Aer condiționat

Istorie

În secolul al XIX-lea, omul de știință și inventatorul britanic Michael Faraday a descoperit că prin comprimarea și lichefierea amoniacului se poate răci aerul atunci când amoniacul lichefiat este lăsat să se evapore.

În 1842, medicul american Dr. John Gorrie a folosit tehnologia compresorului pentru a crea gheață, pe care a folosit-o pentru a răci aerul pentru pacienții săi.^[] El spera ca, în cele din urmă, să își folosească mașina de făcut gheață pentru a regla temperatura clădirilor și chiar a luat în considerare răcirea unor orașe întregi cu un sistem de unități centralizate de aer condiționat.

Aplicații de aer condiționat

Inginerii de aer condiționat împart în linii mari aplicațiile de climatizare în două categorii: confort și proces.

Aplicațiile de confort urmăresc să asigure un mediu interior care să rămână relativ constant într-un interval preferat de oameni, în ciuda schimbărilor în condițiile meteorologice externe sau a sarcinilor termice interne.

Aplicațiile de proces au ca scop asigurarea unui mediu adecvat pentru un proces industrial sau comercial, indiferent de sarcinile termice interne și de condițiile meteorologice externe. Deși se află adesea în același interval de confort, cerințele procesului sunt cele care determină condițiile, nu preferințele umane. Aplicațiile de proces includ:

• Sălile de operație ale spitalelor în care aerul este filtrat la niveluri ridicate pentru a reduce riscul de infecție, iar umiditatea este controlată pentru a limita deshidratarea pacienților. Deși temperaturile se situează adesea în intervalul de confort, unele proceduri de specialitate, cum ar fi chirurgia pe cord deschis, necesită temperaturi scăzute (aproximativ 18 °C, 64 °F), iar altele, cum ar fi cele neonatale, temperaturi relativ ridicate (aproximativ 28 °C, 82 °F).

• Săli curate pentru producția de circuite integrate și produse farmaceutice etc., în care sunt necesare niveluri extrem de ridicate de curățenie a aerului și controlul temperaturii și umidității pentru succesul procesului.

• Instalații pentru creșterea animalelor de laborator. Deoarece multe animale se înmulțesc în mod normal doar primăvara, menținerea lor în încăperi care reflectă condiții asemănătoare primăverii le poate determina să se înmulțească pe tot parcursul anului.

• Aer condiționat pentru aeronave. Deși, în mod nominal, are ca scop asigurarea confortului pasagerilor și răcirea echipamentelor, aerul condiționat al aeronavelor prezintă un proces special din cauza presiunii scăzute a aerului din afara aeronavei.

Alte exemple includ:

• Centre de procesare a datelor
• Fabrici de textile
• Facilități fizice de testare
• Plante și zone de cultivare a fermelor
• Instalații nucleare
• Minele
• Mediile industriale
• Zone de gătit și prelucrare a alimentelor

Atât în aplicațiile de confort, cât și în cele de proces, obiectivul nu este doar controlul temperaturii (deși în unele aplicații de confort acesta este singurul lucru care este controlat), ci și factori precum umiditatea, mișcarea aerului și calitatea aerului.

Bazele și teoriile sistemului de aer condiționat

Ciclul de refrigerare

În ciclul de refrigerare, o pompă transferă căldura de la o sursă de temperatură mai scăzută la un radiator cu temperatură mai ridicată. Căldura va curge în mod natural în direcția opusă. Acesta este cel mai comun tip de aer condiționat. Un sistem de aer condiționat cu refrigerare funcționează în același mod, pompând căldura din încăperea în care se află.

Acest ciclu profită de legea universală a gazelor PV = nRT, unde P este presiunea, V este volumul, R este constanta universală a gazelor, T este temperatura, iar n este numărul de molecule de gaz (1 mol = 6,022×10²³ molecule).

Cel mai comun ciclu de refrigerare utilizează un motor electric pentru a acționa un compresor. La un automobil, compresorul este acționat de o scripete de pe arborele cotit al motorului, ambele utilizând motoare electrice pentru circulația aerului. Deoarece evaporarea are loc atunci când căldura este absorbită, iar condensarea are loc atunci când căldura este eliberată, aparatele de aer condiționat sunt proiectate să utilizeze un compresor pentru a provoca schimbări de presiune între două compartimente și pentru a pompa în mod activ un agent de răcire în jurul unui sistem închis. Lichidul de răcire, sau refrigerantul, este pompat în compartimentul răcit (serpentina de evaporare). Presiunea scăzută determină apoi evaporarea agentului frigorific, luând cu el căldura. În celălalt compartiment (condensatorul), vaporii de agent frigorific sunt comprimați și forțați să treacă printr-o altă serpentină de schimb de căldură, condensându-se într-un lichid care apoi respinge căldura absorbită anterior din spațiul răcit.

O schemă simplă stilizată a ciclului de refrigerare: 1) serpentină de condensare, 2) supapă de expansiune, 3) serpentină de evaporare, 4) compresor.

Implicații asupra sănătății

Aerul condiționat are o influență asupra sănătății umane la fel de mare ca orice sistem de încălzire generic.Sistemele de aer condiționat prost întreținute (în special sistemele mari, centralizate) pot promova ocazional dezvoltarea și răspândirea microorganismelor, cum ar fi Legionella pneumophila, agentul infecțios responsabil de boala legionarilor. Aerul condiționat poate avea un efect pozitiv asupra persoanelor care suferă de alergii și astm.

În cazul unor valuri de căldură grave, aerul condiționat poate salva viețile persoanelor în vârstă. Unele autorități locale au înființat chiar centre publice de răcire în beneficiul celor care nu au aer condiționat acasă.

Pagini conexe

• Energie
• Pompă de căldură
• Energie regenerabilă