami instalowane w tandemie z bardziej konwencjonalną formą ogrzewania, taką jak grzejnik elektryczny, gaz ziemny, olej opałowy lub kominek opalany drewnem lub centralne ogrzewanie , który jest używany zamiast lub dodatkowo do pompy ciepła podczas ostrzejszych zimowych temperatur. W tym przypadku pompa ciepła jest wydajnie wykorzystywana podczas łagodniejszych temperatur, a system przełącza się na konwencjonalne źródło ciepła, gdy temperatura zewnętrzna jest niższa.
Wydajność
Współczynnik wydajności (COP) systemu klimatyzacji to stosunek dostarczonego ogrzewania lub chłodzenia użytecznego do wymaganej pracy. Wyższe współczynniki COP oznaczają niższe koszty operacyjne. COP zwykle przekracza 1; jednak dokładna wartość w dużym stopniu zależy od warunków pracy, zwłaszcza temperatury bezwzględnej i względnej między zlewem a systemem, i często jest przedstawiana na wykresie lub uśredniana względem oczekiwanych warunków. Moc urządzeń klimatyzacyjnych w Stanach Zjednoczonych jest często opisywana jako „ tony chłodnicze ”, z których każda jest w przybliżeniu równa mocy chłodniczej jednej tony krótkiej (2000 funtów (910 kg) lodu topniejącego w okresie 24 godzin. Wartość odpowiada 12 000 BTU IT na godzinę, czyli 3517 W. Centralne systemy wentylacyjne w budynkach mieszkalnych mają zwykle moc od 1 do 5 ton (3,5 do 18 kW). [ Potrzebne źródło ]
Wydajność klimatyzatorów jest często oceniana na podstawie sezonowego współczynnika efektywności energetycznej (SEER), który jest zdefiniowany przez Instytut Klimatyzacji, Ogrzewania i Chłodnictwa w jego normie AHRI 210/240 z 2008 r., Ocena wydajności jednostkowej klimatyzacji i źródła powietrza Sprzęt pompy ciepła . Podobnym standardem jest europejski współczynnik sezonowej efektywności energetycznej (ESEER). [ potrzebne źródło ]
Uderzenie
Efekty zdrowotne
Podczas upałów klimatyzacja może zapobiegać udarowi cieplnemu , odwodnieniu spowodowanemu nadmiernym poceniem się i innym problemom związanym z hipertermią . Fale upałów są najbardziej śmiercionośnym rodzajem zjawiska pogodowego w Stanach Zjednoczonych. Klimatyzacja (w tym filtracja, nawilżanie, chłodzenie i dezynfekcja) może być stosowana do zapewnienia czystej, bezpiecznej i hipoalergicznej atmosfery w szpitalnych salach operacyjnych i innych środowiskach, w których odpowiednia atmosfera ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa i dobrego samopoczucia pacjentów. Czasami jest polecany do użytku domowego przez alergików , zwłaszcza pleśniowych . [ potrzebne źródło ]
Źle utrzymane wieże chłodnicze wody mogą sprzyjać wzrostowi i rozprzestrzenianiu się mikroorganizmów, takich jak Legionella pneumophila , czynnik zakaźny odpowiedzialny za chorobę legionistów . Tak długo, jak wieża chłodnicza jest utrzymywana w czystości (zwykle poprzez chlorem ), można uniknąć lub ograniczyć te zagrożenia dla zdrowia. Stan Nowy Jork skodyfikował wymagania dotyczące rejestracji, konserwacji i testowania wież chłodniczych w celu ochrony przed bakteriami Legionella .
Wpływ na środowisko
Czynniki chłodnicze powodowały i nadal powodują poważne problemy środowiskowe, w tym zubożenie warstwy ozonowej i zmiany klimatyczne , ponieważ kilka krajów nie ratyfikowało jeszcze poprawki z Kigali w celu zmniejszenia zużycia i produkcji wodorofluorowęglowodorów .
Obecna klimatyzacja odpowiada za 20% zużycia energii w budynkach na całym świecie, a spodziewany wzrost wykorzystania klimatyzacji w związku ze zmianami klimatycznymi i upowszechnieniem technologii spowoduje znaczny wzrost zapotrzebowania na energię. Alternatywy dla ciągłej klimatyzacji obejmują pasywne chłodzenie, pasywne chłodzenie słoneczne, naturalną wentylację, żaluzje operacyjne w celu zmniejszenia nasłonecznienia, stosowanie drzew, rolet architektonicznych, okien (i stosowanie powłok okiennych) w celu zmniejszenia nasłonecznienia . [ potrzebne źródło ]
W 2018 roku Organizacja Narodów Zjednoczonych wezwała do uczynienia technologii bardziej zrównoważoną, aby złagodzić zmiany klimatyczne.
Efekty ekonomiczne
Klimatyzacja spowodowała różne zmiany demograficzne, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych, począwszy od lat 70. XX wieku:
- Wskaźnik urodzeń był niższy wiosną niż w innych porach roku aż do lat 70. XX wieku, ale następnie różnica ta zmniejszyła się w ciągu następnych 30 lat. [ potrzebne źródło ]
- Śmiertelność latem , która była wyższa w regionach narażonych na falę upałów w okresie letnim, również się wyrównała.
- Pas Słońca obejmuje obecnie 30% całej populacji Stanów Zjednoczonych, podczas gdy na początku XX wieku zamieszkiwało go 24% Amerykanów.
Po raz pierwszy zaprojektowany z myślą o korzyściach dla wybranych gałęzi przemysłu, takich jak prasa, a także duże fabryki, wynalazek szybko rozprzestrzenił się na agencje publiczne i administrację, a badania wykazały wzrost wydajności o blisko 24% w miejscach wyposażonych w klimatyzację.
Inne techniki
Budynki zaprojektowane z pasywną klimatyzacją są generalnie tańsze w budowie i utrzymaniu niż budynki z konwencjonalnymi systemami HVAC o niższym zapotrzebowaniu na energię. Podczas gdy dziesiątki wymian powietrza na godzinę i ochłodzenie o dziesiątki stopni można osiągnąć metodami pasywnymi, należy wziąć pod uwagę specyficzny mikroklimat miejsca, co komplikuje projekt budynku .
W celu zwiększenia komfortu i obniżenia temperatury w budynkach można zastosować wiele technik. Obejmują one chłodzenie wyparne, selektywne zacienianie, wiatr, konwekcję termiczną i magazynowanie ciepła.
Wentylacja pasywna
Wentylacja pasywna to proces dostarczania i usuwania powietrza z pomieszczenia bez użycia systemów mechanicznych . Odnosi się do przepływu powietrza zewnętrznego do przestrzeni wewnętrznej w wyniku ciśnień wynikających z sił natury.
występują dwa rodzaje wentylacji naturalnej : wentylacja napędzana wiatrem i wentylacja napędzana wyporem . Wentylacja napędzana wiatrem wynika z różnych ciśnień wytwarzanych przez wiatr wokół budynku lub konstrukcji oraz z otworów tworzonych na obwodzie, które następnie umożliwiają przepływ przez budynek. Wentylacja sterowana wyporem występuje w wyniku kierunkowej siły wyporu, która wynika z różnic temperatur między wnętrzem a zewnętrzem.
Ponieważ wewnętrzne zyski ciepła, które powodują różnice temperatur między wnętrzem a zewnętrzem, są tworzone przez procesy naturalne, w tym ciepło pochodzące od ludzi, a wpływ wiatru jest zmienny, budynki z wentylacją naturalną są czasami nazywane „budynkami oddychającymi”.Chłodzenie pasywne
Chłodzenie pasywne to podejście do projektowania budynków, które koncentruje się na kontroli zysków ciepła i rozpraszaniu ciepła w budynku w celu poprawy komfortu cieplnego w pomieszczeniach przy niskim lub zerowym zużyciu energii. Podejście to działa albo poprzez zapobieganie przedostawaniu się ciepła do wnętrza (zapobieganie zyskom cieplnym), albo poprzez usuwanie ciepła z budynku (naturalne chłodzenie).
Chłodzenie naturalne wykorzystuje energię na miejscu, dostępną ze środowiska naturalnego, w połączeniu z projektem architektonicznym elementów budynku (np. przegród zewnętrznych ), zamiast systemów mechanicznych do rozpraszania ciepła. Dlatego naturalne chłodzenie zależy nie tylko od projektu architektonicznego budynku, ale także od tego, w jaki sposób zasoby naturalne miejsca są wykorzystywane jako pochłaniacze ciepła (tj. wszystko, co pochłania lub rozprasza ciepło). Przykładami radiatorów na miejscu są górne warstwy atmosfery (nocne niebo), powietrze zewnętrzne (wiatr) i ziemia/gleba.
Chłodzenie pasywne jest ważnym narzędziem do projektowania budynków pod kątem adaptacji do zmian klimatycznych – zmniejsza zależność od energochłonnej klimatyzacji w ocieplających się środowiskach.
Chłodzenie radiacyjne w ciągu dnia
pasywnego chłodzenia radiacyjnego w ciągu dnia (PDRC) odbijają przychodzące promieniowanie słoneczne i ciepło z powrotem do przestrzeni kosmicznej przez okno podczerwieni w celu chłodzenia w ciągu dnia. Chłodzenie radiacyjne w ciągu dnia stało się możliwe dzięki zdolności do tłumienia ogrzewania słonecznego za pomocą struktur fotonicznych , które pojawiły się w badaniu przeprowadzonym przez Ramana i in. (2014). PDRC mogą występować w różnych formach, w tym powłok malarskich i folii, które mają wysoki współczynnik odbicia światła słonecznego i emisję ciepła .
Zastosowania PDRC na dachach i przegrodach budynków wykazały znaczny spadek zużycia energii i kosztów. Na podmiejskich obszarach zabudowy jednorodzinnej zastosowanie PDRC na dachach może potencjalnie obniżyć koszty energii o 26% do 46%. Przewiduje się, że do 2025 r. PDRC wykażą wielkość rynku w zakresie chłodzenia pomieszczeń na poziomie około 27 miliardów dolarów, a od 2010 r. nastąpił gwałtowny wzrost badań i rozwoju .
Fani
Wachlarze ręczne istniały od czasów prehistorycznych . Duże wentylatory napędzane siłą ludzkich mięśni wbudowane w budynki obejmują punkah .
Chiński wynalazca z II wieku, Ding Huan z dynastii Han , wynalazł obrotowy wentylator do klimatyzacji, z siedmioma kołami o średnicy 3 m (10 stóp), napędzany ręcznie przez więźniów. W 747 r. Cesarz Xuanzong (712–762) z dynastii Tang (618–907) kazał zbudować Cool Hall ( Liang Dian 涼殿 ) w pałacu cesarskim, który Tang Yulin opisuje jako posiadający napędzane wodą koła wentylatorów dla klimatyzacja, a także wznoszące się strumienie wody z fontann. W okresie późniejszej dynastii Song (960–1279) źródła pisane wymieniały wentylator obrotowy klimatyzacji jako jeszcze szerzej stosowany.
Buforowanie termiczne
W obszarach, w których nocą lub zimą jest zimno, stosuje się magazynowanie ciepła. Ciepło może być magazynowane w ziemi lub murze; powietrze jest zasysane przez mur w celu jego ogrzania lub schłodzenia.
Na obszarach, w których w nocy zimą panuje temperatura poniżej zera, śnieg i lód można gromadzić i przechowywać w lodowniach do późniejszego wykorzystania w chłodzeniu. Ta technika ma ponad 3700 lat na Bliskim Wschodzie. Zbieranie lodu na świeżym powietrzu zimą oraz transportowanie i przechowywanie do użytku latem było praktykowane przez bogatych Europejczyków na początku XVII wieku i stało się popularne w Europie i obu Amerykach pod koniec XVII wieku. Ta praktyka została zastąpiona mechanicznymi maszynami do wytwarzania lodu z cyklem kompresji (patrz poniżej).
Chłodzenie wyparne
W suchym, gorącym klimacie efekt chłodzenia wyparnego można wykorzystać, umieszczając wodę na wlocie powietrza, tak aby przeciąg zasysał powietrze nad wodą, a następnie do domu. Z tego powodu mówi się czasem, że fontanna w architekturze gorących, suchych klimatów jest jak kominek w architekturze zimnych klimatów. Chłodzenie wyparne sprawia również, że powietrze jest bardziej wilgotne, co może być korzystne w suchym klimacie pustynnym.
Chłodnice wyparne wydają się nie działać w okresach wysokiej wilgotności, kiedy nie ma zbyt dużo suchego powietrza, z którym chłodnice mogą pracować, aby zapewnić możliwie najchłodniejsze powietrze dla mieszkańców. W przeciwieństwie do innych typów klimatyzatorów, chłodnice wyparne polegają na tym, że powietrze z zewnątrz jest kierowane przez wkładki chłodzące, które chłodzą powietrze, zanim dotrze do wnętrza domu przez system kanałów powietrznych; to schłodzone powietrze zewnętrzne musi mieć możliwość wypchnięcia cieplejszego powietrza z domu przez otwór wylotowy, taki jak otwarte drzwi lub okno.
Zobacz też
- Odzież klimatyzowana
- Grzałka karteru
- Chłodzenie źródła wody głębokiej
- Wentylacja z odzyskiem energii
- Etykieta energetyczna
- Gruntowy wymiennik ciepła
- Hydronika
- Klimatyzacja do przechowywania lodu
- Lista sprzętu AGD
- Żaluzja
- Ściana Trombe'a
- Lodówka termoakustyczna
- Jednolity kod mechaniczny
- Działający płyn
- Cykl Cromera
Linki zewnętrzne
- US Patent 808,897 Oryginalny patent firmy Carrier
- Patent US 1 172 429
- Patent US 2,363,294
- Scientific American , „ Sztuczne zimno ”, 28 sierpnia 1880, s. 138
- Scientific American , „ The Presidential Cold Air Machine ”, 6 sierpnia 1881, s. 84
| Kształty dachu |
|
 |
|---|---|---|
| Elementy dachu |
|
|
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
