История устройств, охлаждающих воздух, насчитывает не одно тысячелетие. В жару использовались опахала, лед, сосуды с испаряющейся водой. Понятие «кондиционирование воздуха» появилось в 1815 г. Француз Жан Шабаннес запатентовал систему вентиляции помещений. Благодаря ему в лексиконе появилось слово «кондиционер», которое обозначало устройство, поддерживающее комфортную температуру в комнате.
Первые шаги к изобретению
Система вентилирования зданий, созданная по научным расчетам, появилась в 1810 г. в одной из лондонских больниц. В Англии было много ученых, работавших над решением проблемы охлаждения воздуха в домах. Майкл Фарадей активно экспериментировал с аммиаком, изучая изменение его свойств при переходе в различные агрегатные состояния. Британский химик установил, что вещество при испарении поглощает тепло, а при конденсации выделяет в окружающую среду. Холодильный агент был найден, оставалось только собрать аппарат, в котором будут применяться его свойства.
В США врач Джон Горри в поисках способов лечения тропической лихорадки решал проблему понижения температуры и влажности воздуха в палатах больницы. Его изобретением стала машина, производящая сухой лед. Горри сконструировал компрессор, сжимающий воздух с целью охлаждения. Принцип его работы применяется во всех системах холодильной и климатической техники. Дальше создания искусственного льда изобретатаель не продвинулся.
Появление первого кондиционера
От момента устройства первой системы естественной вентиляции до изобретения кондиционера прошло почти 100 лет. Появлением аппарата человечество обязано американскому инженеру Уиллису Карриеру. С детства он увлекался разработкой систем вентиляции на родительской ферме.
После окончания университета одаренный юноша занялся практическими разработками устройств, изменяющих параметры воздуха.
В 1902 году появился первый кондиционер в мире.
Машина была создана для бруклинской типографии. Аппарат должен был уменьшать влажность воздуха, препятствующую высыханию краски. Вместе с ожидаемой сухостью в помещении стало прохладней. В комфортных условиях увеличилась производительность рабочих. Новость о холодильной машине стала сенсацией и распространилась по всему миру.
Спустя год кондиционер установили в зале Кельнского театра. Публика массово шла не на представление, а за необычными ощущениями прохладного зала.
Патент на свое изобретение Карриер получил в 1906 году, еще раньше организовал собственную компанию Carrier Corportion. Его первые клиенты требовали от аппаратов только уменьшения влажности. Такие машины устанавливались на текстильных фабриках.
С момента изобретения Карриером центробежного чиллера была решена проблема оборудования климатическими системами помещений большой площади.
После установки кондиционера в универмаге Детройта выручка магазина увеличилась втрое. Вскоре многочисленные коммерческие заведения и правительственное здание оборудовали климатической техникой. К концу 20-х годов системы кондиционирования появились в Сенате и Конгрессе США. Продукцией компании Carrier были оснащены 300 американских театров.
Несколько лет насладится прохладой в знойный день можно было только в общественном месте, пока компания General Electric не представила первую бытовую сплит-систему. Карриер изобрел кондиционер, где в роли хладагента использовался аммиак. Вредное вещество хорошо справлялось с отведением тепла, но являлось угрозой жизни людей. В связи с этим кондиционер изготовили из двух блоков, часть с компрессором и конденсатором размещалась на улице.
Изобретение фреона
Использование токсичных веществ в холодильных установках не однократно приводило к смертельным отравлениям.
В 1928 году Томасу Миджли, сотруднику американской компании «Дженерал Моторс» удалось получить химическое соединение, позднее названное фреоном.
Хлорфторуглеродная комбинация отличалась инертностью, негорючестью и безопасностью для здоровья человека. Появился термин «хладагент». Фирма DuPon предложила обозначение R (Refrigerant). Числа и буквы в названии определяют молекулярную формулу соединения. Первый хладагент получил обозначение фреон 12 или R12.
Корпорация Carrier в короткий срок изменила конструкцию своей продукции. Ее кондиционеры стали моноблочными, появилась оконная модель. Использование в качестве холодильного агента безопасного фреона не требовало разделения блоков. Оконные модели до сих пор актуальны в Африканских странах и в Индии. Они отличаются доступной ценой, просты в монтаже и обслуживании.
Развитие технологии
Первопроходцами в развитии климатической и холодильной техники долгое время оставались американские конструкторы, пока в конце 50-х годов японские компании не перехватили инициативу. Фирма Daikin представила покупателям кондиционер с тепловым насосом. Такая техника получила дополнительный режим обогрева. С 1061 года начался массовый выпуск сплит-систем.
Компания Toshiba показала новый уровень комфорта при использовании климатического оборудования. В один из блоков ее кондиционеров помещались наиболее шумные механизмы и выносились за пределы помещения. Компрессор, вибрирующий и гудящий в процессе эксплуатации, монтировался на крыше или наружной стене. В комнате оставалась часть с испарителем, работающая в комфортном звуковом диапазоне. Разница с оконными моделями оказалась разительной. К тому же новую модель можно было разместить в удобном месте.
Через 7 лет японская компания сумела создать мультисплит-систему, в которой к одному внешнему блоку подключалось несколько внутренних.
Устройство и принцип работы
Основные элементы конструкции климатической техники не изменились с тех пор, как придумали кондиционер и начали его серийное производство. Появились новые материалы, виды фильтров, электронные блоки управления, но устройство осталось прежним.
Основные узлы:
- компрессор — агрегат, сжимающий хладагент для увеличения давления до 15-25 атмосфер;
- конденсатор — устройство внешнего блока, где газ переходит в жидкую фазу;
- испаритель — часть внутреннего блока, в которой фреон превращается в газ;
- вентиляторы — детали, создающие поток воздуха;
- медная магистраль — трубопровод, связывающий две части сплит системы, служит трассой для циркуляции фреона.
В моноблочных моделях все элементы помещались в один корпус, не было необходимости в монтаже соединительных труб. Принцип работы кондиционера один для всех моделей и типов техники. Компрессор сжимает фреон, провоцируя повышение давления и температуры. Хладагент попадает в конденсатор, где остывает и превращается в жидкость. Далее через капиллярную трубку поступает в испаритель. Находясь в радиаторе переходит в газообразную фазу, поглощая тепло. Из испарителя поступает снова в компрессор, цикл повторяется. Вентиляторы создают поток воздуха, охлаждающийся при обдуве испарителя.
Благодаря развитию технологии появился блок, контролирующий работу двигателя компрессора.
Первая сплит-система с инверторным управлением была создана японской компанией Toshiba в 1980 году.
Модель с плавной регулировкой отличалась низким уровнем шума и высокой эффективностью. Через год после разработки коммерческого кондиционера появилась версия для бытового применения. Инверторное оборудование получило ощутимые преимущества: уменьшился износ деталей, потребление электричества, увеличился срок службы. Через 7 лет на долю новинки приходилось 95% продаж.
Развитие и совершенствование климатической техники продолжается. Появляются модели с интеллектуальным управлениями, автоматическими датчиками, не требующими вмешательства человека. Оборудование способно точно контролировать любые параметры воздуха.
