Klimatizácia: princíp, súčasti, typy a využitie

V 19. storočí britský vedec a vynálezca Michael Faraday zistil, že stlačením a skvapalnením čpavku možno ochladiť vzduch, keď sa skvapalnený čpavok nechá odparovať.

V roku 1842 americký lekár Dr. John Gorrie použil kompresorovú technológiu na výrobu ľadu, ktorý používal na chladenie vzduchu pre svojich pacientov.^[] Dúfal, že svoj stroj na výrobu ľadu nakoniec využije na reguláciu teploty v budovách, a dokonca uvažoval o ochladzovaní celých miest pomocou systému centralizovaných klimatizačných jednotiek.

Klimatizační inžinieri všeobecne rozdeľujú aplikácie klimatizácie na komfortné a procesné.

Cieľom komfortných aplikácií je zabezpečiť vnútorné prostredie, ktoré zostáva relatívne konštantné v rozsahu preferovanom ľuďmi napriek zmenám vonkajších poveternostných podmienok alebo vnútornej tepelnej záťaže.

Cieľom procesných aplikácií je zabezpečiť vhodné prostredie pre priemyselné alebo obchodné procesy bez ohľadu na vnútorné tepelné zaťaženie a vonkajšie poveternostné podmienky. Hoci sa často pohybujú v rovnakom rozsahu komfortu, podmienky určujú požiadavky procesu, nie ľudské preferencie. Medzi procesné aplikácie patria:

• Nemocničné operačné sály, v ktorých sa vzduch filtruje na vysokú úroveň, aby sa znížilo riziko infekcie, a v ktorých sa reguluje vlhkosť, aby sa obmedzila dehydratácia pacientov. Hoci sa teploty často pohybujú v komfortnom rozmedzí, niektoré špecializované zákroky, ako napríklad operácie otvoreného srdca, si vyžadujú nízke teploty (približne 18 °C, 64 °F) a iné, ako napríklad novorodenecké operácie, relatívne vysoké teploty (približne 28 °C, 82 °F).

• Čisté priestory na výrobu integrovaných obvodov, farmaceutických výrobkov atď., v ktorých sa pre úspech procesu vyžaduje mimoriadne vysoká úroveň čistoty vzduchu a kontrola teploty a vlhkosti.

• Zariadenia na chov laboratórnych zvierat. Keďže mnohé zvieratá sa zvyčajne rozmnožujú len na jar, ich držanie v priestoroch, ktoré odrážajú jarné podmienky, môže spôsobiť, že sa budú rozmnožovať po celý rok.

• Klimatizácia lietadla. Hoci je klimatizácia lietadiel nominálne zameraná na zabezpečenie pohodlia pre cestujúcich a chladenie zariadení, predstavuje osobitný proces vzhľadom na nízky tlak vzduchu mimo lietadla.

Medzi ďalšie príklady patria:

• Centrá na spracovanie údajov
• Textilné továrne
• Fyzické testovacie zariadenia
• Rastliny a plochy na pestovanie na farme
• Jadrové zariadenia
• Bane
• Priemyselné prostredie
• Priestory na varenie a spracovanie potravín

V komfortných aj procesných aplikáciách nie je cieľom len regulácia teploty (hoci v niektorých komfortných aplikáciách je to všetko, čo sa reguluje), ale aj faktorov, ako je vlhkosť, pohyb vzduchu a kvalita vzduchu.

Chladiaci cyklus

V chladiacom cykle čerpadlo prenáša teplo zo zdroja s nižšou teplotou do chladiča s vyššou teplotou. Teplo bude prirodzene prúdiť opačným smerom. Ide o najbežnejší typ klimatizácie. Chladiaci klimatizačný systém funguje podobne ako čerpanie tepla z miestnosti, v ktorej stojí.

Tento cyklus využíva univerzálny zákon plynu PV = nRT, kde P je tlak, V je objem, R je univerzálna plynová konštanta, T je teplota a n je počet molekúl plynu (1 mol = 6,022 × 10²³ molekúl).

Najbežnejší chladiaci cyklus využíva elektromotor na pohon kompresora. V automobile je kompresor poháňaný remenicou na kľukovom hriadeli motora, pričom v oboch prípadoch sa na cirkuláciu vzduchu používajú elektromotory. Keďže pri absorpcii tepla dochádza k vyparovaniu a pri uvoľňovaní tepla dochádza ku kondenzácii, klimatizačné zariadenia sú navrhnuté tak, že využívajú kompresor, ktorý spôsobuje zmeny tlaku medzi dvoma priestormi a aktívne čerpá chladivo v uzavretom systéme. Chladiaca kvapalina alebo chladivo sa čerpá do chladeného priestoru (výparníková špirála). Nízky tlak potom spôsobí, že sa chladivo vyparí a odoberie so sebou teplo. V druhom priestore (kondenzátore) sa pary chladiva stláčajú a pretláčajú cez ďalšiu výmennú špirálu a kondenzujú na kvapalinu, ktorá potom odvádza teplo predtým absorbované z chladeného priestoru.

Klimatizácia má rovnaký vplyv na ľudské zdravie ako akýkoľvek iný vykurovací systém.Zle udržiavané klimatizačné systémy (najmä veľké centrálne systémy) môžu príležitostne podporovať rast a šírenie mikroorganizmov, ako je Legionella pneumophila, infekčný agens zodpovedný za legionársku chorobu. Klimatizácia môže mať pozitívny vplyv na osoby trpiace alergiami a astmou.

V prípade veľkých horúčav môže klimatizácia zachrániť život starších ľudí. Niektoré miestne úrady dokonca zriadili verejné chladiace centrá v prospech tých, ktorí nemajú doma klimatizáciu.

• Energia
• Tepelné čerpadlo
• Obnoviteľná energia