Ilmastointilaite

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