Luftkonditionering — funktion, typer och användningsområden

På 1800-talet upptäckte den brittiske vetenskapsmannen och uppfinnaren Michael Faraday att komprimering och förtätning av ammoniak kunde kyla ner luften när den förtätade ammoniaken fick avdunsta.

År 1842 använde den amerikanske läkaren John Gorrie kompressorteknik för att skapa is som han använde för att kyla luften för sina patienter.^[] Han hoppades på att så småningom kunna använda sin ismaskin för att reglera temperaturen i byggnader och övervägde till och med att kyla hela städer med ett system av centraliserade luftkonditioneringsenheter.

Luftkonditioneringsingenjörer delar upp luftkonditioneringstillämpningar i komfort och processer.

Syftet med komforttillämpningar är att tillhandahålla en inomhusmiljö som är relativt konstant inom ett område som människor föredrar trots förändringar i yttre väderförhållanden eller i den interna värmelasten.

Processtillämpningar syftar till att tillhandahålla en lämplig miljö för en industriell eller kommersiell process, oavsett intern värmebelastning och yttre väderförhållanden. Även om de ofta ligger inom samma komfortområde är det processens krav som avgör förhållandena, inte människans preferenser. Processtillämpningar omfattar bland annat följande:

• Sjukhusoperationsrum där luften filtreras till höga nivåer för att minska risken för infektioner och där luftfuktigheten kontrolleras för att begränsa uttorkning av patienterna. Även om temperaturen ofta ligger inom komfortområdet kräver vissa specialiserade ingrepp, t.ex. öppen hjärtkirurgi, låga temperaturer (ca 18 °C) och andra, t.ex. neonatala ingrepp, relativt höga temperaturer (ca 28 °C).

• Renrum för produktion av integrerade kretsar, läkemedel etc. där extremt höga nivåer av luftrenhet och kontroll av temperatur och fuktighet krävs för att processen ska lyckas.

• Anläggningar för uppfödning av försöksdjur. Eftersom många djur normalt sett bara förökar sig på våren kan man genom att hålla dem i rum som speglar vårliknande förhållanden få dem att föröka sig året runt.

• Luftkonditionering för flygplan. Luftkonditionering i flygplan är en speciell process på grund av det låga lufttrycket utanför flygplanet, även om den nominellt syftar till att ge passagerarna komfort och kyla utrustningen.

Andra exempel är:

• Centraler för databehandling
• Textilfabriker
• Fysiska provningsanläggningar
• Växter och odlingsområden på gårdar
• Kärntekniska anläggningar
• Gruvor
• Industriella miljöer
• Områden för matlagning och bearbetning av livsmedel

I både komfort- och processtillämpningar är målet inte bara att reglera temperaturen (även om det i vissa komforttillämpningar är allt som regleras) utan även faktorer som luftfuktighet, luftrörelser och luftkvalitet.

Kylcykel

I kylcykeln överför en pump värme från en källa med lägre temperatur till en värmesänka med högre temperatur. Värme kommer naturligtvis att flöda i motsatt riktning. Detta är den vanligaste typen av luftkonditionering. Ett kylt luftkonditioneringssystem fungerar på ungefär samma sätt genom att pumpa ut värme ur det rum där det står.

Denna cykel utnyttjar den universella gaslagen PV = nRT, där P är tryck, V är volym, R är den universella gaskonstanten, T är temperatur och n är antalet gasmolekyler (1 mol = 6,022×10²³ molekyler).

I den vanligaste kylcykeln används en elmotor för att driva en kompressor. I en bil drivs kompressorn av en remskiva på motorns vevaxel, och i båda fallen används elmotorer för luftcirkulationen. Eftersom avdunstning sker när värme absorberas och kondensation sker när värme frigörs, är luftkonditioneringsapparater konstruerade för att använda en kompressor för att orsaka tryckförändringar mellan två utrymmen och aktivt pumpa ett kylmedel runt i ett slutet system. Kylvätskan, eller köldmediet, pumpas in i det kylda rummet (förångarspiralen). Det låga trycket gör att köldmediet avdunstar och tar med sig värmen. I det andra rummet (kondensatorn) komprimeras kylmedelsångorna och tvingas genom en annan värmeväxlingsslinga, kondenseras till en vätska som sedan avger den värme som tidigare absorberats från det kylda utrymmet.

Luftkonditionering har lika stor inverkan på människors hälsa som alla generiska uppvärmningssystem.Dåligt underhållna luftkonditioneringssystem (särskilt stora, centraliserade system) kan ibland främja tillväxt och spridning av mikroorganismer som Legionella pneumophila, det smittämne som orsakar legionärssjukan. Luftkonditionering kan ha en positiv effekt på allergiker och astmatiker.

Vid svåra värmeböljor kan luftkonditionering rädda livet på äldre personer. Vissa lokala myndigheter har till och med inrättat offentliga kylcentraler för dem som inte har luftkonditionering hemma.

• Energi
• Värmepump
• Förnybar energi