Klima

Bir binanın dışındaki klima kondenser üniteleri ⓘ

Tek kişilik oda kullanımı için pencereye takılı klima ⓘ

Klima, elektrikli klima veya pasif soğutma ve havalandırmalı soğutma dâhil olmak üzere çeşitli diğer yöntemlerin kullanımıyla daha konforlu bir iç ortam elde etmek için kapalı bir alandaki havanın ısı ve nem kontrol edilmesi işlemidir. Klima, "ısıtma, havalandırma ve klima" (HVAC) sağlayan sistem ve teknikler ailesinin bir üyesidir. ⓘ

Genellikle buhar sıkıştırmalı soğutma kullanan klimaların boyutları, araçlarda veya tek kişilik odalarda kullanılan küçük ünitelerden büyük binaları soğutabilen devasa ünitelere kadar değişir. Soğutma kadar ısıtma için de kullanılabilen ısı pompaları çok soğuk iklimlerde giderek daha yaygınlaşmaktadır. IEA'ya göre, 2018 itibarıyla 1.6 milyar klima ünitesi kuruldu ve bu sayının 2050 yılına kadar 5.6 milyara çıkması beklenmektedir. ⓘ

Birleşmiş Milletler; seçici gölgeleme, rüzgar tutucular, daha iyi termal yalıtım ve pasif soğutma da dâhil olmak üzere çeşitli teknikleri kullanarak iklim değişikliğini hafifletmek için teknolojinin daha fazla sürdürülebilir hâle getirilmesi çağrısında bulundu. Klimalarda kullanılan sırasıyla R-12 ve R-22 gibi CFC ve HCFC soğutucular klimalarda kullanılan ozon tabakasına zarar verdiler ve CFC'lerin ve HCFC'lerin yerini almak üzere tasarlanmış R-410a ve R-404a gibi HFC soğutucuları bunun yerine iklim değişikliğini şiddetlendirmektedirler. ⓘ

Her iki sorun da onarımlar sırasında olduğu gibi soğutucu akışkanın atmosfere atılması nedeniyle olur. HFO soğutucu akışkanlar, çoğu yeni ekipmanda olmasa da bazılarında kullanılır, her iki sorunu da ozon hasar potansiyeli (ODP) sıfır ve HFC'lerin üç veya dört hanesine kıyasla tek veya çift hanelerde çok daha düşük küresel ısınma potansiyeli (GWP) ile çözer. ⓘ

Evlerde ve iş yerlerinde kullanılan günümüz kliması iç ünitesi ⓘ

Klimalar; soğutma çevrimi kullanarak bir ortamı ısıdan arındıran (ortam sıcaklığını azaltan), ortamdaki fazla nemi alıp ortama taze hava sağlamak amacıyla tasarlanan cihazlardır. İnsanların konforlu bulduğu ortam sıcaklığı, bulunan ortamdaki hava sıcaklığı ve havadaki nem oranına bağlı olmaktadır. Bu bağlamda ortamda aşırı nem bulunması, insanları sıcak havadan daha çok rahatsız eden bir durumdur. Çünkü ortamdaki nem oranı arttıkça insan vücudunun sıcaklık karşısındaki tepkimesi yavaşlar. Örneğin 40°C sıcaklık ve %10 nispi neme sahip bir hava 30°C sıcaklık, %80 nispi neme sahip bir havaya göre daha iyidir. Bu nedenle klimaların yalnızca havayı soğutması yeterli görülmemiş, aynı zamanda ortamdaki nem oranının ayarlanması için de çalışılmıştır. Bu işlemlerin yapılışı "klimalandırma" veya "iklimlendirme" olarak adlandırılabilir. Kullanılan donanım ise "klima" olarak (en: air conditioner) adlandırılır. ⓘ

Tavana monte kaset klima ve arka planda duvara monte klima ⓘ

Tarihçe

İklimlendirme tarih öncesine kadar uzanmaktadır. Eski Mısır binalarında çok çeşitli pasif iklimlendirme teknikleri kullanılmıştır. Bunlar İber Yarımadası'ndan Kuzey Afrika'ya, Orta Doğu'ya ve Kuzey Hindistan'a kadar yaygınlaşmıştır. Başka yerlerdeki sıcak iklimlerde de benzer teknikler geliştirilmiştir. ⓘ

Pasif teknikler 20. yüzyıla kadar yaygınlığını korumuş, 20. yüzyılda modası geçerek yerini elektrikli klimaya bırakmıştır. Geleneksel binaların mühendislik çalışmalarından elde edilen bilgiler kullanılarak, pasif teknikler yeniden canlandırılmakta ve 21. yüzyıl mimari tasarımları için modifiye edilmektedir. ⓘ

Ticari bir ofis binasının dışında bir dizi klima kondenser ünitesi ⓘ

Klimalar, binanın iç ortamının dış hava koşullarındaki ve iç ısı yüklerindeki değişikliklerden büyük ölçüde bağımsız olarak nispeten sabit kalmasını sağlar. Ayrıca derin planlı binaların oluşturulmasına ve insanların dünyanın daha sıcak bölgelerinde rahatça yaşamasına olanak sağlarlar. ⓘ

Gelişim

Önceki keşifler

1558 yılında Giambattista della Porta, Natural Magic adlı popüler bilim kitabında buzu potasyum nitratla (o zamanlar "nitre" olarak adlandırılıyordu) karıştırarak donma noktasının çok altındaki sıcaklıklara kadar soğutmanın bir yöntemini tanımladı. Cornelis Drebbel 1620 yılında İngiltere Kralı I. James'e "Yazı Kışa Çevirme" yöntemini göstermiş, Westminster Abbey'nin Büyük Salonu'nun bir kısmını oluk ve fıçılardan oluşan bir düzenekle soğutmuştur. Della Porta gibi bilim iletişimine inanan Drebbel'in çağdaşı Francis Bacon bu gösteride hazır bulunmamış olabilir, ancak aynı yıl daha sonra yayınlanan bir kitabında bunu "yapay dondurma deneyi" olarak tanımlamış ve "Nitre (ya da daha doğrusu ruhu) çok soğuktur ve bu nedenle nitre ya da tuz kara ya da buza eklendiğinde ikincisinin soğuğunu yoğunlaştırır, nitre kendi soğuğuna katkıda bulunurken tuz karın soğuğuna etkinlik kazandırır" demiştir. ⓘ

1758'de Benjamin Franklin ve Cambridge Üniversitesi'nde kimya profesörü olan John Hadley, bir nesneyi hızla soğutmanın bir yolu olarak buharlaşma ilkesini keşfetmek için bir deney yaptı. Franklin ve Hadley, yüksek derecede uçucu sıvıların (alkol ve eter gibi) buharlaşmasının, suyun donma noktasını geçen bir nesnenin sıcaklığını düşürmek için kullanılabileceğini doğruladı. Deneylerini cıva camlı bir termometrenin ampulünü nesne olarak kullanarak ve buharlaşmayı hızlandırmak için bir körük kullanarak gerçekleştirdiler. Ortam sıcaklığı 18 °C (64 °F) iken termometre ampulünün sıcaklığını -14 °C'ye (7 °F) kadar düşürdüler. Franklin, suyun donma noktası olan 0 °C'yi (32 °F) geçtikten kısa bir süre sonra termometrenin ampulünün yüzeyinde ince bir buz tabakası oluştuğunu ve -14 °C'ye (7 °F) ulaşıldığında deneyi durdurduklarında buz kütlesinin yaklaşık 6 mm (1⁄4 inç) kalınlığında olduğunu kaydetti. Franklin şu sonuca varmıştır: "Bu deneyden, sıcak bir yaz gününde bir insanın donarak ölmesinin mümkün olduğu görülebilir." ⓘ

19. yüzyılda sıkıştırma teknolojisinde bir dizi gelişme yaşandı. 1820 yılında İngiliz bilim adamı ve mucit Michael Faraday, amonyağın sıkıştırılarak sıvılaştırılmasının, sıvılaştırılmış amonyağın buharlaşmasına izin verildiğinde havayı soğutabileceğini keşfetti. 1842'de Floridalı doktor John Gorrie kompresör teknolojisini kullanarak buz üretti ve bu buzu Apalachicola, Florida'daki hastanesinde hastalarının havasını soğutmak için kullandı. Sonunda buz yapma makinesini binaların sıcaklığını düzenlemek için kullanmayı umdu ve tüm şehirleri soğutabilecek merkezi bir klima öngördü. Gorrie'ye 1851 yılında bir patent verildi, ancak ana destekçisinin ölümünün ardından buluşunu gerçekleştiremedi. James Harrison 1851 yılında Avustralya'nın Geelong kentinde ilk mekanik buz yapma makinesini kurdu ve 1855 yılında günde üç ton buz üreten eter buharı sıkıştırmalı soğutma sistemi için patent aldı. Harrison 1860 yılında ikinci bir buz şirketi kurdu ve daha sonra Birleşik Krallık'a buzla soğutulmuş sığır eti satışında Amerika'nın avantajına karşı nasıl rekabet edileceği tartışmasına girdi. ⓘ

İlk klima cihazları

Willis Carrier, ilk modern elektrikli klima ünitesini üretmesiyle tanınır ⓘ

Elektrik, etkili ünitelerin geliştirilmesini mümkün kıldı. 1901 yılında Amerikalı mucit Willis H. Carrier, ilk modern elektrikli klima ünitesi olarak kabul edilen sistemi inşa etti. 1902'de ilk klima sistemini Brooklyn, New York'taki Sackett-Wilhelms Lithographing & Publishing Company'ye kurdu; icadı hem sıcaklığı hem de nemi kontrol ederek baskı tesisinde kağıt boyutlarının ve mürekkep hizalamasının tutarlı kalmasına yardımcı oldu. Daha sonra Carrier, diğer altı çalışanıyla birlikte, 2020 yılında 53.000 kişiyi istihdam eden ve 18,6 milyar dolar değerinde bir işletme olan The Carrier Air Conditioning Company of America'yı kurdu. ⓘ

1906 yılında Charlotte, Kuzey Carolina'dan Stuart W. Cramer, tekstil fabrikasındaki havaya nem katmanın yollarını araştırıyordu. Cramer "iklimlendirme" terimini icat etti ve bu terimi o yıl açtığı bir patent davasında, o zamanlar tekstillerin daha kolay işlenmesini sağlamak için iyi bilinen bir süreç olan "su koşullandırma" ile benzer olarak kullandı. Tekstil fabrikalarında çok gerekli olan nemi kontrol ederek fabrikalardaki havayı "şartlandırmak" ve değiştirmek için nemi havalandırma ile birleştirdi. Willis Carrier bu terimi benimsedi ve şirketinin adına dahil etti. ⓘ

Ev tipi klima kısa sürede yaygınlaştı. İlk ev tipi klima 1914 yılında Minneapolis'te Charles Gilbert Gates'in evinde kuruldu. Ancak bu devasa cihazın (yaklaşık 7 x 6 x 20 ft), evde kimse yaşamadığı için (Gates Ekim 1913'te ölmüştü) hiç kullanılmamış olması muhtemeldir. ⓘ

1931'de H.H. Schultz ve J.Q. Sherman, en yaygın bireysel oda kliması türü olan pencere pervazına oturacak şekilde tasarlanmış bir klima geliştirdi. Üniteler 1932'de hatırı sayılır bir fiyatla satışa sunuldu (2015 dolarıyla 120.000 ila 600.000 dolara denk geliyor.) Bir yıl sonra otomobiller için ilk klima sistemleri satışa sunuldu. Chrysler Motors 1935'te ilk pratik yarı taşınabilir klima ünitesini tanıttı ve Packard 1939'da otomobillerinde klima ünitesi sunan ilk otomobil üreticisi oldu. ⓘ

Daha fazla gelişme

Yirminci yüzyılın ikinci yarısındaki yenilikler klimanın çok daha yaygın bir şekilde kullanılmasını sağladı. 1945 yılında Lynn, Massachusetts'ten Robert Sherman, havayı soğutan, ısıtan, nemlendiren, nemini alan ve filtreleyen taşınabilir, pencere içi bir klima icat etti. ⓘ

Uluslararası kalkınma ülkeler arasında refahı artırdıkça, klimaların küresel kullanımı da artmıştır. 2018 yılı itibariyle, dünya çapında tahmini 1,6 milyar klima ünitesi kurulmuştur ve Uluslararası Enerji Ajansı bu sayının 2050 yılına kadar 5,6 milyar üniteye çıkmasını beklemektedir. 1995 ve 2004 yılları arasında, Çin'de klimaya sahip kentsel hanelerin oranı %8'den %70'e yükselmiştir. 2015 yılı itibariyle yaklaşık 100 milyon evde ya da ABD'deki hanelerin yaklaşık %87'sinde klima sistemi bulunmaktadır. 2019 yılında, ABD'de inşa edilen yeni müstakil evlerin %90'ının klima içerdiği tahmin edilmektedir (Güney'de %99'dan Batı'da %62'ye kadar değişmektedir). ⓘ

Klima çeşitleri

Mini-split ve multi-split sistemler

Kanalsız split tip klimanın evaporatör, iç ünite veya terminal tarafı ⓘ

Kanalsız sistemler (genellikle mini-split, ancak artık kanallı mini-splitler de var) tipik olarak bir binanın tek veya birkaç odasına kanalsız ve merkezi olmayan bir şekilde şartlandırılmış ve ısıtılmış hava sağlar. Çok bölgeli veya çok bölmeli sistemler, kanalsız sistemlerin yaygın bir uygulamasıdır ve her biri kendi iç ünitesiyle ve aynı anda tek bir dış üniteden sekiz odaya kadar (bölge veya konum) birbirinden bağımsız olarak koşullandırılmasına olanak tanır. Çok bölmeli sistemlerdeki ana sorun, dış üniteyi iç ünitelere bağlayan soğutucu akışkan hatlarının uzunluğudur. Aynı zorluk merkezi klimalar için de geçerlidir. ⓘ

İlk mini-split sistemler 1954-1968 yılları arasında Mitsubishi Electric ve Toshiba tarafından Japonya'da satılmıştır. Çok bölgeli kanalsız sistemler 1973 yılında Daikin tarafından icat edildi ve değişken soğutucu akışkan akışlı sistemler (daha büyük çok bölmeli sistemler olarak düşünülebilir) de 1982 yılında Daikin tarafından icat edildi. Her ikisi de ilk olarak Japonya'da satılmıştır. Değişken soğutucu akışkan akışlı sistemler, bir hava işleyiciden merkezi tesis soğutması ile karşılaştırıldığında, büyük soğuk hava kanallarına, hava işleyicilere ve soğutma gruplarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır; bunun yerine soğuk soğutucu akışkan çok daha küçük borularla şartlandırılacak alanlardaki iç ünitelere taşınır, böylece alçaltılmış tavanların üzerinde daha az alan ve daha düşük yapısal etki sağlarken, aynı zamanda alanların daha bireysel ve bağımsız sıcaklık kontrolüne izin verir ve dış ve iç üniteler binaya yayılabilir. Değişken soğutucu akışkan debili iç üniteler de kullanılmayan alanlarda ayrı ayrı kapatılabilir. ⓘ

Kanallı merkezi sistemler

Bölünmüş sistemli merkezi klimalar, borulu soğutucu akışkan ikisi arasında dolaştırıldığı iki ısı eşanjörü’ünden, ısının çevreye verildiği bir dış ünite (kondenser) ile bir iç ısı eşanjöründen (fan coil ünitesi kısaca FCU veya evaporatör) oluşur. FCU daha sonra havalandırma kanalları ile soğutulacak mahallere bağlanır. ⓘ

Merkezi tesis soğutması

Linz, Avusturya'daki Passage alışveriş merkezinin tepesinde endüstriyel bir klima ünitesi. ⓘ

Büyük merkezi soğutma tesislerinde, soğutulacak alanların yakınında veya içinde bulunan hava işleyicilere veya fan coil ünitelerine pompalanan soğutulmuş su gibi ara soğutucular kullanılabilir; bunlar daha sonra soğuk havayı doğrudan tesisten bu alanlara kanalize etmek yerine, şartlandırılacak alanlara kanalize eder veya soğuk hava gönderir; bu, havanın düşük yoğunluğu ve ısı kapasitesi nedeniyle pratik olmayan büyük kanallar gerektireceğinden yapılmaz. Soğutulmuş su, suyu soğutmak için bir soğutma çevrimi kullanan tesisteki soğutucular tarafından soğutulur ve genellikle sıvı soğutmalı soğutucularda bile soğutma kuleleri kullanılarak ısısı atmosfere aktarılır. Soğutucular hava veya sıvı soğutmalı olabilir. ⓘ

Taşınabilir üniteler

Taşınabilir bir sistemde, kalıcı olarak sabitlenmiş bir üniteye (kanalsız split klima gibi) benzer şekilde esnek borularla bir dış üniteye bağlanan tekerlekli bir iç ünite bulunur. ⓘ

Monoblok veya havadan havaya olabilen hortum sistemleri, hava kanalları aracılığıyla dışarıya havalandırılır. Monoblok tip, suyu bir kova veya tepside toplar ve dolduğunda durur. Havadan havaya tipi suyu yeniden buharlaştırır ve kanallı hortum aracılığıyla tahliye eder ve sürekli çalışabilir. Bu tür taşınabilir üniteler iç ortam havasını çeker ve tek bir kanal aracılığıyla dışarı atar, bu da genel soğutma verimliliğini olumsuz etkiler. ⓘ

Birçok taşınabilir klima, nem alma işlevinin yanı sıra ısıtma işlevine de sahiptir. ⓘ

Pencere ünitesi ve paketlenmiş terminal

Paketlenmiş terminal klima (PTAC), duvar tipi ve pencere tipi klimalar benzerdir. PTAC sistemleri, doğrudan elektrikli şerit, gaz veya diğer ısıtıcılar kullanılarak ya da iç mekanı ısıtmak ve dış havadan ısı çekmek için soğutucu akışkan akışını tersine çevirerek klimayı bir ısı pompasına dönüştürerek soğuk havalarda ısıtma sağlayacak şekilde uyarlanabilir. Duvardaki özel bir manşon ve duvarla aynı hizada olan özel bir ızgara yardımıyla bir duvar açıklığına monte edilebilirler ve pencere klimaları da özel bir ızgara olmadan bir pencereye monte edilebilir. ⓘ

Paket klima

Paket klimalar (bağımsız üniteler olarak da bilinir), bölünmüş bir merkezi sistemin tüm bileşenlerini tek bir muhafazaya entegre eden ve havayı muhtemelen kanallar aracılığıyla soğutulacak alanlara ileten merkezi sistemlerdir. Yapılarına bağlı olarak dış veya iç mekanlarda, çatılarda (çatı üniteleri) olabilirler, şartlandırılacak havayı bir binanın içinden veya dışından çekebilirler ve su, soğutucu akışkan veya hava soğutmalı olabilirler. Genellikle dış üniteler hava soğutmalı, iç üniteler ise bir soğutma kulesi kullanılarak sıvı soğutmalıdır. ⓘ

Çalışma şekli

Çalışma prensipleri

Soğutma çevriminin basit bir stilize diyagramı: 1) yoğuşma bobini, 2) genleşme valfi, 3) buharlaştırıcı bobin, 4) kompresör ⓘ

Geleneksel klima sistemlerinde soğutma, ısı transferi için bir soğutucu akışkanın gaz ve sıvı arasında zorunlu dolaşımını ve faz değişimini kullanan buhar sıkıştırma çevrimi kullanılarak gerçekleştirilir. Buhar sıkıştırma çevrimi, üniter veya paketlenmiş bir ekipman parçası içinde veya evaporatör tarafında terminal soğutma ekipmanına (bir hava işleyicideki fan coil ünitesi gibi) ve kondenser tarafında soğutma kulesi gibi ısı atma ekipmanına bağlı bir chiller içinde gerçekleşebilir. Hava kaynaklı bir ısı pompası, bir klima sistemiyle birçok bileşeni paylaşır, ancak ünitenin bir alanı soğutmanın yanı sıra ısıtmak için de kullanılmasına olanak tanıyan bir ters çevirme valfi içerir. ⓘ

Evaporatör serpantininin yüzeyi çevredeki havanın çiğlenme noktasından önemli ölçüde daha soğuksa, klima ekipmanı sistem tarafından işlenen havanın mutlak nemini azaltacaktır. Kullanılmakta olan bir alan için tasarlanmış bir klima, kullanılmakta olan alanda tipik olarak %30 ila %60 bağıl nem sağlayacaktır. ⓘ

Çoğu modern klima sistemi, evaporatör sıcaklığını düşürmek ve dolayısıyla daha fazla su yoğunlaştırmak için fan yavaşlatılırken kompresörün çalıştığı bir nem alma döngüsüne sahiptir. Bir nem alma cihazı aynı soğutma döngüsünü kullanır ancak hem evaporatörü hem de kondenseri aynı hava yoluna dahil eder; hava önce soğutulduğu ve neminin alındığı evaporatör serpantini üzerinden geçer, ardından tekrar odaya bırakılmadan önce tekrar ısıtıldığı kondenser serpantini üzerinden geçer. ⓘ

Serbest soğutma bazen dış hava iç havadan daha soğuk olduğunda seçilebilir ve bu nedenle kompresörün kullanılmasına gerek yoktur, bu da bu zamanlar için yüksek soğutma verimliliği ile sonuçlanır. Bu aynı zamanda mevsimsel termal enerji depolama ile de birleştirilebilir. ⓘ

Isıtma

Bazı klima sistemleri, soğutma döngüsünü tersine çevirme ve hava kaynaklı ısı pompası olarak hareket etme seçeneğine sahiptir, bu nedenle iç ortamda soğutma yerine ısıtma üretir. Bunlar genellikle "ters çevrimli klimalar" olarak da adlandırılır. Isı pompası, elektrikli rezistanslı ısıtmadan önemli ölçüde daha enerji verimlidir, çünkü satın alınan elektrik enerjisinden gelen ısının yanı sıra havadan veya yeraltı suyundan gelen enerjiyi ısıtılan alana taşır. Isı pompası ısıtma modundayken, iç mekan evaporatör serpantini rol değiştirerek kondenser serpantini haline gelir ve ısı üretir. Dış kondenser ünitesi de evaporatör olarak görev yapmak üzere rol değiştirir ve soğuk havayı (ortamdaki dış havadan daha soğuk) tahliye eder. ⓘ

Eski nesil hava kaynaklı ısı pompaları, 4°C veya 40°F'den düşük dış ortam sıcaklıklarında daha az verimli hale gelir; bunun nedeni kısmen dış ünitenin ısı eşanjörü serpantini üzerinde hava akışını engelleyen buz oluşmasıdır. Bunu telafi etmek için, ısı pompası sistemi geçici olarak normal klima moduna geçerek dış ünite evaporatör serpantinini tekrar kondenser serpantini haline getirmelidir, böylece ısınabilir ve buzunu çözebilir. Bu nedenle bazı ısı pompası sistemleri, kışın rahatsız edici olabilecek geçici iç hava soğutmasını telafi etmek için iç hava yolunda yalnızca bu modda etkinleştirilen bir tür elektrik dirençli ısıtmaya sahip olacaktır. ⓘ

Daha yeni modeller, -14 °F'ye (-26 °C) kadar verimli ısıtma kapasitesi ile soğuk hava performansını geliştirmiştir. Bununla birlikte, soğuk hava performansı iyileştirilmiş modellerde bile dış ünitenin ısı eşanjöründe yoğunlaşan nemin donma ihtimali her zaman vardır ve bu da bir buz çözme döngüsünün gerçekleştirilmesini gerektirir. ⓘ

Buzlanma sorunu daha düşük dış ortam sıcaklıklarında çok daha şiddetli hale gelir, bu nedenle ısı pompaları bazen daha sert kış sıcaklıklarında ısı pompası yerine veya ısı pompasına ek olarak kullanılan elektrikli ısıtıcı, doğal gaz, kalorifer yakıtı veya odun yakan şömine veya merkezi ısıtma gibi daha geleneksel bir ısıtma biçimiyle birlikte kurulur. Bu durumda, ısı pompası daha ılıman sıcaklıklarda verimli bir şekilde kullanılır ve dış ortam sıcaklığı daha düşük olduğunda sistem geleneksel ısı kaynağına geçirilir. ⓘ

Performans

Bir klima sisteminin performans katsayısı (COP), sağlanan faydalı ısıtma veya soğutmanın gereken işe oranıdır. Daha yüksek COP'ler daha düşük işletme maliyetlerine eşittir. COP genellikle 1'i aşar; ancak kesin değer büyük ölçüde çalışma koşullarına, özellikle de mutlak sıcaklığa ve alıcı ile sistem arasındaki bağıl sıcaklığa bağlıdır ve genellikle beklenen koşullara göre grafiklendirilir veya ortalaması alınır. ABD'deki klima ekipmanı gücü genellikle "ton soğutma" terimleriyle tanımlanır ve her biri yaklaşık olarak bir kısa tonun (24 saatlik bir dönemde eriyen 2.000 pound (910 kg) buz) soğutma gücüne eşittir. Bu değer saatte 12.000 BTU_IT veya 3.517 watt'a eşittir. Konut tipi merkezi hava sistemlerinin kapasitesi genellikle 1 ila 5 ton (3,5 ila 18 kW) arasındadır. ⓘ

Klimaların verimliliği genellikle Klima, Isıtma ve Soğutma Enstitüsü tarafından 2008 standardı AHRI 210/240, Üniter Klima ve Hava Kaynaklı Isı Pompası Ekipmanlarının Performans Derecelendirmesi'nde tanımlanan mevsimsel enerji verimlilik oranı (SEER) ile derecelendirilir. Benzer bir standart da Avrupa mevsimsel enerji verimliliği oranıdır (ESEER). ⓘ

Etki

Sağlık etkileri

Sıcak havalarda klima, sıcak çarpmasını, aşırı terlemeden kaynaklanan dehidrasyonu ve hipertermi ile ilgili diğer sorunları önleyebilir. Sıcak hava dalgaları gelişmiş ülkelerde en ölümcül hava olaylarıdır. İklimlendirme (filtreleme, nemlendirme, soğutma ve dezenfeksiyon dahil) hastane ameliyathanelerinde ve uygun atmosferin hasta güvenliği ve refahı için kritik olduğu diğer ortamlarda temiz, güvenli, hipoalerjenik bir atmosfer sağlamak için kullanılabilir. Bazen küf başta olmak üzere alerjisi olan kişiler tarafından evde kullanım için tavsiye edilir. ⓘ

Bakımı iyi yapılmayan su soğutma kuleleri, Lejyoner hastalığından sorumlu bulaşıcı ajan olan Legionella pneumophila gibi mikroorganizmaların büyümesini ve yayılmasını teşvik edebilir. Soğutma kulesi temiz tutulduğu sürece (genellikle bir klor işlemi ile), bu sağlık tehlikeleri önlenebilir veya azaltılabilir. New York eyaleti, Legionella'ya karşı koruma sağlamak amacıyla soğutma kulelerinin tescili, bakımı ve test edilmesine yönelik gereklilikleri kodifiye etmiştir. ⓘ

Çevresel etkiler

Soğutucu akışkanlar, ozon tabakasının incelmesi ve iklim değişikliği gibi ciddi çevresel sorunlara yol açmıştır ve açmaya devam etmektedir; zira birçok ülke hidroflorokarbonların tüketimini ve üretimini azaltmaya yönelik Kigali Değişikliğini henüz onaylamamıştır. ⓘ

Mevcut iklimlendirme, küresel olarak binalardaki enerji tüketiminin %20'sini oluşturmaktadır ve iklim değişikliği ve teknolojinin benimsenmesi nedeniyle iklimlendirme kullanımında beklenen artış, enerji talebinde önemli bir büyümeye yol açacaktır. Sürekli iklimlendirmeye alternatifler arasında pasif soğutma, pasif güneş soğutmalı doğal havalandırma, güneş kazancını azaltmak için gölgeliklerin çalıştırılması, güneş kazancını azaltmak için ağaçların, mimari gölgeliklerin, pencerelerin (ve pencere kaplamalarının kullanılması) kullanılması yer almaktadır. ⓘ

2018 yılında Birleşmiş Milletler, iklim değişikliğini hafifletmek için teknolojinin daha sürdürülebilir hale getirilmesi çağrısında bulunmuştur. ⓘ

Ekonomik etkiler

İklimlendirme, özellikle 1970'lerden itibaren Amerika Birleşik Devletleri'nde demografide çeşitli değişimlere neden olmuştur:

• Doğum oranı 1970'lere kadar ilkbaharda diğer mevsimlere göre daha düşüktü ancak bu fark sonraki 30 yıl içinde azaldı.
• Yaz aylarında sıcak hava dalgasına maruz kalan bölgelerde daha yüksek olan yaz ölüm oranı da dengelenmiştir.
• Güneş Kuşağı, 20. yüzyılın başında Amerikalıların %24'ünün yaşadığı bir bölge iken bugün toplam ABD nüfusunun %30'unu barındırmaktadır. ⓘ

İlk olarak büyük fabrikaların yanı sıra basın gibi hedeflenen endüstrilere fayda sağlamak üzere tasarlanan buluş, klima ile donatılmış yerlerde verimliliğin %24'e yakın oranda arttığını iddia eden çalışmalarla hızla kamu kurumlarına ve yönetimlerine yayıldı. ⓘ

Diğer teknikler

Pasif iklimlendirme ile tasarlanan binaların inşası ve bakımı, daha düşük enerji talepleri olan geleneksel HVAC sistemlerine sahip binalardan genellikle daha ucuzdur. Pasif yöntemlerle saatte onlarca hava değişimi ve onlarca derecelik soğutma elde edilebilirken, sahaya özgü mikro iklim dikkate alınmalıdır ve bu da bina tasarımını zorlaştırır. ⓘ

Binalarda konforu artırmak ve sıcaklığı düşürmek için birçok teknik kullanılabilir. Bunlar arasında evaporatif soğutma, seçici gölgeleme, rüzgar, termal konveksiyon ve ısı depolama yer almaktadır. ⓘ

Pasif soğutma

Geleneksel mimaride kullanılan bir çift kısa rüzgâr kesici (malkaf); rüzgâr, rüzgâr yönünden aşağıya doğru itilir ve rüzgâr yönünden dışarı çıkar (çapraz havalandırma). Rüzgârın olmadığı durumlarda sirkülasyon, girişteki buharlaştırıcı soğutma ile sağlanabilir (bu aynı zamanda toz tutmak için de tasarlanmıştır). Ortada, sıcak havanın dışarı çıkmasına izin verirken aşağıdaki qa'a'yı gölgelemek için kullanılan bir shuksheika (çatı feneri havalandırması) (baca etkisi). ⓘ

Fanlar

El vantilatörleri tarih öncesinden beri var olmuştur. Binaların içine yerleştirilmiş insan gücüyle çalışan büyük vantilatörler arasında punkah da bulunmaktadır. ⓘ

Han Hanedanlığı'ndan 2. yüzyıl Çinli mucit Ding Huan, iklimlendirme için 3 m (10 ft) çapında yedi tekerleği olan ve mahkumlar tarafından elle çalıştırılan bir döner fan icat etmiştir. 747 yılında Tang Hanedanlığı (618-907) İmparatoru Xuanzong (hükümdarlık dönemi 712-762) imparatorluk sarayında, Tang Yulin'de iklimlendirme için suyla çalışan vantilatör çarklarının yanı sıra çeşmelerden yükselen su akıntılarına sahip olduğu belirtilen Serin Salon'u (Liang Dian 涼殿) inşa ettirmiştir. Sonraki Song Hanedanlığı döneminde (960-1279), yazılı kaynaklar klima döner fanının daha da yaygın olarak kullanıldığından bahsetmektedir. ⓘ

Termal tamponlama

Geceleri veya kışın soğuk olan bölgelerde ısı depolama kullanılır. Isı toprakta veya duvarda depolanabilir; ısıtmak veya soğutmak için duvarın içinden hava çekilir. ⓘ

Kışın geceleri donma noktasının altında kalan bölgelerde kar ve buz toplanabilir ve daha sonra soğutmada kullanılmak üzere buz evlerinde depolanabilir. Bu teknik Orta Doğu'da 3.700 yıldan daha eskidir. Kışın açık havada buz toplamak ve yazın kullanmak üzere taşımak ve depolamak 1600'lerin başında varlıklı Avrupalılar tarafından uygulanmış ve 1600'lerin sonuna doğru Avrupa ve Amerika'da popüler hale gelmiştir. Bu uygulamanın yerini mekanik sıkıştırma çevrimli buz yapma makineleri almıştır (aşağıya bakınız). ⓘ

Evaporatif soğutma

Evaporatif soğutucu ⓘ

Kuru ve sıcak iklimlerde, buharlaĢtırıcı soğutma etkisi, hava giriĢine su yerleĢtirilerek kullanılabilir; böylece hava akımı havayı suyun üzerinden geçirerek evin içine çeker. Bu nedenle bazen sıcak, kurak iklimlerin mimarisinde çeşmenin, soğuk iklimlerin mimarisindeki şömine gibi olduğu söylenir. Evaporatif soğutma aynı zamanda havayı daha nemli hale getirir, bu da kuru bir çöl ikliminde faydalı olabilir. ⓘ

Evaporatif soğutucular, yüksek nem oranının olduğu zamanlarda, soğutucuların havayı konut sakinleri için mümkün olduğunca serin hale getirmek üzere çalışabileceği fazla kuru hava olmadığında çalışmıyormuş gibi hissetme eğilimindedir. Diğer klima türlerinden farklı olarak evaporatif soğutucular, dış havanın hava kanalı sistemi aracılığıyla bir evin içine ulaşmadan önce havayı soğutan soğutucu pedler aracılığıyla kanalize edilmesine dayanır; bu soğutulmuş dış havanın, açık bir kapı veya pencere gibi bir egzoz açıklığından evin içindeki daha sıcak havayı dışarı itmesine izin verilmelidir. ⓘ

Soğutucu Akışkanlar

Soğutma makinelerinde soğutucu akışkan olarak önceleri amonyak ve karbondioksit kullanılmıştır. Günümüzde ise freon kullanılmaktadır. Soğutucu akışkanlar şu özelliklere sahip olmalıdır:

• Buharlaşması ve sıvılaşması uygulanabilir basınçlar altında olmalıdır.
• Buharlaşma ısısı mümkün olduğunca düşük olmalıdır.
• Kimyasal olarak ayrışmamalı, yanmamalı, zehirli olmamalı ve metal yüzeylerle tepkimeye girmemelidir – paslandırmamalıdır.
• Düşük güç ile çalışabilmelidir.
• Maliyeti düşük olmalı ve kolay temin edilebilmelidir.
• Çevreyi kirletmemelidir. ⓘ

En çok kullanılan soğutma akışkanları şunlardır:

• Freon 12
• Freon 22
• Freon 134a
• Freon 407c
• Freon 410A (Ozona zararsızdır) 407c'nin muadili olup daha verimli olduğundan 407c nin yerini tamamen almıştır.
• Amonyak (Amonyak; patlayıcı, yanıcı ve zehirlidir)
• Freon 12
• Frigen 12
• Kaltron 12
• Genetron 12
• Kükürtdioksit ⓘ

Freon 12, freon gazının F11, F12, F13, F22, F502 gibi türleri vardır. Bileşiğinde C, Cl ve F bulunur. Çoğunlukla klima cihazlarında bu gaz kullanılır. F12'nin atmosferik basınçta kaynama noktası –29,8°C , donma noktası –157,78°C 'dir. Yoğunluğu havanın yoğunluğundan büyüktür. Renksiz bir gazdır. ⓘ

• Freon 32 ⓘ

R-32 Gazın Özellikleri ⓘ

HFC-32 olarak da bilinen R-32, CH₂F₂ formülüne sahip organik bir hidroflorokarbon bileşiğidir. Suda çözünmeyen, renksiz, kokusuz, hafif yanıcı bir gazdır. R-32'nin artan popülaritesinin birincil itici gücü, verimlilik ve düşük çevresel etki kombinasyonudur. 675 GWP'si ve 0 ODP'si ile R-32, CFC öncüllerine göre çevre üzerinde çok daha az etkiye sahiptir. ⓘ

Artıları ⓘ

R-32'nin başlıca faydaları, verimliliği ve R-22 gibi HCFC'lere ve R-410A gibi soğutucu akışkan karışımlarına göre azaltılmış çevresel etkisidir. Performansı ve çalışma özellikleri, R-410A'ya çok benzer, ancak Küresel Isınma Potansiyelinin kabaca üçte birine sahiptir. ⓘ

Eksileri ⓘ

Milyonlarca ünitenin güvenli bir şekilde kurulması ve kullanılması ve düşük yanma hızı nedeniyle R-32'nin gerçek ateşlemesinin çok zor olması nedeniyle R-32'nin hafif yanıcı olarak adlandırılması konusundaki endişeler son yıllarda azalmıştır . ⓘ

İki soğutucunun çalışma basınçları arasındaki fark da not edilmelidir. Şiddetli olmasa da, fark önemsiz değildir. ⓘ

Diğer bir potansiyel dezavantaj, R-32'nin bilinmeyen geleceğidir. Eski HFC'lere kıyasla düşük GWP'sine rağmen, 675, R-32'nin soğutucu akışkan ortamına girişini izleyen yıllarda geliştirilen soğutucu akışkanlarınkiyle karşılaştırıldığında oldukça yüksek bir sayıdır. R-1234yf ve R-1234ze gibi HFO'ların yanı sıra son yıllarda popülaritesi artan karbondioksit gibi doğal soğutucuların hepsinin Küresel Isınma Potansiyeli 5'in altında. ⓘ

Performans açısından R-32 ve R-410A arasında çok az fark vardır, ancak R-32 önemli ölçüde daha verimlidir. Örneğin, R-32 üzerinde çalışan teorik bir 36" x 70" 2 sıralı kondenser, aynı gereksinimi karşılamak için R-410A üzerinde çalışan aynı bobinden %40 daha az soğutucu akışkana ihtiyaç duyacaktır. ⓘ

Soğutma yöntemleri

Soğutma veya klima tekniğinde üç yöntem uygulanır:

1. Fiziksel Yöntem: Sıvılar buharlaşırken çevreden ısı çekerler, buharlaşan sıvının çevreden ısı çekmesi, ısı çekilen ortamın sıcaklığının düşmesine neden olur. Isı kaybının neden olduğu sıcaklık düşmesine ya da sıcaklık azalmasına soğuma denir. Fiziksel soğutma yönteminin endüstride kullanılanlarının en önemlisi, soğurmada soğutma yöntemidir. Bu sistemde ısı enerjisinden yararlanılır. Herhangi mekanik parçası yoktur. Soğutma devresinde soğutucu olarak silikojel ve su kullanılır. Silikojel nem tutucu ya da emici siliko-sodyuma maddesel bir asitin etkimesiyle oluşur. Bu bileşik daha sonra yıkanıp kurutulabilir. Çok küçük tanecikler halinde soğutma devresine yerleştirilen silikojel amonyağı emer. Amonyak düşük sıcaklıklarda suda kolayca çözülür. Bu çözelti 65°C sıcaklıkta ısıtıldığı zaman buharlaşır ve sudan ayrışır. Suyun işlevi soğutma devresindeki amonyağı çözmektir. Sistem; soğurma cihazı, kondansör (yoğuşturucu) ve (evaporatör) buharlaştırıcıdan oluşur.
2. Kimyasal Yöntem: Normal sıcaklıkta oldukları halde bazı kimyasal maddeler belirli aralarda birbirleriyle karıştırıldıkları zaman daha düşük sıcaklıklar elde edilebilir. Bunun nedeni karışım oluşurken çevreden bir miktar ısı alınmasıdır. Örneğin kar veya buzla yemek tuzu karıştırıldığında soğuma elde edilir. %65 kar veya buz,% 35 tuz (NaCl) karıştırıldığında ilk sıcaklık 0°C , karışım sıcaklığı –20°C'dir. %60 kar ya da buz %40 tuzun ilk sıcaklığı 0°C , karışım sıcaklığı –30°C'dir.
3. Mekanik Yöntem: Mekanik yöntemle soğutma dışarıdan iş verilerek soğutucu akışkanın basınç ve sıcaklığının yükseltilmesi esasına dayanır. Termodinamiğin 2. kanununa göre ters Carnot çevrimi prensibine göre çalışır. ⓘ

Klima ile ilgili kavramlar

• Nemli Hava: Çevremizi saran hava yalnızca N₂ ve O₂'den oluşmaz, yüksek oranda su da bulundurur. Su buharı miktarı, çevre şartlarına bağlı olarak değişir. Havanın içerisindeki aşırı nem, insanlar için rahatsız edici boyutlardadır. Sıcaklığı aynı olmasına rağmen nem oranı yüksek hava, nem oranı düşük olandan daha çok rahatsız edicidir.
• Mutlak nem: 1 m³ nemli havanın içerdiği su buharı miktarının kuru hava miktarına oranına mutlak nem denir. Mutlak nemi 1 kg. kuru havanın içerdiği su buharı miktarı olarak da tanımlamak mümkündür.
• Bağıl Nem: Mevcut havada bulunan su buharı miktarının aynı sıcaklıkta doymuş havada bulunan su buharı miktarına oranıdır.
• Çiy Noktası: Havanın içindeki su buharının yoğuşmaya başladığı sıcaklıktır. Başka bir ifadeyle mevcut havanın içindeki su buharı miktarını değiştirmeden doyma durumuna getirildiğinde ölçülen sıcaklığıdır.
• Yaş Termometre Sıcaklığı: Belirli bir su kütlesinin doygun olmayan hava tarafından etkilendiğini varsayalım, suyun

sıcaklığı bu havanın sıcaklığından daha büyük olursa sudan havaya ısı geçişi başlar ve su ağır ağır buharlaşarak soğur. Suyun sıcaklığı havanın sıcaklığına eşit olunca sudan havaya ısı akımı durur. Ancak hava doygunlaşmadığı için buharlaşma devam eder. Buharlaşmanın devam etmesi suyun sıcaklığının havanın sıcaklığının altına düşmesine neden olur. Bu durumda da havadan suya ters ısı akımı başlar . Belli bir noktadan sonra ısıl denge sağlanır. Havayla suyun arasındaki ısıl dengenin sağlandığı sıcaklığa termodinamikte ve klima tekniğinde yaş termometre sıcaklığı denir. Üzerine ıslak pamuk sarılmış bir termometrenin gösterdiği sıcaklık yaş termometre sıcaklığıdır. kısaca mevcut havanın ısısını değiştirmeden doyma durumuna getirilerek ölçülen sıcaklığa yaş termometre sıcaklığı denir.

• Kritik Basınç: Kompresörün çalışması için gerekli olan basınçtır. ⓘ

İnverter Klima

DC motorlu değişken devirli klimalardır. AC motor akımlarından farklı olarak çalışan bu tarz klimalar Enerji verimliliği ile Elektrikten çekilen yükü azaltarak daha az enerji ile maximum fayda sağlayan klimalara denir. ⓘ

Birçok dünya devi klima üreticisi günümüzde inverter klima üretmektedir. -15 derecede bile performans veren klima türüdür. Bugün Avrupa Birliği üyelerinde satışı yasaklanan B Enerji Türü klimalara oranla %50 ila %70 oranda daha az enerji harcarlar. ⓘ

2007 ve 2008 yılları arasında yaygınlaşma eğilimi gösteren ve 2010 yılı itibarı ile %99 oranında bütün markaların ürettiği bu klima tipi için bu terim birçok ülkede kullanılmaktadır. ⓘ

Süper Inverter Terimi (Super Invertech) DC motorların (Doğru akım motoru) daha sessiz çalıştırılarak elde edilen klima çalışma teknolojisinin genel adıdır. İnsan vücudunun yaydığı ısıdan kişilerin mekandaki yerini ve hareketlerini algılayan teknoloji sensörü ile klimadan üflenen havayı en ideal şekilde yönlendirir. Ortamda herhangi bir kişi olup olmadığını tespit ederek klimanın çalışmasını kontrol eder ve bu yolla yüksek enerji tasarrufu sağlar. ⓘ

Soğutma Birimi

Klimaların soğutma değerini ifade eden birim, kısaltılmış hali BTU olan British Thermal Unit'tir. Watt ve Joule arasında direkt ilişki kurulabilen bu birim soğutma gücü için özellikle kullanılmaktadır. Soğutulacak odanın özellikleri, soğutma için gereken BTU değerini vermektedir. Aşağıda bir odayı soğutmak için verilmesi gereken BTU değerinin, odanın özelliklerinden nasıl etkilendiğini görebileceksiniz. ⓘ

Oda alanının BTU etkisi ⓘ

$\ BTU_{alan}=Genislik(m)\cdot Uzunluk(m)\cdot 337$ ⓘ

337 sayısı bölge katsayıdır. Türkiye için ⓘ

• Akdeniz 445
• Doğu Anadolu Bölgesi 308
• Ege 423
• Güneydoğu Anadolu Bölgesi 462
• İç Anadolu Bölgesi 346
• Karadeniz 385
• Marmara 395 alınmalıdır.

Pencerelerin BTU etkisi ⓘ

$\ BTU_{guney}=GuneyeBakanPencereAlani\cdot PencereSayisi\cdot 870$ ⓘ

$\ BTU_{kuzey}=KuzeyeBakanPencereAlani\cdot PencereSayisi\cdot 165$ ⓘ

$\ BTU_{pencere}=BTU_{guney}+BTU_{kuzey}$ ⓘ

Odayı paylaşan kişi sayısı ⓘ

$\ BTU_{insan}=KisiSayisi\cdot 400$ ⓘ

Aletler ve aydınlatma araçlarının ürettiği ısı miktarı (Watt toplamı) ⓘ

$\ BTU_{alet}=AletlerinEnerjisi\cdot 3,5$ ⓘ

$\ BTU_{aydinlatma}=AydinlatmaninEnerjisi\cdot 4,25$ ⓘ

• Bu değerlerin toplamı, genel soğutma ihtiyacını BTU olarak verecektir:

$\ BTU_{oda}=BTU_{alan}+BTU_{pencere}+BTU_{insan}+BTU_{alet}+BTU_{aydinlatma}$ ⓘ

Otomobil endüstrisinde klima

Otomobillerde kullanılan klimaların ana parçaları

• 1 . Kompresör (Sıkıştırıcı) : Sistemin içinde gaz halinde bulunan akışkanı yüksek basınçlı gaz haline dönüştürüp devreye pompalar.
• 2 . Kondenser (Yoğunlaştırıcı) : Yüksek basınç ve sıcaklıkta , gaz halindeki akışkanın yoğuşma gizli ısısını atarak sıvı hale geldiği yerdir.
• 3 . Evaporatör (Buharlaştırıcı) : Düşük basınç ve sıcaklıktaki sıvı akışkanın buharlaşma gizli ısısını ortamdan çekip akışkanın gaz haline geldiği yerdir.
• 4 . Receiver (Alıcı): Sistemin içinde dolaşan akışkanı depolar , içindeki nem ve pislikleri alır.
• 5 . Evaporatör Fanı : Elektrik motorundan aldığı tahrikle çalışan fan evaporatörün üzerinden aldığı soğuk havayı kanallara üfler
• 6 . Kondenser Fanı : Elektrik motorlu fan kondenser ısındığı zaman termostatı sayesinde devreye girerek soğutma yapar
• 7 . Kompresör Kasnağı : Motor kayışından aldığı tahrikle kompresörün çalışmasını sağlar ⓘ

Klima kullanımının sürüş güvenliğine etkisi

Sıcaklığın 21 ile 27 derece arasında olduğu bir ortamda yapılan test sürüşünde otomobilin içine yerleştirilen hoparlörlerden zil çalması, korna sesleri, itfaiye sireni gibi sesler verilerek sürücünün bu sesleri zamanında duyup duymadığını kontrol etmek için bir pedala basması istenmiş. 27 dereceye ulaşıldığında sürücünün seslere gösterdiği reaksiyon süresinin % 20 ve daha da üzerinde oranlarda arttığı saptanmış. Ayrıca sıcaklık 27 derecedeyken 21 derecenin iki katı oranında sinyal dikkate alınmayarak atlanmış. Yüksek ısıdan etkilenen sürücünün 0,5 promil oranında alkol alan bir sürücüyle aynı durumda olduğu saptanmış. Birçok kazaya yol açan saniyelik uykunun %32'si yüksek sıcaklık nedeniyle meydana gelmektedir. ⓘ