Кондиционирование воздуха
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
- В наиболее общем смысле кондиционирование воздуха является формой вентиляции. Эта статья об охлаждении воздуха для этой цели.
Кондиционирование воздуха - одна из форм вентиляции.
Содержание |
[править] Цели
Кондиционирование воздуха в помещениях предусматривается для создания и поддержания в них:
- установленных нормами допускаемых условий воздушной среды, если они не могут быть обеспечены более простыми средствами;
- искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями внутри помещения или части их круглогодично или в течение теплого либо холодного периода года;
- оптимальных (или близких к ним) гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях, если это экономически оправдано увеличением производительности труда;
- оптимальных условий воздушной среды в помещениях общественных и жилых зданий, административных и многофункциональных, а также вспомогательных зданий промышленных предприятий.
Кондиционирование воздуха, осуществляемое для создания и поддержания допускаемых или оптимальных условий воздушной среды, носит название комфортного, а искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями — технологического. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических решений, именуемых системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства приготовления, перемешивания и распределения воздуха, приготовления холода, а также технические средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля.
[править] История кондиционирования воздуха
Первые попытки кондиционирования воздуха производились в Персии тысячи лет назад. Персидские устройства охлаждения воздуха использовали способность воды сильно охлаждаться при испарении. Типичный кондиционер тех дней представлял собой специальную шахту, улавливающую дуновение ветра, в которой размещались пористые сосуды с водой или протекала вода из источника. Воздух в шахте охлаждался и насыщался влагой и, затем, подавался в помещение. Устройство было сравнительно эффективно для жаркого и сухого климата, такой кондиционер не смог бы работать при высокой относительной влажности воздуха.
В Индии летом в качестве двери использовался каркас, обвитый индийской кокосовой пальмой — татти. Сверху двери устанавливалась ёмкость, которая медленно заполнялась водой за счёт капиллярного эффекта татти. Когда уровень воды достигал определённого значения, ёмкость опрокидывалась, орошая водой дверь, и возвращалась в исходное состояние. Такой цикл многократно повторялся, пока пальма оставалась живой и получала достаточно света (см. ст. Транспирация).
В XIX веке британский изобретатель Майкл Фарадей обнаружил, что сжатие и сжижение определённого газа охлаждают воздух. Но его идеи были в значительной степени теоретическими. Электрический способ кондиционирования воздуха был изобретён Уиллисом Кэррьером примерно в 1902 году. Им же была разработана первая система кондиционирования воздуха для типографии в Бруклине (Нью-Йорк). Летом, при процессе печатания, постоянное изменение температуры и влажности не позволяло добиться качественной цветопередачи. Кэрриер разработал аппарат, который охлаждал воздух до постоянной температуры и осушал его до 55 %. Своё устройство он назвал «аппаратом для обработки воздуха». В 1915 году он и ещё шесть коллег-инженеров основали собственную компанию «Garner Engineering Co.», впоследствии переименованную в «Carrier». Сегодня компания "Кэрриер" — один из ведущих производителей кондиционеров, ей принадлежит 12 % мирового объёма производства кондиционеров.
Сам термин кондиционирование воздуха впервые был предложен в 1906 году Стюардом Крамером, который связывал это понятие с получением кондиционного товара.
Позже дорогие системы кондиционирования воздуха начали применяться для улучшения производительности труда на рабочих местах. Затем сфера применения кондиционирования была расширена для улучшения комфорта в домах и автомобилях. В 1950-х годах в Соединённых Штатах наблюдался взлёт продаж кондиционеров для жилых помещений.
Первые кондиционеры и холодильники использовали токсичные газы, такие как аммиак и метилхлорид, которые приводили к смертельным несчастным случаям, когда они просачивались. В 1930-х годах по соображениям безопасности фирма Дженерал Электрик выпустила кондиционер, компрессорно-конденсаторный агрегат которого располагался с внешней стороны здания. Это была первая сплит-система.
Первый автомобильный кондиционер имел мощность охлаждения 370 Вт, был создан фирмой С & С Kelvinator Co в 1930 году и установлен на Кадиллаке.
Томас Мидглей младший первым предложил в качестве хладагента использовать дифтормонохлорметан, названный потом фреоном в 1928 году. Этот хладагент оказался намного более безопасным для людей, но не для озонового слоя атмосферы. Фреон — торговая марка компании Дюпон для всех CFC, HCFC или HFC хладагентов, название каждого включает число, указывающее на молекулярный состав (R-11, R-12, R-22, R-134). Наиболее часто используется смесь HCFC, или R-22, но планируется отказаться от неё в производстве новых приборов к 2010 году, и совсем избавиться от неё в 2020 году. R-11 и R-12 больше не изготовляются, единственный способ купить их — это очистить газ, находящийся в старых кондиционерах. В наши дни набирает популярность хладагент R-410A, безопасный для озонового слоя Земли, невоспламняющийся, нетоксичный и в высшей степени энергосберегающий.
В 1980-х годах компанией Toshiba был разработан новый способ управления компрессором, заключающийся в изменении частоты тока электропитания компрессора — инверторные системы.
[править] Способы кондиционирования воздуха
[править] Цикл охлаждения
Принцип работы кондиционера аналогичен принципу работы холодильника. Цикл охлаждения состоит из четырёх этапов:
1. Хладагент циркулирует по закрытому контуру системы, его движение поддерживается компрессором. На первом этапе в компрессор из испарителя поступает холодный парообразный хладагент низкого давления. Затем он сжимается, в течение этого процесса происходит повышение его температуры и давления.
2. Горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его переход в состояние жидкости высокого давления — процесс конденсации. Тепло, отводимое от хладагента вентилятором системы охлаждения отдаётся окружающей среде.
3. Затем жидкий хладагент попадает в расширительный клапан, где он резко расширяется, при этом снижаются его давление и температура (он переходит в туманообразное состояние). Регулятор потока контролирует подачу хладагента в испаритель.
4. Хладагент низкого давления попадает в испаритель. Там он начинает кипеть и забирать тепло от воздуха внутри помещения, переходя при этом в газообразное состояние. Затем газообразный хладагент возвращается в компрессор и цикл начинается заново.
Для нагрева воздуха в кондиционерах используется обратный цикл.
[править] Контроль влажности воздуха
Обычно перед воздушным кондиционером ставится задача уменьшения влажности воздуха. Достаточно холодный (ниже точки росы) испарительный змеевик конденсирует водяной пар из обработанного воздуха (таким же образом, как и очень холодный напиток конденсирует водяной пар воздуха на внешней стороне стакана), отправляя воду в дренажную систему и, таким образом понижая влажность воздуха. Сухой воздух улучшает комфорт, так как он обеспечивает естественное охлаждение организма человека путём испарения пота с кожи. Обычно кондиционеры позволяют обеспечить относительную влажность воздуха от 40 до 60 процентов. Установка кондиционера с парогенератором позволяет поддерживать точное значение влажности в помещении.
[править] Испарительные охладители
Вышеупомянутые персидские системы охлаждения были испарительными охладителями. В местах с очень сухим климатом они популярны, так как могут легко обеспечить хороший уровень комфорта. Испарительный охладитель — устройство, которое забирает воздух извне и пропускает его через влажную прокладку. Температура входящего воздуха, измеренная при помощи сухого термометра, уменьшается. Общее же «количество теплоты заключённое в воздухе» (внутренняя энергия) остаётся неизменным. Часть теплоты переходит в скрытую теплоту при испарении воды во влажных и более холодных прокладках. Такие охладители могут быть очень эффективны, если входящий воздух достаточно сухой. Также они дешевле и более надёжны и просты в обслуживании. Похожий тип охладителя, но использующий лёд для охлаждения и увлажнения воздуха, был запатентован американцем Джоном Горри Апалачиколой в 1842 году, который использовал это устройство для охлаждения пациентов в своём госпитале для больных малярией.
[править] Современное кондиционирование воздуха
В наши дни получило распространение проектирование систем кондиционирования на стадии разработки архитектурного проекта.
В XXI веке всё большее значение приобретает энергосбережение при кондиционировании (стоит вспомнить энергетический кризис в Америке, связанный с пиком потребления энергии кондиционерами[источник?]). Учитывая ухудшающееся состояние окружающей среды, обеспечение чистого воздуха в помещении также является одной из наиболее важных проблем. Также качество воздуха играет большое значение в медицине (операционные и родильные боксы), при производстве электроники и других высокотехнологичных производствах. Для точного поддержания значений температуры и влажности используются прецизионные кондиционеры.
[править] Ссылки
- Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х ч. Под ред. И. Г. Староверова. // Авт.: В. Н. Богословский, И. А. Шепелев, В. М. Эльтерман и др. Изд. 2-е перераб. и доп. Ч.2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. — Москва: Стройиздат, 1977—502с.(Справочник проектировщика), С. 126. — УДК 697.9.001.2(031)
