Gépészet | Klímatechnika » A klímatechnika története

A KLÍMATECHNIKA TÖRTÉNETE A mesterséges klíma megteremtésének gondolata már igen régi. Időszámításunk előtt 350 évvel megjelent művében Hippokratész, a modern orvostudomány megalapítója megállapítja, hogy a "legfőbb átok az időváltozás, a léghőmérséklet és légnedvesség változása". Ugyancsak Hippokratésznél és követőinél található az a tanítás is, mely szerint az időjárás hat a vitalitásra, és sok faj elpuhulása, sőt elpusztulása (például a szkítáké) az országukban uralkodó klimatikus viszonyoknak tulajdonítható. Természetesen az ember igyekezett a külsö időjárás szeszélyeitől állandó tartózkodási helyét, lakását függetleníteni. Így nemcsak a téli hideg, hanem a nagy nyári meleg ellen is megkísérelte a védekezést. Az első ismert feljegyzések klímatizálási, hűtési kísérletekről időszámításunk előtt 3000 körüli évekből erednek. Egy asszír kereskedő házának

udvarában helyiséget építtetett s falait, tetejét állandóan vízzel locsoltatta. A régi egyiptomiakat is a mostoha klíma és a kényelemszeretet indította arra, hogy párologtatással hűtsenek. Hűtendő folyadékot porózus korsókban tárolták, ajtóikat, ablakaikat vízzel locsolt gyékényszőnyeggel zárták le, sőt egyes feljegyzések szerint rabszolgák legyezőikkel víztükör felett hajtották át a levegőt, amely ennek hatására nedvesedett és hűlt. Mahdi bagdadi kalifa i. u 775-ben nyári palotáját kettős fallal készíttette, s a messzi hegyekből szállított hóval, jéggel töltette meg, ezáltal biztosítva kellemes lég állapotot. A középkorból származó feljegyzésekben is gyakran találunk utalást kondicionálási kísérletekre. Így Leonardo da Vinci 1500 körül egyik barátjának felesége részére vízzel hajtott "legyezőt" konstruált hálószobájának szellőztetésére. 1661-ben Velencében egyes paloták nyári

hűtését úgy oldották meg, hogy a szellőztetésre szánt levegőt alagúton hajtották át, s ezáltal előhűtötték. Az oxigén felfedezése előtt a talaj, a hó, a víz és a fény levegőre gyakorolt hatását vizsgálták. Tudták, hogy a levegőt a tűz, a légzés, a rothadás "megrontja". 1774-ben Priestley felfedezi az oxigént, majd miután Lavoisier a levegőben levő oxigént kimutatja, tisztázza szerepét és megállapítja az atmoszférikus levegő összetételét. 1786-ban Sanssac pszichrometrikus tanulmánya lát napvilágot, majd Dalton Manchesterben ismerteti az összetett gázokra vonatkozó törvényszerűségeket. Az elméleti kérdések vizsgálata és fokozott tisztázása a nedves levegő jellemzőinek mérésére szolgáló műszereket is megteremtette. 1829-ben szerkesztette meg August a mai napig is használt pszichrométert, amelyet Ahrendts nyomán eredeti formában a következő ábra szemléltet. A műszer mellé August

táblázatot adott, amelyből a levegő relatív nedvessége a két hőmérőn leolvasható különbség és a száraz hőmérséklet függvényében kivehető. A levegő harmatponti hőmérsékletének mérésére 1819-ben szerkesztette meg Daniell az ábrán látható műszert, amely őse a jelenleg használatos harmatpont mérő műszernek. A harmatponti hőmérséklet az a jelű gömbben levő hőmérőn olvasható le, ha a levegő nedvessége a gömbön található aranyozott felületre kicsapódik vagy a nedvesség éppen elpárolog. A hajszál levegő relatív nedvességének függvényében fellépő nyúlását használta fel mérésre az ábrán látható műszer már 0-100% relatív nedvességtartományban viszonylag pontos leolvasást tett lehetővé. A felső tárcsán (a) leolvasható relatív nedvesség mellett a műszerre felfüggesztett hőmérő (b) a levegő száraz hőmérsékletét méri. A műszer talpazatán levő forgatható tárcsa (c) segítségével a

levegő harmatponti h6mérséklete is meghatározható. A mozgó levegő méréséhez szükséges műszerek első példányai is megjelentek a XVIII. század végén, illetve a XIX. század elején A Recknagel-féle anemométert egy 1878-ból származó kiadvány ismerteti A műszer 0,25 -9,0 m/s sebességtarto mányban használható, a levegő sebessége 0,03 m/s pontossággal olvasható le. A XVIII. században J Vallance kombinált léghűtőIégfűtő berendezést tervezett Ventillátor segítségével csőkígyón levegőt szállított, a csőkígyót télen meleg, nyáron hidegvíz-tartályba ágyazta. Az elhasznált levegő mennyezetbe épített csövön át távozott. Az elvezető csövet a padlástérben levő víztartályba vezette. A víznívó változtatásával a belső térben uralkodó légnyomás változtatható volt. Az angol parlament kondicionálásának kérdése is hosszú éveken át probléma volt. A feladatot végül 1836-ban Reid oldotta meg. A külső

levegőt vászonrétegen áthajtva szűrte, perforált csövek segítségével porlasztott vízzel hűtötte és nedvesítette, majd a parlament padlójába fúrt, mintegy egymillió lyukon át juttatta az ülésterembe. Reid javasolta hideg kútvíz cirkuláltatását is a már meglevő gőzfűtő-berendezés csöveiben. Az intenzívebb léghűtés elérése céljából jégtömböket is felhasználtak. Jégtömbök felhasználásával hűtöttek korábban az USA egyik kórházában Gorrie javaslatára. Jéggel telí vödröket helyeztek el a légcsatornában s a levegőt ezek között fúvatták át, majd a kórterem be vezették. Gorrie orvos volt, az általa konstruált jéggép szabadalmat kapott s előfutára lett a levegővel dolgozó mai hűtőgépeknek. 1874-ben az amerikai mérnökegyesületben olyan berendezésről adtak ismertetést, amelynek segítségével jelentős léghűtést lehetett megvalósítani. A leírás szerint egy ferde falon hideg patakvizet folyattak le

s e felett levegőt fúvattak át. A levegőt 8 -10°C-szal sikerült lehűteni Hűtés után még szárították is a levegőt. Egy évvel később az amerikai Lyman olyan berendezésre kapott szabadalmat, amely a levegőt szűrte, nedvesítette, hűtötte vagy fűtötte. E berendezés lényege faszénréteg volt, amelyen átbocsátotta a levegőt, s közben vízzel permetezte. Az angol Apold saját találmányával tartotta lakása levegőjének nedvességtartalmát állandó értéken. Ha a levegő nedvességtartalma a hygrométer szerint változott, akkor egy mechanizmus nyitotta a vízszelepet, s ebből folyamatosan víz csordogált itatóspapírral bevont, fűtött csövekre. Ha az így bevitt nedvesség a levegő relatív páratartalmát a kívánt értékre növelte, a víz adagolása megszűnt. Az európai szárazföldön is több hasonló kísérlettel találkoztunk. Az ábra a német Ahrendts légnedvesitő berendezését mutatja be. A múlt század közepén a

szerző szerint a készülékből sokat tartottak üzemben. A falban elhelyezett ventillátor elé vízzel telt edényt állítottak. A levegő a víztükör felett áthaladva nedvesedett és hűlt. Az ábránkon látható vastag falban képezték ki a légcsatornát, amelynek külső levegővel érintkező oldalán nyílás van. Az ezen beáramló levegő a légcsatornában felmelegszik a vízzel telt tálcák között átáramolva nedvesedik is. Az így előkésztett levegő jut az a rácson át a szellőztetni kívánt helyiségbe. Annak ellenére, hogy a ventillátorok már ismert szerkezetek voltak, 100-150 évvel ezelőtt gyakran alkalmaztak ventillátor nélküli berendezéseket. A levegő mozgatására legtöbbször természetes vagy mesterségesen létrehozott fajsúlykülönbséget használták fel. Az ábrán légcsatornába épített Bunsen-égőt láthatunk. Az eltüzelt gáz a légjáratban áramló levegőt megmelegíti, s az ennek következtében létrejövő

fajsúlykülönbség intenzív légmozgást eredményez. Ezt a megoldást egyaránt alkalmazták elhasznált levegő elszállítására, illetve friss levegő bevitelére. Korábbi feljegyzések szerint 1 m3 gáz felhasználásával 600- 800 m3 levegő mozgatható. Hasonló megoldást alkalmaztak általában színházak szellőztetésére is. A francia Marin 1863-ban megjelent könyvében csak a mesterségesen fokozott gravitációs szellőzést tartja megfelelőnek. Az ábrán a párisi Theatre Lyrique akkori légnemesítő berendezésének sémáját mutatjuk be. Az a jelű léghevítőhöz jutó külső levegő a b lég csatorna és d befúvófej segítségével kerül a színháztérbe. A tetőtérben elhelyezett nagyméretű gázégő az eltávozó levegőt erősen felmelegíti és az így keletkező nagy fajsúlykülönbség intenzív levegőmozgást s ezzel lég cserét hoz létre. A levegő melegítésére a XVIII. század végén már alkalmazták az acél és

öntöttvas léghevítőket. Az ábrán E. Peclel által ajánlott megoldást mutatjuk be. A készülék magán viseli korának alaposságát, a léghevítő a tüzelőanyagot viszonylag jól értékesítő szerkezet, különösen a füstgázok hőtartalmát igyekszik jól hasznosítani. Wolpert tulajdonképpen légfűtőkamrát alakított ki abból a célból, hogy a légfűtő elemeihez könnyen hozzáférjenek. A fűtőkamra üzem közben zárt. Az a jelű kazán kívülről táplálható s a hamut is kívülről lehet eltávolítani. A füstgáz a b jelű hőhasznosítóban adja le melegét és távozik. A melegítendő levegőt a kamra alján, a kezelt levegőt a kamra felső részén vezetik el. A levegő nedvesítésére még víztartályt is elhelyeztek a füstgázvezetéken, mely egyúttal a víz párologtatásához szükséges hőt is fedezi. A múlt század elején alkalmazott módszerek közül az ábrán látható levegő-nedvesítő berendezés egy többsoros

rőzseköteg (b). A felül elhelyezett tálcából (d) folyamatosan vizet permeteztek. A rőzsén végigfolyó vizet gyűjtőben (c) fogták fel. A kezelendő levegő a hátoldalon (e) lépett be és az a jelü csatornán távozott. A rőzsebetéttel a víz és a levegő érintkező felületét már lényegesen sikerült megnövelni. A készülék természetesen a nedvesítés mellett a levegő szűrését is megoldotta. Nedvesítésre és szűrésre készült az ábrán látható készülék is. Itt nedvesítő- és szűrőbetétként vékony kötelet (esetleg zsineget) alkalmaztak. A kötéldarabokat a felső víztároló furataiba fűzték be és a furatokon áthúzott vastag zsinegeken a víz lecsordogált. Az így kiképzett, viszonylag nagy érintkezőfelület a levegő nedvesítését intenzívebbé tette, a szennyeződés a levegőből kivált s a nedvesítő betéteken lerakódott. A friss levegőt ventillátor kényszeríttette áthaladásra, a levegő mozgásának

irányát az ábrán nyilak jelölik. Az előző berendezés megjelenésével csaknem azonos időben ismertette az amerikai Stott is légmosóját. Berendezését az ábra szemlélteti. Különös érdekessége, hogy a víz mozgatására gőzzel működtetett injektort használt. Az injektor (1) a tartály alján összegyűlt vizet a csövön (2) a perforált csőbe (3) nyomja. A bepermetezett víz a felfüggesztett zsinegek (4) segítségével a levegőt nedvesíti és szűri. Hatszintes fonoda klimatizálását oldották meg az 1890ben, melyhez a pincét használták fel klímaközpont céljaira. Az a jelű ventillátor szállítja a levegőt, előtte helyezkednek el a vízporlasztók (b) és a bordáscső légfűtőtest (c). A berendezés rendszerint keringetett levegővel dolgozott, friss levegő a d ajtó nyitásával volt bevezethető. Az előkészített levegőt az épület oldalfalaiban kiképzett csatornán (j) át szállították a fonótermekbe. Az elosztó

légcsatorna (i) és a befúvónyílások (g) a mennyezet alatt voltak, az elhasznált levegőt a h jelű nyíláson át szívta vissza a ventillátor. A mennyezet alatt haladó légcsatornában, az elágazás után gőz porlasztó (e) látható, mely kézi adagolással lehetővé tette a levegő utónedvesítését. A bemutatott berendezés külön érdekessége, hogy a hűtővíz bevitelére már porlasztót használt . Ha a kondicionáló berendezések fejlődését vizsgáljuk, szükséges a hűtés és a hűtőberendezések fejlődéséről is beszélnünk. Nagyon igaza volt Carrier-nek, amikor 1947-ben az alábbiakat mondotta: "a légkondicionálás elterjedésének sikere valójában a hűtésen múlott." A régebbi kondicionálási módozatok elterjedésének akadálya éppen a hűtés fejletlensége volt. Amint (a múlt század második felében, illetve a századfordulón) a hűtőtechnika annyira fejlődött, hogy mind az ipari, mind a komfort

klímaberendezésekben a levegőhűtés viszonylag egyszerűen volt megoldható, a légkondicionálás fejlődése rohamossá vált. A kondicionáló berendezések egyik feladata volt mindenkor a levegő szűrése is. Különösen a közvetlenül ható légszennyeződések hatását már régtől. fogva ismerték, de felismerték az egyéb szennyező anyagok hátrányos voltát is. Az angol Reid a XIX. század elején a levegő tisztítására a következő módszereket ajánlotta: korom szűrése, levegő mosása, mosás meszes vízzel, klór és nitrogénoxid használata az állati vagy növényi eredetű anyagok leválasztására. Javasolta a kórházak levegőjét éterrel, illetve fahéjjal édesíteni. Reid után J Lister angol orvos a műtőkben hígított szénsavat permetezett szét antiszeptikus hatás elérése céljából. A kondicionáló berendezések a századforduló környékén megindult rohamos ipari fejlődés következtében nagyon elterjedtek. Különösen

a textilipar segítette elő nagymértékben a fejlődést, mivel jó textilipari termék előállításához a levegő adott relatív nedvessége (sokszor hőmérséklete) szükséges. Hasonlóan jelentkezett a klimatizálás igénye a papíriparban, később a műszer- és a vegyiparban. A kondicionáló berendezések történetében külön fejezetet nyitott az amerikai Carrier. A kondicionálás definíciója is tőle származik, amely szerint "a légkondicionálás a levegő nedvességének szabályozása, növelése vagy csökkentése, ehhez járul a levegő hőmérsékletének szabályozása, szintén csökkentve vagy növelve, továbbá a levegő tisztítása szűréssel és mosással, végül a levegő mozgásának és elosztásának szabályozása." A légkondicionálás elnevezést az amerikai Cramer használta először, 1906 májusában az amerikai gyapjúfeldolgozók szövetsége előtt tartott felolvasásában. A kondicionálást mint önálló iparágat

még a századforduló környékén nem ismerték el. Csak az elméleti kérdések részleges tisztázása hozta meg a szakterület elismerését A német Müeller 1905-ben publikálta a maga szerkesztette i-t diagramot. Már ez a diagram is jelentősen egyszerűsítette a nedves levegővel kapcsolatos számításokat. Carrier az amerikai gépész mérnökök közgyűlésén 1911-ben mutatta be tanulmányát. Itt ismertette a mai napig is használt pszichrometrikus diagramot is, amely hazai gyakorlatban t-x diagram néven ismeretes. Carrier találta fel a harmatponti szabályozást. Leírások szerint a pittsburghi vasútállomáson született meg a harmatponti szabályozás ötlete a köd figyelése közben. Gondolatait saját szavaival rögzítette: "A levegő 100%-osan telített. A hőmérséklet alacsony, így a telítettség ellenére sem magas a nedvességtartalom. Ilyen alacsony hőmérsékleten nem is lehet. Ha a levegőt telítem, a hőmérsékletet szabályozhatom,

ezzel olyan mennyiségű nedvességtartalmat állítok elő, amilyent akarok. Ami úgy érhető el, ha a levegőt finoman elosztott cseppfüggönyön, mesterséges ködön vezetem át." Carrier az addig gyártott légmosókkal nem látta megvalósíthatónak elképzeléseit, ezért a légmosó konstrukciót is megváltoztatta. Amerikában először alkalmazott porlasztókat. Berendezése, melyet "levegőkezelő" készüléknek nevezett, különösen a textiliparban terjedt el igen gyorsan. Több gyárban azonban a felszerelt berendezések nem biztosították a kelő belső klímát, mert a gépek teljesítményét a hőmérleg elkészítésekor nem vették figyelembe. Későbbi (1908) berendezéseihez már a napsugárzástól eredő hőterhelést is figyelembe vette, ami igen biztos, és a kívánalmaknak megfelelő üzemet eredményezett. Nem sokkal később jelentkezett a járművek kondicionálásának szükségessége is. Különösen az amerikai

szárazföldet átszelő vasútvonalak tulajdonosai tettek sokat ~ üzleti érdekből - a járművek kondicionálásáért. Természetesen ennek is megvoltak az előfutárai. Már 1884-ben a baltimorei Ohio Vasúttársaság a leveg6hűtést úgy kísérelte meg, hogy óriási méretű jégtartályok felett levegőt fúvattak át, s ezt a hűtött levegőt vitték be az utastérbe. Ez a megoldás azonban nem vált be Hasonló megoldással kísérletezett Freeman is, amikor egy pullman-kocsit kellett klímatizálnia. Carrier 1907-ben azt javasolta, hogy az állomásokon a várakozási idő alatt hűtsék le a kocsikat. A járművek hűtésére, kondicionálására csak akkor találtak megfelelő megoldást, amikor már viszonylag kisméretű hűtőkompresszorokat gyártottak. Carrier mát 1929-ben NH3-mal működő hűtőgépet szereltetett fel. A légkondicionáló egységet a vasúti kocsiban az ajtó felett helyezte el. A levegőelosztócsatorna a mennyezet alatt volt található

A háborús időszak után, a húszas évek elején Európában a háború visszahatásaként jelentkező nagy ipari fejlődés keretében a légkondicionálás elmélete és gyakorlata egyaránt nagy fejl6désnek indult. Mollier 1923-ban ismertette az általa szerkesztett h-x diagramot. E diagram lehetővé tette, hogy a bonyolult számítási módozatokat egyszerű szerkesztési eljárással helyettesítsék. A szoba-kondicionáló berendezést már 1930-ban kifejlesztették. Különösen amikor a R-12 hűtőközeg megjelent nyílt lehetőség mai szemmel is korszerűnek mondható klímaegységek építésére. Az akkori gazdasági válság azonban megakadályozta ezt, és csak nagyon kevés készüléket gyártottak. A gyártás közvetlenül a második világháború előtt nagyon megélénkült, s ma már milliós tételeket ér el. Carrier 1937-ben megkonstruálta az első nagysebességű klímaberendezést. Ezzel megoldotta a magas házak központi kondicionálásának

problémáját, mert a felhőkarcolók kondicionálás át csak kisméretű, kis helyigényű csatornarendszerrel lehetett megoldani. Ezen elv alapján sok berendezés készült így például az ENSZ épülete stb. A második világháború alatt sok különleges rendeltetésű klímatizáló berendezést létesítettek. Így például Carrier az amerikai repülésügyi hatóságok részére olyan kondicionált szélcsatornát épített, amelyben teljes repülőmotorokat, légcsavarokat vizsgáltak. A vizsgálat céljaira 10-12000 m magasságnak megfelelő klíma viszonyokat kellett előállítani. Különleges klímaberendezések épülnek ma is sportolók, bányászok, pilóták stb. edzéséhez, vizsgálatához A kondicionálás bevonult a műemlék védelmi eszközök tárába is. Képtárak, múzeumok klímatizálása ma már mindenki számára természetesnek tűnik. 1919-ben elsőként klimatizálták Grant sirkamráját, Az utóbbi két évtizedben a járművek

kondicionálása is sok szakembert foglalkoztat. Ma már a tengerjáró hajók, távolsági vonatok, autóbuszok, a repülök, a személyautók 65-70%-a is klimatizálva készül. Nagyon erős a klímatechnikában a tipizálási törekvés is. Valószinííleg egyszer valóra válik Carrier jóslata, miszerint ". egyszer utcákat sőt városokat kondicionálnak majd, egy központból " Az iparban a klímaberendezést már nemcsak technológiai szükségességből építik, hanem munkavédelmi szempontból is igen nagy szerepet kapott. A fennálló munkavédelmi előírások szerint az egészségre ártalmas üzemekben a dolgozók számára mesterséges klímát kell minden esetben biztosítani. . Végezetül meg kell emlékeznünk arról, hogy a klímaberendezés alkalmazása gazdasági szempontból is előnyös. A gazdaságossági vizsgálatok (amelyet főleg a nyugati országokban végeztek) kimutatták, hogy a klímatizáló berendezések létesítése üzemi oktatási

és irodai épületekben feltétlenül gazdaságos, mert a berendezés költségei a nagyobb munkateljesítményben, a koncentrálóképesség fokozódásában és az áruk jobb minőségében bőségesen visszatérülnek. Jelenleg is folyamatosan végeznek gazdasági analízist (mint erről a szakfolyóiratok tájékoztatnak), de ezek a vizsgálatok már inkább csak arra vonatkoznak, hogy melyik klímatizálási mód gazdaságosabb