История развития холодильной техники

 Естественное охлаждение воздуха как самопроизвольная передача теплоты окружающей среде (воздуху, воде, грунту) может быть использовано только в холодное время года. В теплый период года, когда потребность в охлаждении наиболее велика, применяют искусственные способы охлаждения. При этом могут использоваться как природные источники холода, например артезианская вода и лед, так и искусственные источники холода - холодильные машины. Первые установки использования льда для целей кондиционирования воздуха работали еще в XIX в. Фредерик Тьюдор, известный как «Ледовый король мира», впервые в Бостоне использовал природный лед для охлаждения воздуха. Принцип работы такой установки основан на аккумулировании естественного холода: водный лед заготавливают зимой, чтобы в летнее время использовать для охлаждения. Впоследствии стали получать искусственный лед с помощью холодильных машин. Первые заводы по выработке искусственного льда появились в 1865 и 1867 гг. в Сан Антонио в Техасе (США). Теплота плавления льда составляет 336 кДж/кг. Лед таял в специальных танкерах, охлаждая разбрызгиваемую по ледяной поверхности талую воду; собирающаяся в поддоне танкера талая вода забиралась насосом и прогонялась через воздухоохладитель. В 1936 г. подобная установка была запроектирована А. А. Гоголиным для охлаждения воздуха льдом в кафе Главхладопрома в Москве на улице Горького. Применение льда для кондиционирования воздуха оказалось невыгодно по сравнению с прямым использованием холодильных машин.
 Принцип получения искусственного холода в холодильных машинах основан на простых физических процессах изменения фазового и термодинамического состояния рабочих веществ с определенными теплофизическими свойствами: испарение, конденсация, расширение и сжатие. Рабочие вещества, используемые в холодильной технике, называют холодильными агентами. В парокомпрессионной холодильной машине сжатие холодильного агента осуществляется в компрессоре, для чего используется механическая энергия. В пароэжекторных и абсорбционных холодильных машинах в качестве источника внешней энергии используют вторичную теплоту - горячую воду, пар, отходящие газы, имеющие температуру выше температуры окружающей среды. После конденсации паров рабочего вещества его давление должно быть снижено до давления испарения, что возможно осуществить путем адиабатного расширения в детандере или дросселирования в капиллярной трубке или терморегулирующем вентиле. Над созданием первых холодильных машин работали многие изобретатели, инженеры и ученые. Английский  физик и химик Бойль и немецкий физик Герике в конце XVII в. установили, что вода в разряженном пространстве при давлении ниже атмосферного испаряется при низких температурах. В 1777 г. Нерн показал, что в условиях вакуума вода замерзает, если удалять образующиеся водяные пары (пары поглощались серной кислотой). Эти открытия позволили англичанину Лесли построить в 1810 г. первую машину для производства искусственного льда из воды.
 Холодильные машины стали применяться на практике, когда вместо воды были найдены более эффективные рабочие вещества. В 1834 г. английский врач Перкинс построил холодильную машину, работающую на этиловом эфире, использование которого позволило получить низкие температуры при давлениях более высоких, чем при использовании воды. Машина Перкинса была прообразом современной парокомпрессионной холодильной машины. Она состояла из сосуда, в котором кипел вследствие подвода теплоты от внешней среды эфир (испаритель), насоса (компрессор), сжимающего и направляющего пары эфира в змеевик (конденсатор), в котором при более высоком давлении и более высокой температуре происходила конденсация паров. Сконденсировавшийся жидкий эфир через специальный дроссельный вентиль направлялся в сосуд, где кипел при низкой температуре. В 1871 г. Телье построил машину, работающую на метиловом эфире. В 1872 г. Бойлю был выдан патент на аммиачную холодильную машину.

 В 1881 г. Линде одновременно с Видхаузеном построил углекислотную холодильную машину.
 В 1893 г. в жилом доме в городе Франкфурт-на-Майне впервые была применена установка комфортного кондиционирования воздуха с компрессионной аммиачной холодильной машиной. Аммиак до сих пор используется в качестве хладоагента, так как работает при достаточно низких температурах кипения до -30 С, не очень высокой температуре конденсации до 40 С и разности давлений конденсации и испарения 1,2 МПа, в промышленных установках охлаждения. Он является вредным газом, поэтому не применяется в жилых и гражданских зданиях Большие размеры тихоходных аммиачных холодильных машин, а также требование отдельного помещения из-за ядовитости аммиака для ее размещения обусловили применение этих машин только для получения промышленного холода.
 в 1845 г. американец Д. Гори изобрел газовую (воздушную) холодильную машину, работа которой основывалась на том, что предварительно сжатый и охлажденный окружающей средой воздух расширялся в специальной машине- детандере, при этом температура воздуха понижалась.
 В 1884 г. был запатентован принцип пароэжекторной холодильной машины. Первую пароэжекторную холодильную машину сконструировал Леблан в 1919 г.
 В 1862 г. Каре предложил абсорбционную холодильную машину, основанную на поглощении пара аммиака слабым водоаммиачным раствором с последующим выпариванием аммиака из раствора при помощи источника низкопотенциальной теплоты (горячие газы, пары). В 1946 г. появилась бромисто-литиевая абсорбционная холодильная машина, в которой в качестве хладоагента использовалась вода, а в качестве абсорбента - водный раствор соли бромистого лития.

 {mospagebreak}

 В 1931 г. получен безвредный по сравнению с аммиаком хладоагент - фреон R12. Это привело к со-зданию небольших агрегатированных автономных кондиционеров для жилых и гражданских зданий.
 Первыми аммиачными компрессорами были поршневые: простого или двойного действия. Они приводились в действие поршневыми паровыми машинами, и число оборотов компрессора обычно было меньше 150 оборотов в минуту. С появлением электродвигателей и быстроходных двигателей внутреннего сгорания они стали при меняться в поршневых компрессорах, что позволило увеличить число оборотов. В 1935 г. шведский инженер А. Лисхольм получил патент на конструкцию винтового компрессора, в основе которой лежал профиль зубьев и зацепление винтов. В 1949 г. в России были созданы методики расчета винтовых компрессоров и инструменты для изготовления винтов, а в 1952 г. - изготовлены первые образцы воздушных и газовых винтовых машин; последние работали с впрыском в рабочее пространство воды и других жидкостей. В конце 1950-х - начале 1960-х гг. появились винтовые компрессоры, работающие с впрыском масла. Идея спиральных компрессоров была известна более 100 лет, но реализовать ее и довести до промышленного производства и широкого применения удалось только в 80-е гг. ХХ в. Причина та же, что и при разработке винтовых компрессоров - отсутствие достаточно точного оборудования для изготовления такой формы деталей, как спирали.

Развитие и совершенствование оборудования для обработки воздуха

 Параллельно с разработкой и совершенствованием холодильных машин происходило развитие оборудования для обработки воздуха (теплообменники для охлаждения, осушения, увлажнения) и перемещения воздуха и жидкостей (вентиляторы и насосы).
 Во многих случаях повышенная относительная влажность воздуха в помещении приводит к накоплению в ограждающих конструкциях влаги, что вызывает их повреждение и разрушение в условиях отрицательных температур наружного воздуха, пониженная относительная влажность воздуха способствует электризации гигроскопичных материалов. Она также неблагоприятно сказывается на хранении материалов и изделий, следствием чего является коррозия металлических изделий, плесень на текстильных материалах и мехах, потеря окраски и появление пятен на упаковках и готовой продукции, слеживание сыпучих пищевых продуктов, разрушение музейных экспонатов и книг в хранилищах. Поддержание заданного значения относительной влажности воздуха в помещениях со значительными влаговыделениями (плавательные бассейны, бани, прачечные, моечные, подвальные помещения с плохой гидроизоляцией, влажные цеха текстильной промышленности, цеха полиграфической промышленности, гальванические цеха, водохозяйственные и гидротехнические помещения, склады материалов, чувствительных к изменению относительной влажности воздуха, зоомагазины и т.д.) вызывает необходимость осушения наружного воздуха в теплое время года, а иногда, по требованию технологического процесса, и круглогодично.
 В холодное и переходное время года возникает необходимость в увлажнении наружного воздуха для доведения его до состояния приточного, иногда это требуется для технологического процесса и круглогодично. Для увлажнения воздуха используются: способ механического распыления воды в потоке воздуха, способ, основанный на испарении воды со смоченной поверхности, способ образо-вания тумана путем введения насыщенного пара в поток воздуха, способ создания тумана с использованием ультразвуковых колебаний. К устройствам механического распыления относятся: форсуночные камеры орошения, камеры орошения с воздушно-водяным распылением, камеры орошения с водяным распылением под высоким давлением.
 Первое устройство для поддержания заданного значения относительной влажности воздуха путем его осушения было изобретено в 1902 г. Уиллисом Кэрриером по заказу полиграфической фирмы в городе Бруклине. Полиграфист никак не мог напечатать цветное изображение приличного качества, поскольку изменяющаяся температура и относительная влажность воздуха в помещении цеха вызывали изменение размеров бумажного листа и смещение красок при многоцветной печати. Это устройство представляло собой оросительную камеру форсуночного типа, в которой распылялась холодная вода. При контакте воздуха с холодной водой содержащиеся в воздухе водяные пары конденсировались, и воздух осушался. Кэрриер проводил эксперименты в течение 1902-1903 гг.: использовал раствор хлористого кальция вместо чистой воды, режим рециркуляции чистой воды в оросительной камере. Это позволило ему выяснить, что при контакте воздуха с водой в зависимости от значения ее начальной температуры, возможно осушать или увлажнять воздух, а при контакте воздуха с раствором хлористого кальция (абсорбента) интенсивность осушения выше по сравнению с чистой водой. В сентябре 1904 г. Кэрриер получил патент на «Устройство для обработки воздуха», а в мае 1907 г. - на «Устройство для контроля состояния воздуха методом «точки росы»». Компания «Buffalo Forge», в которой работал Кэрриер, начала производить оросительные форсуночные камеры в 1905 г. Последующие два десятилетия изобретение Кэрриера, позволившее на научной основе регулировать температуру и относительную влажность воздуха внутри помещений, применялось для создания требуемых условий для технологических процессов и оборудования. Южные текстильные фабрики США были первыми, где использовалась новая система Кэрриера. Недостаточная относительная влажность воздуха на хлопкоперерабатывающей фабрике в Белмонте, штат Новая Каролина, создавала повышенную электризацию в помещении, делающую волокна хлопка рыхлыми и плохо поддающимися обработке. Система кондиционирования воздуха Кэрриера позволила увеличить и стабилизировать относительную влажность воздуха и повысила качество хлопкового волокна. Первая система обработки воздуха Кэрриера за пределами США была использована в Японии в 1907 г. для шелковой фабрики в Йокогаме.

 {mospagebreak}

 Для описания процессов изменения состояния воздуха, в том числе и при контакте его с водой, потребовалась разработка соответствующих разделов термодинамики и теории тепло-  и массообмена. В 1911 г. Кэрриер опубликовал психрометрическую диаграмму влажного воздуха t-х (температура по сухому термометру - влагосодержание). В 1915 г. Карриер вместе с друзьями создает компанию «Carrier Engineering Сотрапу» для производства оборудования кондиционирования воздуха, позволяющего контролировать температуру и относительную влажность воздуха в производственных помещениях. В текстильной, химической, фармацевтической, пищевой промышленности поддержание постоянной температуры и относительной влажности воздуха позволило существенно увеличить качество производимой продукции и объемы производства. Естественно, недостатка в клиентах новая компания не испытывала. Таким образом, Кэрриер был первым, кто создал научные основы, разработал аппарат для обработки воздуха, внедрил свои разработки в производство и организовал бизнес. Именно поэтому его считают отцом кондиционирования воздуха, а изобретение форсуночной оросительной камеры - началом истории развития техники кондиционирования воздуха. В 1923 г. фирмой Кэрриера был разработан турбокомпрессорный холодильный агрегат (центробежный компрессор) на дихлорэтилене, значительно сокративший размеры холодильных установок.
 Первая установка оборудования «Carrier» в нашей стране датирована 1937 г.: этот центральный кондиционер работал до недавнего времени в Российском государственном телевизионном комплексе.
 В России одной из первых установок кондиционирования воздуха, предназначенной для поддержания заданного значения относительной влажности воздуха, было оборудовано здание архива Государственного Совета (С-Петербург, инженер  С. Б. Лукашевич). В 1910-1912 г. для здания Нового Эрмитажа в С-Петербурге была запроектирована и смонтирована в нем установка кондиционирования воздуха с использованием форсуночной оросительной камеры для адиабатного увлажнения воздуха (инженер Н. П. Мельников).
 Установки местного увлажнения воздуха (адиабатное увлажнение) стали при меняться на тек-стильных и табачных фабриках в СССР в 30-е гг. ХХ в. Широкое распространение на текстильных фабриках получила система пневматического увлажнения воздуха отечественных инженеров Зимина-Зотикова и американская автоматическая система «Райко». Вода и сжатый воздух в определенных количественных соотношениях и при определенных давлениях подавалась по двум независимым трубопроводам к форсунке. Специальная конструкция форсунки с использованием эффекта эжекции высокоскоростным потоком сжатого воздуха низкоскоростного потока воды обеспечивала тонкое распыление воды с размером капель 5-8 мкм, благодаря чему распыляемая вода в воздухе практически полностью испарялась. В системе Зотикова вода к форсункам его конструкции подавалась из бака с постоянным уровнем воды, не выше отверстия форсунок; в системе «Райко» вода подавалась под давлением не менее 1,6-1,8 ати. Основным преимуществом системы «Райко» по сравнению с системой Зотикова являлось отсутствие водяных баков и автоматический контроль относительной влажности воздуха с помощью регулирующих клапанов на сжатом воздухе.
 Для увлажнения воды в центральных установках кондиционирования воздуха стали использовать камеры орошения форсуночного типа с форсунками грубого распыла, минимальный диаметр выходного отверстия которых вы6ирался из условия незасоряемости форсунок. Наиболее заре-комендовали себя форсунки Н. Гриrорьева-Поляка «Рефrон» И форсунка Шликка. В конструкции последней форсунки предусмотрен подвижный шпиндель, имеющий на конце утолщение в виде грибка для регулирования прикрытия выходного отверстия форсунки. Это обеспечивало регулирование расхода воды и прочистку форсунки в случае ее засорения, не выключая подачи воды. Для охлаждения и осушения воздуха в СССР первоначально использовали насадочные контактные аппараты с кольцами Рашига, где воздух контактировал с пленкой холодной воды. образующейся при орошении насадки на ее поверхности. При глубоком охлаждении и осушении воздуха требовались высокие значения коэффициента орошения и значительный объем насадки, была большая вероятность «захлебывания» насадки водой. В США для охлаждения и осушения воздуха использовали форсуночные камеры. В СССР в послевоенные годы стали использовать разработанные ВНИИ «Кондиционер» форсуночные камеры орошения с форсунками грубого распыла для охлаждения и осушения воздуха, а также для испарительного нагревания воздуха. В настоящее время для охлаждения и осушения воздуха предпочитают использовать поверхностные воздухоохладители - водовоздушные теплообменники, в трубках которых протекает холодная вода. Для адиабатного увлажнения воздуха используют форсуночные камеры орошения и блоки сотового увлажнения, последние относятся к аппаратам контактного типа с орошаемой насадкой.
 Принцип системы пневматического увлажнения воздуха применяют в настоящее время в современных блоках увлажнения для реализации адиабатных процессов охлаждения и увлажнения воздуха.

{mospagebreak}

Развитие и совершенствование гидравлических машин

 Развитие гидравлических машин, без которых невозможна работа кондиционера, - насосов, вентиляторов, компрессоров - было связано с потребностью развивающего капиталистического производства. Изобретение первых центробежных насосов относят примерно, к 1700 г. однако они не нашли широкого применения ввиду крайнего несовершенства конструкции и низкого коэффициента полезного действия (к. п. д.). Первый центробежный вентилятор был разработан русским инженером А. А. Саблуковым в 1832 г. Он представлял собой круглый кожух с двухсторонним всасыванием и колесом, снабженным четырьмя прямыми лопатками. В 1835 г. этот вентилятор был применен для проветривания Чагирского рудника на Алтае и после этого получил широкое распространение в России и за границей. Позже А. А. Саблуков изобрел и применил для проветривания каменноугольных выработок осевой вентилятор, а в 1840 г. приспособил свои вентиляторы для подъема воды, то есть изобрел центробежный и осевой насосы («водогоны»). Известный гидродинамик О. Рейнольдс (Англия) первый предложил спиральную камеру насосов вместо цилиндрической, что существенно увеличило к. п. д. центробежных насосов и вентиляторов.
 Основы теории лопастных машин были заложены членом Российской Академии наук Леонардом Эйлером еще в 1754 г. Он получил уравнение теоретического давления, развиваемого лопастным нагнетателем, впоследствии названное его именем. Профессор Н. Е. Жуковскии, имя которого связано с историей развития отечественной авиации, является создателем теории осевых нагнетателей. Незадолго до смерти он создал Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ).  Его последователи и ученики - И. И. Куколевский, Г. Ф. Проскура, К. А. Ушаков, В. И. Поликовскии и др. - проводили исследования центробежных вентиляторов и их работы в сети, создали метод расчета, получивший имя ЦАГИ, который давал надежные результаты для распространенных в то время машин. На основании исследований 1941-1950 гг. были разработаны новые центробежные вентиляторы с лопатками, загнутыми назад, у которых максимальное значение к. п. д. достигало 80%. Эти вентиляторы широко использовались и заменили вентиляторы с лопатками загнутыми вперед, имевшие распространение в 1931-1940 гг., так как максимальный к.п.д последних не превышал 70%. Дальнейшие систематические исследования проводились в ЦАГИ, в Московском отделении Центрального котлотур6инного института им. И. И. Ползунова (ЦКТИ), в Государственном тресте по организации и рационализации районных электрических станций и сетей (ОРГРЭС), в Институте горной механики и технической кибернетики им. М. М. Федорова (ИГМ и ТК), и за рубежом Пфляйдерером, Цейнером, Стодолом, Шиплеем, Экком и др. Эти исследования подготовили следующий шаг в усовершенствовании аэродинамических схем центробежных вентиляторов. В 1955-1960 гг. были разработаны новые схемы центробежных вентиляторов с сильно загнутыми назад листовыми и профильными лопатками. Такие вентиляторы имеют к. п. д., достигающий 85-88%, и широко используются в настоящее время. В последние годы в системах вентиляции широкое распространение получили канальные вентиляторы. Последняя конструкция канального вентилятора представляет собой центробежный вентилятор со свободно расположенным рабочим колесом без кожуха, который применяется в центральных кондиционерах.
 При разработке конструкций насосов и компрессоров отечественные инженеры использовали опыт США, Германии и других промышленно развитых стран.
 Для вращения рабочего колеса вентиляторов и насосов, первоначально использовалась ручная сила, затем энергия воды и пара, в том числе и для компрессоров, и только в начале ХХ в. в связи с открытиями и изобретениями в области электротехники стали использовать электродвигатели. ХХ в. называют также веком электричества. Ни один кондиционер, холодильная машина, насос и вентилятор не могут работать без электродвигателя. Известны работы зарубежных и русских изобретателей в создании первых источников электрического света, электродвигателей и установок для передачи электрической энергии, без которых невозможно было осуществить кондиционирование воздуха.
 В 1831 г. английский физик Майкл Фарадей, анализируя результаты опытов датского физика Х. К. Эрстеда, пришел к открытию явления электромагнитной индукции. Исследование Фарадея и работы русского академика Э. Х. Ленца, сформулировавшего закон, по которому можно было определить направление электрического тока, возникающего в результате электромагнитной индукции, дали возможность создать первые электромагнитные генераторы и электродвигатели. Вначале электрогенераторы и электродвигатели развивались независимо друг от друга как две совершенно разные машины. В 1833 г. Э. Х. Ленц установил закон обратимости электрической машины: если ее присоединить к двигателю и раскрутить, машина станет генератором электроэнергии; если подключить к источнику тока - будет работать как электродвигатель. Вместе с Э. Х. Ленцем русский изобретатель-электротехник Б. С. Якоби исследовал действие электромагнитов и написал первый в мире труд по теории электрических машин постоянного тока. В 1834 г. Б. С. Якоби изобрел и построил первый электродвигатель - машину, превращающую в работу энергию электрического тока.

 {mospagebreak}

 Промышленные электрические машины начали выпускаться в 1860-1870 гг., чему предшествовал 30-летний период их разработки после фундаментальных открытий М. Фарадея. Исторически первыми появились машины постоянного тока, промышленное освоение которых началось после изобретения замкнутой обмотки кольцевого якоря (А. Пачинотти, З. Грамм) и электромагнитного возбуждения (В. Сименс). Примерно до 1890 г. была эра машин постоянного тока, хотя началось освоение и машин переменного тока. Соперничество между постоянным и переменным током продолжалось много лет. В начале 80-х гг. XIX в. развитие промышленности и концентрация производства все более настоятельно требовали создание нового двигателя, более совершенного, чем широко распространенная паровая машина. Строительство электростанций вблизи месторождений угля или на реках с большим падением воды, а фабрик - поближе к источникам сырья требовало передачи огромного количества электроэнергии на значительные расстояния. Такая передача была бы целесообразна лишь при напряжении в десятки тысяч вольт, которое было невозможно получить в генераторах постоянного тока. Первоначально использовали генератор постоянного тока и трансформатор. Появилась необходимость в разработке для потребителей электродвигателей переменного тока.
 В середине 80-х п. XIX в. создать электродвигатели переменного тока пытались многие физики и инженеры: Бейли (1879 г.), Марсель Депре (1883 г), Бредли (1887 г.), Венстром, Хазельвандер и др., однако их электродвигатели были либо громоздки и неэкономичны, либо сложны и ненадежны. Принцип построения простых экономичных и надежных электродвигателей переменного тока был найден практически одновременно итальянским инженером Г. Феррарисом и американским инженером, сербом по происхождению, Н. Теслой. Используя принцип вращающегося магнитного поля, заставляющего вращаться обмотку статора, Н. Тесла построил специальный источник двухфазного тока (двухфазный генератор) и такой же двухфазный электродвигатель. В своих патентных заявках он упоминал о многофазных токах и возможности их применения. Финансовая поддержка Д. Вестингхауза позволила начать промышленное производство двухфазных асинхронных двигателей.
 Почти в то же время, а именно 18 марта 1888 г., в Туринской Академии наук Г. Феррарис сделал доклад «Электродинамическое вращение, произведенное с помощью переменных токов». В нем он рассказал о своих опытах и пытался доказать, что нецелесообразно использовать переменные магнитные поля для практических целей из-за низкого значения коэффициента полезного действия, который у него ошибочно получился очень низким. Доклад Феррариса опередил сообщение Н. Теслы в Американском институте электроинженеров. Но заявка, поданная для получения патента еще в октябре 1887 г., свидетельствует о несомненном приоритете Н. Теслы перед Г. Феррарисом. Заслуга Н. Теслы заключается в том, что, несмотря на множество препятствий и скептическое отношение к переменному току, он практически доказал целесообразность применения многофазного тока.
 Решающее влияние на борьбу систем постоянного и переменного тока оказали предложенные М. О. Доливо-Добровольским система трехфазного тока (1889 г.) и трехфазный асинхронный двигатель (1890 г.). М. О. Доливо-Добровольский родился В России, где провел юношеские годы. После окончания обучения в Дармштадском техническом училище работал в Германии. Им была разработана система трехфазного переменного тока. Эта система включала гидроэлектростанцию в Лауфене, на которой был установлен трехфазный генератор мощностью около 190 кВт с повышающей подстанцией, и понижающую подстанцию во Франкфурте. В середине 1891 г. было закончено сооружение 175-киллометровой линии передачи электроэнергии от водопада на реке Неккар вблизи Лауфена на выставку в город Франкфурт-на-Майне. 25 августа на этой выставке впервые загорелось около 1 000 электрических ламп накаливания, а 12 сентября был включен асинхронный двигатель трехфазного тока, приводивший в действие насос для подачи воды к декоративному водопаду. Испытания линии передачи и всей системы, проведены международной комиссией в октябре 1891 г., показали, что возможно и экономически целесообразно применять систему трехфазного переменного тока. Эти изобретения особенно четко выявили преимущества системы переменного тока в производстве электроэнергии, передаче электроэнергии на большие расстояния при повышенном напряжении (с повышением напряжения в начале линии передачи и снижением его в конце линии с помощью трансформатора), преобразовании электрической энергии в механическую с помощью дешевых и надежных асинхронных двигателей.
 Начало XX в. ознаменовано победой системы переменного тока, несмотря на то, что машины постоянного тока тоже были усовершенствованы: появились добавочные полюса и компенсационная обмотка. Асинхронные двигатели переменного тока приводят во вращение компрессоры, вентиляторы, насосы и т. п. Однако и электродвигатели постоянного тока не были вытеснены окончательно. Они оказались необходимы там, где требуется регулирование скорости вращения в широких пределах, и в последние годы интерес к ним значительно вырос.
 В 20-е годы XX в. появились ртутные выпрямители, с которыми связаны первые попытки заменить коллекторные двигатели постоянного тока бесколлекторными машинами переменного тока, работающими от статических преобразователей частоты. Появляются первые схемы вентильных двигателей, разрабатывается теория частотного регулирования, в которую большой вклад внесли такие советские ученые, как М. П. Костенко, Д. А. Завалишин, Б. Н. Тихменев, А. А. Булгаков, Е. Л. Этингер и др. Однако статические преобразователи на ионных вентилях - игнитронах и тиратронах - оказались очень сложными и ненадежными в работе, и их серийное производство не удалось наладить ни одной компании в мире. Применение ртутных выпрямителей также было ограниченным из-за сложности эксплуатации и необходимости соблюдения строгих мер безопасности от возможного отравления ртутью.

 {mospagebreak}

 В 1955-1958 гг. появились мощные полупроводниковые вентили - диоды и тиристоры, практически вытеснившие ртутные выпрямители. Они были надежными и почти не нуждались в обслуживании. Появление тиристоров создало предпосылки для замены двигателей постоянного тока бесколлекторными, и возродило мечту о частотном регулировании асинхронных и синхронных двигателей. Однако и тиристорные преобразователи частоты существенно увеличили стоимость электродвигателя, уменьшили его надежность, увеличили шум. Электродвигатель с частотным регулированием получил распространение только после создания следующего поколения полупроводниковых вентилей - мощных силовых транзисторов и других полностью управляемых вентилей.

Развитие отечественной индустрии кондиционирования воздуха

 Начиная с 1930 г., в связи с индустриализацией СССР, установками кондиционирования воздуха оборудуются предприятия точного машиностроения, пищевой, полиграфической, радиоэлектронной, тяжелой промышленности (пульты управления печей, станков, кабин крановщиков). До 1955 г. отсутствовало серийно выпускаемое оборудование, установки кондиционирования воздуха разра6атывались по индивидуальным проектам и, как следствие, имели высокую стоимость. В 1938 г. под руководством Н. С. Ермолаева для Дворца съездов в Москве были разработаны проекты кондиционеров, но работы по их реализации были приостановлены в начале Великой Отечественной войны. После окончания войны продолжением этих работ стало проектирование систем кондиционирования воздуха в высотных зданиях Москвы и разработка и выпуск для них центральных кондиционеров, в частности в зданиях МГУ на Ленинских горах под руководством Т. А. Мелик-Аракеляна. К этому же времени относятся создание единичных центральных установок кондиционирования воздуха в Ленинграде.
 В 1956-1957 гг. в НИИСТО под руководством Е. Е. Карписа разработана серия типовых центральных кондиционеров, а Харьковский машиностроительный завод «Кондиционер» начал серийный выпуск центральных кондиционеров из типовых секций производительностью 10, 20, 40 и 60 тыс. м/час, а также нескольких типоразмеров местных агрегатов производительностью от 0,5 до 3,5 тыс. м3/час воздуха. Было положено начало отечественной промышленности кондиционеростроения. Применение типового оборудования способствовало снижению капитальных, эксплуатационных затрат и сокращению сроков монтажа кондиционеров. Строительство в 60-е годы ХХ в. заводов искусственного волокна, химических заводов, полупроводниковой радиоэлектроники, военной и космической техники, а также новых типов общественных зданий потребовало развития массового производства центральных кондиционеров. С 1965 г. началось про ведение единой политики в области разработки и промышленного производства кондиционеров. В подчинении министерства строительного, дорожного и коммунального машиностроения СССР было создано производственное объединение «Кондиционер» и Всесоюзный научно-исследовательский институт «Кондиционер». В объединение вошли: Харьковский машиностроительный завод «Кондиционер», производивший центральные кондиционеры КТЦ производительностью по воздуху 31,5-250 тыс. м3/час и Кд производительностью по воздуху 10 и 20 тыс. м3/час, а также Домодедовский машиностроительный завод, освоивший серийное производство местных агрегатных не автономных и автономных шкафных и крановых кондиционеров производительностью от 0,5 до 20 тыс. м3/час. В 60-е гг. для уникальных зданий стали использовать оборудование ведущих западных производителей кондиционеров.
 После распада СССР Харьковский завод оказался за границей, его преемником стала фирма ООО «Веза», созданная в 1995 г. и освоившая производство каркасно-панельных центральных и автономных шкафных кондиционеров. В настоящее время в России открыто производство центральных кондиционеров и другого оборудования кондиционеров на нескольких заводах, включая заводы ведущих мировых компаний, таких как «Йорк», VТС KLIMA и др. Узкая специализация высокотехнологического производства и мировая интеграция определили специфику выпускаемого в настоящее время оборудования центральных кондиционеров, как отечественного, так и зарубежного, - они собираются из функциональных блоков, производимых несколькими ведущими в мире компаниями: блоков увлажнения, вентиляторных агрегатов, воздуховоздушных теплообменников, водовоздушных теплообменников. Домодедовский машиностроительный завод, преобразованный в производственное объединение «Докон», продолжая выпускать шкафные кондиционеры, в том числе и для медицинских учреждений, осваивает новые виды продукции, например водоохлаждающие холодильные машины.

Осушители и увлажнители воздуха

  Для достижения комфоВ дополнение к естественным вариантам решения проблемы повышенной влажности, таким как вентиляция, есть и искусственные способы удаления влаги из воздуха внутри дома. К этим приборам относятся воздухоосушители, общедомовые вентиляторы и теплообменники воздух-воздух.

 Воздухоосушители.
 Механические воздухоосушители представляют собой портативные приборы с выключателем гигростата (влагорегулятора), который включает прибор при достижении влажности заданного уровня.

 Большинство воздухоосушителей - рефрижераторного типа и охлаждают воздух, чтобы удалять конденсат. Влажный воздух всасывается в прибор и проходит через охлаждающий змеевик, который имеет температуру ниже точки росы. Влага из воздуха конденсируется на нем и стекает в водоприемник. В приборе есть поплавковый выключатель, который отключает аппарат по наполнению водоприемника. Водоприемник можно освобождать от воды вручную, а можно подсоединить к нему шланг, по которому вода будет стекать в дренажное отверстие в полу. Воздухоосушители бывают разной производительности, и продавец может посоветовать нужную модель для конкретных условий.

 Общедомовые вентиляторы.
 Общедомовый вентилятор представляет собой большой вентилятор, установленный в потолке центральной чести дома - например, в середине потолка центрального зала. Такие вентиляторы одновременно охлаждают интерьер и снижают влажность, при условии что наружный воздух менее влажный, чем воздух в помещении, и переход влаги в этом направлении физически возможен.

 Идея заключается в том, что всех климатических условиях, кроме самых жарких, ночной воздух на улице прохладнее, чем в доме. Система работает лучше всего, если в ночные часы открыть нижние окна дома. Тогда вентилятор всасывает прохладный у земли воздух и удаляет теплый спертый из помещений вверх в чердачное пространство. Затем теплый воздух выходит из чердака через вентиляционные отверстия в крыше или фронтоне, а его место занимает наступающий снизу прохладный. Таким образом все внутреннее пространство дома охлаждается до температуры наружного воздуха, а излишек влаги выводится с теплым воздухом.

 Чтобы тепло в самые жаркие дневные часы не поступало внутрь, на рассвете вентилятор выключается, а окна и занавески .закрываются. Даже в жарком климате в доме с хорошей теплоизоляцией температура в помещениях будет подниматься всего на 0,5 градусов С в час, поэтому днем в доме будет сохраняться прохлада. В любом, кроме самого жаркого, климате эту систему можно заменить более дорогим оборудованием кондиционирования воздуха.

 В этой отрасли существует большой разброс мнений относительно требуемой мощности/производительности для такого общедомового вентилятора. Для подсчета надо перемножить площадь дома на высоту потолка. Например, дом площадью 133 кв. м со стандартной высотой потолка 2,5 м содержит 133х2,5 = 332,5 куб. метра воздуха. Это означает, что вентилятор должен иметь производительность не менее 330 куб. метра в минуту.

 Теплообменники типа воздух-воздух.
 Любой дом в холодном климате с плотной теплоизоляцией и сплошной пароизоляцией может нуждаться в теплообменнике типа воздух-воздух. Такие теплообменники оснащены воздухо-водами, перемещающими воздух наружу и внутрь; они проходят рядом друг с другом, И тепло выводящегося воздуха нагревает входящий воздух, сохраняя тем самым энергию. Некоторые теплообменники не удаляют влагу в этом процесс е, поэтому будьте внимательны при выборе нужной вам модели.

 Для наибольшей эффективности теплообменник воздух-воздух должен соединяться со всеми комнатами. Поскольку вентиляция и циркуляция воздуха происходят постоянно, то немного повы-шенная влажность в домах с теплообменниками практически незаметна. В качестве замены вытяжных вентиляторов в ванной или кухне можно использовать небольшой теплообменник, установленный на стене или на потолке.

 {mospagebreak}

 Увлажнители.
 Если вы живете в очень сухом климате, то возможно, вам понадобится в доме увлажнитель воздуха. Признаком слишком низкой влажности является усадка деревянных деталей, таких как наличники. В этом случае в углах дверей могут расходиться угловые соединения в ус (со скосом 45") деталей наличников, появляться трещины, могут ослабевать соединения деталей деревян-ной мебели, могут появляться трещины в штукатурке или гипсокартоне. В личном плане могут происходить удары электростатическим электричеством, человек может испытывать ощущение сухости кожи, волосы могут становиться ломкими, могут развиваться раздражения носоглотки и бронхов.

Механические увлажнители бывают двух основных типов: устанавливаемые в воздуховодах систем воздушного отопления, и переносные приборы, которые можно перемещать по дому. Тип и размер увлажнителя будет зависеть от среднего уровня влажности в вашей местности, а также от объема пространства, которое требуется увлажнять. Определите объем пространства вашего дома (площадь х высота потолка) и обращайтесь в торговую организацию с этим значением. Продавец поможет выбрать подходящий вам увлажнитель.

В зависимости от производителъности/мощности увлажнителя он может ежедневно вносить в воздух вашего дома до 80 литров воды. Увлажнитель средней мощности добавляет в воздух примерно 12 литров влаги в сутки. Но семь средних домашних растений за это время увеличат количество влаги в воздухе на 0,5 литра, мытье посуды, пользование ванной и готовка пищи - еще литр или больше, сушильная машина - 2,5-3 литра за загрузку. Выделяемая этими видами деятельности влага, хотя и нежелательна в домах с плотной герметизацией, может увеличивать влажность в сухом климате. 

 В нашей климатической среде в помещении зимой не обойтись без увлажнителя воздуха. Проблема в том, что даже при достаточно высокой относительной влажности атмосферного воздуха его абсолютное влагосодержание - очень низкое. Прежде чем воздух поступит в помещение, он неизбежно нагреется. В это время его относительная влажность резко падает до 10%, а абсолютное влагосодержание остается все тем же. Чтобы отдавать себе отчет, что говорят эти значения, стоит сказать, что в африканских пустынях относительная влажность никогда не опускается ниже значения в 15%. Комфортным уровнем для жилого помещения считается 50% относительной влажности при температуре 20 С -для его поддержания неизменно потребуется искусственное увлажнение воздуха.

 Поддержание оптимального уровня влажности важно не только ради ощущения комфорта жильцами - это необходимо и с точки зрения санитарно-гигиенических норм. Ученые установили, что бактериальная флора, такая как staphylococcus и некоторые другие, угнетается при относительной влажности воздуха 45-55% в 20 раз интенсивнее, чем при влажности воздуха ниже 20% и выше 70%.

 {mospagebreak}

  Также поддержание влажностного  режима необходимо соблюдать на целом ряде промышленных производств, где  отступление от установленных значений влажности воздуха ведет к нарушению технологии производства выпускаемой продукции. В частности, к таким производствам относятся типографии, текстильные и деревобрабатывающие комбинаты, медицинские учреждения, колбасные заводы, сыроварни, табакохранилища, концертные залы.

  Пожалуй, наиболее распространенными на данный момент видами увлажнителей являются паровые (или изотермические) и распылительные (или адиабатические).   Сразу отметим, что паровое увлажнение в техническом плане более легко осуществить, но при этом паровое увлажнение требует значительно больших энергозатрат. Связано это, главным образом, с тем, что приходится как бы компенсировать скрытую теплоту испарения воды в процессе образования пара, и осуществляется это за счет внешних источников. Для примера - на генерацию 1 кг влаги в 1 час потребуется 750 Вт электроэнергии. Именно поэтому увлажнители, работающие по такому типу, ис-пользуют главным образом в бытовых и полупромышленных целях при потребности в увлажнении в пределах 100 кг пара/час. Главным плюсом паровых увлажнителей являются низкий уровень шума и простота в использовании.

  Другой способ увлажнения - распылительный, значительно более экономичный - на 1, а то и 2 порядка. На производство 1 кг влаги в 1 час потребуется всего 5-110 Вт электроэнергии. Вся эта энергия затрачивается на процесс распыления воды до состояния аэрозоля с тонкой дисперсией. Добавочная энергия, затрачиваемая на переход аэрозоля в состояние пара, возникает благодаря снижению (на 3-5 С) температуры окружающего воздуха. Данное свойство распылительных увлажнителей с успехом ис-пользуют там, где кроме собственно увлажнения необходимо компенсировать ощутимые тепловые избытки или нельзя допустить повышения температуры. В качестве примера можно привести печатный цех в типографии и холодильную камеру в типографии. В итоге на крупных промышленных объектах все чаще используются именно распылительные методы увлажнения. Безусловный минус распылительных увлажнителей - это более высокий уровень  шума и повышенные требования к составу воды и ее примесям.

  В качестве примера есть смысл привести характеристики двух типов увлажнителей одной известной итальянской марки. Фирма CAREL-(Италия) производит как бытовые, так и промышленные увлажнители обоих типов.

    Паровые увлажнители. Серии SD, homeSteam, heaterSteam, gaSteam, humiSteam.
1. Пароувлажнители серий SD и humiSteam с погружными электродами:
- производительность: 1-126 л/ч (зависит от типоразмера);
-  назначение: универсальное решение для увлажнения объектов самого разного назначения.
Пароувлажнители серии HomeSteam:
-  производительность: 1,5-3,2 л/ч;
-  назначение: главным образом используются для увлажнения помещений площадью в пределах 500 м2. Высокотехнологичная модель чрезвычайно проста в монтаже, управлении и дальнейшем обслуживании.

2. Пароувлажнители электронагревательные, серии heater Steam:
- производительность: 2-90 л/ч;
- назначение: рекомендованы к использованию там, где требуется практически абсолютная стерильность пара, а также простота технического обслуживания и нaдeжность. 
Эти пароувлажнители способны вырабатывать стерильный пар из воды практически любого качества, будь то деминерализованная или любая водопроводная.

3. Пароувлажнители серии gaSteam:
-  производительность: до 40 л/ч;
-  назначение: рекомендованы в тех случаях, когда нет возможности или попросту нерентабельно использовать электроэнергию. Работают на любом типе газа (природном), пропане и бутане.