Кондиционер

История

В 19 веке британский ученый и изобретатель Майкл Фарадей обнаружил, что сжатие и сжижение аммиака может охладить воздух, когда сжиженному аммиаку дают испариться.

В 1842 году американский врач доктор Джон Горри использовал компрессорную технологию для создания льда, который он использовал для охлаждения воздуха для своих пациентов.^[] Он надеялся со временем использовать свою льдогенераторную машину для регулирования температуры в зданиях и даже рассматривал возможность охлаждения целых городов с помощью системы централизованных кондиционеров.

Применение кондиционеров

Инженеры по кондиционированию воздуха в целом делят системы кондиционирования на комфортные и технологические.

Комфортные приложения направлены на обеспечение внутренней среды, которая остается относительно постоянной в диапазоне, предпочитаемом человеком, несмотря на изменения внешних погодных условий или внутренних тепловых нагрузок.

Технологические приложения нацелены на обеспечение подходящих условий для промышленного или коммерческого процесса, независимо от внутренних тепловых нагрузок и внешних погодных условий. Хотя часто они находятся в одном и том же диапазоне комфортности, условия определяются требованиями технологического процесса, а не предпочтениями человека. К технологическим приложениям относятся:

• Больничные операционные, в которых воздух фильтруется до высоких уровней для снижения риска инфекции, а влажность контролируется для ограничения обезвоживания пациента. Хотя температура часто находится в комфортном диапазоне, некоторые специализированные процедуры, такие как операции на открытом сердце, требуют низких температур (около 18 °C, 64 °F), а другие, такие как неонатальные, - относительно высоких температур (около 28 °C, 82 °F).

• Чистые помещения для производства интегральных схем, фармацевтических препаратов и т.д., в которых для успешного протекания процесса требуется чрезвычайно высокий уровень чистоты воздуха и контроль температуры и влажности.

• Помещения для разведения лабораторных животных. Поскольку многие животные обычно размножаются только весной, содержание их в помещениях с зеркальными весенними условиями может заставить их размножаться круглый год.

• Кондиционирование воздуха в самолете. Хотя номинально кондиционирование воздуха в самолете направлено на обеспечение комфорта для пассажиров и охлаждение оборудования, оно представляет собой особый процесс из-за низкого давления воздуха снаружи самолета.

Другие примеры включают:

• Центры обработки данных
• Текстильные фабрики
• Физические испытательные стенды
• Растения и зоны выращивания сельскохозяйственных культур
• Ядерные объекты
• Шахты
• Промышленные среды
• Зоны приготовления и обработки пищевых продуктов

Как в комфортных, так и в технологических приложениях целью является не только контроль температуры (хотя в некоторых комфортных приложениях только это и контролируется), но и таких факторов, как влажность, движение воздуха и качество воздуха.

Основы и теории систем кондиционирования воздуха

Холодильный цикл

В холодильном цикле насос переносит тепло от источника с более низкой температурой к теплоотводу с более высокой температурой. Тепло естественным образом течет в противоположном направлении. Это самый распространенный тип кондиционирования воздуха. Холодильная система кондиционирования воздуха работает точно так же, выкачивая тепло из помещения, в котором она находится.

Этот цикл использует универсальный газовый закон PV = nRT, где P - давление, V - объем, R - универсальная газовая постоянная, T - температура, а n - число молекул газа (1 моль = 6,022×10²³ молекул).

В наиболее распространенном холодильном цикле для привода компрессора используется электродвигатель. В автомобилях компрессор приводится в действие шкивом коленчатого вала двигателя, а для циркуляции воздуха в обоих случаях используются электродвигатели. Поскольку испарение происходит при поглощении тепла, а конденсация - при его выделении, кондиционеры воздуха сконструированы таким образом, что компрессор вызывает изменение давления между двумя отсеками и активно перекачивает охлаждающую жидкость по замкнутой системе. Охлаждающая жидкость, или хладагент, закачивается в охлаждаемый отсек (змеевик испарителя). Под действием низкого давления хладагент испаряется, унося с собой тепло. В другом отсеке (конденсаторе) пары хладагента сжимаются и прогоняются через другой теплообменный змеевик, конденсируясь в жидкость, которая затем отдает тепло, ранее поглощенное из охлаждаемого пространства.

Простая стилизованная диаграмма холодильного цикла: 1) конденсатор, 2) расширительный клапан, 3) испаритель, 4) компрессор.

Последствия для здоровья

Плохо обслуживаемые системы кондиционирования воздуха (особенно большие централизованные системы) могут иногда способствовать росту и распространению микроорганизмов, таких как Legionella pneumophila, инфекционного агента, ответственного за болезнь легионеров. Кондиционирование воздуха может оказывать положительное влияние на людей, страдающих аллергией и астмой.

В сильную жару кондиционеры могут спасти жизнь пожилым людям. Некоторые местные власти даже создали общественные центры охлаждения для тех, у кого дома нет кондиционера.

Похожие страницы

• Энергия
• Тепловой насос
• Возобновляемая энергия