Jak przez wieki walczono z upałem? Klimatyzacja od starożytności do dziś

Każdy z nas miał kontakt z klimatyzacją, choćby w biurze czy sklepie. W upałach jest wręcz wybawieniem dla organizmu, który nie jest dostosowany do wysokich, wręcz ekstremalnych temperatur. Jednakże ludzie żyjący setki lat temu musieli się obejść bez klimatyzacji - przynajmniej we współczesnym rozumieniu.

Starożytni nie mieli prądu, ani znanych nam czynników chłodzących, a ówczesna technologia stała na nieporównywalnie niższym stopniu, niż teraz. Jednak to oni wymyślili wiele praktycznych rozwiązań, które można byłoby z powodzeniem włączyć w projektowanie nowoczesnych budynków.

Jak wyglądała historia chłodzenia domów na Ziemi? Wbrew pozorom nie została wcale wymyślona kilkadziesiąt lat temu.

Na Bliskim Wschodzie temperatury mogą sięgać nawet powyżej 50 stopni Celsjusza. Żar lejący się z nieba jest wówczas nie do wytrzymania. Brakuje tam rozłożystych drzew, rzek, czy jezior, przy których można byłoby się schłodzić. Jednak starożytna ludność tego regionu świata opracowała kilka praktycznych technik chłodzenia, które mogą schłodzić temperaturę pomieszczenia nawet o kilkanaście stopni.

Pierwszym przykładem jest planowanie miast. Budynki w nich ustawione bardzo blisko siebie, co chroniło ściany przed nadmiernym nagrzewaniem. Dodatkowo w domach budowane były malaqafy, czyli wieże służące do przechwytywania powietrza/wiatru, które zorientowane były w stronę dominujących kierunków wiatrów.

Kolejnym przykładem jest mashrabijja - jest to szczególny element architektoniczny, charakterystyczny dla tradycyjnej architektury islamskiej. Mimo pięknego wyglądu pełni niezwykle ważną rolę w chłodzeniu domostwa. Ażurowy, zabudowany balkon ma za zadanie łapać wiatr i chłodzić pomieszczenie w sposób pasywny. Bardzo często stawia się tam pojemnik z wodą, by wzmocnić efekt. Mashrabijje mają kontrolować przepływ powietrza, obniżać jego temperaturę oraz zwiększyć wilgotność w chłodzonym pomieszczeniu.

Takie balkony są zbudowane z kratek, których otwory, w dolnej części całej konstrukcji, są mniejsze. Większe otwory zlokalizowane są w wyższych partiach balkonu. Taki zabieg powoduje, że szybszy przepływ powietrza tworzy się na wysokości głowy i powolny przy podłodze. Zapewnia to stałą i szybką wymianę powietrza. Dodatkowo wystający balkon zbiera wiatr wiejący nawet równolegle względem ściany.

Kolejnym rozwiązaniem ze starożytności były kanaty, czyli połączenie kominów domów z systemem podziemnych tuneli, które doprowadzały wodę (zwykle z pobliskich gór). Ciepłe powietrze unosiło się ku górze i uciekało przez wieżę, przez co w domu tworzyło się niższe ciśnienie. Ono "zasysało" chłodne powietrze z tuneli z zimną wodą Takie rozwiązanie mogło schłodzić powietrze aż o ponad 15 stopni Celsjusza. Na Bliskim Wschodzie ten sposób klimatyzacji stosowany jest już od ponad 1000 lat.

Starożytni mieli także swoje specjalne "lodówki", które nazywają się zeer. Budowano je z nieszkliwionej ceramiki wyłożonej mokrym piaskiem. W nim umieszczano kolejne naczynie do przechowywania żywności. Odparowywanie wody z mokrego piasku i przez pory wypalonej gliny usuwało ciepło z wewnętrznego naczynia. Urządzenie wymagało jedynie przepływu stosunkowo suchego powietrza i źródła wody.

Średniowieczni inżynierowie stosowali podobne metody chłodzenia budynków, które stosowano m.in. w Persji. Konstruowali oni specjalne systemy kominowe, przez które wydostawało się ciepłe powietrze. Ciekawostką jest, że w późniejszym czasie, jeden z najsłynniejszych konstruktorów świata, Leonardo Da Vinci skonstruował wiatrak napędzany kołem wodnym.

Dopiero wieki później, w 1758 roku, Benjamin Franklin oraz John Hadley zauważyli, że ciecze posiadające wysoką lotność m.in. alkohol, są w stanie schładzać inne obiekty, w tym powietrze. Idąc dalej, Michael Faraday w 1820 roku udowodnił, że sprężając i skrapiając amoniak, można schładzać powietrze znajdujące się w pomieszczeniach.

Za ojca klimatyzacji uważa się Willisa Havilanda Carriera, który zaprojektował i zbudował instalację dla drukarni, która to instalacja była w stanie kontrolować temperaturę powierza oraz poziom wilgoci. Miało to miejsce w 1902 roku. Według niektórych, należałoby stawiać mu pomniki w każdym mieście, a z pewnością wiele osób będzie go wielbić.

Ten sam człowiek, 20 lat później, zaprezentował kolejny wielki wynalazek - klimatyzator ze sprężarką odśrodkową. Dzięki zmniejszonej wielkości zyskało ono większą funkcjonalność. Pierwszym na świecie budynkiem z klimatyzacją stał się Teatr Rivoli na Times Squar w 1925 roku. Od tego momentu klimatyzacja przeżyła swój boom. W 1931 roku została opracowana klimatyzacja przyokienna, która była podobna do współczesnej. Z kolei w 1933 roku zamontowano ten sprzęt po raz pierwszy w prywatnym domu.

Kolejny boom klimatyzacyjny miał miejsce po II wojnie światowej w latach 50. Rozpoczęła się, wówczas masowa produkcja kompaktowych urządzeń montowanych w domach.

Według różnych danych w 2018 roku na całym świecie zainstalowano 1,6 miliarda klimatyzatorów, a do 2050 roku, liczba ta ma wzrosnąć aż do 5,6 miliarda. W USA w 2015 roku około 87 proc. amerykańskich gospodarstw domowych posiadało systemy klimatyzacji, z kolei w Chinach w okresie 1995-2004 odsetek domów z klimatyzacją wzrost z 8 do 70 proc. W 2019 roku oszacowano, że średnio 90 proc. nowych domów budowanych w USA miało zamontowaną klimatyzację.

Inżynierowie i naukowcy wciąż opracowywaną nowe technologie, które mają usprawnić proces chłodzenia. Jedną z takich technologii są farby samochłodzące, które wykorzystują chłodzenie radiacyjne.

Pomalowana nią powierzchnia emituje więcej promieniowania podczerwonego (w zakresie od 8 do 13 μm) niż pochłania z otoczenia. Wskutek tej nierównowagi powietrze w pomieszczeniu może się ochładzać. Dodatkowo farba posiada wysoki współczynnik odbicia promieni słonecznych powyżej 95 proc. Dzięki tej technologii można schłodzić powierzchnię do 10 stopni poniżej temperatury otoczenia.

W 2021 roku wynaleziono też tkaninę, która obiera ciepło z powierzchni ciała i oddaje ją szybko do otoczenia. Ma jedyną wadę - musi dotykać skóry, więc nie nadaje się do ubrań o luźnych krojach.

Identyczną metodę chłodzenia stosuje nasza planeta, która oddaje w kosmiczną przestrzeń promieniowanie podczerwone. Kto wie, może kiedyś będziemy się chłodzić tylko oddając nadmiar ciepła w kosmos?