শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা

শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা (ইংরেজি: Air conditioning) হচ্ছে অভ্যন্তরীন বাতাসে (indoor air) আর্দ্রতার পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ করে আরামদায়ক পরিবেশ তৈরী। বিশদ অর্থে শীতলীকরণ, তাপমাত্রা বৃদ্ধি, বাতাসের গতি নিয়ন্ত্রণ ও বিশুদ্ধতা নিশ্চিতকরণই শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা।ASHRAE Terminology of HVAC&R, ASHRAE, Inc., Atlanta, 1991

ব্যবহার
এটি সাধারণত ঘরের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণে ব্যবহৃত হয়। বিশেষ করে গ্রীষ্মকালে এর ব্যবহার অনেক বেশি হয়ে পড়ে। বর্তমানে অনেক এসি একই সাথে হিটিং ও কুলিং করতে পারে, যা সারাবছর ব্যবহার করা হয়ে থাকে। 

 ইতিহাস 
শীতাতপ নিয়ন্ত্রণের ইতিহাস প্রাগৈতিহাসিক কাল পর্যন্ত বিস্তৃত। আধুনিক সিরিয়ার হামৌকার প্রাচীন শহরে দ্বৈত-প্রাচীরযুক্ত বসবাসের জায়গা পাওয়া গিয়েছিল, যেখানে দুটি দেওয়ালের মাঝখানের ফাঁকা স্থান বাতাসের প্রবাহ বাড়াতে সাহায্য করত। প্রাচীন মিশরীয় ভবনগুলিতেও নিষ্ক্রিয় (প্যাসিভ) শীতাতপ নিয়ন্ত্রণের বিভিন্ন কৌশল ব্যবহার করা হতো। [9, 10, 11] এই কৌশলগুলি আইবেরিয়ান উপদ্বীপ থেকে শুরু করে উত্তর আফ্রিকা, মধ্যপ্রাচ্য এবং উত্তর ভারত পর্যন্ত ব্যাপকভাবে প্রচলিত ছিল। [12]

বিংশ শতাব্দী পর্যন্ত এই নিষ্ক্রিয় কৌশলগুলি প্রচলিত ছিল, যতক্ষণ না এগুলো অপ্রচলিত হয়ে চালিত শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়। তবে, একবিংশ শতাব্দীর স্থাপত্য নকশার জন্য ঐতিহ্যবাহী ভবনগুলির ইঞ্জিনিয়ারিং অধ্যয়নের তথ্য ব্যবহার করে এই নিষ্ক্রিয় কৌশলগুলি আবার পুনরুজ্জীবিত ও পরিবর্তিত হচ্ছে। [13, 12]

এয়ার কন্ডিশনারগুলি ভবনের অভ্যন্তরীণ পরিবেশকে বাইরের আবহাওয়া এবং অভ্যন্তরীণ তাপের ওঠানামা থেকে তুলনামূলকভাবে স্থির রাখতে সাহায্য করে। এটি গভীর কাঠামোর (deep plan) ভবন তৈরি করতে এবং মানুষকে বিশ্বের উষ্ণতম অঞ্চলগুলিতে আরামে বসবাস করতে সক্ষম করেছে। [14]
 উন্নয়ন: পূর্ববর্তী আবিষ্কারসমূহ 

 ১৫৫৮ সালে, জিয়ামবাতিস্তা ডেলা পোর্টা তাঁর জনপ্রিয় বিজ্ঞান বই ন্যাচারাল ম্যাজিক-এ পটাশিয়াম নাইট্রেট (তখন "নাইটার" বলা হত) বরফের সাথে মিশিয়ে তার হিমাঙ্কের চেয়েও কম তাপমাত্রায় ঠান্ডা করার একটি পদ্ধতির বর্ণনা দেন। [15, 16, 17]
 ১৬২০ সালে, কর্নেলিস ড্রেবেল ইংল্যান্ডের প্রথম জেমসের জন্য "গ্রীষ্মকে শীতে রূপান্তর" প্রদর্শন করেন। তিনি ওয়েস্টমিনস্টার অ্যাবে-র গ্রেট হলের একটি অংশকে নালা ও আধার (vat) ব্যবহার করে ঠান্ডা করেছিলেন। [18]
 ১৭৫৮ সালে, বেঞ্জামিন ফ্রাঙ্কলিন এবং কেমব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক জন হ্যাডলি বাষ্পীভবনের নীতি প্রয়োগ করে কোনো বস্তুকে দ্রুত ঠান্ডা করার পরীক্ষা চালান। তাঁরা অত্যন্ত উদ্বায়ী তরল (যেমন অ্যালকোহল বা ইথার) বাষ্পীভূত করে পারদ-যুক্ত থার্মোমিটারের বাল্বের তাপমাত্রা জলের হিমাঙ্কের নিচে নামিয়ে  পর্যন্ত পৌঁছান এবং সেখানে বরফের একটি পাতলা স্তর জমতে দেখেন। [19]
 উনবিংশ শতাব্দীতে সংকোচন প্রযুক্তিতে অনেক অগ্রগতি হয়।
 ১৮২০ সালে, মাইকেল ফ্যারাডে আবিষ্কার করেন যে অ্যামোনিয়া সংকুচিত ও তরল করে বাষ্পীভূত হতে দিলে বাতাস ঠান্ডা করা যায়। [20]
 ১৮৪২ সালে, ফ্লোরিডার চিকিৎসক জন গোরি তাঁর রোগীদের জন্য হাসপাতাল ঠান্ডা করতে কম্প্রেসার প্রযুক্তি ব্যবহার করে বরফ তৈরি করেন এবং পুরো শহর ঠান্ডা করার জন্য একটি কেন্দ্রীয় শীতাতপ নিয়ন্ত্রণের স্বপ্ন দেখেছিলেন। তিনি ১৮৫১ সালে পেটেন্ট পান। 
 ১৮৫১ সালে, জেমস হ্যারিসন অস্ট্রেলিয়ায় প্রথম যান্ত্রিক বরফ তৈরির মেশিন তৈরি করেন এবং ১৮৫৫ সালে ইথার বাষ্প-সংকোচন শীতলীকরণ ব্যবস্থার (ether vapor-compression refrigeration system) জন্য পেটেন্ট পান। 

 প্রথম যন্ত্রসমূহ 
বিদ্যুৎ কার্যকর ইউনিটগুলির বিকাশের পথ খুলে দেয়।

 ১৯০১ সালে, আমেরিকান উদ্ভাবক উইলিস এইচ. ক্যারিয়ার প্রথম আধুনিক বৈদ্যুতিক শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ইউনিট তৈরি করেন বলে কৃতিত্ব দেওয়া হয়। [25, 26, 27, 28]
 ১৯০২ সালে, তিনি নিউ ইয়র্কের ব্রুকলিনের স্যেকেট-উইলহেমস লিথোগ্রাফিং অ্যান্ড পাবলিশিং কোম্পানিতে তাঁর প্রথম এয়ার কন্ডিশনিং সিস্টেম স্থাপন করেন। [29]
 তিনি ১৯০৬ সালে "এয়ার কন্ডিশনিং"-এর পেটেন্ট করেন [30] এবং ১৯১৪ সালের মধ্যে প্রথম আবাসিক (domestic) শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ স্থাপিত হয়। [20] ক্যারিয়ারের উদ্ভাবন তাপমাত্রা এবং আর্দ্রতা উভয়ই নিয়ন্ত্রণ করত।
 ১৯০৬ সালে, স্টুয়ার্ট ডব্লিউ. ক্রেমার তাঁর টেক্সটাইল মিলে বাতাসে আর্দ্রতা যোগ করার উপায় খুঁজছিলেন। তিনিই প্রথম একটি পেটেন্ট দাবিতে "এয়ার কন্ডিশনিং" শব্দটি ব্যবহার করেন।  উইলিস ক্যারিয়ার এই শব্দটি গ্রহণ করেন এবং তাঁর কোম্পানির নামে অন্তর্ভুক্ত করেন। 
 ১৯১৪ সালে, মিনিয়াপলিসে চার্লস গিলবার্ট গেটস-এর বাড়িতে প্রথম আবাসিক শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ স্থাপন করা হয়। (যদিও বাড়িটি খালি ছিল এবং গেটস ততদিনে মারা গিয়েছিলেন, তাই এটি সম্ভবত ব্যবহৃত হয়নি)। [20]
 ১৯৩১ সালে, এইচ.এইচ. શ્લ્ટজ এবং জে.কিউ. শেরম্যান জানালার তাকে বসানোর উপযোগী পৃথক রুম এয়ার কন্ডিশনার তৈরি করেন, যা ১৯৩২ সালে বিক্রি শুরু হয়। 
 এর এক বছর পর গাড়ির জন্য শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা বিক্রির জন্য চালু হয় এবং ১৯৩৯ সালে প্যাকার্ড প্রথম গাড়ি প্রস্তুতকারক হিসাবে তাদের গাড়িতে এয়ার কন্ডিশনিং ইউনিট সরবরাহ করে। [35, 36, 37]

 পরবর্তী উন্নয়ন ও অন্যান্য দিক 
 ১৯৪৫ সালে, রবার্ট শেরম্যান একটি পোর্টেবল, উইন্ডো-ইন এয়ার কন্ডিশনার আবিষ্কার করেন যা বাতাস শীতল, গরম, আর্দ্র ও আর্দ্রতামুক্ত করতে এবং ফিল্টার করতে পারত। [38]
 ১৯৫৪ সালে, নেড কোল প্রতিটি বাড়িতে শীতাতপ নিয়ন্ত্রণের ব্যবস্থা সহ প্রথম পরীক্ষামূলক 'উপনগর' তৈরি করেন, যার নাম ছিল 'অস্টিন এয়ার-কন্ডিশন্ড ভিলেজ'। গবেষণায় দেখা যায়, মানুষের খাদ্যাভ্যাস ও পানীয় পছন্দের পরিবর্তন হয়েছিল। [41, 42]
 এয়ার কন্ডিশনার গ্রহণের হার সাধারণত উষ্ণ অঞ্চলে বার্ষিক পারিবারিক আয় $10,000-এর উপরে গেলে বাড়ে। 

 পরিচালনার নীতি ও প্রকারভেদ 
শীতাতপ নিয়ন্ত্রণের মূল শীতলীকরণ প্রক্রিয়াটি বাষ্প-সংকোচন চক্র (vapor-compression cycle) ব্যবহার করে, যেখানে রেফ্রিজারেন্টের দশা পরিবর্তন (গ্যাস থেকে তরল) ঘটিয়ে তাপ স্থানান্তর করা হয়। [57, 58]

 হিটিং: কিছু এসি সিস্টেম রেফ্রিজারেশন চক্রটি উল্টে দিয়ে এয়ার সোর্স হিট পাম্প হিসেবে কাজ করতে পারে। [59]
 কর্মক্ষমতা: সিস্টেমের কর্মদক্ষতাকে প্রায়শই SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) দ্বারা রেট করা হয়। আর্দ্রতা কমানো (Dehumidifying) পরবর্তী শীতলীকরণ খরচ ৯০ শতাংশ পর্যন্ত কমাতে পারে। 
 নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা: এটি ইনফ্রারেড ওয়্যারলেস রিমোট বা থার্মোস্ট্যাট (Wired controller) দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হতে পারে।
 কম্প্রেসার প্রকারভেদ: বিভিন্ন ধরণের কম্প্রেসার রয়েছে, যেমন রিসিপ্রোকেটিং, রোটারি, এবং স্ক্রোল। স্ক্রোল কম্প্রেসারগুলি সাধারণত রিসিপ্রোকেটিংয়ের চেয়ে বেশি কার্যকর কারণ এতে চলমান যন্ত্রাংশের সংখ্যা কম থাকে।
 ক্যাপাসিটি মড্যুলেশন: ক্ষমতা নিয়ন্ত্রণের সবচেয়ে কার্যকর উপায় হল ইনভার্টার প্রযুক্তি ব্যবহার করে ভেরিয়েবল-স্পিড কম্প্রেসার চালানো

 অপারেশন (পরিচালনা) 

 পরিচালনার নীতিসমূহ (Operating principles) 
ঐতিহ্যবাহী এয়ার কন্ডিশনার সিস্টেমে শীতলীকরণ সম্পন্ন হয় বাষ্প-সংকোচন চক্র (vapor-compression cycle) ব্যবহার করে, যা তাপ স্থানান্তরের জন্য রেফ্রিজারেন্টের জোরপূর্বক সঞ্চালন এবং গ্যাস ও তরলের মধ্যে দশা পরিবর্তন (phase change) ব্যবহার করে। [57, 58]

 বাষ্প-সংকোচন চক্র একটি ইউনিটারি বা প্যাকেজড যন্ত্রাংশের মধ্যে ঘটতে পারে, অথবা একটি চিলার-এর মধ্যে ঘটতে পারে যা ইভাপোরেটর (Evaporator) দিকে টার্মিনাল কুলিং ইকুইপমেন্ট (যেমন ফ্যান কয়েল ইউনিট) এবং কন্ডেনসার (Condenser) দিকে কুলিং টাওয়ারের মতো তাপ বর্জনকারী সরঞ্জামের সাথে সংযুক্ত থাকে।
 একটি এয়ার সোর্স হিট পাম্প-এ এয়ার কন্ডিশনিং সিস্টেমের অনেক উপাদানই থাকে, তবে এতে একটি রিভার্সিং ভালভ থাকে, যা ইউনিটটিকে স্থান শীতল করার পাশাপাশি গরম করার কাজেও ব্যবহার করতে দেয়। 

এয়ার কন্ডিশনিং সরঞ্জামগুলি প্রক্রিয়াকৃত বাতাসের পরম আর্দ্রতা (absolute humidity) কমিয়ে দেয়, যদি ইভাপোরেটর কয়েলের পৃষ্ঠ আশেপাশের বাতাসের শিশিরাঙ্ক (dew point) থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে শীতল হয়। কোনো নির্দিষ্ট স্থানের জন্য ডিজাইন করা একটি এয়ার কন্ডিশনার সাধারণত সেই স্থানে ৩০% থেকে ৬০% আপেক্ষিক আর্দ্রতা (relative humidity) বজায় রাখে। 

অধিকাংশ আধুনিক এয়ার কন্ডিশনিং সিস্টেমে একটি আর্দ্রতা দূরীকরণ (dehumidification) মোড থাকে, যেখানে কম্প্রেসার চলে কিন্তু ফ্যান-এর গতি কমিয়ে দেওয়া হয় যাতে ইভাপোরেটরের তাপমাত্রা কমে এবং আরও বেশি জল ঘনীভূত (condense) হয়। অন্যদিকে, একটি ডিহিউমিডিফায়ার একই রেফ্রিজারেশন চক্র ব্যবহার করে, কিন্তু ইভাপোরেটর এবং কন্ডেনসার উভয়কেই একই এয়ার পাথে রাখে; বাতাস প্রথমে ইভাপোরেটর কয়েলের উপর দিয়ে যায়, যেখানে এটি শীতল [61] ও আর্দ্রতামুক্ত হয়, এরপর কন্ডেনসার কয়েলের উপর দিয়ে যায়, যেখানে এটি আবার সামান্য গরম হয়ে কক্ষে ফিরে আসে।

যখন বাইরের বাতাস ভেতরের বাতাসের চেয়ে শীতল হয়, তখন কখনও কখনও ফ্রি কুলিং মোড নির্বাচন করা যেতে পারে। এই ক্ষেত্রে, কম্প্রেসার ব্যবহার করার প্রয়োজন হয় না, যার ফলে সেই সময়ে কুলিং দক্ষতা অনেক বেশি হয়। এটি মৌসুমী তাপ শক্তি সঞ্চয়ের (seasonal thermal energy storage) সাথেও মিলিত হতে পারে। [62]

 হিটিং (গরম করা) 
কিছু এয়ার কন্ডিশনিং সিস্টেম রেফ্রিজারেশন চক্রটিকে উল্টে দিতে পারে এবং এয়ার সোর্স হিট পাম্প হিসাবে কাজ করতে পারে, যার ফলে অভ্যন্তরীণ পরিবেশ শীতল করার বদলে গরম করে। এদেরকে সাধারণত "রিভার্স সাইকেল এয়ার কন্ডিশনার" বলা হয়।

 হিট পাম্প ইলেকট্রিক রেজিসট্যান্স হিটিং-এর চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি শক্তি সাশ্রয়ী, কারণ এটি বাতাস বা ভূগর্ভস্থ জল থেকে তাপকে গরম করা স্থানে নিয়ে আসে।
 যখন হিট পাম্প হিটিং মোডে থাকে, তখন অভ্যন্তরীণ ইভাপোরেটর কয়েলটি ভূমিকা পরিবর্তন করে কন্ডেনসার কয়েল হয়ে যায় এবং তাপ উৎপন্ন করে। বাইরের কন্ডেনসার ইউনিটটিও ভূমিকা পরিবর্তন করে ইভাপোরেটর হিসাবে কাজ করে এবং শীতল বাতাস নির্গত করে।

অধিকাংশ এয়ার সোর্স হিট পাম্প বাইরের তাপমাত্রা $4^\circ \text{C}$ বা $40^\circ \text{F}$ এর চেয়ে কম হলে তাদের দক্ষতা হারাতে শুরু করে। [63] এর একটি কারণ হলো বাইরের ইউনিটের হিট এক্সচেঞ্জার কয়েলে বরফ জমে বাতাসের প্রবাহকে আটকে দেয়। এই সমস্যার প্রতিকার করতে, হিট পাম্প সিস্টেমকে অস্থায়ীভাবে নিয়মিত এয়ার কন্ডিশনিং মোডে ফিরে যেতে হয়, যাতে বাইরের ইভাপোরেটর কয়েলটি আবার কন্ডেনসার কয়েলে পরিবর্তিত হয়ে উষ্ণ হয় এবং বরফমুক্ত (defrost) হয়।

নতুন মডেলগুলিতে উন্নত কোল্ড-ওয়েদার পারফরম্যান্স রয়েছে, যার দক্ষ হিটিং ক্ষমতা $-14^\circ \text{F}$ ($-26^\circ \text{C}$) পর্যন্ত কাজ করতে পারে। [64, 63, 65] তবে, অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রায় বাইরের ইউনিটে আর্দ্রতা জমে বরফ জমার সমস্যা আরও গুরুতর হয়ে ওঠে। তাই প্রচণ্ড শীতকালে হিট পাম্পের পাশাপাশি কখনও কখনও বৈদ্যুতিক হিটার বা সেন্ট্রাল হিটিং-এর মতো প্রচলিত গরম করার ব্যবস্থা ব্যবহার করা হয়।

 কর্মক্ষমতা (Performance) 
একটি এয়ার কন্ডিশনিং সিস্টেমের কর্মক্ষমতার সহগ (Coefficient of performance - COP) হলো প্রদত্ত কার্যকর হিটিং বা কুলিং-এর অনুপাত এবং এর জন্য প্রয়োজনীয় কাজের অনুপাত। [66, 67]

 উচ্চতর COP মানে কম পরিচালনার খরচ।
 COP সাধারণত 1-এর বেশি হয়।
 যুক্তরাষ্ট্রে এসি সরঞ্জামের শক্তি প্রায়শই "টন অফ রেফ্রিজারেশন" (tons of refrigeration) হিসাবে বর্ণনা করা হয়, যা প্রতি ঘন্টায়  বা 3,517 ওয়াট-এর সমান। [69]
 এয়ার কন্ডিশনারগুলির দক্ষতা প্রায়শই SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) দ্বারা রেট করা হয়। [70]
 শীতল করার জন্য বাতাসের আর্দ্রতা দ্বারা দক্ষতা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়। শীতল করার চেষ্টার আগে বাতাসকে আর্দ্রতামুক্ত করলে পরবর্তী কুলিং খরচ ৯০ শতাংশ পর্যন্ত কমানো যেতে পারে। [71]

 নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা (Control System) 

 ওয়্যারলেস রিমোট কন্ট্রোল (Wireless remote control) 
এই ধরণের কন্ট্রোলার একটি ইনফ্রারেড এলইডি ব্যবহার করে রিমোট কন্ট্রোল থেকে এয়ার কন্ডিশনারে কমান্ড পাঠায়। এই সিস্টেমটি সাধারণত মিনি-স্প্লিট এয়ার কন্ডিশনারগুলিতে ব্যবহৃত হয় কারণ এটি সাধারণ এবং সহজে বহনযোগ্য।

 তারযুক্ত কন্ট্রোলার (Wired controller) 
একটি তারযুক্ত কন্ট্রোলার, যাকে "ওয়্যার্ড থার্মোস্ট্যাট"ও বলা হয়, এটি তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য সেন্সর ব্যবহার করে হিটিং বা কুলিং চালু বা বন্ধ করার মাধ্যমে এয়ার কন্ডিশনার নিয়ন্ত্রণ করে।

 যান্ত্রিক থার্মোস্ট্যাট সাধারণত বাইমেটালিক স্ট্রিপ ব্যবহার করে তাপমাত্রা পরিবর্তনকে যান্ত্রিক স্থানান্তরে রূপান্তরিত করে নিয়ন্ত্রণ করে।
 ইলেকট্রনিক থার্মোস্ট্যাট থার্মিস্টর বা অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টর সেন্সর ব্যবহার করে ইলেকট্রনিক সংকেত হিসাবে তাপমাত্রা পরিবর্তনকে প্রক্রিয়াজাত করে।

এই কন্ট্রোলারগুলি সাধারণত অ্যাপার্টমেন্ট, হাসপাতাল, অফিস এবং হোটেল কক্ষে ব্যবহৃত হয়, কারণ এগুলি দেওয়ালে স্থায়ীভাবে স্থাপন করা হয় এবং সরাসরি এয়ার কন্ডিশনার ইউনিটের সাথে তারের মাধ্যমে সংযুক্ত (hard-wired) থাকে, ফলে ব্যাটারির প্রয়োজন হয় না।

 প্রভাব 

 স্বাস্থ্য: গরম আবহাওয়ায় এসি হিট স্ট্রোক, ডিহাইড্রেশন এবং হাইপারথার্মিয়ার কারণে সৃষ্ট অন্যান্য সমস্যা প্রতিরোধ করতে পারে। [8, 95]
 অর্থনৈতিক: এসি আমেরিকান সাউথের অর্থনৈতিক বিকাশে এবং শহুরে বিস্তারে বড় ভূমিকা রেখেছে। [105]
 পরিবেশগত: এয়ার কন্ডিশনিং বর্তমানে বিশ্বের মোট বিদ্যুতের প্রায় ৭% ব্যবহার করে। 


তথ্যসূত্র

 বহিঃসংযোগ 
 http://www.howstuffworks.com/ac.htm

বিষয়শ্রেণী:যন্ত্রকৌশল
বিষয়শ্রেণী:মার্কিন উদ্ভাবন
বিষয়শ্রেণী:প্রাচীন মিশরীয় প্রযুক্তি
বিষয়শ্রেণী:প্রাচীন রোমান প্রযুক্তি
বিষয়শ্রেণী:ভবন স্বতশ্চলীকরণ
বিষয়শ্রেণী:চীনা উদ্ভাবন
বিষয়শ্রেণী:শীতলীকরণ প্রযুক্তি
বিষয়শ্রেণী:ওলন্দাজ উদ্ভাবন
বিষয়শ্রেণী:বায়বীয় প্রযুক্তি
বিষয়শ্রেণী:গৃহস্থালী সরঞ্জাম