Gaisa kondicionēšana

Vēsture

"Ēku dzesēšanas" jēdziens parādījās jau Senajā Romā, kur akvedukta ūdens tika cirkulēts starp ēku sienām, lai šīs ēkas atdzesētu. Tā kā šāds ūdens izmantošanas veids bija dārgs pasākums, tad tikai bagātie varēja atļauties šādu greznību.
2. gs. ķīniešu izgudrotājs Ding Huan no Haņu dinastijas izgudroja manuāli darbināmu ventilatoru, 3m diametrā. 747. gadā imperators Xuanzong (712-762) no Tang dinastijas savā pilī izbūvēja "aukstuma halli", kurai bija jau ar ūdeni darbināmi ventilatori.
1820. gadā britu zinātnieks un izgudrotājs Maikls Faradejs (Michael Faradey) atklāja, ka, saspiežot un sašķidrinot amonjaku (NH₃), ir iespējams atdzesēt gaisu, šķidram amonjakam iztvaikojot. 1842. gadā ASV fiziķis Džons Gorijs (John Gorrie) pielietoja kompresoru tehnoloģiju, lai radītu ledu, kas tālāk tika izmantots, lai atdzesētu telpas gaisu viņa slimnīcā Floridā. Dž.Gorijs cerēja izmantot savu aparātu ledus veidošanai ēkas telpu temperatūras regulēšanai. Viņš arī aizdomājās par centralizēto gaisa kondicionēšanu, kas spētu dzesēt veselas pilsētas. Diemžēl viņa aparāts ledus veidošanai darbojās neregulāri. Neskatoties uz to, ka 1851. gadā Dž.Gorijam tika piešķirts patents viņa izgudrojumam, viņš nesaņēma naudu savas ierīces pilnveidošanai. Dž.Gorijs mira 1855. gadā nabadzībā, un viņa ideja par gaisa kondicionēšanu izzuda uz 50 gadiem.
1902. gadu var saukt par mūsdienu gaisa kondicionēšanas ēras sākumu, kad Vilis Keriers (Willis Carrier) izmantoja gaisa kondicionēšanas sistēmu ar slēgtu dzesēšanas ciklu, lai uzlabotu apstrādes un izgatavošanas procesu kontroli tipogrāfijā. Viņa izgudrojums ne tikai kontrolēja temperatūru, bet arī mitrumu. Vēlāk tika izveidota gaisa kondicionēšanas kompānija Carrier (ASV), lai apmierinātu augošo pieprasījumu pēc kondicionieriem. Ar laiku gaisa kondicionēšanas sistēmas sāka uzstādīt arī sabiedriskās un komerciālās ēkās, un to pārdošana strauji izvērtās 1950 gados.
1906. gadā Stjuarts Krāmers (Stuart Cramer) pētīja veidus, kā mitrināt gaisu savā tekstilfabrikā. Krāmers bija arī tas, kas ieviesa terminu "gaisa kondicionēšana", ko V. Kariers vēlāk pārņēma un iekļāva savas kompānijas nosaukumā.
Pirmajos kondicionieros par aukstuma aģentiem tika izmantotas toksiskas un viegli uzliesmojošas gāzes, piemēram, amonjaks vai propāns. 1928. gadā Tomass Miglejs (Thomas Midgley) radīja pirmo hlorofluorooglekļa gāzi, freonu. Dotais aukstuma aģents bija ievērojami drošāks cilvēku veselībai, taču vēlāk atklāja, ka tas noārda atmosfēras ozona slāni. Freons ir Dupont preču zīme jebkuram hlorfluoroglekļa (CFC) vai hlorfluorogļūdeņraža (HCFC) aukstuma aģentam. Katrs nosaukums ietver skaitli, kas norāda molekulāro sastāvu (R-11, R-12, R-22, R134A). Visbiežāk ēku dzesēšanai tika izmantots R-22. Tomēr tas ir jāizslēdz no izmantošanas jaunās iekārtās līdz 2010. gadam, un pilnīgi jāizslēdz no aprites līdz 2020. gadam. Kā alternatīva parastajiem aukstuma aģentiem tiek piedāvātas dabīgās alternatīvas, piemēram, R-744. Šobrīd notiek pāreja uz videi draudzīgiem aukstuma aģentiem, piemēram izplatītākie ir freoni ar būtiski samazinātu ietekmi uz apkārtējo vidi- R407C, R410A vai lielās iekārtās R134A, tiek samazināts aukstuma aģentu daudzums iekārtās un iekārtu kvalitāte nodrošina pret aukstuma aģenta noplūdi vidē. Inovācijas gaisa kondicionēšanas nozarē arvien turpinās tikai ar lielāku uzsvaru uz energoefektivitāti un telpas gaisa kvalitātes uzlabošanu.
PSRS laikā gaisa kondicionēšana, kā tehnikas nozare, attīstījās lēni. Tikai 1956. gadā gaisa kondicionētājus sāk ražot specializētā rūpnīcā Harkovā, bet vēlāk arī rūpnīcās Domodedovā, Baku un Jelgavā. No 1966. gada ražošana Jelgavā pārtraukta.
Šobrīd Latvijā lielākoties tiek izmantotas iekārtas, kuras ražo pasaulē lielākie kondicionēšanas iekārtu ražotāji, kā piemēram TRANE, Carrier, York, Mitsubishi Heavy, Daikin u.c.

Darbības princips

Kā zināms no fizikas kursa, iztvaikošanas procesā jebkurš šķidrums absorbē siltumu. Un otrādi, siltums izdalās pie tvaika kondensācijas. Tieši šo principu izmanto gaisa kondicionieris.
Kondicionieris sastāv no slēgta hermētiska kontūra, kurā cirkulē speciāla viela — aukstuma aģents. Siltuma apmaiņa starp aukstuma aģentu un gaisu notiek siltummainī. Lai siltumapmaiņas process starp aukstuma aģentu un gaisu noritētu ātrāk, gaisu cauri siltummainim pūš ventilators. Atkarībā no procesa, kas notiek siltummainī, vienu no tiem sauc par iztvaikotāju, otru — kondensatoru. Kad kondicionieris strādā dzesēšanas režīmā, par iztvaikotāju strādā iekšējais (telpā atrodošais) siltummainis, bet par kondensatoru — āra (ārpus telpas atrodošais) siltummainis. Savukārt, kad kondicionieris strādā apkures režīmā, siltummaiņi mainās vietām. Aukstums netiek ražots, bet notiek siltuma pārnese ar aukstuma aģentu no vienas vietas uz citu. Pateicoties šim principam arī parādījās termins "siltumsūknis". Tāda paša iemesla dēļ kondicionieris spēj "radīt" siltumu vai aukstumu aptuveni 3 reizes vairāk nekā tas patērē elektroenerģiju.
Fāžu pārejas temperatūra (šķidruma iztvaikošanas vai kondensācijas) ir atkarīga no spiediena, pie kura notiek process. Pastāv sakarība - jo lielāks ir spiediens, jo augstāka ir fāžu pārejas temperatūra. Savukārt, lai šķidrais aukstuma aģents iztvaikotu un adsorbētu siltumu no apkārtesošā gaisa, siltummainī ir jārada tāds spiediens, pie kura fāžu pārejas temperatūra ir zemāka nekā apkārtesošā gaisa temperatūra. Un otrādi, tvaikveidīgs aukstuma aģents atdos siltumu gaisam, pārvēršoties šķidrumā, ja rada spiedienu, pie kura fāžu pārejas temperatūra būs augstāka nekā gaisa temperatūra.
Kontūrā ir nepieciešams ieslēgt vēl divus elementus. Tas ir kompresors, kas paaugstina spiedienu līdz kondensācijas spiedienam, un droseļvārsts, kas samazina spiedienu līdz iztvaikošanas spiedienam.
Jebkura kondicioniera galvenās sastāvdaļas ir:

1. slēgts kontūrs, pa kuru cirkulē aukstuma aģents;

2. āra siltummainis (kondensators);

3. iekšējais siltummainis (iztvaikotājs);

4. kompresors;

5. droseļvārsts.
Lai kondicionieris varētu strādāt ne tikai dzesēšanas, bet arī apkures režīmā, kontūrā ir nepieciešams iekļaut arī četrgaitas vārstu. Tā uzdevums ir pārvērst iztvaikotāju kondensatorā un otrādi. Šādu kondicionieri sauc par kondicionieri ar reversa (atgriezenisko) ciklu, kas spēj siltumu pārnest gan no telpas uz āru, gan otrādi.

Gaisa kondicionēšanas pielietojumi

Izšķir divus gaisa kondicionēšanas sistēmu pielietojumus:
• komforta gaisa kondicionēšanas sistēmas;

• tehnoloģiskās gaisa kondicionēšanas sistēmas.
Komforta gaisa kondicionēšanas sistēmu uzdevums ir radīt cilvēkiem komfortablus darba un atpūtas apstākļus.
Komforta gaisa kondicionēšanas sistēmas var iedalīt pēc ēku tipiem, ko tās apkalpo:

• Privātmājas;

• Augstceltnes;

• Komerciālās ēkas, piemēram, ofisi, tirdzniecības centri, restorāni, u.c.;

• Sabiedriskās ēkas - slimnīcas, augstskolas, valdību iestādes, u.c.;

• Rūpniecības telpas, kuras ir paredzētas darbinieku komforta nodrošināšanai.
Tehnoloģisko gaisa kondicionēšanas sistēmu galvenais uzdevums ir nodrošināt tehnoloģisko procesu norisei vai materiālo vērtību glabāšanai vēlamos gaisa parametrus.
Tehnoloģiskās gaisa kondicionēšanas sistēmas var iedalīt pēc telpu tipiem, ko tās apkalpo:

• Operāciju zāles. Gaiss tiek filtrēts, lai novērstu pacientu inficēšanās riskus. Lai gan temperatūra bieži vien tiek uzturēta komforta robežās, tomēr īpašu operāciju laikā, piemēram, sirds operāciju laikā, ir nepieciešams uzturēt zemāku temperatūru (ap 18 °C).

• Laboratorijas;

• Gaisa kondicionēšana lidmašīnās. Tās uzdevums ir ne tikai nodrošināt vēlamo mikroklimatu lidmašīnas salonā, bet arī ierīču dzesēšanu.

Gaisa kondicionēšanas ietekme uz veselību

Neefektīva gaisa kondicionēšanas sistēma bieži var izraisīt dažādu mikroorganismu augšanu. Bīstamākais, ko kondicionieris spēj nodarīt cilvēkam, ir inficēšana ar Legionella baktērijām (Legionella pneumophila), kas izraisa saslimšanu ar plaušu infekciju . Tomēr šie veselības riski var tikt novērsti, gaisa kondicionētāju pareizi ekspluatējot. Ļoti svarīgi ir uzturēt tīru un drošu vidi slimnīcu operāciju zālēs un citās telpās, kur piemērota vide ir ļoti nozīmīga pacientu drošībai un labsajūtai. Gaisa kondicionēšanai atstāj pozitīvu iedarbību uz astmas slimnieku veselību.
Gaisa kondicionēšanas sistēmas, kas rada pārmērīgu troksni, veicina dzirdes pasliktināšanos. Jaunās paaudzes gaisa kondicionieri strādā ievērojami klusāk.