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Sep 11, 2023

加熱と冷却は時間の経過とともに単純になり、より複雑になります

Il ritorno ai refrigeranti semplici sta progredendo e l’anidride carbonica è disponibile in commercio.

単純な冷媒への回帰が進行しており、二酸化炭素は R744 として販売されています。 もちろん、商業ビルの HVAC システムは決して単純なものではなく、スマート テクノロジーを使用してエネルギー需要を予測し、それによって単純なサーモスタットの時代よりも効率的に稼働します。 ゲッティイメージズ

人類は100万年から200万年にわたり、エネルギーを利用して熱を生み出してきました。 米国特許庁によると、私たちは 200 年未満の間、熱を除去するという別の方向にエネルギーを使用してきました。 これは大きな違いですが、もちろん説明するのは簡単です。 1 つ目は、自然現象である火を起こし、制御する方法を理解することでした。 2 つ目は機械を必要とし、産業革命が始まってしばらくしてから実現する予定でした。

冷却機に関する最初の特許は 1851 年に発行されました。商業的には成功しませんでしたが、機械原理を使用して流体をうまく冷却できることが実証されました。 医師のジョン・ゴリーによって病室を冷却するために考案されたこのシステムは、周囲の空気を圧縮し（空気を加熱する）、熱の一部を奪い、その後圧力を解放します（これにより空気が冷却されます）。 ゴリーの装置では、冷却プロセスでブライン溶液から熱が奪われ、その温度が約 26 度まで下がりました。その時点から、水を満たしたトレイをブラインに入れて氷を作るのは簡単でした。 ウィリス・キャリアーは、ガスを圧縮するという同様の概念を使用して、1902 年に最初の近代的な空調システムを考案しました。

他の開発者は、エーテルやアンモニアなどの他のガスを使用しました。 アンモニアは現在でも一部のシステムで使用されていますが、他の初期のガスの多くは段階的に廃止され、合成冷媒に置き換えられました。 化合物のアルファベットスープは長年にわたって使用されてきましたが、環境法によってその多くは廃止されました。

最近のオンライン セミナー「HVAC 製造のトレンド」を視聴した人々は、最新のトレンドが冷媒に二酸化炭素を使用することで問題を簡素化することであることを知りました。 Copper Development Association の協力を得て T-Drill が主催したこのセッションでは、CO2 (R744 として販売) の使用、より頑丈なパイプを使用した新しいシステム設計、およびそれらを構築するために必要な合金と工具について議論されました。

CO2 の 2 つの利点は、オゾン層破壊への寄与 (これはゼロ) と地球温暖化への寄与 (ほぼゼロ) です。 地球温暖化係数 (GWP) の基準ガスは CO2 で、その評価は 1 です。フロンベースの R22 の評価は 2,400、つまり 2,400 ポンドです。 CO2 の GWP は 1 ポンドの R22 と同じです。

CO2 の使用にはいくつかの欠点があります。 まず、これは天然の化合物ではありますが、空気より重いため、システムに漏れが発生して周囲の空気と入れ替わると、窒息の危険が生じます。 2 つ目は、R744 を使用するシステムでは、合成樹脂よりも高いシステム圧力が必要となり、高い温度 (1,300 ～ 1,900 PSI および 320 °F) が発生することです。 言うまでもなく、これによりシステム設計が再考され、強度を高めるために鉄を加えた銅合金 C19400 が使用されました。 97% が銅で、HVAC システムに使用される標準的な銅である C12200 よりも強度を高めるために、2.1% ～ 2.6% の鉄分が含まれています。

この材料はより強力ですが、極限引張強さは C12200 の 50,000 PSI に対して 68,000 PSI ですが、硬すぎるわけではありません。 CDA は C19400 を冷間加工に関して「優れている」と評価しており、T-Drill は、C19400 が同社の工具の使用範囲内に十分入っていると報告しています。

もちろん、商業ビル用の最新の暖房、換気、空調 (HVAC) システムは、以前のものよりもはるかに優れた機能を備えています。 ここからが事態が複雑になり始めます。

私たちは皆、電気代とエネルギー消費量を削減したいと考えていますよね。 もちろんそうします。 この取り組みの一環として、最新の HVAC 制御システムには、これまでよりもはるかに多くのセンサーが搭載されており、自己監視、分析、レポート (SMART) 機能が備わっています。

最近のオンライン セミナー「HVAC 製造のトレンド」を視聴した人々は、最新のトレンドが冷媒に二酸化炭素を使用することで問題を簡素化することであることを知りました。 Copper Development Association の協力を得て T-Drill が主催したこのセッションでは、CO2 (R744 として販売) の使用、より頑丈なパイプを使用した新しいシステム設計、およびそれらを構築するために必要な合金と工具について議論されました。

商業用または工業用の建物で必要な冷暖房には、季節、屋外温度、建物内 (または建物の一部) にいる人の数など、多くの要因が影響します。 SMART システムのセンサーは、温度、湿度、CO₂、占有率を測定し、建物の快適さを維持します。 制御システムは、単に反応するのではなく、エネルギー需要を予測できるようにプロファイルを構築します。 ボイラーや AC 部分が作動して単にフル稼働するのではなく、システムが先手を打って、ある程度徐々に速度を上げ、より効率的にエネルギーを消費することができます。 複数のコンプレッサーを備えた大規模な建物では、システムは一度に必要な数のコンプレッサーのみを使用し、送風機の速度を変更して空調空気の出力と分配を変更できます。

待って待って！ それは良くなります。 建物の環境が認知能力に及ぼす影響に関する研究である COGfx 研究では、空気の質が改善されると 9 つの領域で認知反応が改善されることが示されました。 また、いくつかの評価では、人々はより良​​い環境でテストされた場合、認知能力が 2 倍になることが実証されました。 大気質の測定には、揮発性有機化合物 (VOC) の濃度が含まれていました。 SMART HVAC を備えた最先端の建物では、VOC 負荷は立方メートルあたり 50 マイクログラム未満でした。 従来の建物では、少なくともその 10 倍の 500 ～ 700 でした。

確かに、この研究の主な後援者はキャリア社であったが、それでもこの報告書はさまざまな大学の人々によって実施された3年間にわたる学術研究の結果であり、正当性の特徴がある。 Carrier は、最新の HVAC システムの使用による健康への影響に関する研究、HEALTHfx Study にも貢献しました。

とにかく、次回、あなたのビルのメンテナンス部門の担当者が 2 巻または 3 巻のユーザーマニュアルに目を通しているのを見かけたら、わざわざ何をしているのか尋ねないでください。 彼は HVAC システムのトラブルシューティングを行っています。 これは確かに大変な作業のように見えますし、メンテナンス チームはおそらく、システムの運用を最適化するためにシステムを設置した請負業者の専門家に依存しているでしょう。はい、それは非常に複雑です。しかし、SMART HVAC システムは、エネルギー効率と作業者の生産性において十分に元が取れます。