Κλιματισμός

→ Ιστορική αναδρομή

Από την απαρχή της ύπαρξης του στον πλανήτη ο άνθρωπος είναι αναγκασμένος να ζει και να αναπτύσσεται μέσα σε ένα φυσικό περιβάλλον που επηρεάζει άμεσα την λειτουργία του οργανισμού του και τις δραστηριότητες του. Το περιβάλλον αυτό χαρακτηρίζεται από διαρκώς μεταβαλλόμενες και συχνά ακραίες κλιματικές συνθήκες. Ο καύσωνας η ξηρασία των αγρών, η παγωνιά το χιόνι η καταιγίδα και η ανεμοθύελλα η έντονη υγρασία είναι γνωστά παραδείγματα των μεταβολών στο κλίμα ενός τόπου.

Κλιματισμός, Θέρμανση, Αντλίες Θερμότητας, Λέβητες, Λαμπτήρες Led Ο άνθρωπος προσπάθησε να ελέγξει τις κλιματικές μεταβολές προκειμένου να πετύχει να ζει και να δραστηριοποιείται σε ένα κλιματολογικά ελεγχόμενο περιβάλλον μέσα σε δομημένους κλειστούς χώρους, με καθαρό αέρα σε συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες. Για το σκοπό αυτό, εφάρμοσε στην αρχή απλούς τρόπους και πολύ αργότερα, με την αύξηση των γνώσεων του, ανέπτυξε, μηχανικά συστήματα ψύξης και κλιματισμού.

Οι πολύ μακρινοί μας πρόγονοι στην προσπάθεια τους να επιβιώσουν, ζούσαν αρχικά σε σπήλαια για να προστατευτούν τόσο από την παγωνιά του χειμώνα όσο και από τους καύσωνες του καλοκαιριού. Έκαιγαν ξυλά για να ζεσταθούν με τη φωτιά το χειμώνα και εκμεταλλεύονταν την δροσιά του σπηλαιολογικού χώρου για να δροσιστούν το καλοκαίρι.

Κλιματισμός, Θέρμανση, Αντλίες Θερμότητας, Λέβητες, Λαμπτήρες Led Αργότερα έκτισαν οικοδομήματα για να ζουν στο εσωτερικό τους πιο άνετα, εκμεταλ-λευόμενοι τον κατάλληλο προσανατολισμό των οικοδομών και την διαμόρφωση των δομικών στοιχείων τους προσπαθώντας να περιορίσουν τις αρνητικές επιδράσεις του εξωτερικού περιβάλλοντος, σε συνδυασμό με την εκμετάλλευση των ευνοϊκών συνθηκών του μικροκλίματος που παρείχε ο κάθε τόπος ανάλογα με την γεωγραφική του θέση(ηλιακή ακτινοβολία, άνεμοπτώσεις, νερό, έδαφος), παράλληλα χρησιμοποίησαν εστίες φωτιάς για την θέρμανση εσωτερικών χώρων με διάφορους τρόπους (ανοιχτές εστίες καύσης, και θερμαινόμενα δάπεδα για την έμμεση θέρμανση του χώρου από τα καυσαέρια της εστίας καύσης που κυκλοφορούσαν υποδαπέδια εντός ειδικά διαμορφωμένων οδεύσεων . Σε θερμούς τόπους εφαρμόστηκαν αρχικά ειδικές οικοδομικές τεχνικές και απλές πρακτικές για τον αερισμό και το δροσισμό των εσωτερικών χώρων, μέσω της φυσικής κίνησης του αέρα και της εξάτμισης του νερού.

Για την διατηρήση της τροφής του σε χαμηλές θερμοκρασίες προκειμένου να συντηρηθεί για εύλογο χρονικό διάστημα μέχρι να την καταναλώσει ο άνθρωπος αρχικά χρησιμοποιούσε το χιόνι, τον φυσικό πάγο το τρεχούμενο νερό, το 18ο αιώνα ένα μείγμα χλωριούχου ασβεστίου και χιονιού είχε εμπορική χρήση στη Βρετανία για την παρασκευή παγωτών. Τότε ήταν και η απαρχή της βιομηχανίας της ψύξης τροφίμων σε ζεστές περιοχές του νότου, με τη μεταφορά με πλοία φυσικού πάγου από του παγετώνες και την τοποθέτηση τους σε ειδικούς διαμορφωμένους θαλάμους.

Το 19ο αιώνα ήταν γνωστές οι αρχές τεχνητής παραγωγής πάγου. Τότε αφενός ο Carnot με το σχεδιασμό του αναστρέψιμου κύκλου θερμικής μηχανής και αφετέρου ο Kelvin και ο Clausius με τις διατυπώσεις του δεύτερου θερμοδυναμικού αξιώματος έθεσαν τις θεωρητικές βάσεις για την λειτουργία των ψυκτικών μηχανών.

Το 1843 ο Αμερικανός Jacob Perkins κατασκεύασε την πρώτη μηχανή παραγωγής πάγου που χρησιμοποιούσε συμπιεστή.

Το 1851 ο Γάλος Fredinand Carre σχεδίασε την πρώτη μηχανή παραγωγής πάγου με σύστημα απορρόφησης ατμού αμμωνίας. Το 1872 ο David Boyle ανέπτυξε την πρώτη μηχανή παραγωγής πάγου με μηχανική συμπίεση αμμωνίας. Έως τα τέλη του 19ου αιώνα, οι ψυκτικές εγκαταστάσεις χρησίμευαν κυρίως για την παραγωγή πάγου για την συντήρηση των τροφίμων.

Μετά τα μέσα του 20ου αιώνα εδραιώθηκαν στην παγκόσμια αγορά οι σύγχρονες οικιακές ψυκτικές μηχανές τα γνωστά ηλεκτρικά ψυγεία και οι καταψύκτες τροφίμων.

Σχετικά με τον κλιματισμό των εσωτερικών χώρων το 1902 ο νεαρός τότε μηχανικός Willis Carrier, ο αποκαλούμενος "πατέρας του κλιματισμού", σχεδίασε δοκίμασε και εγκατέστησε την πρώτη βιομηχανική εγκατάσταση κλιματισμού σε ένα μεγάλο τυπογραφείο στο Brooklyn της Νέας Υόρκης. Η εγκατάσταση είχε τη δυνατότητα να λειτούργει καθ όλη τη διάρκεια του έτους και να παρέχει θέρμανση ψύξη, ύγρανση, και αφύγρανση στους χώρους της επιχείρησης.

Το 1911 ο Carrier παρουσίασε τον ψυχρομετρικό χάρτη που συνδέει γραφικά τις ψυχρομετρικές ιδιότητες του αέρα καθώς και τα αντίστοιχα φορτία απλοποιώντας έτσι τα πολύπλοκα προβλήματα της αναλυτικής μελέτης του κλιματιζόμενου αέρα. Στη δεκαετία του 1930 έγιναν οι πρώτες σοβαρές προσπάθειες για την βιομηχανία παραγωγής κλιματιστικών μηχανημάτων με την χρήση ασφαλέστερων ψυκτικών ουσιών όπως το Freon-12. Το 1945 αυξήθηκαν οι απαιτήσεις για κλιματισμό κτιρίων με κεντρικά συστήματα. Οι τεχνολογίες του κλιματισμού και του αυτομάτου ελέγχου εξελίχτηκαν γρήγορα και προωθήθηκαν μαζικά στην παγκόσμια αγορά σαν αποτέλεσμα της οργανωμένης βιομηχανικής έρευνας με εφαρμογές στις νέες παραγωγικές διαδικασίες, στον σχεδιασμό εφαρμογών σε κτήρια, βιομηχανικές διεργασίες και μέσα μεταφοράς.

Στην πρώτη ενεργειακή κρίση του 1973 απογειώθηκαν οι τιμές των καυσίμων και της ηλεκτρικής ενέργειας για την κίνηση των συστημάτων ψύξης και κλιματισμού. Τότε τέθηκε και για πρώτη φορά η απαίτηση για αποδοτική λειτουργία των συστημάτων αυτών με μικρή κατανάλωση ενέργειας, οπότε και εμφανίστηκαν στην αγορά νέα συστήματα με χαμηλότερο λειτουργικό κόστος που εξοικονομούσαν ενέργεια και συνέβαλλαν έτσι στην προστασία του περιβάλλοντος.

Το 1987 στο Montreal του Καναδά, οι κυβερνήσεις όλων των χώρων της γης δεσμεύτηκαν να διακόψουν σταδιακά την διάθεση και χρήση ψυκτικών ουσιών επικίνδυνων για το περιβάλλον, όπως οι χλωροφθοράνθρακες ή CFCs, όπου κατηγορήθηκαν για την συμμετοχή τους στην καταστροφή του στρώματος του όζοντος της στρατόσφαιρας της Γής που μας προφυλάσσει από την επικίνδυνη για την υγεία μας υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία (UV). Για το λόγο αυτό το γνωστό σε όλους μας φρέον (R-22) θα αποτελεί από το 2004 παρελθόν για κάθε σύστημα ψύξης και κλιματισμού, και αντικαθίσταται ολοκληρωτικά από ισοδύναμες οικολογικές ψυκτικές ουσίες όπως το R-407 , το R410 και το R-134a.

→ Εισαγωγή στον κλιματισμό

Κλιματισμός είναι ή διαδικασία με την οποία μπορούμε να επιτύχουμε και να διατηρήσουμε τεχνητές συνθήκες υγιεινής και άνεσης σε έναν κλειστό χώρο. Η διαδικασία κλιματισμού ενός χώρου κατοικίας η εργασίας γίνεται με ειδικά μηχανήματα που τα λέμε κλιματιστικά μηχανήματα ή μονάδες κλιματισμού.

Κάθε μονάδα κλιματισμού ( μικρή ή μεγάλη) θα πρέπει να ελέγχει ταυτόχρονα τα ακόλουθα στοιχεία του αέρα.

  • Τη θερμοκρασία του κλιματιζόμενου χώρου.
  • Την υγρασία.
  • Την καθαρότητα του αέρα
  • Την κίνηση του αέρα στο χώρο.

Μια κλιματιστική μονάδα ή εγκατάσταση θεωρείται επιτυχημένη μόνο όταν ικανοποιούνται όλοι οι παραπάνω όροι και η στάθμη θορύβου στην παροχή του αέρα είναι στα επιτρεπόμενα όρια που καθορίζουν διεθνείς οργανισμοί.

Η κατάταξη των μονάδων κλιματισμού και των κλιματιστικών εγκαταστάσεων γενικότερα γίνεται με βάση το σκοπό που εξυπηρετούν, αλλά και με τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά. Έτσι μπορούμε να χωρίσουμε τις κλιματιστικές μονάδες στις ακόλουθες κατηγορίες, με βάση:

  • Το σκοπό που εξυπηρετούν
  • Την εποχή κατά την οποία λειτουργούν
  • Την έκταση των χώρων που εξυπηρετούν
  • Τον τρόπο ή τη διαδικασία και το "μέσo" που χρησιμοποιείται για τον πλήρη κλιματισμό ενός χώρου.

Κατάταξη των μονάδων ως προς το σκοπό

Όταν σχεδιάζεται και πραγματοποιείται μία εγκατάσταση κλιματισμού έχει κάποιες απαιτήσεις οι οποίες θα πρέπει να ικανοποιούνται. Έτσι, ανάλογα με το σκοπό για τον οποίο γίνεται ο κλιματισμός ενός χώρου, οι εγκαταστάσεις κλιματισμού διακρίνονται σε:

  • Εγκαταστάσεις άνεσης
  • Εγκαταστάσεις επαγγελματικού ή βιομηχανικού τύπου

Στις εγκαταστάσεις άνεσης εντάσσονται οι εγκαταστάσεις που στόχος τους είναι η άνετη και υγιεινή διαμονή του ανθρώπου σε έναν χώρο μη εργασιακό. Τέτοιες εγκαταστάσεις είναι ο κλιματισμός κατοικιών, βιβλιοθηκών, σχολικών αιθουσών κλπ.

Στις εγκαταστάσεις επαγγελματικού τύπου ο κλιματισμός στοχεύει στην άνετη παραμονή του πελάτη σε έναν επαγγελματικό χώρο για να παραμείνει εντός της επιχείρησης και να διεκπεραιώσει τις καταναλωτικές του ανάγκες. Τέτοιες εγκαταστάσεις είναι ο κλιματισμός super market, εστιατορίων κλπ.

Ο βιομηχανικός κλιματισμός εξυπηρετεί την ποιότητα της παραγωγικής διαδικασίας και την παραγωγικότητα της επιχείρησης και όχι απαραίτητα την άνεση των εργαζομένων σε αυτή. Παραδείγματος χάρη σε συσκευαστήρια σοκολάτας απαιτείται κλιματισμός που εξασφαλίζει θερμοκρασία 17°C. Η θερμοκρασία αυτή είναι καλή για το προϊόν αλλά δεν εξασφαλίζεται η άνεση στους εργαζόμενους οι οποίοι κρυώνουν.

Κατάταξη των μονάδων ως προς την εποχή

  • Εγκατάσταση χειμερινού κλιματισμού
  • Εγκατάσταση θερινού κλιματισμού
  • Εγκατάσταση για ετήσια λειτουργία

Οι εγκαταστάσεις χειμερινού κλιματισμού αναφέρονται βασικά στη θέρμανση ενός χώρου και στους τρόπους δημιουργίας άνεσης κατά το χειμώνα. Η θέρμανση ενός χώρου μπορεί να εξασφαλιστεί:

  • Από κλασσική εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης με ζεστό νερό.
  • Από κεντρική μονάδα επεξεργασίας αέρα και την προσαγωγή του στους χώρους με αεραγωγούς
  • Από μικρές τοπικές κλιματιστικές μονάδες Fan Coils
  • Από αντλίες θερμότητας heat pumps, δηλαδή με αναστροφή του κύκλου λειτουργίας της ψυκτικής μονάδας.

Το πρόβλημα με το χειμερινό κλιματισμό είναι ό έλεγχος και η διατήρηση της σχετικής υγρασίας στα επιθυμητά επίπεδα.

Ο θερινός κλιματισμός στοχεύει στην εξασφάλιση συνθηκών άνεσης κατά την περίοδο του καλοκαιριού. Αντίθετα με το χειμερινό κλιματισμό εδώ το πρόβλημα είναι η αφαίρεση της υπερβολικής υγρασίας που περιέχει ο κλιματιζόμενος αέρας όταν ψύχεται στην επιθυμητή θερμοκρασία.

H ολοκληρωμένη μορφή της έννοιας του κλιματισμού δίνεται με τον κλιματισμό καθ όλη τη διάρκεια του έτους (χειμερινό – θερινό – εξαερισμός).

Οι κλιματιστικές μονάδες ανάλογα με το χώρο που εξυπηρετούν κατατάσσονται σε:

  • Μονάδες δωματίου
  • Ημικεντρικές μονάδες
  • Κεντρικές μονάδες

Οι κλιματιστικές μονάδες δωματίου είναι μονάδες μικρής ισχύος και εξυπηρετούν ανάγκες ενός συγκεκριμένου χώρου. Τέτοιες είναι οι μονάδες τοίχου ή παράθυρου καθώς και οι μονάδες διαιρούμενου τύπου Split units. Οι μονάδες τοίχου ή παράθυρου τείνουν να καταργηθούν αντίθετα οι μονάδες δωματίου διαιρούμενου τύπου προτιμούνται γιατί παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα όπως:

  • Εύκολη και χωρίς ζημιές τοποθέτηση
  • Τοποθετούνται σε οποιοδήποτε τοίχο του κλιματιζόμενου χώρου και όχι μόνο σε εξωτερικούς τοίχους
  • Η λειτουργία τους είναι σχεδόν αθόρυβη αφού τα θορυβώδη τμήματα του κλιματιστικού βρίσκονται στις εξωτερικές μονάδες.

Στην κατηγορία των διαιρούμενων μονάδων κατατάσσονται και οι πολυδιερούμενες (Multi units), στις οποίες μια εξωτερική μονάδα μπορεί να συνδεθεί με περισσότερες από δύο εσωτερικές μονάδες που λειτουργούν ανεξάρτητα.

Οι διαιρούμενες μονάδες μπορούν να παρέχουν μόνο ψύξη ή ψύξη και θέρμανση (αντλίες θεμότητας).

Κλιματιστική μονάδα διαιρούμενου τύπου
(Split unit)
Πολυδιαιρούμενες μονάδες
(Multi units)

Οι ημικεντρικές μονάδες κλιματισμού εξυπηρετούν κατά κανόνα περισσότερους από έναν χώρους ή μεγαλύτερους ενιαίους χώρους. Οι ημικεντρικές μονάδες μπορεί να είναι διαιρούμενου τύπου ή και αυτοτελείς (μονομπλόκ). Οι ημικεντρικές μονάδες μπορεί να είναι αερόψυκτες ή υδρόψυκτες ανάλογα με το μέσο ψύξης του συμπυκνωτή.

Οι ημικεντρικές μονάδες διαιρούμενου τύπου διακρίνονται σε δύο κατηγορίες:

  • Σε αυτές στις οποίες συνδέεται δίκτυο αεραγωγών και
  • Σε αυτές στις οποίες προσάγουν τον κλιματισμένο αέρα απευθείας στο χώρο που κλιματίζουν (τύπος ντουλάπας)

Οι κεντρικές μονάδες κλιματισμού κλιματίζουν ολόκληρο το κτίριο στο οποίο είναι εγκατεστημένες και είναι κατά κανόνα μονάδες για ετήσια λειτουργία (ψύξη - θέρμανση).

Οι κεντρικές μονάδες διακρίνονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες:

  • Στις μονάδες ή εγκαταστάσεις ψύξης-θέρμανσης με ψύκτη νερού και κλασικό λέβητα ζεστού νερού ή ατμού.
  • Στις μονάδες που δίνουν ψύξη- θέρμανση με αναστροφή του κύκλου λειτουργίας, γνωστές ως αντλίες θερμότητας. (Heat pumps).

Τα τελευταία χρόνια σε μοντέρνα συγκροτήματα κτιρίων εφαρμόζονται συστήματα κεντρικού κλιματισμού με τοπικό έλεγχο της ποσότητας του εξατμιζόμενου ψυκτικού ρευστού. Το σύστημα αυτό είναι γνωστό ως σύστημα μεταβαλλόμενου όγκου ψυκτικού ρευστού ή VRV system (Variable Refrigerant Volume). Το σύστημα αυτό μπορεί να συνδυαστεί με συστήματα BMS και με κατάλληλες διατάξεις να κάνει ακόμη και ανάκτηση θερμότητας.

VRV system (Variable Refrigerant Volume)