История кондиционирования воздуха. Принцип работы кондиционера / Хабр
С самого начало истории человечества люди хотели жить в комфортных условиях: спать по ночам и не просыпаться от невыносимой жары или не стучать зубами, закутавшись в шкуру мамонта. Современные условия жизни дают такую возможность. И во многом этим мы обязаны кондиционерам.
В данной статье я бы хотел рассказать вам историю создания бытового кондиционера, принцип его работы и поделиться интересными фактами. И быть может, утром, придя на работу и налив себе свежего горячего кофе, вы отвлечетесь от рутинных дел и найдете для себя что-то новое и интересное в этой статье.
Перед тем как начать, дорогой читатель, я хотел бы представиться. Меня зовут Роман, и я работаю техническим специалистом в области кондиционирования воздуха. Я не претендую на звание эксперта, а просто хочу поделиться информацией. Возможно, вы дополните меня и поделитесь своим опытом и знаниями. Это моя первая статья на ХАБР, и я буду рад любой обратной связи
Кондиционирование воздуха в Персии
Бадгир представляет из себя башню, проходящую через всё здание от самых нижних помещений и возвышающуюся высоко над крышей.
Внутренняя часть бадгира разделена двумя перпендикулярными и параллельными стенками. Бадгиры бывают разных видов: одно-, двух-, четырех- и восьминаправленные. Могут иметь в своём составе ёмкости с водой или каналы, в которых она протекает. Конструкция бадгира зависит от местности и направления движения ветра.
Но все конструкции имеют один тип работы: ветер попадает в верхние отверстия, которые идут внутрь здания. Под давлением ветра с наветренной стороны поток воздуха опускается в комнаты и вытесняет нагретый в этих помещениях воздух. Появляется постоянная естественная циркуляция воздуха, и она помогает создать более комфортные условия даже в условиях знойной пустыни. Отверстия в верхней части бадгира могут закрываться, когда температура днем становится невыносимой или надвигается песчаная буря.
В Египте её ещё называют «малькаф», а в ОАЭ — «барджиль».
Первые попытки создания кондиционера
Многие люди пытались создать устройство, которое бы охлаждало воздух в помещении.
Например, Джон Горри, американский врач, изучавший тропические болезни, охлаждал больничные комнаты при помощи таза со льдом, подвешенного к потолку. Тяжелый холодный воздух направлялся в низ комнаты, к пациенту, а затем уходил через отверстие возле пола. Так изучали влияние воздуха на человека. Дело в том, что в то время существовала гипотеза, что причиной малярии является «плохой» воздух (от итальянского mala aria – «плохой воздух»). Джон Горри использовал труды Оливера Эванса, который работал с паровыми двигателями и заметил, что газ, расширяясь, «охлаждается». В то же время Джейкоб Перкинс продолжил совершенствовать эту идею и, улучшив конструкцию двигателя, получил патент на «Аппарат и средства для производства льда и охлаждающих жидкостей» в 1835 году. Поэтому Джон Горри смог получить патент на «улучшенную технологию производства искусственного льда» в 1851 году (https://patents.google.com/patent/US8080).
Однако все вышеперечисленные попытки большим успехом не увенчались.
Настоящий прорыв произошел в 1902 году в Америке. И, как часто это бывает в жизни, создание кондиционера произошло не специально. Дело в том, что инженер-изобретатель Уиллис Кэрриер в типографии Бруклина собрал машину для борьбы с влажностью воздуха. Высокая влажность воздуха в помещении отрицательно влияла на качество печати: летом бумага сохла или разбухала при изменении влажности, цветные чернила при этом расплывались, и изображение получалось размытым.
Знакомое нам слово кондиционер происходит от англ. Air conditioning («to condition» – «улучшать что-либо до желаемого состояния»). Использовал его инженер текстильной промышленности Стюарт Крэмер на съезде текстильных производителей в г. Шарлотта штата Северная Каролина в мае 1906 года по отношению к машине Уиллис Кэрриер: “Я использовал термин “кондиционирование воздуха”, чтобы включить в него общие понятия в обработке воздуха – увлажнение , очистку , обогрев и вентиляцию воздуха”.
1915 году Уиллис Кэрриер и шесть его друзей создали компанию Carrier Engineering, которая работает и по сей день.
Они сделали настоящие первые шаги по созданию комфорта в помещениях. В 1924 году была установлена система кондиционирования воздуха в одном из крупных универмагов штата Детройта. В этом же году системы кондиционирования также были установлены в кинотеатрах г. Хьюстона в штате Техас. Поток людей в кинотеатры был просто умопомрачительным, в считанные дни оборот кинотеатров вырос более чем в три раза. В период с 1922 по 1930 год были кондиционированы уже свыше 300 кинотеатров по всей Америке.
1929 году не менее известная компания General Electric (GE), основанная Томасом Эдисоном, выпускает первую сплит-систему (Split-system от анг. Split – разделять). В этом устройстве использовался АММИАК, пары которого небезопасны для здоровья человека, вследствие чего компрессор и конденсатор кондиционера были вынесены на улицу.
Сплит-система– это система кондиционирования воздуха, которая состоит из двух частей: одного внешнего и одного внутреннего блоков, соединенных между собой медными трубками, в которых находится хладагент.
Первые кондиционеры использовали токсичные газы, такие как аммиак и метилхлорид, которые были не безопасны при их утечке. Томас Мидгли Младший первым предложил в качестве хладагента использовать дифторхлорметан, названный впоследствии фреоном. К слову, FREON — это торговая марка компании Dupont для всех CFC, HCFC или HFC хладагентов. Правильнее называть хладагент R (Refrigerant — охладитель, хладагент) В те годы Томас Мидгли Младший работал в компании General Electric, поэтому первая сплит-система, работающая на фреоне, появилась в 1931 году от компании General Electric.
Давайте рассмотрим холодильный контур холодильной машины:
Данный цикл применим для каждого кондиционера
Вентиляторы – располагаются во внутреннем и внешнем блоке кондиционера, создают потоки воздуха, обдувающие конденсатор и испаритель.
Дроссель – устройство для ограничения подачи жидкости или регулирования потока рабочего материала.
Испаритель – теплообменник, в котором хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное за счет теплоты воздуха в помещении; располагается он во внутреннем блоке кондиционера. Воздух, продуваемый через испаритель, охлаждается, когда кондиционер работает в режиме охлаждения, и нагревается, когда кондиционер работает в режиме обогрева (тогда испаритель становится конденсатором).
Компрессор – поддерживает движение хладагента по холодильному контуру путем его сжатия и подачи под давлением.
Конденсатор – теплообменник, в котором за счет охлаждения наружным воздухом конденсируется хладагент; располагается он во внешнем блоке кондиционера. Воздух, продуваемый через конденсатор, нагревается, когда кондиционер работает в режиме охлаждения, и охлаждается, когда кондиционер работает в режиме обогрева (тогда конденсатор становится испарителем).
Хладагент – переносит тепло из помещения на улицу за счёт своих свойств.
Как это работает?
Компрессор сжимает газообразный хладагент. Далее хладагент попадает на конденсатор (теплообменник наружного блока), где, обдуваясь вентилятором, охлаждается и конденсируется. Далее жидкая фаза хладагента попадает на дросселирующее устройство, уменьшает свое давление и дозируется. Затем попадает в испаритель (теплообменник внутреннего блока), где, обдуваясь вентилятором, хладагент испаряется, поглощая тепло из воздуха. После этого уже газообразный хладагент снова попадает в компрессор, где цикл повторяется. Так работает каждый кондиционер.
История систем кондиционирования. Статьи – Чистый воздух, Красноярск
Кондиционер… Это удивительный прибор стал первым средством для создания комфортного микроклимата. О том, что с изнуряющим зноем можно и нужно бороться, наши далекие предки догадались еще тысячи лет тому назад. Наверное, первым холодильщиком можно считать неандертальца, обнаружившего, что в пещере даже в самые жаркие дни царит приятная прохлада.
Для того, чтобы хоть как-то спастись от жары, правители древности окружали свои дворцы тенистыми садами и водоемами, наполняли подвалы льдом, а вооруженные опахалами слуги создавали освежающее движение воздуха. И вплоть до середины XVIII века ничего лучше мальчика «арапа» так и не придумали.
Однако начавшаяся в позапрошлом столетии техническая революция очень быстро перевернула представление людей о климате. Интересно, что впервые слово «кондиционер» было произнесено вслух еще в 1815 году. Именно тогда француз Жанн Шабаннес получил британский патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях».
Первый кондиционер был создан для осушения воздуха!
Но практического воплощения идеи пришлось ждать достаточно долго. Только в 1902 году американский инженер-изобретатель Уиллис Карриер собрал промышленную холодильную машину для типографии Бруклина в Нью-Йорке. Самое любопытное, что первый кондиционер предназначался не для создания приятной прохлады работникам, а для борьбы с влажностью, здорово ухудшавшей качество печати.
..
Правда уже через год аристократия Европы, приезжая в Кельн, считала своим долгом посетить местный театр. Причем живой интерес публики вызывала не только (и не столько) игра труппы, а приятный холодок, царивший в зрительном зале даже в самые знойные месяцы. А когда в 1924 году система кондиционирования была установлена в одном из универмагов Детройта, наплыв зевак был просто умопомрачительным. Впору было ввести плату за вход, впрочем, предприимчивый хозяин внакладе не остался. Эти первые аппараты и стали предками современных систем центрального кондиционирования воздуха.
«Ископаемым» предком всех современных систем кондиционирования может считаться первый комнатный кондиционер, выпущенный компанией General Electric еще в 1929 году. Поскольку в качестве хладагента в этом устройстве использовался аммиак, пары которого небезопасны для здоровья человека, компрессор и конденсатор кондиционера были вынесены на улицу. То есть по своей сути это устройство было самой настоящей сплит-системой!
Однако, начиная с 1931 года, когда был синтезирован безопасный для человеческого организма фреон, конструкторы сочли за благо собрать все узлы и агрегаты кондиционера в одном корпусе.
Так появились первые оконные кондиционеры, далекие потомки которых успешно работают и в наши дни. Более того, в США, Латинской Америке, на Ближнем Востоке, а также на Тайване, в Гонконге, в Индии и большинстве Африканских стран оконники до сих пор являются наиболее популярным типом кондиционеров.
Причины их успеха очевидны: они примерно вдвое дешевле аналогичных по мощности сплит-систем, а их монтаж не требует наличия специальных навыков и дорогостоящего инструмента. Последнее особенно важно вдали от очагов цивилизации, где легче отловить снежного человека, нежели найти гражданина, знакомого с монтажом холодильной техники.
Долгое время лидерство в области новейших разработок по вентиляции и кондиционированию воздуха принадлежало американским компаниям, однако в конце 50-х, начале 60-х годов инициатива прочно перешла к японцам. В дальнейшем именно они определили лицо современной индустрии климата.
Облик современного кондиционера – творение японских корпораций
Так в 1958 году японский производитель кондиционеров корпорация Daikin предложила первый тепловой насос, тем самым научив кондиционеры работать на тепло.
Начиная с 1961 года, когда японская компания Toshiba впервые запустила в серийное производство сплит-систему – кондиционер, разделенный на два блока, популярность этого типа климатического оборудования постоянно росла. Благодаря тому, что наиболее шумная часть кондиционера – компрессор – в сплит-системах оказалась вынесена на улицу, в помещениях, оборудованных сплит-системами, намного тише. Интенсивность звука уменьшена на порядок!
Второй огромный плюс – это возможность разместить внутренний блок сплит-системы в любом удобном месте. Сегодня выпускается немало различных типов внутренних устройств: настенные, подпотолочные, напольные и встраиваемые в подвесной потолок – кассетные и канальные. Это важно не только с точки зрения дизайна – различные типы внутренних блоков позволяют создавать наиболее оптимальное распределение охлажденного воздуха в помещениях определенной формы и назначения.
А в 1968 году на рынке появился кондиционер, в котором с одним внешним блоком работало сразу несколько внутренних. Так появились мультисплит-системы. Сегодня они могут включать в себя от двух до шести внутренних блоков различных типов.
Существенным нововведением стало появление кондиционера инверторного типа. В 1981 году компания Toshiba предложила первую сплит-систему, способную плавно регулировать свою мощность, а уже в 1998 году инверторы заняли 95% японского рынка.
Ну и, наконец, последний из наиболее популярных в мире типов кондиционеров – VRF-системы – были предложены в 1982 году компанией Daikin.
Важнейшие вехи истории кондиционера
1734 год. В здании английского парламента установлен первый из известных истории осевых вентиляторов. Он приводился в действие при помощи парового двигателя и проработал без ремонта более 80 лет.
1754 год. Леонард Эйлер разработал теорию вентилятора, которая легла в основу расчета современных систем механической вентиляции.
1763 год. Михаил Ломоносов публикует свой труд «О вольном движении воздуха в рудниках примеченном». Идеи, изложенные в этой работе, легли в основу расчета систем естественной вентиляции.
1810 год. В больнице пригорода Лондона – Дерби установлена первая рассчитанная система естественной вентиляции.
1815 год. Француз Жан Шабаннес получил британский патент на «метод кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях…»
1852 год. Лорд Кельвин разработал основы использования холодильной машины для обогрева помещений (тепловой насос). Спустя четыре года идея была практически реализована австрийцем Риттенгером.
1902 год. Американским инженером Уиллисом Карриером разработана первая промышленная установка для кондиционирования воздуха.
1929 год. В США компанией General Electric разработан первый комнатный кондиционер.
1931 год. Изобретение безопасного для здоровья человека хладагента – фреона – произвело настоящую революцию в развитии климатической техники.
1958 год. Компания Daikin предложила кондиционер, способный работать не только на холод, но и на тепло по принципу «теплового насоса».
1961 год. Toshiba первой в мире начала промышленный выпуск кондиционеров, разделенных на два блока, получивших название сплит-системы.
1966 год. Компания Hitachi первой в мире предложила оконный кондиционер с функцией осушения. Через четыре года она же первой внедрила эту функцию в сплит-системах.
1968 год. Компания Daikin предложила кондиционер с одним наружным и двумя внутренними блоками. Так появились мультисплит-системы.
1977 год. Toshiba впервые в мире выпускает кондиционер с микропроцессорным управлением.
1981 год. Toshiba разработала компрессор с регулируемой частотой вращения. В том же году на рынке появились оснащенные ими кондиционеры, получившие название инверторных.
1982 год. Компания Daikin разработала и внедрила в производство новый тип центральных систем кондиционирования воздуха VRF, позволяющих в комплексе решить вопросы кондиционирования и вентиляции.
1998 год. Компания Sanyo предложила VRF-систему с безынверторным регулированием мощности.
1995 год. Принято решение об отказе от использования хладагентов, представляющих опасность для озонового слоя. В Европе их производство должно быть полностью остановлено к 2014 году.
2002 год. Компания Haier впервые в мире предложила бытовые кондиционеры, способные повышать концентрацию кислорода в помещении.
2010 год. Корпорация Daikin разрабатывает первые в мире кондиционеры с увлажнением воздуха, позволяющие в автоматическом режиме поддерживать оптимальную влажность воздуха в помещении, забирая необходимую влагу прямо из атмосферного воздуха!
Кондиционеры: история в почти что 100 лет!
Хронология истории кондиционеров: Краткая история
Трудно представить себе жаркое техасское лето с изнуряющей температурой, постоянно превышающей 100 градусов, без кондиционера. Как граждане современного мира, возможно, мы стали избалованными в наших ожиданиях повседневных удобств, и это заставило нас задуматься: кто был гением, который изобрел современную систему кондиционирования воздуха?
Ответить на этот вопрос оказалось немного сложнее, чем мы думали.
«Изобретение» кондиционера было не столько одним-единственным «Ага!» момента, а несколько идей, которые за несколько сотен лет привели нас к современной системе ОВКВ, которую мы все знаем и любим. Ниже приведена краткая хронология истории кондиционирования воздуха, чтобы объяснить, как развивались детали и функции кондиционера.
Считается, что древние египтяне первыми использовали испарительное охлаждение, развешивая влажную ткань или тростник в окнах и дверных проемах. Когда ветер дул на влажные материалы, воздух в доме охлаждался.
Древний Рим: акведуки как воздуховодыСостоятельные горожане учатся прокладывать акведуки через стены своих домов. Циркуляционная вода обладает испаряющими свойствами, которые охлаждают воздух.
1758: Ученые соединяют точки Бенджамин Франклин и Джон Хэдли обнаруживают, что испарение летучих жидкостей, таких как спирт, может охладить объект до температуры замерзания воды.
Доктор Джон Горри получает патент США на свое изобретение, в котором для охлаждения больничных палат используется воздух, обдуваемый льдом. Его идея была основана на теории о том, что горячий воздух в больницах сдерживает болезни, поэтому охлаждение воздуха создаст более здоровую окружающую среду.
1902: Появление коммерческой системы кондиционирования воздухаУиллис Кэрриер, работающий в компании Sackett-Wilhelms Lithographing and Publishing Co., в 1902 году изобретает машину , которая продувает воздух через холодные змеевики для контроля температуры и влажности воздуха. Цель состоит в том, чтобы осушить воздух, чтобы бумага не мялась, а чернила оставались свежими. Идея находит отклик на других фабриках, и Кэрриер основывает компанию Carrier Air Conditioning Company of America.
1914 год: установлен первый бытовой кондиционер Первый домашний кондиционер установлен в особняке в Миннеаполисе.
Машина семь футов в высоту и двадцать футов в длину.
Г. Х. Шульц и Дж. К. Шерман изобретают первый оконный кондиционер. Стоимость единицы (в сегодняшних деньгах) составит до 600 000 долларов.
1950-е годы: домашние кондиционеры набирают популярностьБытовые кондиционеры завоевывают популярность в загородных домах.
1970-е годы: центральное кондиционирование становится стандартомСистемы центрального кондиционирования становятся популярными.
Услуги ABC по отоплению и охлаждению выдерживают испытание временем
Благодаря тому, что технологии совершенствуются с каждым днем и преображают мир, системы кондиционирования воздуха и отопления будущего будут намного более энергоэффективными и будут обеспечивать домовладельцев необходимым охлаждением, а также потреблять больше энергии эффективный. Солнечные кондиционеры, например, являются отличным признаком того, что домовладельцы будут продолжать инновации в ближайшие годы.
Если вам нужен ремонт или техническое обслуживание кондиционера, чтобы убедиться, что ваш текущий блок работает при высоких температурах Сан-Антонио, ABC Home & Commercial Services может помочь. Наши высококвалифицированные квалифицированные специалисты могут выполнить ремонт любой марки и модели системы, предложить меры по улучшению энергопотребления и даже помочь вам выбрать и установить новый блок. С помощью ABC ваш дом будет комфортным круглый год.
История кондиционирования воздуха.
Многие американцы обращаются к своим кондиционерам, чтобы бороться с нынешней жарой. Однако эти искусственные бризы являются относительно новой инновацией, как объясняет эта история кондиционирования воздуха. На протяжении веков люди шли на многое, чтобы сохранить прохладу: от транспортировки гор снега до помещения нижнего белья в холодильник, как сообщил Уилл Оремус в 2011 году.
Его оригинальная статья перепечатана ниже.
Любой, кто мечтает о более простом времени, должен принять во внимание несколько неоспоримых неприятностей жизни перед современными технологиями: абсцессы зубов, ночные горшки, бубонная чума и отсутствие кондиционеров в конце июля. По мере того, как температура поднимается до трехзначных цифр на востоке Соединенных Штатов, стоит вспомнить, как мы пришли к летней среде с контролируемым климатом, которую мы имеем сегодня.
В Соединенных Штатах все начало меняться в начале 1900-х годов, когда в домах появились первые электрические вентиляторы. Но холодильные агрегаты распространились за пределы Америки только в последние пару десятилетий благодаря слиянию растущего глобального среднего класса и прорывов в энергоэффективных технологиях. Попытки контролировать температуру внутри помещений начались еще в Древнем Риме, где богатые граждане использовали замечательную систему акведуков для циркуляции прохладной воды через стены своих домов. Император Элагабал сделал еще один шаг вперед в третьем веке, построив гору снега, привезенного с гор на ослиных поездах, в саду рядом со своей виллой, чтобы сохранять прохладу летом. Удивительно неэффективные, эти усилия предвосхитили принцип беззатратности наших современных центральных систем кондиционирования воздуха. Даже тогда некоторые высмеивали концепцию борьбы с жарой с помощью новомодных технологий.
Сенека, философ-стоик, высмеивал «тощих юношей», которые ели снег, чтобы сохранять прохладу, а не просто переносить жару, как подобает настоящему римлянину.
Подобная роскошь исчезла в Средневековье, а широкомасштабные работы по кондиционированию воздуха на Западе не возобновлялись до 1800-х годов, когда хорошо финансируемые американские инженеры начали решать эту проблему. В прошедшие века вентиляторы были предпочтительным хладагентом. Ручные вентиляторы использовались в Китае еще 3000 лет назад, а китайскому изобретателю второго века приписывают создание первого вращающегося вентилятора размером с комнату (он приводился в действие вручную). Архитектура также играла важную роль в досовременном контроле температуры. В традиционном ближневосточном строительстве окна были обращены в сторону от солнца, а в более крупных зданиях были «ветряные башни», предназначенные для улавливания и распространения преобладающих бризов.
В конце 19 -го -го века в Америке у инженеров были деньги и амбиции, чтобы продолжить то, на чем остановились римляне. В 1881 году умирающий президент Джеймс Гарфилд получил передышку от гнетущей летней жары в Вашингтоне, округ Колумбия, благодаря неуклюжему устройству, в котором воздух продувался через хлопчатобумажные простыни, облитые ледяной водой. Подобно Элагабалу до него, комфорт Гарфилда требовал огромных затрат энергии; Сообщается, что его смотрители прошли через полмиллиона фунтов льда за два месяца.
Большим прорывом, конечно же, стало электричество. Разработка Николой Теслой двигателей переменного тока сделала возможным изобретение колебательных вентиляторов в начале 20 года года.
А в 1902 году 25-летний инженер из Нью-Йорка Уиллис Кэрриер изобрел первую современную систему кондиционирования воздуха. Однако механический блок, направлявший воздух через змеевики с водяным охлаждением, не был нацелен на комфорт человека; он был разработан для контроля влажности в типографии, где он работал. В 1922, он изобрел центробежный чиллер, в котором был добавлен центральный компрессор для уменьшения размера агрегата. Он был представлен публике в выходные, посвященные Дню памяти, 1925 года, когда он дебютировал в театре Риволи на Таймс-сквер. В течение многих лет после этого люди в жаркие летние дни собирались в кинотеатрах с кондиционерами, что привело к созданию летних блокбастеров.
Европейцы медленнее осваивают кондиционеры, но, как и холодное пиво и ледяная вода, они начинают приживаться и там. Данных о кондиционировании воздуха в развивающихся странах немного, но можно с уверенностью сказать, что большинство африканцев и жителей Южной Азии все еще обходятся без него.