Ψυκτικά-Θερμικά Φορτία

Ο κλιματισμός πρέπει να μας εξασφαλίζει συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας και ταχύτητας κυκλοφορίας του αέρα στις οποίες να αισθανόμαστε άνετα οι οποίες είναι βασικότατες για κάθε δημιουργική μας προσπάθεια.

• Το καλοκαίρι, η κλιματιστική μονάδα ενός χώρου λειτουργεί με σκοπό να καλύψει το ψυκτικό φορτίο, δηλαδή τα θερμικά κέρδη του χώρου, και να μειώσει την εσωτερική θερμοκρασία του χώρου δημιουργώντας έτσι ψύξη.

Το μεγαλύτερο μέρος του ψυκτικού φορτίου προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία που εισέρχεται στον χώρο από τα τζάμια (διαφανείς επιφάνειες). Όταν τα τζάμια λοιπόν δεχτούν την ηλιακή ακτινοβολία αυξάνεται η θερμοκρασία τους, εκπέμπουν θερμότητα η οποία με την σειρά της θερμαίνει τον εσωτερικό αέρα. Επίσης οι εξωτερικές επιφάνειες των τοίχων παίζουν σημαντικό ρόλο στο μέγεθος του ψυκτικού φορτίου. Οι εξωτερικές επιφάνειες απορροφούν την θερμότητα από την ηλιακή ακτινοβολία, θερμαίνονται με συνέπεια να μεταδίδουν την θερμότητα στον χώρο. Ακόμη το ψυκτικό φορτίο γίνεται ακόμα μεγαλύτερο από την είσοδο εξωτερικού αέρα στον χώρο (από ένα παράθυρο ή μια πόρτα που δεν έχει κλείσει καλά).
Με τον όρο ψυκτικά φορτία εννοούμε τα ποσά θερμότητας που προστίθενται στον χώρο στην μονάδα του χρόνου από διάφορες εξωτερικές πηγές και επιβαρύνουν την κλιματιστική εγκατάσταση.

Τα ψυκτικά φορτία προέρχονται τόσο από εξωτερικές όσο και εσωτερικές πηγές καθώς και από τον αερισμό. Αναλυτικότερα:

1.       Εξωτερικές πηγές

Η βασικότερη εξωτερική πηγή που επηρεάζει το ψυκτικό φορτίο είναι η ηλιακή ακτινοβολία. Για την αντιμετώπιση της είναι απαραίτητη η εξωτερική σκίαση των παραθύρων και άλλων γυάλινων επιφανειών (π.χ. τέντες) ή εσωτερική εάν δεν υπάρχει άλλη λύση.

Αυτό το φαινόμενο γίνεται ιδιαίτερα αντιληπτό από όλους όταν το καλοκαίρι κατεβάζουμε τις τέντες ή κλείνουμε τα πατζούρια για να εμποδίζουμε τον ήλιο με αποτέλεσμα να κρατάμε τον χώρο πιο δροσερό. Η θερμομόνωση παίζει σημαντικό ρόλο καθώς περιορίζει τα θερμικά κέρδη του χώρου που κλιματίζεται. Τέλος οι σκούρες επιφάνειες απορροφούν σε μεγαλύτερο βαθμό την ηλιακή ακτινοβολία, και συνεπώς εκπέμπουν μεγαλύτερη θερμότητα.

2.       Εσωτερικές πηγές

Τα εσωτερικά φορτία προέρχονται από ανθρώπους, συσκευές ή μηχανήματα, φωτισμό, πηγές δηλαδή που αποβάλλουν οι ίδιες θερμότητα με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του χώρου.  Στην περίπτωση αύξησης θερμοκρασίας από άνθρωπο, επειδή αυξάνεται και η υγρασία το ονομάζουμε λανθάνον ψυκτικό φορτίο.

Σε χώρους που έχουμε πολλούς ανθρώπους όπως ένας κινηματογράφος, το     «αισθητό» και το «λανθάνον» φορτίο είναι πολύ υψηλό, για αυτό εάν δεν υπάρχει κλιματισμός προκαλείται δυσφορία. Το καλοκαίρι τα θερμικά φορτία λόγω φωτισμού μπορούν να μειωθούν με την χρήση ενεργειακών λαμπτήρων που εκπέμπουν λιγότερη θερμότητα από τους κοινούς λαμπτήρες πυρακτώσεως και καταναλώνουν λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια.

3.       Αερισμός

Τα φορτία του αερισμού μπορούν να προέρχονται με δύο τρόπους. Είτε με την εισαγωγή νωπού αέρα που είναι απαραίτητος για τον αερισμό χώρων είτε από τον ζεστό εξωτερικό αέρα που μπορεί να εισέρχεται στον χώρο μέσω χαραμάδων των ανοιγμάτων όπως παράθυρα και πόρτες.

Ο ζεστός αέρας αυξάνει το αισθητό ψυκτικό φορτίο ενώ εάν περιέχει και υγρασία τότε αυξάνεται και το λανθάνον ψυκτικό φορτίο. Σημαντικό ρόλο στην μείωση του ψυκτικού φορτίου παίζει η αεροστεγανότητα. Παρόλα αυτά χρειάζεται περιοδικά να γίνεται καλός αερισμός του εσωτερικού χώρου, ειδικότερα εάν δεν υπάρχει μηχανικό σύστημα αερισμού για να διασφαλίζεται η ανανέωση και η ποιότητα του εσωτερικού αέρα.

Το καλοκαίρι ο αέρας χρειάζεται αφύγρανση διότι η υψηλή υγρασία επηρεάζει αρνητικά τις συνθήκες θερμικής άνεσης του ανθρώπου καθώς εμποδίζει την εξάτμιση του ιδρώτα από το σώμα με αποτέλεσμα να αισθάνεται δυσφορία ακόμα και εάν η θερμοκρασία του αέρα είναι ικανοποιητική. Ακόμη ένα αρνητικό είναι ότι ευνοεί την ανάπτυξη μικροοργανισμών. Τα αποδεκτά όρια της υγρασίας είναι μεταξύ 45%-60%.

•         Αντίθετα τον χειμώνα η κλιματιστική μονάδα προσπαθεί να καλύψει το θερμικό φορτίο, την διαφορά δηλαδή μεταξύ των θερμικών κερδών (ποσών θερμότητας που προσδίδονται στον χώρο) και των θερμικών απωλειών (ποσών που απορροφούνται από τον χώρο), και να αυξήσει την εσωτερική θερμοκρασία του αέρα.

   Τον χειμώνα για παράδειγμα όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι μικρότερη από την θερμοκρασία του χώρου που θερμαίνουμε έχουμε μεταφορά θερμότητας από τον θερμαινόμενο χώρο στο εξωτερικό περιβάλλον. Σε αυτήν την περίπτωση λέμε ότι έχουμε θερμικές απώλειες. Για την κάλυψη των απωλειών αυτών, χρησιμοποιούμε εσωτερικές πηγές θερμότητας όπως ένα κλιματιστικό μηχάνημα.

     Αντίθετα το καλοκαίρι έχουμε εισροή θερμότητας από το περιβάλλον στους χώρους μας. Σε αυτήν την περίπτωση λέμε ότι έχουμε θερμικά κέρδη. Για να διατηρήσουμε την θερμοκρασία στα επιθυμητά επίπεδα (περίπου 25^οC - 27^οC) χρησιμοποιούμε μια αντλία θερμότητας, ένα αυτόνομο ψυκτικό μηχάνημα ή κάποιο κεντρικό σύστημα κλιματισμού.

Αντίστοιχα με τον όρο θερμικά φορτία εννοούμε το ποσό της θερμότητας που πρέπει να αφαιρείται από τον κλιματιζόμενο χώρο στην μονάδα του χρόνου μέσω της κλιματιστικής εγκατάστασης.

Τα θερμικά κέρδη ενός χώρου μπορούν να προέρχονται τόσο από εσωτερικές όσο και από εξωτερικές πηγές όπως: 

1.       Εξωτερικές πηγές

Όπως και στα ψυκτικά φορτία έτσι και στα εξωτερικά θερμικά κέρδη προέρχονται από την ηλιακή ακτινοβολία. Με την διαφορά όμως ότι η ηλιακή ενέργεια προσφέρει δωρεάν θέρμανση και μειώνει το θερμικό φορτίο.

  

2.       Εσωτερικές πηγές

Πάλι στις εσωτερικές πηγές κατατάσσονται οι άνθρωποι, φωτισμός, μηχανήματα ή συσκευές οι οποίες προσδίδουν θερμότητα στον χώρο.

Γενικότερα οι θερμικές απώλειες μπορεί να προέρχονται από τους τοίχους και τα τζάμια ενός κτιρίου.

Μέσω της καλής θερμομόνωσης των τοίχων περιορίζουμε τις θερμικές απώλειες όπως και σε ένα μονό γυαλί οι απώλειες θερμότητας είναι πολύ μεγαλύτερες σε σχέση με τα διπλά τζάμια των παραθύρων. Τέλος προστίθενται φορτία που προέρχονται μέσω του αερισμού (είσοδος κρύου εξωτερικού αέρα μέσω χαραμάδων). Τα όρια της σχετικής υγρασίας τον χειμώνα είναι μεταξύ 40%-70%.

Συνοψίζοντας

•      Η ηλιακή ακτινοβολία πρέπει να είναι ελεγχόμενη διότι τον χειμώνα μειώνει το         θερμικό φορτίο, αλλά τον χειμώνα αυξάνει το ψυκτικό φορτίο.
•   Τα εσωτερικά θερμικά κέρδη μειώνουν το θερμικό φορτίο και αυξάνουν το ψυκτικό φορτίο.
•   Η μείωση των θερμικών φορτίων επιτυγχάνεται με την σωστή θερμομόνωση, τοποθέτηση διπλών τζαμιών, με αεροστεγάνωση.
•  Ο εξωτερικός αέρας που πρέπει να κλιματιστεί αυξάνει τόσο το ψυκτικό όσο και το θερμικό φορτίο.
• Γενικότερα οι θερμικές απώλειες και τα θερμικά κέρδη ενός θερμαινόμενου χώρου οφείλονται στον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής που μας λέει: 

Η θερμότητα ρέει πάντα από χώρους ή σώματα υψηλότερης θερμοκρασιακής κατάστασης προς χώρους ή σώματα χαμηλότερης θερμοκρασιακής κατάστασης.

α