Klimaanlage - Air conditioning

Klimakondensatoren außerhalb eines Gebäudes
Fensterklimaanlage für Einzelraumnutzung

Klimatisierung , oft abgekürzt als A/C oder AC , ist der Prozess der Wärmeabfuhr und Kontrolle der Luftfeuchtigkeit in einem geschlossenen Raum, um durch den Einsatz von elektrisch betriebenen "Klimaanlagen" oder einer Vielzahl anderer Methoden ein angenehmeres Innenraumklima zu erreichen. einschließlich passiver Kühlung und ventilativer Kühlung . Die Klimaanlage ist ein Mitglied einer Familie von Systemen und Techniken, die Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC) bereitstellen .

Klimaanlagen, die typischerweise Dampfkompressionskühlung verwenden , reichen von kleinen Einheiten, die in Fahrzeugen oder einzelnen Räumen verwendet werden, bis hin zu massiven Einheiten, die große Gebäude kühlen können. In kühleren Klimazonen werden immer häufiger Luftwärmepumpen eingesetzt , die sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt werden können.

Nach Angaben der IEA wurden im Jahr 2018 1,6 Milliarden Klimaanlagen installiert, die schätzungsweise 20 % des Energieverbrauchs in Gebäuden weltweit ausmachten, wobei die Zahl bis 2050 voraussichtlich auf 5,6 Milliarden steigen wird. Die Vereinten Nationen forderten, dass die Technologie gemacht werden mehr nachhaltig zu Minderung des Klimawandels mit Hilfe von Techniken , einschließlich passiver Kühlung, Verdampfungskühlung , selektive Abschattung, Windcatchers und eine bessere Wärmedämmung . FCKW- und HFCKW- Kältemittel wie R-12 bzw. R-22, die in Klimaanlagen verwendet werden, haben die Ozonschicht geschädigt , und HFKW-Kältemittel wie R-410a und R-404a, die entwickelt wurden, um FCKW und H-FCKW zu ersetzen, verschärfen stattdessen den Klimawandel . Beide Probleme treten auf, wenn Kältemittel in die Atmosphäre abgelassen wird, beispielsweise bei Reparaturen. HFO- Kältemittel, die in einigen, wenn nicht sogar in den meisten neuen Geräten verwendet werden, lösen beide Probleme mit einem Ozonschädigungspotenzial (ODP) von null und einem viel niedrigeren Treibhauspotenzial (GWP) im ein- oder zweistelligen Bereich im Vergleich zu den drei- oder vierstelligen HFKW .

Geschichte

Klimaanlage stammt aus der Vorgeschichte. Altägyptische Gebäude verwendeten eine Vielzahl von passiven Klimatisierungstechniken. Diese wurden von der Iberischen Halbinsel über Nordafrika, den Nahen Osten und Nordindien verbreitet. Ähnliche Techniken wurden in heißen Klimazonen anderswo entwickelt.

Passive Techniken blieben bis ins 20. Jahrhundert weit verbreitet, als sie aus der Mode kamen und durch strombetriebene Klimaanlagen ersetzt wurden. Unter Verwendung von Informationen aus Ingenieurstudien traditioneller Gebäude werden passive Techniken wiederbelebt und für Architekturentwürfe des 21. Jahrhunderts modifiziert.

Eine Reihe von Klimaanlagen außerhalb eines gewerblichen Bürogebäudes

Klimaanlagen ermöglichen ein relativ konstantes Raumklima des Gebäudes, weitgehend unabhängig von Änderungen der äußeren Wetterbedingungen und internen Wärmelasten. Sie ermöglichen auch die Schaffung von Gebäuden mit tiefen Grundrissen und haben es den Menschen ermöglicht, in heißeren Teilen der Welt bequem zu leben.

Entwicklung

Vorhergehende Entdeckungen

Im Jahr 1558 beschrieb Giambattista della Porta in seinem populärwissenschaftlichen Buch Natural Magic eine Methode, Eis auf Temperaturen weit unter seinen Gefrierpunkt zu kühlen, indem er es mit Kaliumnitrat (damals "Nitre" genannt) mischte . Im Jahr 1620 demonstrierte Cornelis Drebbel für James I. von England "Turning Summer into Winter" , indem er einen Teil der Großen Halle der Westminster Abbey mit einem Apparat aus Trögen und Bottichen kühlte. Drebbels Zeitgenosse Francis Bacon , wie della Porta ein Anhänger der Wissenschaftskommunikation , mag bei der Demonstration nicht anwesend gewesen sein, aber in einem später im selben Jahr veröffentlichten Buch beschrieb er es als "Experiment des künstlichen Einfrierens" und sagte, dass "Nitre (oder eher sein Geist) ist sehr kalt, und daher verstärkt Salpeter oder Salz, wenn es Schnee oder Eis zugesetzt wird, die Kälte des letzteren, das Salpeter durch Zugabe seiner eigenen Kälte, das Salz aber durch die Aktivität der Kälte des Schnees.

1758 führten Benjamin Franklin und John Hadley , ein Chemieprofessor an der University of Cambridge , ein Experiment durch, um das Prinzip der Verdampfung als Mittel zur schnellen Abkühlung eines Objekts zu erforschen. Franklin und Hadley bestätigten, dass die Verdunstung von hochflüchtigen Flüssigkeiten (wie Alkohol und Äther ) verwendet werden kann, um die Temperatur eines Objekts über den Gefrierpunkt von Wasser zu senken. Sie führten ihr Experiment mit der Glühbirne eines Quecksilber-Glas-Thermometers als Objekt und mit einem Blasebalg zur Beschleunigung der Verdunstung durch . Sie senkten die Temperatur der Thermometerkugel auf -14 ° C (7 ° F), während die Umgebungstemperatur 18 ° C (64 ° F) betrug. Franklin angemerkt , dass , kurz nachdem sie den Gefrierpunkt von Wasser 0 ° C (32 ° F) übergeben, ein dünner Film von Eis auf der Oberfläche des Kolbens des Thermometers gebildet und dass die Eismasse betrug etwa 6 mm ( 1 / 4  Zoll) dicken als sie das Experiment bei Erreichen von -14 ° C (7 ° F) beendeten. Franklin schloss: "Aus diesem Experiment kann man die Möglichkeit erkennen, einen Mann an einem warmen Sommertag zu erfrieren."

Das 19. Jahrhundert brachte eine Reihe von Entwicklungen in der Kompressionstechnologie. Im Jahr 1820 entdeckte der englische Wissenschaftler und Erfinder Michael Faraday , dass das Komprimieren und Verflüssigen von Ammoniak die Luft kühlen konnte, wenn man das verflüssigte Ammoniak verdampfen ließ. Im Jahr 1842 verwendete der Arzt aus Florida, John Gorrie, die Kompressortechnologie, um Eis zu erzeugen, mit dem er die Luft für seine Patienten in seinem Krankenhaus in Apalachicola, Florida, kühlte . Er hoffte, mit seiner Eismaschine schließlich die Temperatur von Gebäuden zu regulieren und stellte sich eine zentrale Klimaanlage vor, die ganze Städte kühlen könnte. Gorrie erhielt 1851 ein Patent, doch nach dem Tod seines Hauptunterstützers konnte er seine Erfindung nicht verwirklichen. Im Jahr 1851 baute James Harrison die erste mechanische Eismaschine in Geelong, Australien , und erhielt 1855 ein Patent für ein Ether- Dampfkompressions-Kühlsystem , das drei Tonnen Eis pro Tag produzierte. Im Jahr 1860 gründete Harrison eine zweite Eisfirma und trat später in die Debatte ein, wie man mit dem amerikanischen Vorteil des eisgekühlten Rindfleischverkaufs nach Großbritannien konkurrieren kann.

Erste Klimaanlagen

Willis Carrier , dem der Bau der ersten modernen elektrischen Klimaanlage zugeschrieben wird

Elektrizität ermöglichte die Entwicklung effektiver Einheiten. 1901 baute der amerikanische Erfinder Willis H. Carrier die als erste moderne elektrische Klimaanlage geltende. 1902 installierte er seine erste Klimaanlage in der Sackett-Wilhelms Lithographing & Publishing Company in Brooklyn, New York ; Seine Erfindung kontrollierte sowohl die Temperatur als auch die Luftfeuchtigkeit, was dazu beitrug, konsistente Papierabmessungen und Tintenausrichtung in der Druckerei aufrechtzuerhalten. Später gründete Carrier zusammen mit sechs weiteren Mitarbeitern The Carrier Air Conditioning Company of America , ein Unternehmen, das im Jahr 2020 53.000 Mitarbeiter beschäftigte und einen Wert von 18,6 Milliarden US-Dollar hatte.

1906 suchte Stuart W. Cramer aus Charlotte, North Carolina , nach Möglichkeiten , der Luft in seiner Textilfabrik Feuchtigkeit zuzuführen. Cramer prägte den Begriff „Klimaanlage“ und verwendete ihn in einem Patentanspruch in Analogie zur „Wasseraufbereitung“, damals ein bekanntes Verfahren zur leichteren Verarbeitung von Textilien. Er kombinierte Feuchtigkeit mit Belüftung, um die Luft in den Fabriken zu "konditionieren" und zu verändern und die in Textilfabriken so notwendige Feuchtigkeit zu kontrollieren. Willis Carrier hat den Begriff übernommen und in den Namen seines Unternehmens aufgenommen.

Bald kam die Klimaanlage im Haus zum Einsatz. 1914 wurde in Minneapolis im Haus von Charles Gilbert Gates die erste Klimaanlage installiert . Es ist jedoch möglich, dass das riesige Gerät (ca. 7 x 6 x 20 ft) nie benutzt wurde, da das Haus unbewohnt blieb (Gates war bereits im Oktober 1913 gestorben).

Im Jahr 1931 entwickelten HH Schultz und JQ Sherman die gebräuchlichste Art von Einzelraumklimaanlage: eine, die auf einem Fenstersims sitzen sollte. Die Einheiten wurden 1932 zu einem beachtlichen Preis (umgerechnet 120.000 bis 600.000 US-Dollar in heutigem Geld) auf den Markt gebracht. Ein Jahr später wurden die ersten Klimaanlagen für Pkw- Systeme zum Verkauf angeboten. Chrysler Motors stellte 1935 die erste praktische halbtragbare Klimaanlage vor, und Packard war der erste Automobilhersteller, der 1939 eine Klimaanlage in seinen Autos anbot.

Weitere Entwicklung

Innovationen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts ermöglichten eine viel allgegenwärtigere Verwendung von Klimaanlagen. 1945 erfand Robert Sherman aus Lynn, Massachusetts , eine tragbare Klimaanlage im Fenster, die die Luft kühlte, erhitzte, befeuchtete, entfeuchtete und filterte. In den späten 1960er Jahren verfügten die meisten neu gebauten Wohnhäuser in den Vereinigten Staaten über eine zentrale Klimaanlage. In dieser Zeit wurden auch Box-Klimaanlagen günstiger, was zu einem größeren Bevölkerungswachstum in den Bundesstaaten Florida und Arizona führte.

Da die internationale Entwicklung den Wohlstand in den Ländern erhöht hat, hat die weltweite Nutzung von Klimaanlagen zugenommen. Bis 2018 wurden weltweit schätzungsweise 1,6 Milliarden Klimaanlagen installiert, wobei die Internationale Energieagentur erwartet, dass diese Zahl bis 2050 auf 5,6 Milliarden Einheiten anwachsen wird. zu 70 %. Im Jahr 2015 verfügten fast 100 Millionen Haushalte oder etwa 87% der US-Haushalte über Klimaanlagen. Im Jahr 2019 wurde geschätzt, dass 90 % der in den USA neu gebauten Einfamilienhäuser mit Klimaanlage ausgestattet waren (von 99 % im Süden bis 62 % im Westen ).

Arten von Klimaanlagen

Mini-Split- und Multi-Split-Systeme

Verdampfer-, Innengerät- oder Terminalseite einer kanallosen Split-Klimaanlage

Kanallose Systeme (oft Mini-Split, inzwischen gibt es aber auch kanalisierte Mini-Splits) liefern in der Regel konditionierte und erwärmte Luft in einen einzelnen oder wenige Räume eines Gebäudes, ohne Kanäle und dezentral. Mehrzonen- oder Multisplit-Systeme sind eine gängige Anwendung von kanallosen Systemen und ermöglichen die unabhängige Klimatisierung von bis zu acht Räumen (Zonen oder Standorten) mit jeweils eigenem Innengerät und gleichzeitig von einem einzigen Außengerät. Das Hauptproblem bei Multi-Split-Systemen ist die Länge der Kältemittelleitungen zum Anschluss der Außeneinheit an die Inneneinheit. Die gleiche Herausforderung besteht jedoch für zentrale ACs.

Die ersten Mini-Split-Systeme wurden 1954–1968 von Mitsubishi Electric und Toshiba in Japan verkauft, wo die Entwicklung durch die geringe Größe der Häuser motiviert wurde. Kanallose Mehrzonensysteme wurden 1973 von Daikin erfunden , und auch Systeme mit variablem Kältemitteldurchfluss (die man sich als größere Multi-Split-Systeme vorstellen kann) wurden 1982 ebenfalls von Daikin erfunden. Beide wurden zuerst in Japan verkauft. Systeme mit variablem Kältemitteldurchfluss machen im Vergleich zur zentralen Anlagenkühlung von einem Luftbehandlungsgerät den Bedarf an großen Kühlluftkanälen , Luftbehandlungsgeräten und Kühlern überflüssig; stattdessen wird kühles Kältemittel durch viel kleinere Rohre zu den Innengeräten in den zu konditionierenden Räumen transportiert, was weniger Platz über abgehängten Decken und eine geringere strukturelle Belastung ermöglicht, während gleichzeitig eine individuellere und unabhängigere Temperaturregelung der Räume und des Außenbereichs möglich ist und Innengeräte können über das Gebäude verteilt werden. Innengeräte mit variablem Kältemittelfluss können auch in ungenutzten Räumen einzeln abgeschaltet werden.

Kanalisierte Zentralsysteme

Zentralklimaanlagen mit Split-System bestehen aus zwei Wärmetauschern , einem Außengerät (dem Verflüssiger ), von dem die Wärme an die Umgebung abgegeben wird, und einem internen Wärmetauscher ( Gebläsekonvektor , Lüftungsgerät oder Verdampfer ) mit zwischen den beiden zirkuliert. Die FCU wird dann über Lüftungskanäle mit den zu kühlenden Räumen verbunden .

Zentrale Anlagenkühlung

Kühltürme in einer zentralen Kaltwasseranlage mit flüssigkeitsgekühlten Kaltwassersätzen

Große zentrale Kühlanlagen können Zwischen verwenden Kühlmittel wie Kühlwasser gepumpt wird, in Luftzufuhren oder Gebläsekonvektoren in der Nähe oder in den Räumen gekühlt werden , die dann Kanal oder kalte Luft in die Räume liefern zu konditionieren, anstatt Luft kalt Kanalisierung direkt an diese Räume von der Anlage entfernt, was aufgrund der geringen Dichte und Wärmekapazität der Luft, die unpraktisch große Kanäle erfordern würde , nicht erfolgt . Das Kaltwasser wird durch Kaltwassersätze in der Anlage gekühlt , die einen Kältekreislauf zum Kühlen des Wassers verwenden und seine Wärme oft auch bei flüssigkeitsgekühlten Kaltwassersätzen durch den Einsatz von Kühltürmen an die Atmosphäre abgeben . Kühler können luft- oder flüssigkeitsgekühlt sein.

Tragbare Einheiten

Ein tragbares System hat ein Innengerät auf Rädern, das über flexible Rohre mit einem Außengerät verbunden ist, ähnlich wie ein fest installiertes Gerät (z. B. eine zentrale Klimaanlage).

Schlauchsysteme, die Monoblock- oder Luft-Luft- Systeme sein können , werden über Luftkanäle nach außen geführt. Der Monoblock- Typ sammelt das Wasser in einem Eimer oder einer Schale und stoppt, wenn er voll ist. Der Luft-Luft- Typ verdampft das Wasser wieder und gibt es durch den Schlauch ab und kann kontinuierlich laufen. Solche tragbaren Einheiten saugen Innenluft an und führen sie durch einen einzigen Kanal nach draußen.

Viele tragbare Klimaanlagen verfügen sowohl über eine Wärme- als auch über eine Entfeuchtungsfunktion.

Fenstereinheit und verpacktes Terminal

Die verpackten Terminal-Klimaanlagen (PTAC), Durch-die-Wand- und Fensterklimaanlagen sind ähnlich. PTAC Systeme können Erwärmung bei kaltem Wetter bereitzustellen angepasst werden, entweder direkt durch einen Elektroband verwendet wird , Gas oder andere Heizeinrichtungen oder durch den Kältemittelstrom Umkehren des Innenraum zu erhitzen und Wärme von außen Luft ansaugen, das Umwandeln der Klimaanlage in eine Wärmepumpe . Sie können mit Hilfe einer speziellen Muffe an der Wand in eine Wandöffnung eingebaut werden und ein wandbündiges Sondergitter kann auch in ein Fenster eingebaut werden, jedoch ohne Sondergitter.

Verpackte Klimaanlage

Kompaktklimageräte (auch als eigenständige Einheiten bekannt) sind Zentralsysteme, die alle Komponenten eines geteilten Zentralsystems in einem einzigen Gehäuse integrieren und Luft, möglicherweise über Kanäle, in die zu kühlenden Räume zuführen. Sie können je nach Bauart im Freien oder in Innenräumen, auf Dächern ( Aufdachanlagen ) stehen, die zu konditionierende Luft aus dem Inneren oder Äußeren eines Gebäudes ansaugen und wasser-, kälte- oder luftgekühlt sein. Außengeräte werden häufig luftgekühlt, während Innengeräte mit einem Kühlturm flüssigkeitsgekühlt werden.

Betrieb

Funktionsprinzipien

Ein einfaches stilisiertes Diagramm des Kältekreislaufs: 1)  Verflüssigerschlange , 2)  Expansionsventil , 3)  Verdampferschlange , 4)  Kompressor

Die Kühlung in herkömmlichen AC-Systemen erfolgt mit dem Dampfkompressionszyklus, der die Zwangszirkulation und den Phasenwechsel eines Kältemittels zwischen Gas und Flüssigkeit nutzt , um Wärme zu übertragen. Der Dampfkompressionszyklus kann innerhalb eines einheitlichen oder verpackten Ausrüstungsteils erfolgen; oder in einem Kaltwassersatz, der auf seiner Verdampferseite mit einem Endkühlgerät (wie einem Gebläsekonvektor in einem Luftbehandlungsgerät) und auf seiner Verflüssigerseite mit Wärmeabfuhrgeräten wie einem Kühlturm verbunden ist. Eine Luftwärmepumpe teilt viele Komponenten mit einer Klimaanlage, enthält jedoch ein Umschaltventil, mit dem die Einheit sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eines Raums verwendet werden kann.

Klimaanlagen reduzieren die absolute Feuchtigkeit der vom System verarbeiteten Luft, wenn die Oberfläche der Verdampferschlange deutlich kühler ist als der Taupunkt der Umgebungsluft. Eine Klimaanlage, die für einen bewohnten Raum ausgelegt ist, erreicht in der Regel eine relative Luftfeuchtigkeit von 30 bis 60 % im bewohnten Raum.

Die meisten modernen Klimaanlagen verfügen über einen Entfeuchtungszyklus, bei dem der Kompressor läuft, während der Lüfter verlangsamt wird, um die Verdampfertemperatur zu senken und somit mehr Wasser zu kondensieren. Ein Entfeuchter verwendet denselben Kühlkreislauf , integriert jedoch sowohl den Verdampfer als auch den Verflüssiger in denselben Luftweg; Die Luft strömt zuerst über das Verdampferregister, wo sie gekühlt und entfeuchtet wird, bevor sie über das Kondensatorregister strömt, wo sie wieder erwärmt wird, bevor sie wieder in den Raum abgegeben wird.

Freie Kühlung kann manchmal gewählt werden, wenn die Außenluft kühler als die Innenluft ist und daher der Kompressor nicht verwendet werden muss, was zu einer hohen Kühleffizienz für diese Zeiten führt. Dies kann auch mit saisonalen thermischen Energiespeichern kombiniert werden .

Heizung

Einige Klimaanlagen haben die Möglichkeit, den Kältekreislauf umzukehren und als Luftwärmepumpe zu fungieren , wodurch im Innenraum Wärme statt Kälte erzeugt wird. Sie werden auch allgemein als "Umkehrklimaanlagen" bezeichnet. Die Wärmepumpe ist deutlich energieeffizienter als eine elektrische Widerstandsheizung , da sie Energie aus Luft oder Grundwasser in den beheizten Raum transportiert, sowie die Wärme aus zugekaufter elektrischer Energie. Wenn sich die Wärmepumpe im Heizmodus befindet, wechselt das Verdampferregister des Innenbereichs seine Rollen und wird zum Verflüssigerregister, das Wärme erzeugt. Die Außenkondensatoreinheit wechselt auch die Rollen, um als Verdampfer zu dienen und kalte Luft abzugeben (kälter als die umgebende Außenluft).

Luftwärmepumpen sind in milderen Winterklimaten beliebter, in denen die Temperatur häufig im Bereich von 4–13 °C (40–55 °F) liegt, da Wärmepumpen bei extremer Kälte ineffizient werden. Dies liegt zum Teil daran, dass sich Eis auf der Wärmetauscherspule des Außengeräts bildet, die den Luftstrom über die Spule blockiert. Um dies zu kompensieren, muss das Wärmepumpensystem vorübergehend in den normalen Klimamodus zurückschalten , um das Außenverdampferregister wieder als Verflüssigerregister zu schalten , damit es aufheizen und abtauen kann. Einige Wärmepumpensysteme werden daher eine Art elektrische Widerstandsheizung im Raumluftpfad haben, die nur in diesem Modus aktiviert wird, um die vorübergehende Raumluftkühlung zu kompensieren, die sonst im Winter unangenehm wäre.

Das Vereisungsproblem wird viel schwerer mit niedrigeren Außentemperaturen, so Wärmepumpen in Tandem mit einer konventionelleren Form von Wärme häufig installiert ist, wie beispielsweise eine elektrische Heizung, ein Erdgas , Heizöl oder holzbefeuerten Kamin oder Zentralheizung , die wird bei härteren Wintertemperaturen anstelle der Wärmepumpe verwendet. In diesem Fall wird die Wärmepumpe bei milderen Temperaturen effizient genutzt und bei niedrigeren Außentemperaturen auf die konventionelle Wärmequelle umgeschaltet.

Leistung

Die Leistungszahl (COP) einer Klimaanlage ist ein Verhältnis von nutzbarer Heiz- oder Kühlleistung zur benötigten Arbeit. Höhere COPs bedeuten niedrigere Betriebskosten. Der COP überschreitet normalerweise 1; Der genaue Wert hängt jedoch stark von den Betriebsbedingungen ab, insbesondere von der absoluten Temperatur und der relativen Temperatur zwischen Senke und System, und wird oft grafisch dargestellt oder mit den erwarteten Bedingungen gemittelt. Die Leistung von Klimaanlagen wird in den USA oft in Form von „ Tonnen Kälte “ beschrieben, wobei jede ungefähr der Kühlleistung einer kurzen Tonne (2.000 Pfund (910 kg) Eis, das in einem Zeitraum von 24 Stunden schmilzt entspricht 12.000 BTU IT pro Stunde oder 3.517 Watt . Zentrale Luftsysteme in Wohngebäuden haben normalerweise eine Kapazität von 1 bis 5 Tonnen (3,5 bis 18 kW).

Die Effizienz von Klimaanlagen wird oft anhand des saisonalen Energieeffizienz-Verhältnisses (SEER) bewertet, das vom Air Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute in seiner 2008er Norm AHRI 210/240, Performance Rating of Unitary Air-Conditioning and Air-Source . definiert wird Wärmepumpenausrüstung . Ein ähnlicher Standard ist der European Seasonal Energy Efficiency Ratio (ESEER).

Auswirkung

Auswirkungen auf die Gesundheit

Bei heißem Wetter kann eine Klimaanlage Hitzschlag , Austrocknung durch übermäßiges Schwitzen und andere Probleme im Zusammenhang mit Hyperthermie verhindern . Hitzewellen sind die tödlichsten Wetterphänomene in den Industrieländern. Die Klimaanlage (einschließlich Filterung, Befeuchtung, Kühlung und Desinfektion) kann verwendet werden, um eine saubere, sichere und hypoallergene Atmosphäre in Krankenhaus-Operationssälen und anderen Umgebungen zu schaffen, in denen eine angemessene Atmosphäre für die Sicherheit und das Wohlbefinden des Patienten entscheidend ist. Es wird manchmal für den Heimgebrauch von Menschen mit Allergien , insbesondere Schimmelpilzen, empfohlen .

Schlecht gewartete Wasserkühltürme können das Wachstum und die Ausbreitung von Mikroorganismen wie Legionella pneumophila fördern , dem Infektionserreger, der für die Legionärskrankheit verantwortlich ist . Solange der Kühlturm sauber gehalten wird (meist durch eine Chlorbehandlung ), können diese Gesundheitsgefahren vermieden oder reduziert werden. Der Bundesstaat New York hat Anforderungen für die Registrierung, Wartung und Prüfung von Kühltürmen zum Schutz vor Legionellen kodifiziert .

Umwelteinflüsse

Kältemittel haben und verursachen ernsthafte Umweltprobleme, einschließlich Ozonabbau und Klimawandel , da mehrere Länder die Kigali-Änderung zur Reduzierung des Verbrauchs und der Produktion von teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen noch nicht ratifiziert haben .

Die derzeitige Klimatisierung macht 20 % des Energieverbrauchs in Gebäuden weltweit aus, und die erwartete Zunahme der Nutzung von Klimaanlagen aufgrund des Klimawandels und der Einführung von Technologien wird zu einem erheblichen Anstieg des Energiebedarfs führen. Alternativen zur kontinuierlichen Klimatisierung umfassen passive Kühlung, passive solare Kühlung, natürliche Belüftung, Beschattung zur Reduzierung der Sonneneinstrahlung, Verwendung von Bäumen, architektonische Beschattung, Fenster (und Verwendung von Fensterbeschichtungen) zur Verringerung der Sonneneinstrahlung .

2018 forderten die Vereinten Nationen , die Technologie nachhaltiger zu machen, um den Klimawandel einzudämmen.

Wirtschaftliche Auswirkungen

Die Klimatisierung verursachte verschiedene Verschiebungen in der Demografie, insbesondere in den Vereinigten Staaten ab den 1970er Jahren:

  • Die Geburtenrate war im Frühjahr niedriger als zu anderen Jahreszeiten bis in die 1970er Jahre, aber dieser Unterschied nahm dann in den nächsten 30 Jahren ab
  • Auch die sommerliche Sterblichkeitsrate , die in sommerlichen Hitzewellenregionen höher ausgefallen war, gleichte sich aus.
  • Der Sonnengürtel umfasst heute 30% der gesamten US-Bevölkerung, als er zu Beginn des 20. Jahrhunderts von 24% der Amerikaner bewohnt wurde.

Die Erfindung wurde zunächst für gezielte Branchen wie die Presse sowie große Fabriken entwickelt und verbreitete sich mit Studien mit einer Produktivitätssteigerung von fast 24 % an Orten mit Klimaanlagen schnell auf Behörden und Verwaltungen.

Andere Techniken

Gebäude mit passiver Klimatisierung sind im Allgemeinen kostengünstiger zu bauen und zu warten als Gebäude mit herkömmlichen HLK- Systemen mit geringerem Energiebedarf. Während mit passiven Methoden mehrere Dutzend Luftwechsel pro Stunde und eine Abkühlung von mehreren Dutzend Grad erreicht werden können, muss das standortspezifische Mikroklima berücksichtigt werden, was die Gebäudeplanung erschwert .

Viele Techniken können verwendet werden, um den Komfort zu erhöhen und die Temperatur in Gebäuden zu senken. Dazu gehören Verdunstungskühlung, selektive Verschattung, Wind, thermische Konvektion und Wärmespeicherung.

Passive Belüftung

Das Belüftungssystem eines normalen Erdschiffs .
Dogtrot-Häuser sind so konzipiert, dass sie die natürliche Belüftung maximieren.
Passive Lüftung ist der Prozess der Luftzufuhr und Luftabfuhr aus einem Innenraum ohne den Einsatz mechanischer Systeme . Es bezeichnet die Strömung von Außenluft zu einem Innenraum infolge von Druckunterschieden, die durch Naturkräfte entstehen. In Gebäuden gibt es zwei Arten der natürlichen Lüftung : die windgetriebene Lüftung und die auftriebsgetriebene Lüftung . Windgetriebene Belüftung entsteht aus den unterschiedlichen Drücken, die durch den Wind um ein Gebäude oder eine Struktur herum erzeugt werden, und aus Öffnungen, die am Umfang gebildet werden, die dann den Durchfluss durch das Gebäude ermöglichen. Die Auftriebslüftung erfolgt durch den gerichteten Auftrieb, der sich aus Temperaturunterschieden zwischen Innen- und Außenraum ergibt. Da die internen Wärmegewinne, die Temperaturunterschiede zwischen Innen und Außen erzeugen, durch natürliche Prozesse, einschließlich der Wärme des Menschen, erzeugt werden und Windeinflüsse variabel sind, werden natürlich belüftete Gebäude manchmal als "atmende Gebäude" bezeichnet.

Passive Kühlung

Ein traditionelles iranisches Solarkühlungsdesign

Passive Kühlung ist ein Gebäudeentwurfsansatz, der sich auf die Kontrolle des Wärmegewinns und die Wärmeableitung in einem Gebäude konzentriert, um den thermischen Komfort in Innenräumen bei geringem oder keinem Energieverbrauch zu verbessern . Dieser Ansatz funktioniert entweder, indem verhindert wird, dass Wärme in den Innenraum gelangt (Wärmegewinnvermeidung) oder indem Wärme aus dem Gebäude abgeführt wird (natürliche Kühlung).

Natürliche Kühlung nutzt die aus der natürlichen Umgebung verfügbare Energie vor Ort, kombiniert mit der architektonischen Gestaltung von Gebäudekomponenten (z. B. Gebäudehülle ), anstatt mechanische Systeme zur Wärmeableitung. Daher hängt die natürliche Kühlung nicht nur von der architektonischen Gestaltung des Gebäudes ab, sondern auch davon, wie die natürlichen Ressourcen des Standorts als Wärmesenken genutzt werden (dh alles, was Wärme aufnimmt oder abgibt). Beispiele für Wärmesenken vor Ort sind die obere Atmosphäre (Nachthimmel), die Außenluft (Wind) und Erde/Boden.

Passive Kühlung ist ein wichtiges Werkzeug für die Gestaltung von Gebäuden zur Anpassung an den Klimawandel  – sie verringert die Abhängigkeit von energieintensiver Klimatisierung in sich erwärmenden Umgebungen.
Ein Paar kurze Windfänger oder Malqaf, die in der traditionellen Architektur verwendet werden; Wind wird auf der Luvseite nach unten gedrückt und lässt auf der Leeseite ab ( Querlüftung ). Bei Windstille kann die Umwälzung mit Verdunstungskühlung im Einlass (die auch zum Auffangen von Staub ausgelegt ist) betrieben werden. In der Mitte eine shuksheika ( Dachlaterne Entlüftungsöffnung), um den Schatten verwendete Qa'a unten während gleichzeitig heiße Luft steigt aus ihm heraus ( Kamineffekt ).

Fans

Handfächer gibt es seit der Vorgeschichte . Zu den großen, von Menschen betriebenen Ventilatoren, die in Gebäude eingebaut sind, gehört der Punka .

Die 2. Jahrhundert chinesische Erfinder Ding Huan der Handynastie erfand einen Drehventilator für eine Klimaanlage, mit sieben Räder 3 m (10 ft) im Durchmesser und manuell von Gefangenen angetrieben. Im Jahr 747 ließ Kaiser Xuanzong (reg. 712-762) der Tang-Dynastie (618-907) im kaiserlichen Palast die Cool Hall ( Liang Dian 涼殿) errichten, die der Tang Yulin als wasserbetriebene Lüfterräder für Klimaanlage sowie steigenden Strahlströme von Wasser aus Brunnen. Während der nachfolgenden Song-Dynastie (960-1279) wurde in schriftlichen Quellen der Drehventilator der Klimaanlage als noch weiter verbreitet erwähnt.

Thermische Pufferung

In Gebieten, die nachts oder im Winter kalt sind , werden Wärmespeicher eingesetzt. Wärme kann in Erde oder Mauerwerk gespeichert werden; Luft wird am Mauerwerk vorbeigezogen, um es zu erwärmen oder zu kühlen.

In Gebieten, die im Winter nachts unter dem Gefrierpunkt liegen, können Schnee und Eis gesammelt und in Eishäusern zur späteren Verwendung zur Kühlung gelagert werden . Diese Technik ist im Nahen Osten über 3.700 Jahre alt. Das Ernten von Eis im Freien im Winter und das Transportieren und Lagern für die Verwendung im Sommer wurde Anfang des 17. Jahrhunderts von wohlhabenden Europäern praktiziert und wurde gegen Ende des 17. Jahrhunderts in Europa und Amerika populär. Diese Praxis wurde durch Eisherstellungsmaschinen mit mechanischem Kompressionszyklus ersetzt (siehe unten).

Verdunstungskühlung

Ein Verdunstungskühler

In trockenen, heißen Klimazonen kann der Verdunstungskühleffekt genutzt werden, indem Wasser am Lufteinlass platziert wird, sodass der Luftzug Luft über das Wasser und dann in das Haus zieht. Aus diesem Grund wird manchmal gesagt, dass der Brunnen in der Architektur heißer, trockener Klimazonen wie der Kamin in der Architektur kalter Klimazonen ist. Durch Verdunstungskühlung wird die Luft auch feuchter, was in einem trockenen Wüstenklima von Vorteil sein kann.

Verdunstungskühler haben das Gefühl, dass sie in Zeiten hoher Luftfeuchtigkeit nicht funktionieren, wenn nicht viel trockene Luft vorhanden ist, mit der die Kühler arbeiten können, um die Luft für die Bewohner der Wohnung so kühl wie möglich zu machen. Im Gegensatz zu anderen Arten von Klimaanlagen verlassen sich Verdunstungskühler darauf, dass die Außenluft durch Kühlerkissen geleitet wird, die die Luft kühlen, bevor sie durch das Luftkanalsystem in das Innere eines Hauses gelangt; Diese gekühlte Außenluft muss die wärmere Luft im Haus durch eine Abluftöffnung wie eine offene Tür oder ein offenes Fenster nach außen drücken können.

Siehe auch

Verweise

Externe Links