Klimaanlage

Geschichte

Im 19. Jahrhundert entdeckte der britische Wissenschaftler und Erfinder Michael Faraday, dass das Komprimieren und Verflüssigen von Ammoniak Luft abkühlen kann, wenn man das verflüssigte Ammoniak verdampfen lässt.

Im Jahr 1842 verwendete der amerikanische Arzt Dr. John Gorrie die Kompressortechnologie zur Herstellung von Eis, mit dem er die Luft für seine Patienten kühlte. Er hoffte, mit seiner Eismaschine die Temperatur von Gebäuden regulieren zu können und zog sogar in Erwägung, ganze Städte mit einem System von zentralen Klimaanlagen zu kühlen.

Klimaanlagen-Anwendungen

Klimaanlageningenieure unterteilen Klimaanlagenanwendungen im Großen und Ganzen in Komfort und Prozess.

Komfortanwendungen zielen darauf ab, ein Innenraumklima zu schaffen, das trotz Änderungen der äußeren Wetterbedingungen oder der inneren Wärmelasten relativ konstant in einem vom Menschen bevorzugten Bereich bleibt.

Prozessanwendungen zielen darauf ab, eine geeignete Umgebung für einen industriellen oder kommerziellen Prozess zu schaffen, unabhängig von internen Wärmelasten und externen Wetterbedingungen. Obwohl oft im gleichen Komfortbereich, sind es die Anforderungen des Prozesses, die die Bedingungen bestimmen, nicht die menschliche Präferenz. Prozessanwendungen umfassen:

• Operationssäle in Krankenhäusern, in denen die Luft auf hohem Niveau gefiltert wird, um das Infektionsrisiko zu verringern, und in denen die Luftfeuchtigkeit kontrolliert wird, um die Dehydrierung der Patienten zu begrenzen. Obwohl die Temperaturen oft im Komfortbereich liegen, erfordern einige spezialisierte Eingriffe, wie z.B. Operationen am offenen Herzen, niedrige Temperaturen (ca. 18 °C, 64 °F) und andere, wie z.B. bei Neugeborenen, relativ hohe Temperaturen (ca. 28 °C, 82 °F).

• Reinräume für die Produktion von integrierten Schaltkreisen und Pharmazeutika usw., in denen ein extrem hoher Grad an Luftreinheit und die Kontrolle von Temperatur und Feuchtigkeit für den Erfolg des Prozesses erforderlich sind.

• Einrichtungen für die Zucht von Labortieren. Da sich viele Tiere normalerweise nur im Frühjahr fortpflanzen, kann ihre Haltung in Räumen, die frühlingshafte Bedingungen widerspiegeln, dazu führen, dass sie sich das ganze Jahr über fortpflanzen.

• Klimatisierung von Flugzeugen. Obwohl nominell auf den Komfort der Passagiere und die Kühlung der Ausrüstung ausgerichtet, stellt die Flugzeugklimatisierung aufgrund des niedrigen Luftdrucks außerhalb des Flugzeugs ein besonderes Verfahren dar.

Weitere Beispiele sind:

• Datenverarbeitungszentren
• Textilfabriken
• Physikalische Prüfeinrichtungen
• Pflanzen und landwirtschaftliche Anbauflächen
• Nukleare Einrichtungen
• Bergwerke
• Industrielle Umgebungen
• Koch- und Verarbeitungsbereiche für Lebensmittel

Sowohl bei Komfort- als auch bei Prozessanwendungen besteht das Ziel nicht nur darin, die Temperatur zu regeln (obwohl dies bei einigen Komfortanwendungen alles ist, was geregelt wird), sondern auch Faktoren wie Feuchtigkeit, Luftbewegung und Luftqualität.

Grundlagen und Theorien zu Klimaanlagen

Kältekreislauf

Im Kältekreislauf überträgt eine Pumpe Wärme von einer Quelle mit niedrigerer Temperatur in eine Wärmesenke mit höherer Temperatur. Die Wärme fließt natürlich in die entgegengesetzte Richtung. Dies ist die gebräuchlichste Art der Klimatisierung. Eine gekühlte Klimaanlage funktioniert auf ähnliche Weise, indem sie Wärme aus dem Raum, in dem sie steht, herauspumpt.

Dieser Zyklus nutzt die Vorteile des universellen Gasgesetzes PV = nRT, wobei P der Druck, V das Volumen, R die universelle Gaskonstante, T die Temperatur und n die Anzahl der Gasmoleküle (1 Mol = 6,022×1023 Moleküle) ist.

Der gebräuchlichste Kältekreislauf verwendet einen Elektromotor zum Antrieb eines Kompressors. In einem Automobil wird der Kompressor über eine Riemenscheibe an der Kurbelwelle des Motors angetrieben, wobei beide Elektromotoren für die Luftzirkulation verwendet werden. Da bei der Aufnahme von Wärme verdampft und bei der Abgabe von Wärme kondensiert wird, sind Klimaanlagen so ausgelegt, dass ein Kompressor Druckänderungen zwischen zwei Kammern bewirkt und aktiv ein Kühlmittel durch ein geschlossenes System gepumpt wird. Die Kühlflüssigkeit oder das Kältemittel wird in das gekühlte Abteil (die Verdampferschlange) gepumpt. Der niedrige Druck bewirkt dann, dass das Kältemittel verdampft und dabei die Wärme mitnimmt. In der anderen Kammer (dem Verflüssiger) wird der Kältemitteldampf komprimiert und durch eine weitere Wärmetauscherspule gepresst, wobei er zu einer Flüssigkeit kondensiert, die dann die zuvor aus dem gekühlten Raum aufgenommene Wärme abführt.

Ein einfaches, stilisiertes Diagramm des Kältekreislaufs: 1) Verflüssigungsschlange, 2) Expansionsventil, 3) Verdampferschlange, 4) Verdichter.

Auswirkungen auf die Gesundheit

Schlecht gewartete Klimaanlagen (insbesondere große, zentralisierte Systeme) können gelegentlich das Wachstum und die Ausbreitung von Mikroorganismen wie Legionella pneumophila, dem für die Legionärskrankheit verantwortlichen Infektionserreger, fördern. Klimaanlagen können sich positiv auf Allergiker und Asthmatiker auswirken.

Bei schweren Hitzewellen kann eine Klimaanlage das Leben der älteren Menschen retten. Einige Kommunalbehörden haben sogar öffentliche Kühlzentren eingerichtet, die denjenigen zugute kommen, die zu Hause keine Klimaanlage haben.

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