کولرگازی

کولرگازی

این مقاله در مورد خنک کردن هوایا کولرگازی است. برای آلبوم هوای منحنی، به تهویه مطبوع (آلبوم) مراجعه کنید.(کولرگازی)
تهویه مطبوع که اغلب به اختصار A/C (ایالات متحده) یا تهویه مطبوع (بریتانیا) خوانده می‌شود، [1] فرآیند حذف گرما از یک فضای بسته برای دستیابی به یک محیط داخلی راحت‌تر است (که گاهی اوقات به عنوان خنک‌کننده راحت شناخته می‌شود) و در برخی موارد نیز به شدت رطوبت هوای داخلی را کنترل می کند. تهویه مطبوع را می توان با استفاده از یک “تهویه مطبوع” مکانیکی یا با روش های دیگر، از جمله خنک کننده غیرفعال و خنک کننده تهویه به دست آورد.[2][3] تهویه مطبوع عضوی از خانواده سیستم ها و تکنیک هایی است که گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) را فراهم می کند.[4] پمپ های حرارتی از بسیاری جهات شبیه به دستگاه های تهویه مطبوع هستند، اما از یک دریچه معکوس استفاده می کنند تا هم به آنها اجازه گرما و هم برای خنک کردن فضای بسته را بدهد.[5]

دستگاه های تهویه مطبوع، که معمولاً از تبرید فشرده سازی بخار استفاده می کنند، از واحدهای کوچک مورد استفاده در وسایل نقلیه یا اتاق های یک نفره تا واحدهای عظیمی که می توانند ساختمان های بزرگ را خنک کنند، متغیر هستند.[6] پمپ های حرارتی منبع هوا، که می توانند برای گرمایش و همچنین سرمایش استفاده شوند، در آب و هوای سردتر به طور فزاینده ای رایج می شوند.(کولرگازی)

بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی (IEA)، تا سال 2018، 1.6 میلیارد واحد تهویه مطبوع نصب شده است که تخمین زده می شود 20 درصد از برق مصرفی ساختمان ها در سراسر جهان را به خود اختصاص دهد، که انتظار می رود این تعداد تا سال 2050 به 5.6 میلیارد برسد.[7] ] سازمان ملل متحد خواستار پایداری بیشتر این فناوری برای کاهش تغییرات آب و هوایی و استفاده از جایگزین‌هایی مانند سرمایش غیرفعال، سرمایش تبخیری، سایه‌زنی انتخابی، بادگیرها و عایق‌بندی حرارتی بهتر شد. مبردهای CFC و HCFC مانند R-12 و R-22 که به ترتیب در دستگاه های تهویه مطبوع استفاده می شوند، به لایه ازن آسیب وارد کرده اند،(کولرگازی) [8] و مبردهای HFC مانند R-410a و R-404a که برای جایگزینی CFC طراحی شده اند. و HCFC ها در عوض تغییرات آب و هوایی را تشدید می کنند.[9] هر دو مشکل به دلیل تخلیه مبرد به جو، مانند هنگام تعمیرات اتفاق می افتد. مبردهای HFO که در برخی از تجهیزات جدید استفاده می شوند، هر دو مشکل را با پتانسیل آسیب ازن (ODP) صفر و پتانسیل گرمایش جهانی بسیار کمتر (GWP) در یک یا دو رقمی در مقابل سه یا چهار رقمی HFC ها حل می کنند. [10](کولرگازی)

کولرگازی انواع مختلفی دارد. نمونه های معروف عبارتند از: تهویه مطبوع پنجره ای برای استفاده در یک اتاق (سورینام، 1955). تهویه مطبوع کاست سقفی (چین، 2023)؛ تهویه مطبوع دیواری (ژاپن، 2020)؛ و تهویه مطبوع کنسول سقفی (که به آن سقف کاذب نیز می گویند) (چین، 2023).

تاریخ(کولرگازی)

قدمت تهویه مطبوع به ماقبل تاریخ باز می گردد.[11] محل زندگی دو جداره، با شکافی بین دو دیوار برای تشویق جریان هوا، در شهر باستانی حموکار، در سوریه امروزی یافت شد.[12] ساختمان های مصر باستان نیز از طیف گسترده ای از تکنیک های تهویه مطبوع غیرفعال استفاده می کردند.[13] اینها از شبه جزیره ایبری از طریق شمال آفریقا، خاورمیانه و شمال هند گسترش یافتند.[14]

تکنیک‌های غیرفعال تا قرن بیستم که از مد افتادند و با تهویه مطبوع برقی جایگزین شدند، رواج داشتند. با استفاده از اطلاعات حاصل از مطالعات مهندسی ساختمان‌های سنتی، تکنیک‌های غیرفعال برای طرح‌های معماری قرن بیست و یکم احیا و اصلاح می‌شوند.[15][14]

دستگاه های تهویه مطبوع به محیط داخلی ساختمان اجازه می دهند تا نسبتاً ثابت بماند، تا حد زیادی مستقل از تغییرات در شرایط آب و هوایی خارجی و بارهای حرارتی داخلی. آن‌ها همچنین امکان ایجاد ساختمان‌های با پلان عمیق را فراهم می‌کنند و به مردم اجازه می‌دهند در مناطق گرم‌تر جهان به راحتی زندگی کنند، اما اکنون به دلیل کمک قابل توجهی به تغییرات آب و هوایی به دلیل مصرف بالای برق و گرم شدن محیط اطرافشان مورد انتقاد قرار گرفته‌اند. شهرهای بزرگ.[16][17]

توسعه

اکتشافات قبلی

در سال 1558، Giambattista della Porta روشی را برای سرد کردن یخ تا دمای بسیار پایین‌تر از نقطه انجماد آن با مخلوط کردن آن با نیترات پتاسیم (که در آن زمان “نیتر” نامیده می‌شد) در کتاب علمی محبوب خود، جادوی طبیعی توصیف کرد.[18][19][20] در سال 1620، کورنلیس دربل “تبدیل تابستان به زمستان” را برای جیمز اول انگلستان به نمایش گذاشت و بخشی از تالار بزرگ کلیسای وست مینستر را با دستگاهی از غارها و خمره ها خنک کرد.[21] فرانسیس بیکن معاصر دربل، مانند دلا پورتا که به ارتباطات علمی معتقد است، ممکن است در این تظاهرات حضور نداشته باشد، اما در کتابی که اواخر همان سال منتشر شد، آن را به عنوان “آزمایش انجماد مصنوعی” توصیف کرد و گفت که “نیتر (یا بلکه روح آن) بسیار سرد است و از این رو نیتر یا نمک وقتی به برف یا یخ اضافه می‌شود، سرمای دومی را تشدید می‌کند، نیتر با افزودن به سرمایش، اما نمک با تأمین فعالیت سرمای برف.»[18](کولرگازی)

در سال 1758، بنجامین فرانکلین و جان هدلی، استاد شیمی در دانشگاه کمبریج، آزمایشاتی را با استفاده از اصل تبخیر به عنوان وسیله ای برای خنک کردن سریع یک جسم انجام دادند. فرانکلین و هدلی تأیید کردند که تبخیر مایعات بسیار فرار (مانند الکل و اتر) می تواند برای پایین آوردن دمای یک جسم از نقطه انجماد آب استفاده شود. آنها با لامپ دماسنج شیشه ای جیوه ای به عنوان شیء خود آزمایش کردند. آنها برای تسریع تبخیر از دم استفاده کردند. آنها دمای لامپ دماسنج را به 14- درجه سانتیگراد (7 درجه فارنهایت) کاهش دادند در حالی که دمای محیط 18 درجه سانتیگراد (64 درجه فارنهایت) بود. فرانکلین خاطرنشان کرد که بلافاصله پس از عبور از نقطه انجماد آب در دمای 0 درجه سانتیگراد (32 درجه فارنهایت)، یک لایه نازک از یخ روی سطح لامپ دماسنج تشکیل شد و ضخامت جرم یخ حدود 6 میلی متر (1⁄4 اینچ) بود. زمانی که آزمایش را با رسیدن به دمای 14- درجه سانتیگراد (7 درجه فارنهایت) متوقف کردند. فرانکلین نتیجه گرفت: «از این آزمایش، می توان احتمال یخ زدن یک مرد را در یک روز گرم تابستان دید.»[22](کولرگازی)

قرن نوزدهم شامل پیشرفت های بسیاری در فن آوری فشرده سازی بود. در سال 1820، دانشمند و مخترع انگلیسی مایکل فارادی کشف کرد که فشرده سازی و مایع کردن آمونیاک می تواند هوا را خنک کند، زمانی که آمونیاک مایع تبخیر شود.[23] در سال 1842، جان گوری، پزشک فلوریدا، از فناوری کمپرسور برای ایجاد یخ استفاده کرد که از آن برای خنک کردن هوای بیماران خود در بیمارستان خود در آپالاچیکولا، فلوریدا استفاده کرد. او امیدوار بود که در نهایت از دستگاه یخ‌ساز خود برای تنظیم دمای ساختمان‌ها استفاده کند.[23][24] او سیستم تهویه مطبوع متمرکزی را متصور بود که می تواند کل شهرها را خنک کند. گوری در سال 1851 حق ثبت اختراع اعطا کرد، اما پس از مرگ حامی اصلی خود، او نتوانست اختراع خود را محقق کند.[25] در سال 1851، جیمز هریسون اولین ماشین یخ‌سازی مکانیکی را در جیلونگ، استرالیا ایجاد کرد و در سال 1855 حق اختراع سیستم تبرید فشرده‌کننده بخار اتر را به دست آورد که روزانه سه تن یخ تولید می‌کرد.[26] در سال 1860، هریسون دومین شرکت یخ را تأسیس کرد. او بعداً وارد بحث بر سر رقابت با مزیت آمریکایی فروش گوشت گاو یخچال دار به بریتانیا شد.[26](کولرگازی)

اولین دستگاه ها

برق توسعه واحدهای موثر را ممکن کرد. در سال 1901، مخترع آمریکایی ویلیس اچ کریر اولین واحد تهویه مطبوع الکتریکی مدرن را ساخت.[27][28][29][30] در سال 1902، او اولین سیستم تهویه مطبوع خود را در شرکت چاپ سنگی و انتشارات Sackett-Wilhelms در بروکلین، نیویورک نصب کرد.[31] اختراع او هم دما و هم رطوبت را کنترل می کرد که به حفظ ابعاد کاغذ و تراز جوهر در کارخانه چاپ کمک کرد. بعدها، همراه با شش کارمند دیگر، کریر شرکت تهویه مطبوع کریر آمریکا را تشکیل داد، تجارتی که در سال 2020 53000 نفر را استخدام کرد و ارزش آن 18.6 میلیارد دلار بود.[32][33]

در سال 1906، استوارت دبلیو کرامر از شارلوت، کارولینای شمالی، در حال بررسی راه‌هایی برای اضافه کردن رطوبت به هوا در کارخانه نساجی خود بود. کرامر اصطلاح “تهویه مطبوع” را در یک ادعای حق اختراعی که در آن سال ارائه کرد، به عنوان مشابه “تهویه آب”، که در آن زمان فرآیندی شناخته شده برای آسان کردن پردازش منسوجات بود، ابداع کرد. او رطوبت را با تهویه ترکیب کرد تا هوای کارخانه ها را “حالت” و تغییر دهد. بنابراین، کنترل رطوبت لازم در کارخانه های نساجی. ویلیس کریر این اصطلاح را پذیرفت و آن را در نام شرکت خود گنجاند.[34](کولرگازی)

تهویه مطبوع داخلی به زودی شروع به کار کرد. در سال 1914، اولین تهویه مطبوع خانگی در مینیاپولیس در خانه چارلز گیلبرت گیتس نصب شد. با این حال، این امکان وجود دارد که دستگاه قابل توجهی (حدود 2.1 متر × 1.8 متر × 6.1 متر؛ 7 فوت × 6 فوت × 20 فوت) هرگز مورد استفاده قرار نگرفت، زیرا خانه خالی از سکنه بود[23] (گیتس قبلاً در اکتبر مرده بود. 1913).

در سال 1931، H.H. Schultz و J.Q. شرمن رایج ترین نوع تهویه مطبوع اتاق فردی را توسعه داد: تهویه مطبوع برای نشستن بر روی لبه پنجره. این واحدها در سال 1932 با قیمت 10000 تا 50000 دلار آمریکا (معادل 200000 دلار تا 1100000 دلار در سال 2023) به فروش رسیدند. کرایسلر موتورز اولین واحد تهویه مطبوع نیمه قابل حمل عملی را در سال 1935 معرفی کرد، [36] و پاکارد اولین خودروسازی بود که در سال 1939 یک واحد تهویه مطبوع را در خودروهای خود ارائه کرد.[37]

پیشرفتهای بعدی

ابداعات در نیمه دوم قرن بیستم امکان استفاده فراگیرتر از تهویه مطبوع را فراهم کرد. در سال 1945، رابرت شرمن از لین، ماساچوست، یک دستگاه تهویه مطبوع قابل حمل و داخل پنجره اختراع کرد که هوا را خنک، گرم، مرطوب، رطوبت زدایی و فیلتر می کرد.[38] اولین دستگاه های تهویه مطبوع اینورتر در سال های 1980-1981 عرضه شد.[39][40]

همانطور که توسعه بین المللی ثروت را در سراسر کشورها افزایش داده است، استفاده جهانی از تهویه مطبوع افزایش یافته است. تا سال 2018، تخمین زده می شود که 1.6 میلیارد واحد تهویه مطبوع در سراسر جهان نصب شده است، [41] که آژانس بین المللی انرژی انتظار دارد این تعداد تا سال 2050 به 5.6 میلیارد واحد افزایش یابد.[7] بین سال‌های 1995 و 2004، نسبت خانوارهای شهری در چین با دستگاه‌های تهویه مطبوع از 8 درصد به 70 درصد افزایش یافت.[42] تا سال 2015، نزدیک به 100 میلیون خانه، یا حدود 87 درصد از خانوارهای ایالات متحده، دارای سیستم تهویه مطبوع بودند.[43] در سال 2019، تخمین زده شد که 90٪ از خانه های یک خانواده جدید ساخته شده در ایالات متحده شامل تهویه مطبوع (از 99٪ در جنوب تا 62٪ در غرب) است.[44][45]

عمل

اصول عملکرد(کولرگازی)

خنک‌سازی در سیستم‌های تهویه مطبوع سنتی با استفاده از چرخه فشرده‌سازی بخار انجام می‌شود، که از گردش اجباری مبرد و تغییر فاز بین گاز و مایع برای انتقال گرما استفاده می‌کند.[46][47] چرخه فشرده سازی بخار می تواند در یک قطعه واحد یا بسته بندی شده از تجهیزات رخ دهد. یا در داخل یک چیلر که به تجهیزات خنک کننده ترمینال (مانند واحد فن کویل در هواگیر) در سمت اواپراتور و تجهیزات دفع گرما مانند برج خنک کننده در سمت کندانسور متصل است. یک پمپ حرارتی منبع هوا دارای اجزای بسیاری با سیستم تهویه مطبوع است، اما شامل یک شیر معکوس است که به واحد اجازه می دهد تا برای گرم کردن و همچنین خنک کردن فضا استفاده شود.[48]

اگر سطح کویل اواپراتور به طور قابل توجهی خنک تر از نقطه شبنم هوای اطراف باشد، تجهیزات تهویه مطبوع رطوبت مطلق هوای پردازش شده توسط سیستم را کاهش می دهند. یک دستگاه تهویه مطبوع که برای یک فضای اشغال شده طراحی شده است، معمولاً رطوبت نسبی 30٪ تا 60٪ را در فضای اشغال شده به دست می آورد.[49](کولرگازی)

اکثر سیستم های تهویه مطبوع مدرن دارای یک چرخه رطوبت زدایی هستند که در طی آن کمپرسور کار می کند. در همان زمان، فن کند می شود تا دمای اواپراتور کاهش یابد و آب بیشتر متراکم شود. یک دستگاه رطوبت گیر از چرخه تبرید یکسانی استفاده می کند، اما هم اواپراتور و هم کندانسور را در یک مسیر هوا قرار می دهد. هوا ابتدا از روی کویل اواپراتور می گذرد، جایی که خنک می شود[50] و قبل از عبور از سیم پیچ کندانسور رطوبت زدایی می شود، جایی که قبل از رها شدن دوباره به اتاق دوباره گرم می شود.[نیازمند منبع]

گاهی اوقات می توان خنک کننده آزاد را انتخاب کرد که هوای خارجی خنک تر از هوای داخلی باشد. بنابراین، کمپرسور نیازی به استفاده ندارد و در نتیجه راندمان خنک کنندگی بالایی برای این مواقع دارد. این همچنین ممکن است با ذخیره انرژی حرارتی فصلی ترکیب شود.[51]

گرمایش

برخی از سیستم های تهویه مطبوع می توانند چرخه تبرید را معکوس کنند و به عنوان یک پمپ حرارتی منبع هوا عمل کنند، بنابراین به جای خنک کردن محیط داخلی، گرمایش می کنند. آنها همچنین معمولا به عنوان “تهویه مطبوع چرخه معکوس” نامیده می شوند. پمپ حرارتی به طور قابل توجهی نسبت به گرمایش با مقاومت الکتریکی از نظر انرژی کارآمدتر است، زیرا انرژی را از هوا یا آب های زیرزمینی به فضای گرم شده و گرما را از انرژی الکتریکی خریداری شده منتقل می کند. هنگامی که پمپ حرارتی در حالت گرمایش است، کویل اواپراتور داخلی نقش را تغییر می دهد و به سیم پیچ کندانسور تبدیل می شود و گرما تولید می کند. واحد کندانسور بیرونی نیز نقش های خود را تغییر می دهد تا به عنوان اواپراتور عمل کند و هوای سرد (سردتر از هوای بیرون محیط) را تخلیه می کند.

بیشتر پمپ های حرارتی منبع هوا در دمای بیرون از منزل کمتر از 4 درجه سانتیگراد یا 40 درجه فارنهایت کارایی کمتری دارند.[52] این تا حدی به این دلیل است که یخ روی سیم پیچ مبدل حرارتی واحد خارجی تشکیل می شود که جریان هوا را روی سیم پیچ مسدود می کند. برای جبران این امر، سیستم پمپ حرارتی باید به طور موقت به حالت تهویه مطبوع معمولی برگردد تا سیم پیچ اواپراتور در فضای باز به سیم پیچ کندانسور برگردد تا گرم شود و یخ زدایی شود. بنابراین، برخی از سیستم‌های پمپ حرارتی دارای گرمایش با مقاومت الکتریکی در مسیر هوای داخلی هستند که فقط در این حالت فعال می‌شود تا خنک‌کننده موقت هوای داخلی را جبران کند، که در غیر این صورت در زمستان ناراحت‌کننده خواهد بود.

مدل‌های جدیدتر عملکرد در هوای سرد را با ظرفیت گرمایش کارآمد تا 14- درجه فارنهایت (26- درجه سانتیگراد) بهبود بخشیده اند.[53][52][54] با این حال، همیشه این احتمال وجود دارد که رطوبتی که روی مبدل حرارتی واحد خارجی متراکم می‌شود، حتی در مدل‌هایی که عملکرد در هوای سرد را بهبود بخشیده‌اند، یخ بزند، و برای انجام یک چرخه یخ‌زدایی نیاز است.

مشکل یخ‌زدگی با دمای پایین‌تر در فضای باز بسیار شدیدتر می‌شود، بنابراین پمپ‌های حرارتی گاهی اوقات پشت سر هم با نوع گرمایش مرسوم‌تری مانند بخاری برقی، گاز طبیعی، روغن گرمایشی یا شومینه هیزمی یا گرمایش مرکزی نصب می‌شوند. که به جای یا علاوه بر پمپ حرارتی در دماهای شدیدتر زمستان استفاده می شود. در این حالت، پمپ حرارتی در دماهای ملایم تر به طور موثری استفاده می شود و هنگامی که دمای بیرون پایین تر است، سیستم به منبع گرمای معمولی سوئیچ می شود.

کارایی(کولرگازی)

مقالات اصلی: ضریب عملکرد، نسبت بهره وری انرژی فصلی، و نسبت بهره وری انرژی فصلی اروپا
ضریب عملکرد (COP) یک سیستم تهویه مطبوع، نسبت گرمایش یا سرمایش مفید ارائه شده به کار مورد نیاز است.[55][56] COPهای بالاتر معادل هزینه های عملیاتی کمتر است. COP معمولاً از 1 تجاوز می کند. با این حال، مقدار دقیق به شدت به شرایط عملیاتی، به ویژه دمای مطلق و دمای نسبی بین سینک و سیستم بستگی دارد، و اغلب نمودار یا میانگین در برابر شرایط مورد انتظار می‌باشد.[57] قدرت تجهیزات تهویه مطبوع در ایالات متحده اغلب بر حسب «تن تبرید» توصیف می‌شود که هر یک تقریباً برابر با قدرت خنک‌کنندگی یک تن کوتاه (2000 پوند (910 کیلوگرم) یخ ذوب در یک دوره 24 ساعته است. برابر با 12000 BTUIT در ساعت یا 3517 وات است.

راندمان تهویه مطبوع اغلب با نسبت بهره وری انرژی فصلی (SEER) رتبه بندی می شود که توسط موسسه تهویه مطبوع، گرمایش و تبرید در استاندارد سال 2008 AHRI 210/240، رتبه بندی عملکرد تهویه مطبوع و منبع تهویه واحد تعریف شده است. تجهیزات پمپ حرارتی.[59] یک استاندارد مشابه، نسبت بهره وری انرژی فصلی اروپا (ESEER) است.

سیستم کنترل

کنترل از راه دور بی سیم(کولرگازی)

این نوع کنترل از یک LED مادون قرمز برای انتقال دستورات از یک کنترل از راه دور به کولر استفاده می کند. خروجی LED مادون قرمز (مانند هر کنترل از راه دور مادون قرمز) برای چشم انسان نامرئی است زیرا طول موج آن فراتر از محدوده نور مرئی است. این کنترلر معمولاً در کولرهای گازی مینی اسپلیت استفاده می شود زیرا ساده و قابل حمل است.

کنترلر سیمی

کنترلر سیمی که به آن ترموستات سیمی نیز می گویند، وسیله ای است که با روشن یا خاموش کردن گرمایش یا سرمایش، کولر گازی را کنترل می کند. از انواع سنسورهای مختلف برای اندازه گیری دما و فعال کردن عملیات کنترل استفاده می کند. ترموستات های مکانیکی معمولاً از نوارهای دو فلزی استفاده می کنند که تغییر دما را به جابجایی مکانیکی تبدیل می کنند تا کنترل تهویه مطبوع را فعال کنند. ترموستات های الکترونیکی در عوض از ترمیستور یا سنسورهای نیمه هادی دیگر استفاده می کنند و تغییرات دما را به عنوان سیگنال های الکترونیکی برای کنترل تهویه مطبوع پردازش می کنند.(کولرگازی)

این کنترلرها معمولاً در اتاق های هتل استفاده می شوند زیرا به طور دائم در دیوار نصب می شوند و مستقیماً به واحد کولر گازی متصل می شوند و نیازی به باتری ندارند.(کولرگازی)

* جایی که ظرفیت معمولی بر حسب کیلووات به شرح زیر است:

بسیار کوچک: <1.5 کیلو وات
کوچک: 1.5 – 3.5 کیلو وات
متوسط: 4.2 – 7.1 کیلو وات
بزرگ: 7.2 – 14 کیلو وات
بسیار بزرگ: 14> کیلووات

سیستم های مینی اسپلیت و مولتی اسپلیت

سیستم‌های بدون کانال (اغلب مینی اسپلیت، اگرچه اکنون مینی اسپلیت کانالی وجود دارد) معمولاً هوای مطبوع و گرم شده را به یک یا چند اتاق از یک ساختمان، بدون کانال و به‌صورت غیرمتمرکز تأمین می‌کنند.[60] سیستم‌های چند ناحیه‌ای یا چند تقسیم‌بندی، کاربرد رایج سیستم‌های بدون کانال هستند و اجازه می‌دهند تا هشت اتاق (منطقه یا مکان) مستقل از یکدیگر، هر کدام دارای واحد داخلی خود و به طور همزمان از یک واحد خارجی منفرد، مطبوع شوند.

اولین سیستم مینی اسپلیت در سال 1961 توسط توشیبا در ژاپن فروخته شد و اولین سیستم تهویه مطبوع مینی اسپلیت دیواری در سال 1968 توسط میتسوبیشی الکتریک در ژاپن فروخته شد، جایی که اندازه خانه های کوچک انگیزه توسعه آنها را ایجاد کرد. مدل میتسوبیشی اولین تهویه مطبوع با یک فن متقاطع بود.[61][62][63] در سال 1969، اولین تهویه مطبوع مینی اسپلیت در ایالات متحده فروخته شد.[64] سیستم‌های بدون کانال چند ناحیه‌ای توسط دایکین در سال 1973 اختراع شدند، و سیستم‌های جریان مبرد متغیر (که می‌توان آن‌ها را به عنوان سیستم‌های چند تقسیم بزرگ‌تر در نظر گرفت) نیز توسط دایکین در سال 1982 اختراع شد. هر دو برای اولین بار در ژاپن فروخته شدند.[65] سیستم‌های جریان مبرد متغیر در مقایسه با خنک‌کننده مرکزی نیروگاه از یک هواگیر، نیاز به کانال‌های بزرگ هوای خنک، هواگیرها و چیلرها را از بین می‌برد.; در عوض، مبرد خنک از طریق لوله‌های بسیار کوچک‌تر به واحدهای داخلی در فضاهای مطبوع منتقل می‌شود، بنابراین فضای کمتری در بالای سقف‌های افتاده و تأثیر ساختاری کمتری ایجاد می‌کند، در حالی که امکان کنترل دمای فردی و مستقل بیشتر فضاها را فراهم می‌کند. واحدهای بیرونی و داخلی را می توان در سراسر ساختمان پخش کرد.[66] واحدهای داخلی جریان متغیر مبرد نیز می توانند به صورت جداگانه در فضاهای بلااستفاده خاموش شوند.

سیستم های مرکزی کانالی(کولرگازی)

سیستم تهویه مطبوع مرکزی سیستم اسپلیت از دو مبدل حرارتی تشکیل شده است، یک واحد خارجی (کندانسور) که گرما از آن به محیط دفع می شود و یک مبدل حرارتی داخلی (واحد فن کویل (FCU)، واحد انتقال هوا یا اواپراتور) با مبرد لوله شده بین این دو گردش می کند. سپس FCU به فضاهایی متصل می شود تا توسط مجاری تهویه خنک شوند.[67](کولرگازی)

خنک کننده مرکزی کارخانه

نیروگاه های خنک کننده مرکزی بزرگ ممکن است از خنک کننده میانی مانند آب سرد پمپ شده به هواگیرها یا واحدهای فن کویل در نزدیکی یا در فضاهایی که قرار است خنک شوند، استفاده کنند و سپس هوای سرد را به فضاهایی که باید تهویه شوند، هدایت می کنند یا به جای هدایت مستقیم هوای سرد به این فضاها، استفاده می کنند. فضاهایی از کارخانه، که به دلیل چگالی کم و ظرفیت گرمایی هوا انجام نمی شود، که به مجاری غیرعملی بزرگ نیاز دارد. آب سرد شده توسط چیلرهای موجود در کارخانه خنک می شود که از چرخه تبرید برای خنک کردن آب استفاده می کند و اغلب گرمای خود را حتی در چیلرهای خنک شده با مایع از طریق استفاده از برج های خنک کننده به جو منتقل می کند. چیلرها ممکن است با هوا یا مایع خنک شوند.[نیازمند منبع]

واحدهای قابل حمل

یک سیستم قابل حمل دارای یک واحد داخلی بر روی چرخ ها است که از طریق لوله های انعطاف پذیر به یک واحد خارجی متصل می شود، شبیه به یک واحد نصب شده دائمی (مانند تهویه مطبوع اسپلیت بدون کانال).

سیستم های خرطومی، که می توانند مونوبلوک یا هوا به هوا باشند، از طریق کانال های هوا به بیرون هدایت می شوند. نوع مونوبلاک آب را در یک سطل یا سینی جمع می کند و وقتی پر شود متوقف می شود. نوع هوا به هوا آب را دوباره تبخیر می کند، آن را از طریق شیلنگ مجرای تخلیه می کند و می تواند به طور مداوم کار کند. چنین واحدهای قابل حملی هوای داخل خانه را می کشند و آن را از طریق یک مجرای واحد به خارج از منزل خارج می کنند و بر راندمان خنک کنندگی کلی آنها تأثیر منفی می گذارد.

بسیاری از دستگاه های تهویه مطبوع قابل حمل دارای گرما و همچنین عملکرد رطوبت زدایی هستند.[68]

واحد پنجره و پایانه بسته بندی شده

سیستم تهویه مطبوع پایانه بسته بندی شده (PTAC)، تهویه مطبوع دیواری و پنجره ای مشابه هستند. این واحدها بر روی یک قاب پنجره یا روی یک دهانه دیوار نصب می شوند. این واحد معمولاً دارای یک پارتیشن داخلی است که دو طرف داخلی و خارجی آن را جدا می کند که به ترتیب حاوی کندانسور و اواپراتور واحد است. سیستم‌های PTAC ممکن است برای تامین گرمایش در هوای سرد، مستقیماً با استفاده از نوار الکتریکی، گاز یا بخاری‌های دیگر، یا با معکوس کردن جریان مبرد برای گرم کردن فضای داخلی و جذب گرما از هوای بیرون، و تبدیل کولر به پمپ حرارتی. آنها ممکن است به کمک یک آستین مخصوص روی دیوار در دهانه دیوار نصب شوند و یک کوره سفارشی که هم سطح با دیوار و کولرهای پنجره ای است نیز می تواند در پنجره نصب شود، اما بدون گریل سفارشی.[69]

کولر گازی بسته بندی شده

سیستم‌های تهویه مطبوع بسته‌بندی شده (همچنین به عنوان واحدهای مستقل شناخته می‌شوند)[70][71] سیستم‌های مرکزی هستند که تمام اجزای یک سیستم مرکزی اسپلیت را در یک محفظه واحد یکپارچه می‌کنند و هوا را احتمالاً از طریق کانال‌ها به فضاهایی که قرار است خنک شوند می‌رسانند. . بسته به ساخت آنها ممکن است در فضای باز یا داخل ساختمان، روی پشت بام ها (واحدهای پشت بام)، [72][73] هوا را از داخل یا خارج ساختمان تهویه کنند و با آب یا هوا خنک شوند. اغلب، واحدهای خارجی با هوا خنک می شوند در حالی که واحدهای داخلی با استفاده از یک برج خنک کننده با مایع خنک می شوند.[67][74][75][76][77][78]

متقابل

این کمپرسور از یک میل لنگ، میل لنگ، میله پیستون، پیستون، رینگ پیستون، سرسیلندر و سوپاپ ها تشکیل شده است. [نیازمند منبع]

طومار

این کمپرسور از دو اسکرول به هم پیوسته برای فشرده سازی مبرد استفاده می کند.[79] این شامل یک طومار ثابت و یک چرخش است. این نوع کمپرسور کارایی بیشتری دارد زیرا 70 درصد قطعات متحرک کمتری نسبت به کمپرسور رفت و برگشتی دارد. [نیازمند منبع]

پیچ

این کمپرسور از دو روتور مارپیچی بسیار نزدیک به هم برای فشرده سازی گاز استفاده می کند. گاز از سمت مکش وارد می شود و با چرخش پیچ ها از طریق رزوه ها حرکت می کند. روتورهای مشبک گاز را وارد کمپرسور می کنند و گاز از انتهای پیچ ها خارج می شود. ناحیه کار حجم بین لوبی بین روتور نر و ماده است. در انتهای ورودی بزرگتر است و در طول روتورها تا درگاه اگزوز کاهش می یابد. این تغییر در حجم، فشرده سازی است. [نیازمند منبع]

فن آوری های مدولاسیون ظرفیت

راه های مختلفی برای تعدیل ظرفیت سرمایش در سیستم های تبرید یا تهویه مطبوع و گرمایش وجود دارد. رایج ترین موارد در تهویه مطبوع عبارتند از: چرخه روشن و خاموش، بای پس گاز داغ، استفاده یا عدم استفاده از تزریق مایع، تنظیمات منیفولد کمپرسورهای متعدد، مدولاسیون مکانیکی (که دیجیتال نیز نامیده می شود) و فناوری اینورتر. [نیازمند منبع]

بای پس گاز داغ

بای پس گاز داغ شامل تزریق مقداری گاز از تخلیه به سمت مکش است. کمپرسور با همان سرعت کار می کند، اما به دلیل بای پس، جریان جرم مبرد در گردش با سیستم و در نتیجه ظرفیت خنک کننده کاهش می یابد. این به طور طبیعی باعث می شود که کمپرسور در دوره هایی که بای پس کار می کند بی فایده کار کند. ظرفیت پایین آمدن بین 0 تا 100 درصد متغیر است.[80]

تنظیمات منیفولد(کولرگازی)

چندین کمپرسور را می توان در سیستم نصب کرد تا حداکثر ظرفیت خنک کننده را فراهم کند. هر کمپرسور می تواند کار کند یا نه به منظور مرحله بندی ظرفیت خنک کننده واحد. ظرفیت پایین آمدن 0/33/66 یا 100٪ برای پیکربندی سه نفره و 0/50 یا 100٪ برای یک پشت سر هم است.

کمپرسور مدوله شده مکانیکی

این مدولاسیون ظرفیت مکانیکی داخلی مبتنی بر فرآیند فشرده سازی دوره ای با یک شیر کنترلی است، دو مجموعه اسکرول از هم جدا می شوند و فشرده سازی را برای یک دوره زمانی معین متوقف می کنند. این روش با تغییر میانگین زمان تراکم، جریان مبرد را تغییر می دهد، اما سرعت واقعی موتور را تغییر نمی دهد. علیرغم نسبت چرخش عالی – از 10 تا 100 درصد ظرفیت خنک کننده، اسکرول های مدوله شده مکانیکی مصرف انرژی بالایی دارند زیرا موتور به طور مداوم کار می کند.

کمپرسور با سرعت متغیر

مقاله اصلی: کمپرسور اینورتر(کولرگازی)

این سیستم از یک درایو با فرکانس متغیر (که اینورتر نیز نامیده می شود) برای کنترل سرعت کمپرسور استفاده می کند. دبی مبرد با تغییر سرعت کمپرسور تغییر می کند. نسبت پایین آمدن به پیکربندی سیستم و سازنده بستگی دارد. از 15 یا 25 درصد تا 100 درصد در ظرفیت کامل با یک اینورتر از 12 تا 100 درصد با پشت سر هم هیبریدی مدوله می شود. این روش کارآمدترین راه برای تعدیل ظرفیت کولر گازی است. این سیستم تا 58٪ کارآمدتر از یک سیستم سرعت ثابت است.[نیازمند منبع]

نابرابری های اجتماعی

افزایش دما که منجر به امواج گرمای شدیدتر می شود، به طور نامتناسبی بر گروه های اجتماعی-اقتصادی پایین تأثیر می گذارد زیرا آنها به واحدهای خنک کننده فضا دسترسی ندارند.

هزینه داشتن تهویه مطبوع در محل سکونت شامل واحد و نصب، نگهداری و مصرف انرژی بالا می باشد. این اغلب منجر به نابرابری در دسترسی به سرمایش می شود و نابرابری ها را در طول موج های گرمای شدید تشدید می کند. فقدان سرمایش می‌تواند خطرناک باشد، زیرا مناطقی که کمتر از تهویه مطبوع استفاده می‌کنند، با نرخ‌های بالاتر مرگ و میر ناشی از گرما و بستری شدن در بیمارستان مرتبط است.[81] پیش بینی می شود که مرگ و میر زودرس در نیویورک بین 47 تا 95 درصد در 30 سال آینده افزایش یابد و جمعیت های کم درآمد و آسیب پذیر بیشتر در معرض خطر هستند.[81] مطالعات مربوط به همبستگی بین مرگ و میر ناشی از گرما و بستری شدن در بیمارستان و زندگی در مکان های اقتصادی-اجتماعی پایین را می توان در فینیکس، آریزونا، [82] هنگ کنگ، [83] چین، [83] ژاپن، [84] و ایتالیا ردیابی کرد.[85] [86] علاوه بر این، هزینه های مربوط به مراقبت های بهداشتی می تواند به عنوان یک مانع دیگر عمل کند، زیرا فقدان بیمه درمانی خصوصی در طول موج گرمای سال 2009 در استرالیا، با بستری شدن در بیمارستان مرتبط با گرما همراه بود.[86]

دسترسی به تهویه مطبوع برای گروه‌های قومی و نژادی به حاشیه رانده شده می‌تواند به عوامل زیادی بستگی داشته باشد، اما به طور کلی به گروه اجتماعی-اقتصادی و محله فرد مرتبط است. این ارتباط از نژادپرستی نهادینه شده سرچشمه می گیرد، که منجر به ارتباط جوامع حاشیه نشین خاص با وضعیت اقتصادی پایین تر، سلامت ضعیف تر، سکونت در محله های گرمتر، درگیر شدن در نیروی کار شدیدتر، و تجربه دسترسی محدود به فن آوری های خنک کننده مانند تهویه مطبوع شده است.[86] ] مطالعه‌ای که مشرف به شیکاگو، ایلینوی، دیترویت و میشیگان بود نشان داد که خانوارهای سیاه‌پوست در مقایسه با همتایان سفیدپوست خود به نصف احتمال دارد که واحدهای تهویه مطبوع مرکزی داشته باشند.[87] به خصوص در شهرها، Redlining جزیره‌های گرمایی ایجاد می‌کند و دما را در بخش‌های خاصی از شهر افزایش می‌دهد.[86] این به دلیل مواد جاذب حرارت مصالح ساختمانی و روسازی و عدم پوشش گیاهی و سایه است.[88]

ابتکاراتی وجود دارد که راه‌حل‌های خنک‌کننده با مصرف انرژی را برای جوامع کم‌درآمد ارائه می‌کند یا از شیوه‌های طراحی فراگیر برای کمک به پر کردن شکاف‌ها و کاهش نابرابری‌ها حمایت می‌کند. به عنوان مثال، فضاهای خنک کننده عمومی.[89][88]

تأثیر

اثرات سلامتی

در هوای گرم، تهویه مطبوع می‌تواند از گرمازدگی، [۸۹] کم‌آبی بدن ناشی از تعریق بیش از حد، [۸۹] اختلالات مایعات و الکترولیت‌ها، [۸۹] نارسایی کلیه، [۸۹] و سایر مشکلات مربوط به هیپرترمی جلوگیری کند.[90] امواج گرما کشنده ترین نوع پدیده آب و هوایی در ایالات متحده است.[91][92] یک مطالعه در سال 2020 نشان داد که مناطقی با استفاده کمتر از تهویه مطبوع با نرخ بالاتر مرگ و میر ناشی از گرما و بستری شدن در بیمارستان مرتبط است.[81] موج گرمای اوت 2003 فرانسه منجر به مرگ حدود 15000 نفر شد که 80 درصد از قربانیان بالای 75 سال سن داشتند.[89] در پاسخ، دولت فرانسه تمام خانه‌های سالمندان را ملزم کرد که حداقل یک اتاق تهویه‌کننده با دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد (۷۷ درجه فارنهایت) در هر طبقه در هنگام موج‌های گرما داشته باشند.[89]

تهویه مطبوع (شامل فیلتراسیون، رطوبت، خنک‌کننده و ضدعفونی) می‌تواند برای ایجاد فضایی تمیز، ایمن و ضد حساسیت در اتاق‌های عمل بیمارستان و سایر محیط‌هایی که فضای مناسب برای ایمنی و رفاه بیمار حیاتی است، استفاده شود. گاهی اوقات برای استفاده در خانه توسط افراد مبتلا به آلرژی، به ویژه کپک توصیه می شود.[93][94] با این حال، برج های خنک کننده آب که به خوبی نگهداری نمی شوند می توانند رشد و گسترش میکروارگانیسم هایی مانند لژیونلا پنوموفیلا، عامل عفونی مسئول بیماری لژیونرها را افزایش دهند. تا زمانی که برج خنک کننده تمیز نگه داشته شود (معمولاً با استفاده از کلر درمانی)، می توان از این خطرات سلامتی جلوگیری کرد یا کاهش داد. ایالت نیویورک الزاماتی را برای ثبت، نگهداری و آزمایش برج های خنک کننده برای محافظت در برابر لژیونلا تدوین کرده است.[95]

اثرات اقتصادی(کولرگازی)

این اختراع برای اولین بار به نفع صنایع هدف مانند مطبوعات و همچنین کارخانه های بزرگ طراحی شد.

تهویه مطبوع باعث تغییرات جمعیتی مختلفی شد، به ویژه در ایالات متحده که از دهه 1970 شروع شد. در ایالات متحده، نرخ تولد در بهار نسبت به سایر فصول تا دهه 1970 کمتر بود، اما این تفاوت سپس از آن زمان کاهش یافت.[97] از سال 2007، کمربند خورشیدی شامل 30٪ از کل جمعیت ایالات متحده بود، در حالی که در آغاز قرن بیستم، 24٪ از آمریکایی ها در آن ساکن بودند.[98] علاوه بر این، میزان مرگ و میر تابستانی در ایالات متحده، که در مناطقی که در تابستان در معرض موج گرما بودند، بالاتر بود، نیز کاهش یافت.[99]

گسترش استفاده از تهویه مطبوع به عنوان محرک اصلی برای رشد تقاضای جهانی برق عمل می کند.[100] بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) در سال 2018، مشخص شد که مصرف انرژی برای خنک‌سازی در ایالات متحده، که شامل 328 میلیون آمریکایی است، از مجموع مصرف انرژی 4.4 میلیارد نفر در آفریقا، آمریکای لاتین و میانه فراتر رفته است. شرق و آسیا (به استثنای چین).[89] یک نظرسنجی در سال 2020 نشان داد که تخمین زده می‌شود که 88 درصد از کل خانواده‌های ایالات متحده از AC استفاده می‌کنند، که وقتی صرفاً به خانه‌هایی که بین سال‌های 2010 و 2020 ساخته شده‌اند، به 93 درصد افزایش می‌یابد.[101]

تاثیرات محیطی

تهویه مطبوع فعلی 20 درصد از مصرف انرژی در ساختمان ها را در سراسر جهان به خود اختصاص می دهد و رشد مورد انتظار استفاده از تهویه مطبوع به دلیل تغییرات آب و هوا و جذب فناوری باعث رشد قابل توجه تقاضا برای انرژی خواهد شد.[102][103]

پیش بینی می شود که تا سال 2050، با پیشرفتی که در حال حاضر مشاهده می شود، انتشار گازهای گلخانه ای منتسب به خنک کننده فضا دو برابر خواهد شد: 1135 میلیون تن (2016) به 2070 میلیون تن.[89] فشارهایی برای افزایش بهره وری انرژی کولر گازی وجود دارد. برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP) و آژانس بین المللی انرژی دریافتند که اگر سیستم های تهویه مطبوع دو برابر فعلی موثرتر باشند، 460 میلیارد تن گازهای گلخانه ای می تواند طی 40 سال کاهش یابد.[104] UNEP و IEA همچنین قوانینی را برای کاهش استفاده از هیدروفلوئوروکربن‌ها، عایق‌بندی بهتر ساختمان‌ها و زنجیره‌های تامین مواد غذایی با کنترل دمای پایدارتر در آینده توصیه کردند.[104]

مبردها همچنین باعث ایجاد مسائل زیست محیطی جدی، از جمله تخریب لایه لایه لایه لایه لایه لایه اوزون و تغییرات آب و هوایی شده و همچنان ادامه دارند، زیرا چندین کشور هنوز اصلاحیه کیگالی را برای کاهش مصرف و تولید هیدروفلوئوروکربن ها تصویب نکرده اند.[105]

جایگزین های تهویه مطبوع مستمر شامل خنک کننده غیرفعال، خنک کننده خورشیدی غیرفعال، تهویه طبیعی، سایه های عملیاتی برای کاهش بهره خورشیدی، استفاده از درختان، سایه های معماری، پنجره ها (و استفاده از پوشش های پنجره) برای کاهش بهره خورشیدی است.[نیازمند منبع](کولرگازی)

سایر تکنیک ها

ساختمان‌هایی که با تهویه مطبوع غیرفعال طراحی شده‌اند، عموماً نسبت به ساختمان‌های با سیستم‌های HVAC معمولی با نیاز انرژی کمتر، هزینه کمتری برای ساخت و نگهداری دارند.[106] در حالی که ده‌ها تغییر هوا در ساعت و خنک‌سازی ده‌ها درجه را می‌توان با روش‌های غیرفعال به دست آورد، ریزاقلیم خاص سایت باید در نظر گرفته شود که طراحی ساختمان را پیچیده می‌کند.[14]

برای افزایش راحتی و کاهش دما در ساختمان ها می توان از تکنیک های زیادی استفاده کرد. اینها شامل سرمایش تبخیری، سایه‌زنی انتخابی، باد، همرفت حرارتی و ذخیره‌سازی حرارت است.[107]

تهویه غیرفعال(کولرگازی)

تهویه غیرفعال فرآیند تامین هوا و خروج هوا از فضای داخلی بدون استفاده از سیستم های مکانیکی است. به جریان هوای خارجی به فضای داخلی در نتیجه اختلاف فشار ناشی از نیروهای طبیعی اشاره دارد.

دو نوع تهویه طبیعی در ساختمان ها وجود دارد: تهویه بادی و تهویه شناوری. تهویه ناشی از باد از فشارهای مختلف ایجاد شده توسط باد در اطراف یک ساختمان یا سازه و منافذی که در محیط ایجاد می‌شوند، ایجاد می‌شود که سپس جریان را از طریق ساختمان ممکن می‌سازد. تهویه بر اساس شناوری در نتیجه نیروی شناوری جهتی که از اختلاف دمایی بین داخل و خارج ناشی می شود، رخ می دهد.[108]

از آنجایی که افزایش حرارت داخلی که باعث ایجاد اختلاف دمایی بین داخل و خارج می شود توسط فرآیندهای طبیعی از جمله گرمای افراد ایجاد می شود و اثرات باد متغیر است، ساختمان هایی که دارای تهویه طبیعی هستند گاهی اوقات “ساختمان های تنفسی” نامیده می شوند.