Jeżeli przyjrzymy się rozwojowi cywilizacji na przestrzeni lat, to możemy zauważyć, że do końca XIX wieku działania mające na celu poprawę warunków w pomieszczeniach, skierowane były wyłącznie na ich ogrzewanie. Rozwój klimatyzacji był powiązany oczywiście z rozwojem nauki. Przykładem mogą być badania niemieckiego lekarza – higienisty Maxa von Pettenkofera (1818-1901), które dotyczyły między innymi wpływu nie tylko temperatury, ale również wilgotności i składu powietrza na samopoczucie ludzi. Prekursorem techniki klimatyzacyjnej jest Amerykanin Willis Haviland Carrier (1876-1950). Carrier jako pierwszy w 1902 r. zaprojektował pierwszą instalację klimatyzacyjną dla drukarni na Brooklynie, a w 1906 r. opatentował pierwsze urządzenie do obróbki powietrza. Był on również twórcą tablic psychrometrycznych dla powietrza (1911 r.). Pierwszą klimatyzacyjną instalację bytową wykorzystującą chłodzenie dla uzyskania komfortu w pomieszczeniu zamontowano w 1924 r., oczywiście pod nadzorem Carriera, w Hudson Department Store w Detroit, a kolejną zamontowano w 1925 r. w teatrze Rivoli w Nowym Jorku [2]. Od 1930 r. zaczęto stosować klimatyzację w środkach transportu – powstały wówczas pierwsze klimatyzowane wagony. W 1938 r. firma Carrier zaprojektowała nowy, wysokociśnieniowy system klimatyzacji do wysokich budynków – „drapaczy chmur”. Przytoczone powyżej zdarzenia pokazują, że poprawa warunków w jakich przebywa człowiek, to główny cel stawiany klimatyzacji. 

     Klimatyzacja ma za zadanie zapewnienie w zamkniętym pomieszczeniu lub zespole pomieszczeń automatycznej regulacji odpowiednich parametrów powietrza tzn. ciśnienia, temperatury, wilgotności, czystości oraz składu chemicznego. Celem klimatyzacji jest więc zapewnienie komfortu ludziom albo uzyskanie prawidłowego przebiegu procesów przemysłowych i technologicznych lub badań naukowych. Jak widzimy, w zależności od przeznaczenia klimatyzowanego pomieszczenia, dostarczane powietrze musi spełniać określone wymagania. Dla systemów klimatyzacyjnych stosowanych w klimatyzacji przemysłowej, najważniejszym będzie spełnienie dokładnie sprecyzowanych parametrów powietrza zależnych od wymagań technologicznych wytwarzanego produktu. Natomiast tam gdzie mamy do czynienia z klimatyzacją bytową, priorytetem będzie to, aby ludzie przebywający w danym pomieszczeniu czuli się jak najlepiej. Aby ten stan osiągnąć, musimy dążyć do tego, aby w pomieszczeniu uzyskać klimat komfortu dla osób w nim przebywających niezależnie od warunków zewnętrznych.
     Czynniki wpływające na ten klimat możemy podzielić na dwie grupy. Pierwsza grupa obejmuje czynniki wpływające na komfort cieplny człowieka, określony jako stan, w którym człowiek nie czuje ani chłodu ani ciepła. Podstawowe parametry, które wpływają na ten stan rzeczy to:
● temperatura powietrza,
● wilgotność względna,
● prędkość powietrza,
● temperatura powierzchni otaczających.

     Druga grupa obejmuje czynniki wpływające na jakość powietrza. Zakwalifikować tutaj możemy czystość powietrza (zarówno pod względem zapylenia jak i zapachów) oraz skład chemiczny i jonizację. Uzyskanie optymalnych warunków, uwzględniających w/w czynniki jest w procesie klimatyzacji zagadnieniem trudnym i złożonym. Tylko najnowocześniejsze centrale klimatyzacyjne mogą pomóc w realizacji takiego idealnego stanu powietrza w pomieszczeniu klimatyzowanym. Dużo częściej spotkać możemy systemy klimatyzacji, które częściowo uzdatniają powietrze wykorzystywane w procesie klimatyzacji. Oferowane przez producentów klimatyzatory, przede wszystkim zapewniają dostarczanie powietrza, które poddane jest chłodzeniu, ogrzewaniu i filtracji.
     Funkcje te doskonale spełniają klimatyzatory typu split i multi split (rys. 1). Przynależność do tego typu wyróżniona jest tym, że zestawy klimatyzacyjne składają się z dwóch części: jednostki zewnętrznej i jednostki wewnętrznej. Jednostka zewnętrzna umieszczona jest na zewnątrz pomieszczenia klimatyzowanego, np. na ścianie lub dachu budynku. Wyposażona jest w sprężarkę, wymiennik ciepła – skraplacz, a także wentylator.

     Najczęściej stosowane są sprężarki typu scroll i rotacyjne. Skraplacz – to lamelowy wymiennik ciepła, montowany na ściankach urządzenia. W celu zwiększenia intensywności wymiany ciepła, montowane są wentylatory osiowe, służące do wymuszenia obiegu powietrza przez skraplacz.
     Natomiast jednostka wewnętrzna umieszczona jest wewnątrz pomieszczenia klimatyzowanego. Zamontowana może być nad podłogą, wysoko na ścianie, pod stropem, lub wmontowana w podwieszany sufit w formie kasetonu. Wewnątrz wykonanej zazwyczaj z tworzywa sztucznego obudowy znajdziemy: wymiennik ciepła – parownik, układ przewodów łączących (miedzianych), wentylator, filtr powietrza i oczywiście kratki nawiewne.
     Taki system klimatyzacji typu split, jest de facto układem chłodniczym zastosowanym do chłodzenia powietrza w celu usunięcia zysków ciepła jakie powstają w pomieszczeniu i utrzymania w nim stałej temperatury. Podstawową zaletą tego systemu jest możliwość zastosowania w już istniejących budynkach bez dużej ingerencji w konstrukcję i estetykę budynku. Ponieważ zalety takiego zintegrowanego systemu stały się przyczyną powszechnego zastosowania, kolejnym krokiem była rozbudowa systemu. Została ona przeprowadzona w tym kierunku, aby można było do jednostki zewnętrznej podłączyć kilka jednostek wewnętrznych. Tak powstały system nosi nazwę multi split.

     Dalszym krokiem w rozbudowie tego typu systemów było wzbogacenie ich w dodatkową funkcję – ogrzewanie. Aby to zrealizować, wykorzystano ideę działania pompy ciepła. W pompie ciepła zachodzi proces pobierania ciepła ze źródła o niższej temperaturze (dolnego źródła ciepła) i przekazywania tego ciepła do źródła o temperaturze wyższej. Jak widać jest to proces identyczny do tego jaki stosowany jest w układzie chłodniczym systemu split. Aby jednak taki układ posiadał funkcję ogrzewania, konieczna była zamiana ról, jakie spełniały istniejące źródła ciepła. Zmieniono więc kierunek obiegu czynnika chłodniczego i rozszerzono zakres działania istniejących wymienników ciepła tak, aby każdy z nich mógł pracować jako skraplacz lub jako parownik. W powstałych systemach postanowiono wykorzystać sprężarkowe pompy ciepła. Podstawowe elementy sprężarkowej pompy ciepła pokrywają się z tym, co składało się na budowę systemu split z funkcją tylko chłodzenia, czyli dwa wymienniki ciepła (skraplacz i parownik), sprężarka i zawór rozprężny. Oczywiście pompa ciepła kompleksowo wyposażona jest w wiele innych dodatkowych urządzeń jak chociażby pompy dla przetłaczania cieczy, wentylatory, zawory termostatyczne, presostaty, układy elektryczne, automatykę itp. System klimatyzacyjny split, w którym wykorzystuje się sprężarkową pompę ciepła składa się z trzech obiegów: obiegu dolnego źródła ciepła, obiegu górnego źródła ciepła i termodynamicznego obiegu czynnika chłodniczego. Obieg termodynamiczny połączony jest z obiegiem dolnego źródła ciepła za pomocą parownika, a z obiegiem górnego źródła ciepła za pomocą skraplacza (rys. 2).

     W obiegu dolnego źródła, ciepło odbierane jest w czasie odparowywania czynnika chłodniczego w parowniku. Temperatura tego źródła i czynnika jest niższa od temperatury wymaganej do realizacji funkcji ogrzewania. W obiegu termodynamicznym następuje przekazywanie ciepła z niższego na wyższy poziom temperatury. Odbywa się to w zamkniętym procesie obiegowym, poprzez cykliczną zmianę fizycznego stanu czynnika chłodniczego – sprężanie, skraplanie, rozprężanie, parowanie. W obiegu górnego źródła ciepła, gorący czynnik termodynamiczny oddaje w skraplaczu ciepło pobrane wcześniej z dolnego źródła. Przykładowy zakres zmian parametrów czynnika chłodniczego (temperatura, ciśnienie) pokazano na rys. 3.

     Aby system klimatyzacji typu split, czy też multi split z pompą ciepła mógł pracować, należy doprowadzić do niego energię elektryczną. Charakterystyczne dla tego typu układów są dwa współczynniki:
● COP (z ang. Coefficient of Performance) – współczynnik wydajności grzewczej przedstawiony jako stosunek wydajności grzewczej do pobieranej mocy elektrycznej;
● EER (z ang. Energy Efficiency Rating) – współczynnik efektywności chłodniczej, przedstawiony jako stosunek wydajności chłodniczej do pobieranej mocy elektrycznej.
     Wartości tych współczynników w typowych systemach osiągają wartość od 2,5 do 5 i są zależne między innymi od różnicy temperatur pomiędzy dolnym i górnym źródłem ciepła – im mniejsza jest ta różnica, tym wyższy współczynnik.
     Zakres pracy systemów split z pompą ciepła zależy od temperatur dolnego i górnego źródła ciepła. Wykorzystywane w nich pompy ciepła są przeważnie typu powietrze-powietrze co oznacza, że dolnym źródłem ciepła jest powietrze zewnętrzne. Oferowane na rynku urządzenia posiadają efektywność pracy w trybie grzania większą od 2,5 przy temperaturach powietrza zewnętrznego dochodzących do -20^oC. Jest to możliwe ze względu na stosowanie nowoczesnych czynników chłodniczych, dla których temperatura parowania osiąga wartość niższą od -30^oC. Wiodącymi czynnikami są obecnie R407C oraz R410A.
     Aby zwiększyć sprawność działania omawianych układów klimatyzacyjnych, w miejsce stosowanych wcześniej sprężarek typu scroll, czy też rotacyjnych, wykorzystuje się coraz częściej sprężarki najnowszej generacji pracujące w technice inwerterowej. Sprężarka taka płynnie dostosowuje swoją wydajność chłodniczą do zapotrzebowania i obniża się w ten sposób zużycie energii elektrycznej. Poprawa sprawności pracy dokonuje się również dzięki stosowaniu coraz bardziej energooszczędnych wentylatorów i wydajniejszych wymienników ciepła.

LITERATURA
[1] BARTKIEWICZ Piotr: Systemy „multi split” – racjonalny kompromis. Internet.
[2] BELLIS Mary: The Father of Cool, Willis Haviland Carrier –The History of Air Conditioning. Nventors.about.com/library/weekly/
[3] CELMER Piotr: Pompy ciepła. Co zrobić żeby zarobić. www.wtb.pl/
[4] ZALEWSKI Wojciech: Pompy ciepła. Podstawy teoretyczne i przykłady zastosowań. Politechnika Krakowska, Kraków 1998 r.
[5] Materiały informacyjne Mitsubishi Electric.
[6] Materiały informacyjne Clivet.
[7] Materiały informacyjne Ochsner. 

wydanie 12/2007 

CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:

TRADYCYJNĄ                         E-WYDANIE