سرمایش جهانی: تاریخ تهویه‌مطبوع

با آغاز تابستان و افزایش دما و رطوبت هوا، میلیون‌ها انسان از اعجاز اکتشاف‌ها و اختراع‌ها، یعنی «دستگاه تهویه‌مطبوع» استفاده می‌نمایند.

واحدهای تأمین آسایش مذکور به آسانی از طریق گردش یک کلید توسط ساکنان منازل فعال می‌شوند. با‌این‌حال واحدهای تهویه‌مطبوع، سامانه‌های الکترومکانیکی پیچیده‌ای می‌باشند که حاصل تقریباً یک قرن تلاش و پژوهش مهندسی در زمینه‌های سرمایش، ترمودینامیک، کنترل‌ها و بازده انرژی می‌باشند. در سال ۲۰۰۰ و بر طبق نظرسنجی اعضاء ASME، «تهویه‌مطبوع+تبرید» در میان ۱۰ اختراع از بزرگ‌ترین اختراع‌های مهندسی قرن ۲۰ام قرار گرفت.

در واقع ریشه‌های تهویه‌مطبوع به چین قرن دوم بازمی‌گردد. در این قرن، یک مخترع به نام «دینگ هوآن[۱]»، یک بادزن (پنکه) گردان دستی را اختراع نمود. به‌علاوه طرح سرمایش هوا توسط مخترع و سیاست‌مدار بزرگ آمریکایی یعنی «بنجامین فرانکلین[۲]» تحت بررسی قرار گرفت. «بنجامین فرانکلین» در سال ۱۷۵۸، آزمایش‌هایی را در زمینه‌های تبخیر و الکل، در راستای دست‌یابی به دماهای انجماد، انجام داد.

«ویلیس کریر^[۳]»: پدر سامانه‌های تهویه‌مطبوع

اولین دستگاه تهویه‌مطبوع نوین در سال ۱۹۲۰ توسط «ویلیس هاویلند کریر[۴]» اختراع شد. «ویلیس کریر» به‌عنوان یک مهندس حاذق، تجربه‌های خویش در باب قوانین کنترل رطوبت را برای رفع مشکل‌های عملی یک «کارخانه چاپ» در بروکلین نیویورک استفاده نمود. از طریق استفاده از طرح‌های تبرید مکانیکی سال‌های قبل‌تر، «سامانه کریر» از طریق عبور هوا از میان کویل‌های مملو از آب سرد، به‌طور هم‌زمان سرمایش و رطوبت‌زدایی (برای کنترل رطوبت اتاق) را انجام می‌داد. در سال ۱۹۳۳، «شرکت تهویه‌مطبوع کریر آمریکا[۵]»، از طریق استفاده از یک «واحد چگالشی تسمه‌ای و دمنده، کنترل‌های مکانیکی و کویل تبخیرکننده»، یک دستگاه تهویه‌مطبوع را اختراع نمود. دستگاه تهویه‌مطبوع فوق سپس به مدل اصلی دستگاه‌های تهویه‌مطبوع بازار آمریکا برای تولید سامانه‌های سرمایش هوا تبدیل شد.

«ویلیس هاویلند کریر»، یک مهندس آمریکایی که به‌عنوان مخترع تهویه‌مطبوع نوین مشهور می‌باشد.

سامانه‌های تهویه‌مطبوع کنونی، علی‌رغم استفاده از قواین بنیادین مشابهی با سامانه ۱۹۳۳ کریر، تحت پیشرفت‌هایی نیز در زمینه‌های متراکم‌سازی بخار، کنترل‌ها و عیب‌یاب‌ها، حس‌گرهای الکترونیکی، مواد و بازده انرژی قرار گرفته‌اند. پیشرفته‌ترین دستگاه تهویه‌مطبوع مرکزی کریر (با نام «بی‌نهایت[۶]») بسیار با مدل‌های اولیه دستگاه‌های تهویه‌مطبوع شرکت کریر متفاوت می‌باشد. در مدل «بی‌نهایت» از تجهیزهای پیشرفته‌ای شامل یک کمپرسور اسکرول دومرحله‌ای در راستای عملکرد انرژی-کارآتر و بی‌صداتر استفاده شده است.

استانداردهای بازده انرژی «سازمان انرژی آمریکا[۷]» منتج به پیشرفت‌های گسترده‌ای در سامانه‌های تهویه‌مطبوع شده‌اند.

«دنیس تورن[۸]»، معاون مهندسی و فناوری شرکت «اینگرسول-رند®[۹]» در شهر «داویدسون کالورینای شمالی[۱۰]» که مسئول بازاریابی دستگاه‌های تهویه‌مطبوع متداول سری‌های «ترین[۱۱]*» می‌باشد اظهار نمود که: «استانداردهای کارآیی حداقلی برای سامانه‌های تهویه‌مطبوع به‌تدریج و به‌ویژه در ۵ سال اخیر افزایش یافته‌اند. افزایش استانداردهای فوق منتج به بهینه‌سازی سامانه‌های تهویه‌مطبوع توسط تولیدکنندگان در راستای کاهش انرژی مصرفی شده‌اند».

*   شرکت ترین (Trane Inc.) سازنده سامانه‌های HVAC و سامانه‌های مدیریت ساختمان و کنترل‌ها می‌باشد.

شرکت «ترین®»، شرکت فرعی (زیرمجموعه) شرکت «اینگرسول-رند® (Ingersoll-Rand®)» می‌باشد.

«شرکت ترین»، سازنده دستگاه‌های تهویه‌مطبوع سری‌های «ترین» می‌باشد.

برای تطابق با قوانین (دستورالعمل‌ها)، سازندگان دستگاه‌های تهویه‌مطبوع، «نسبت بازده انرژی فصلی (SEER)[۱۲]» را تا ۱۶ یا ۱۸ افزایش داده‌اند (که متجاوز از استانداردهای بازده DOE [۱۳]می‌باشد). برخی از گران‌ترین مدل‌ها نظیر «لنوکس XC21 [۱۴]» و «ترین XL20i[۱۵]»، به‌همراه مدل «اینفیتیتی» دارای مقدار SEER برابر ۲۱ می‌باشند (ارتقاء SEER، به‌غیر از مزایای زیست-محیطی، منتج به صرفه‌جویی‌های هزینه‌های انرژی کاربران شده است).

ترموستات ComfortLink امکان تنظیم‌سازی «از راه دور» دمای اتاق را برای کاربران،

 از طریق موبایل‌های هوشمند و کامپیوترها فراهم می‌کند.

 فناوری‌های هوشمند

در تلاش‌های بی‌شمار در راستای کاهش انرژی مصرفی، برخی از سازندگان سامانه‌های تهویه‌مطبوع، ظرفیت‌های ترموستات دیواری استاندارد را افزایش داده‌اند و «کیت‌های کنترل و عیب‌یابی ریزپردازنده-محور[۱۶]» بسیار پیشرفته‌ای را نیز برای خودکارسازی عملکرد کمپرسور و سامانه جریان هوا توسعه داده‌اند. «ترموستات دورکار Trane ComfortLink II» امکان تنظیم‌سازی گزینه‌های عملیاتی و تنظیم‌های دستگاه تهویه‌مطبوع را از طریق کامپیوترها و موبایل‌های هوشمند (در مکان‌های دوری از مکان دستگاه‌های تهویه‌مطبوع)، فراهم ساخته است; به‌علاوه ترموستات فوق قادر به ارسال پیغام هشدار به کاربران از طریق «ایمیل و یا متن»، برای تعویض فیلترها و یا برنامه‌ریزی برای انجام بازرسی‌های دوره‌ای می‌باشد.

«تورن[۱۷]»، یکی از اعضاء قدیم ASME اظهار داشت که:

«ما از نوآوری‌ها برای قراردهی کل تراز کنترل نوین در دستان کاربران، در راستای کاهش انرژی مصرفی منازل استفاده می‌نماییم».

به‌علاوه «تورن» اظهار داشت که «ترین®»، دستگاه‌های تهویه‌مطبوع را به‌عنوان یک جزء از منازل انرژی-کارآی خودکار آینده می‌بیند.

در موج آتی ارتقاء فناوری‌ها، شرکت «اینگرسول-رند» و سازندگان دیگر سامانه‌های تهویه‌مطبوع، فناوری‌های هوشمند را نیز برای مرتبط‌سازی سامانه‌های‌شان با شبکه ملی برق و برای تنظیم‌سازی واحدهای تهویه‌مطبوع بر طبق شرایط جغرافیایی و تغییرهای شرایط آب و هوایی، توسعه داده‌اند. قابلیت تعامل شبکه‌ برق ملی با تهویه‌مطبوع می‌تواند منتج به سامانه‌ای با سرعت کاملاً متغیر و بنابراین منتج به کاهش انرژی مصرفی شود.

در شرایط جاری و برطبق «سازمان اطلاعات انرژی[۱۸]» تفریباً ۸۰ درصد از خانوارهای آمریکا از دستگاه‌های تهویه‌مطبوع (اکثراً سامانه‌های مرکزی) استفاده می‌نمایند. تهویه‌مطبوع از یک کالای لوکس به یک کالای ضروری تبدیل شده است و به شیوه‌های متنوع در کیفیت زندگی آمریکایی‌ها و کل جهان صنعتی تأثیرگذار می‌باشد. به‌‌غیر از مزایای صریح و احساس آسایش، دستگاه‌های تهویه‌مطبوع، طرح معماری را نیز تغییر داده‌اند و امکان معماری ساختمان‌های اداری بدون پنجره و منازل بدون ایوان را فراهم ساخته‌اند. به‌علاوه تهویه‌مطبوع دارای نقش پررنگی در الگوهای مهاجرت و توسعه اقتصادی در آمریکا می‌باشد و امکان زندگی و کار را برای میلیون‌ها نفر از مردم آمریکا در اقلیم‌های داغ و رطوبت بالا فراهم نموده است.

[۱] Ding Huane[۲] Benjamin Franklin[۳] Willis Carrier[۴] Willis Haviland Carrier[۵] the Carrier Air Conditioning Company of America[۶] the Infinity[۷] the U.S. Department of Energy[۸] Dennis Thoren[۹] Ingersoll-Rand^®[۱۰]Davidson, NC[۱۱]Trane^®[۱۲]the Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER)[۱۳]The United States Department of Energy (DOE)[۱۴]Lennox XC21[۱۵]Trane XL20i[۱۶] microprocessor-based diagnostic and control kits

[۱۷]Thoren[۱۸] the Energy Information Administration

منبع : ماهنامه فنی مهندسی تهویه تاسیسات