Ilmastointilaite: määritelmä, toiminta, tyypit ja käyttökohteet

Huomautus: termillä "ilmastointi" tarkoitetaan mitä tahansa "lämmityksen, ilmanvaihdon ja ilmastoinnin" muotoa. Tässä artikkelissa käsitellään erityisesti jäähdytysjärjestelmän osana käytettäviä yksiköitä.

Ilmastointilaite on järjestelmä tai kone, joka käsittelee ilmaa rajatulla, yleensä suljetulla alueella jäähdytyssyklin avulla, jossa lämmin ilma poistetaan ja korvataan viileämmällä ilmalla.

Rakentamisessa lämmityksen, ilmanvaihdon ja ilmastoinnin kokonaisjärjestelmää kutsutaan LVI-järjestelmäksi. Olipa kyseessä koti, toimisto tai ajoneuvo, sen tarkoituksena on tarjota mukavuutta muuttamalla ilman ominaisuuksia, yleensä jäähdyttämällä sisäilmaa. Ilmastointilaitteen päätehtävä on muuttaa epäsuotuisaa lämpötilaa.

Toimintaperiaate

Useimmat ilmastointilaitteet perustuvat höyrystys‐ ja lauhdutussyklissä toimivaan kylmäainekiertoon (kompressori–lauhdutin–paisuntaventtiili–höyrystin). Perusperiaate lyhyesti:

Höyrystin: sisäyksikön höyrystimessä kylmäaine höyrystyy imeen lämpöä huoneilmasta ja viilentää sitä.
Kompressori: pumpaa kylmäaineen korkeampaan paineeseen ja lämpötilaan.
Lauhdutin: ulkoyksikössä kuuma kylmäaine lauhdutetaan ja luovuttaa lämpöä ulkoilmaan.
Paisuntaventtiili: alentaa kylmäaineen painetta ennen höyrystintä, jolloin sykli voi jatkua.

Monet nykyaikaiset laitteet ovat käänteisellä toimintatavalla varustettuja, jolloin ne toimivat myös lämmitykseen (ilmalämpöpumput).

Tyyppit

Split- ja multisplit-järjestelmät: sisä- ja ulkoyksikkö; yleisiä kotikäytössä.
Ilma–ilma -lämpöpumput: jäähdytys ja lämmitys kääntyvällä venttiilillä.
Ikkuuna- ja kannettavat laitteet: pienempiä, helposti asennettavia ratkaisuja, usein vähemmän tehokkaita.
Kattokassetit ja kanavayksiköt: kaupallisissa tiloissa, jakavat ilmavirran ilmastoitavaan tilaan kanavien kautta.
Rooftop- ja pal-järjestelmät: suurten rakennusten tarjoilu- ja jäähdytystarpeisiin.
VRF/VRV-järjestelmät: modulaarisia, useita sisäyksiköitä yhdellä ulkoyksiköllä, energiaa säästävä ratkaisu laajoihin kohteisiin.
Teolliset jäähdytyskoneet ja chillerit: suuret kapasiteetit teollisuuteen ja jäähdytykseen prosesseissa tai datakeskuksissa.

Keskeiset komponentit

Kompressori – järjestelmän sydän, paineistaa kylmäainetta.
Höyrystin ja lauhdutin – lämmönvaihtimet sisä- ja ulkoyksikössä.
Paisuntaventtiili – säätelee kylmäaineen virtausta ja painetta.
Kylmäaine – välittää lämpöä; nykyään käytetään matalamman GWP:n kylmäaineita (esim. R32) korvaamaan vanhempia tyyppejä.
Suodattimet – puhdistavat sisään tulevaa ilmaa pölyltä, siitepölyltä ja muilta hiukkasilta.
Puhaltimet, anturit ja ohjaukset – huolehtivat ilmankierrosta ja toiminnan säätelystä.

Käyttökohteet

Asunnot ja omakotitalot
Toimistot ja liiketilat
Ajoneuvot ja venetilat
Teollisuus- ja tuotantotilat
Datakeskukset ja sähkötilat (precision cooling)
Terveydenhuollon tilat, laboratorio- ja puhdastilavaatimukset

Huolto ja ylläpito

Säännöllinen huolto parantaa toimivuutta, pidentää käyttöikää ja vähentää energiankulutusta. Tärkeimpiä toimenpiteitä:

Suodattimien puhdistus tai vaihto 1–3 kuukauden välein riippuen käytöstä.
Höyrystin- ja lauhdutinpintojen puhdistus vuosittain tai tarpeen mukaan.
Poistoputken/kondenzaatin viemäröinnin tarkastus tukosten estämiseksi.
Kylmäainetarkastus ja mahdollisten vuotojen korjaus sertifioidun asentajan toimesta.
Komponenttien (kompressori, puhaltimet) toimintatarkastus ja sähköliitännät tarkistetaan huollon yhteydessä.

Valinta ja mitoitus

Ilmastointiyksikön valinta perustuu tilan lämpökuormaan, eristykseen, ikkunoiden määrään ja auringonlämpöön, tilojen käyttöasteeseen sekä haluttuun mukavuustasoon. Yleisiä vinkkejä:

Älä alivalitse laitetta — liian pieni kapasiteetti ei pidä huonetta viileänä.
Älä myöskään ylipuolista tarpeettomasti, sillä liian suuri laite käynnistyy ja pysähtyy usein, mikä voi heikentää kosteudenpoistoa ja lisätä energiankulutusta.
Harkitse invertteriohjattuja laitteita, jotka säätävät tehoa kuorman mukaan ja säästävät energiaa.
Ota huomioon melutaso (desibelit) varsinkin makuuhuoneissa ja toimistokäytössä.
Ammattimittaus (lämpökuorman laskenta) antaa parhaan lopputuloksen mitoittamiseen.

Tehokkuus ja energiamerkinnät

Ilmastointilaitteiden tehokkuutta kuvataan mm. SEER (seasonal energy efficiency ratio) ja EER -arvoilla sekä EU:n energiamerkinnöillä. Lämmityksessä käytetään usein SCOP-arvoa. Valitse korkean hyötysuhteen laite ja seuraa energialuokituksia sekä käyttökustannuksia.

Ympäristö ja sääntely

Kylmäaineiden vaikukset ympäristöön ovat merkittävä huomio. Vanhemmat kylmäaineet voivat sisältää korkean GWP:n aineita, joten nykyaikaiset ratkaisut suosivat alhaisemman GWP:n vaihtoehtoja. Asennuksissa ja huolloissa on noudatettava paikallisia säädöksiä (esim. F‑gas‑sääntely EU:ssa) ja huolto kannattaa teettää hyväksytyllä ammattilaisella. Laitteiden asianmukainen kierrätys ja kylmäaineiden talteenotto vähentävät ympäristövaikutuksia.

Edut ja haitat

Edut: parantaa asumis- ja työskentelymukavuutta, jäähdytys ja usein lämmitys (lämpöpumput), parempi sisäilman laatu suodattimien avulla.
Haitat: energiankulutus, mahdolliset kylmäainevuodot, huoltotarve sekä laitteiden ääni riippuen mallista.

Yhteenvetona: ilmastointilaite on tärkeä osa nykyaikaista rakennustekniikkaa ja mukavuutta. Oikein valittu, asennettu ja huollettu laite tarjoaa tehokkaan ratkaisun tilan viilennykseen ja usein myös lämmitykseen. Valinnassa kannattaa huomioida tilan lämpökuorma, energiatehokkuus, ympäristövaikutukset sekä huolto- ja asennuspalvelut.

Yleisen yhden huoneen ilmastointilaitteen ulkoinen osa. Asennuksen helpottamiseksi yksiköt asennetaan tyypillisesti ikkunoihin tai, kuten tässä kuvassa, seinässä olevaan reikään.

Saman yksikön sisäosa. Etupaneeli kääntyy alaspäin paljastaen säätimet.

Historia

1800-luvulla brittiläinen tiedemies ja keksijä Michael Faraday havaitsi, että ammoniakin puristaminen ja nesteyttäminen voi jäähdyttää ilmaa, kun nesteytetyn ammoniakin annetaan haihtua.

Vuonna 1842 yhdysvaltalainen lääkäri tohtori John Gorrie käytti kompressoritekniikkaa jään tuottamiseen, jota hän käytti jäähdyttämään ilmaa potilailleen.^[] Hän toivoi voivansa lopulta käyttää jäätä valmistavaa konettaan rakennusten lämpötilan säätelemiseen ja harkitsi jopa kokonaisten kaupunkien jäähdyttämistä keskitettyjen ilmastointiyksiköiden järjestelmällä.

Ilmastointisovellukset

Ilmastointi-insinöörit jakavat ilmastointisovellukset laajasti mukavuus- ja prosessisovelluksiin.

Viihtyvyyssovelluksilla pyritään tarjoamaan sisäympäristö, joka pysyy suhteellisen vakiona ihmisten suosimalla alueella ulkoisten sääolosuhteiden tai sisäisen lämpökuorman muutoksista huolimatta.

Prosessisovellusten tavoitteena on tarjota teolliselle tai kaupalliselle prosessille sopiva ympäristö sisäisestä lämpökuormituksesta ja ulkoisista sääolosuhteista riippumatta. Vaikka olosuhteet ovat usein samalla mukavuusalueella, ne määräytyvät prosessin vaatimusten eikä ihmisen mieltymysten mukaan. Prosessisovelluksia ovat mm:

Sairaaloiden leikkaussalit, joissa ilma suodatetaan korkealle tasolle infektioriskin vähentämiseksi ja kosteutta säädellään potilaan kuivumisen rajoittamiseksi. Vaikka lämpötilat ovat usein mukavuusalueella, jotkin erikoistoimenpiteet, kuten avosydänleikkaukset, edellyttävät alhaisia lämpötiloja (noin 18 °C) ja toiset, kuten vastasyntyneiden leikkaukset, suhteellisen korkeita lämpötiloja (noin 28 °C).

Puhdastilat integroitujen piirien, lääkkeiden jne. tuotantoa varten, joissa prosessin onnistuminen edellyttää erittäin korkeaa ilmanpuhtaustasoa sekä lämpötilan ja kosteuden hallintaa.

Koe-eläinten kasvatuslaitokset. Koska monet eläimet lisääntyvät tavallisesti vain keväällä, niiden pitäminen tiloissa, jotka heijastavat keväisiä olosuhteita, voi saada ne lisääntymään ympäri vuoden.

Lentokoneen ilmastointi. Vaikka ilma-alusten ilmastoinnin tarkoituksena on nimellisesti tarjota mukavuutta matkustajille ja jäähdyttää laitteita, se on erityinen prosessi, koska ilmanpaine ilma-aluksen ulkopuolella on alhainen.

Muita esimerkkejä ovat:

Tietojenkäsittelykeskukset
Tekstiilitehtaat
Fyysiset testauslaitokset
Kasvit ja maatilojen viljelyalueet
Ydinlaitokset
Kaivokset
Teolliset ympäristöt
Elintarvikkeiden valmistus- ja käsittelyalueet

Sekä mukavuus- että prosessisovelluksissa tavoitteena ei ole ainoastaan lämpötilan säätö (vaikka joissakin mukavuussovelluksissa se on ainoa säädettävä asia), vaan myös kosteuden, ilman liikkeen ja ilmanlaadun kaltaiset tekijät.

Ilmastointijärjestelmän perusteet ja teoriat

Jäähdytyskierto

Jäähdytyskierrossa pumppu siirtää lämpöä alemman lämpötilan lähteestä korkeamman lämpötilan lämpönieluun. Lämpö virtaa luonnollisesti vastakkaiseen suuntaan. Tämä on yleisin ilmastointityyppi. Jäähdytetty ilmastointijärjestelmä toimii paljolti samalla tavalla pumppaamalla lämpöä pois huoneesta, jossa se seisoo.

Tässä syklissä hyödynnetään universaalia kaasulakia PV = nRT, jossa P on paine, V on tilavuus, R on universaali kaasuvakio, T on lämpötila ja n on kaasumolekyylien lukumäärä (1 mooli = 6,022×10²³ molekyyliä).

Yleisimmässä jäähdytyskierrossa käytetään sähkömoottoria kompressorin käyttämiseen. Autossa kompressoria ohjaa moottorin kampiakselissa oleva hihnapyörä, ja molemmissa käytetään sähkömoottoreita ilmankierron ohjaamiseen. Koska haihtuminen tapahtuu, kun lämpöä imeytyy, ja kondensoituminen, kun lämpöä vapautuu, ilmastointilaitteet on suunniteltu siten, että ne käyttävät kompressoria aiheuttamaan paineenvaihteluita kahden tilan välillä ja pumppaamaan aktiivisesti jäähdytysnestettä suljetun järjestelmän ympärille. Jäähdytysneste eli kylmäaine pumpataan jäähdytettyyn osastoon (höyrystinkierukka). Alhainen paine saa kylmäaineen haihtumaan ja vie lämmön mukanaan. Toisessa osastossa (lauhduttimessa) kylmäainehöyry puristetaan ja pakotetaan toisen lämmönvaihtokierukan läpi, jolloin se tiivistyy nesteeksi, joka sitten hylkää jäähdytetystä tilasta aiemmin absorboidun lämmön.

Yksinkertainen tyylitelty kaavio jäähdytyskierrosta: 1) lauhdutinkierukka, 2) paisuntaventtiili, 3) höyrystinkierukka, 4) kompressori.

Vaikutukset terveyteen

Ilmastointi vaikuttaa ihmisten terveyteen yhtä paljon kuin mikä tahansa yleinen lämmitysjärjestelmä.Huonosti huolletut ilmastointijärjestelmät (erityisesti suuret, keskitetyt järjestelmät) voivat toisinaan edistää mikro-organismien, kuten Legionella pneumophilan, Legionellan taudin aiheuttajan, kasvua ja leviämistä. Ilmastointi voi vaikuttaa myönteisesti allergioista ja astmasta kärsiviin.

Vakavissa helleaalloissa ilmastointi voi pelastaa vanhusten hengen. Jotkin paikallisviranomaiset ovat jopa perustaneet julkisia jäähdytyskeskuksia niitä varten, joilla ei ole kotona ilmastointia.

Aiheeseen liittyvät sivut

Energia
Lämpöpumppu
Uusiutuva energia

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä tarkoittaa termi "ilmastointi"?

V: Termi "ilmastointi" viittaa mihin tahansa "lämmityksen, ilmanvaihdon ja ilmastoinnin" muotoon.

K: Minkä tyyppisiä yksiköitä artikkeli erityisesti käsittelee?

V: Artikkelissa käsitellään erityisesti jäähdytysjärjestelmän osana käytettäviä yksiköitä.

K: Miten ilmastointilaite käsittelee ilmaa suljetussa tilassa?

V: Ilmastointilaite käsittelee ilmaa suljetussa tilassa jäähdytyskierron avulla, jossa lämmin ilma poistetaan ja korvataan viileämmällä ilmalla.

K: Mikä on LVI-tekniikan tarkoitus?

V: Rakentamisessa lämmityksen, ilmanvaihdon ja ilmastoinnin kokonaisjärjestelmää kutsutaan LVI-järjestelmäksi.

K: Mikä on ilmastointilaitteen tarkoitus kodeissa, toimistoissa tai ajoneuvoissa?

V: Ilmastointilaitteen tarkoitus kodeissa, toimistoissa tai ajoneuvoissa on tarjota mukavuutta muuttamalla ilman ominaisuuksia, yleensä jäähdyttämällä sisäilmaa.

K: Mikä on ilmastointilaitteen tärkein tehtävä?

V: Ilmastointilaitteen pääasiallinen tehtävä on muuttaa epäsuotuisaa lämpötilaa.

K: Mikä on ilmastointilaitteen määritelmä?

V: Ilmastointilaite on järjestelmä tai kone, joka käsittelee ilmaa rajatulla, yleensä suljetulla alueella jäähdytyssyklin avulla, jossa lämmin ilma poistetaan ja korvataan viileämmällä ilmalla.