La climatisation est la technique qui consiste à modifier, contrôler et réguler les conditions climatiques (température, humidité, niveau de poussières, etc.) d’un local pour des raisons de confort (bureaux, maisons individuelles) ou pour des raisons techniques (laboratoires médicaux, locaux de fabrication de composants électroniques, blocs opératoires, salles informatiques).

Les principales caractéristiques modifiées, contrôlées ou régulées sont :

le degré de pollution de l'air ambiant (local à traiter) : renouvellement, soit par extraction forcée de l’air hors du local, soit par introduction forcée d'air neuf (air extérieur) dans le local, soit par renouvellement partiel de l'air ambiant pollué (ajout d'un caisson de mélange), ou tout simplement un filtre à poussière. la température de l'air : modification en fonction des saisons (chauffage ou refroidissement), le degré d'hygrométrie de l’air traité : humidification ou déshumidification, la teneur en poussières de l’air : traitement par filtration de l'air soufflé ou repris, le maintien permanent des conditions intérieures (la régulation).

Alors que le chauffage et l'élévation du degré d'humidité relèvent de techniques maitrisées depuis longtemps, réfrigérer et déshumidifier l'air nécessitent des techniques mises en œuvre plus récemment (invention du réfrigérateur au XIX siècle). Les systèmes modernes se trouvent de plus en plus associés dans un même appareil : le climatiseur réversible (réfrigération l'été et chauffage l'hiver).

Module externe d'un climatiseur à air

Module de climatiseur sur un toit

Histoire

Dès le XVI siècle des systèmes naturels de rafraîchissement, obtenus par ruissellement d'eau, provoquant ainsi par évaporation une diminution de la température d'air. Les Romains utilisaient un tunnel souterrain d'apport d'air extérieur qui était un vrai climatiseur puisque l'air entrant dans la maison était assez invariablement autour de 10-12 °C hiver comme été.

XVIII siècle

Dès la fin du XVIII siècle, des réseaux de climatisation sont créées avec des blocs de glace intégrés à même les réseaux avec ventilation forcée. Avant l'invention des réfrigérateurs, on stockait la glace découpée l'hiver sur les étangs, dans une glacière. Il s'agissait d'un trou fermé par un couvercle isolant dans lequel on alternait des couches de paille, ou de sciure de bois, et de glace. Comme l'air froid descend et que la chaleur monte, l'orifice de remplissage se situant en haut, la température basse se maintenait et une partie de la glace, ainsi stockée, se conservait jusqu'à l'été.La notion de confort d'été est encore bien ancienne avec des conceptions architecturales privilégiant des courants d'air et protégeant de la chaleur les zones en ensoleillement direct.

En 1755, l’écossais William Cullen obtient un peu de glace par vapeur d’eau sous "cloche à vide".

XIX siècle

En 1850, Ferdinand Carré invente le réfrigérateur à eau et ammoniac.

Mais la première véritable tentative d'utilisation industrielle de la réfrigération date de 1851 lorsque James Harrison, un imprimeur écossais, émigré en Australie, a acheté une entreprise de presse. Alors qu'il nettoyait des caractères à l'éther, il remarqua que le liquide refroidissait fortement le métal en s'évaporant. Harrison eut l'idée de comprimer l'éther gazeux avec une pompe pour le transformer en liquide, puis de laisser l'éther liquide revenir à l'état gazeux en provoquant un refroidissement. Il mit ce système en œuvre dans une brasserie australienne où le gaz froid d'éther était pompé dans des tuyaux qui circulaient dans le bâtiment. Harrison utilisa le même principe pour fabriquer de la glace en faisant passer dans de l'eau les tuyaux refroidis par l'éther gazeux. Mais il fit faillite en 1860 car la glace naturelle qu'on importait par bateau d'Amérique restait moins chère.

Un peu plus tard la technologie avançant on se mit à fabriquer des systèmes simples de refroidissement fonctionnant avec des compresseurs à piston (comme nos réfrigérateurs actuels) principalement dans les transports maritimes, ces derniers fonctionnaient avec de l'éther qui fut remplacé par la suite par de l'ammoniac qui permettait d'avoir un meilleur rendement.

XX siècle

La climatisation moderne a été inventée par Willis H. Carrier en 1902.

Willis Carrier invente le premier système de réfrigération centrifuge, doté d’un compresseur central permettant de réduire la taille de l’appareil. Il ne sera dévoilé au public qu’en 1925 quand M. Carrier va persuader la Paramount de l’installer lors de la construction de la salle de spectacle Rivoli Theater à Times Square. La légende dit que les blockbusters de l’été datent de cette époque car les newyorkais dès lors s’installeront dans les salles de cinéma climatisées durant les chaudes journées d’été.

Fonctionnement et utilisation

La climatisation est un mode de confort thermique adapté lorsque la température extérieure est élevée. En été et en intersaisons, le besoin de climatisation est dû aux apports externes (solaire notamment) mais également aux apports internes (nombre important d'occupants, exemple salle de réunion, appareils électriques tels que l'éclairage, la micro-informatique, ...). La climatisation apporte le confort thermique d'été, d'intersaisons, mais également en hiver par utilisation du même système pour chauffer les locaux. Le confort en hygrométrie est également pris en compte pour apporter une humidité ambiante contrôlée par les actions d'humidification et de déshumidification. Une climatisation est essentiellement une pompe à chaleur d'une taille adaptée à l'usage.

Systèmes

Le principe de fonctionnement d'un climatiseur est expliqué sur le schéma suivant :

Principe de fonctionnement d'un climatiseur

Exemple d'une centrale de traitement d'air

Un système de climatisation doit non seulement contrer les charges thermiques et hydriques d'un local, mais il doit aussi assurer la qualité de l'air par le renouvellement d'air neuf hygiénique (maintien de la teneur en CO₂ et des odeurs à un niveau acceptable défini par les normes en vigueur), et bien sûr la filtration de l'air soufflé.

Les charges thermiques sont les apports ou les déperditions de chaleur externes et internes qui sont exprimés en kilowatts [kW],

Les charges hydriques sont généralement des apports d'humidité internes exprimés quant à eux en kilowatts [kW] ou en kilogrammes par heure (débit massique).

Les différents systèmes de climatisation

Il existe dans le domaine du génie climatique plusieurs types de systèmes que l'on peut classer en trois catégories :

les centrales unizones (voir exemple ci-dessus),

les centrales multizones,

les systèmes autonomes, triomes

Le renouvellement d'air

Il existe plusieurs solutions technologiques concernant le renouvellement de l'air au sein d'un local :

L'air neuf(aux conditions extérieures) est mélangé avec une partie de l'air repris du local par le biais d'un caisson de mélange (voir schéma ci-dessus),

L'air neuf est préparé aux conditions spécifiques du local (température, hygrométrie) par une autre centrale, appelé généralement centrale de traitement d'air neuf.

Les systèmes tout air

Dans ce type de système, afin d'éviter que l'air extérieur ne vienne polluer celui du local, on augmente légèrement la pression intérieure par rapport à la pression atmosphérique. L'intérêt du caisson de mélange est de réaliser des économies importantes d'énergies (respect de l'environnement).

On a donc dans ce cas un débit massique d'air soufflé supérieur au débit massique d'air repris.

Ce type de procédé est généralement utilisé dans les bureaux, les salles de cinéma, ...

Systèmes utilisés en recyclage total

Dans ce type de procédé, le renouvellement d'air neuf sera obtenu soit par un système de ventilation mécanique contrôlée ou le mélange d'air s'effectuera directement dans le local, soit l'air neuf sera préparé dans une centrale dite "centrale d'air neuf". Cet air est directement soufflé aux conditions intérieures du local. Un circuit d'air neuf particulier assure le renouvellement d'air neuf, et on aura un débit d'air rejeté égal au débit d'air neuf apporté.

Système fonctionnant en tout air neuf

Dans ce type de procédé, il n'y a pas de recyclage de l'air du local. En fonction du type de local il sera soit en surpression afin d'éviter toute pollution de l'air intérieur (blocs opératoires, laboratoires de produits pharmaceutiques, ...), soit à la pression atmosphérique.

L'inconvénient de ce type d'installation est qu'il est générateur de puissances thermiques très élevées, donc peu économiques. Toutefois, afin de diminuer les coûts énergétiques, on peut installer un récupérateur de chaleur (à plaques par exemple) sur ces centrales.

Système fonctionnant avec récupérateur d'énergie

En mode "froid" l'air neuf (qui vient de l'extérieur) plus chaud cède une partie de sa chaleur (un échangeur n'est pas parfait) à l'air usé à travers un échangeur (air/air) ce qui lui permet d'abaisser sa température et ainsi économiser l'énergie à fournir au système de climatisation. À l'inverse quand le système passe en mode "chaud" l'air chaud qui est expulsé vers l'extérieur réchauffe l'air neuf avant d'entrer dans l'espace climatisé ce qui permet des économies aussi comme dans certain systèmes de ventilation classique.Cet échangeur est communément appelé "caisson double flux".

Conditions de base

Dans une cour ou un environnement fermé ou peu aéré, par temps chaud, les climatiseurs peuvent créer une bulle de chaleur auto-entretenue, contribuant au phénomène d'îlot de chaleur urbain

Avant d'installer un système de climatisation, il est important de définir les apports de chaleur et d'humidité intérieures et extérieures.

Définition des conditions extérieures

Ces valeurs dépendent de la saison et de la situation géographique où seront situés les locaux à climatiser. Les données météorologiques déjà classifiées permettront de fixer les températures sèches et les températures humides. Ces données vont nous permettre de calculer les puissances maximales à mettre en œuvre dans nos locaux.

Définition des conditions intérieures

Les températures et hygrométries intérieures dépendent du type de local.

pour les locaux comme les habitations individuelles, les bureaux, les grands magasins, ... (climatisation dite de « confort »), la température et l'hygrométrie dépendront des saisons, mais aussi de la quantité d’élément qui peuvent dégager de l'humidité (nombre de clients, salades, légumes, etc).

pour les locaux de types industriels, la température et l'hygrométrie dépendront de l'usage que l'on fait des locaux. Elles peuvent rester constantes toute l'année (local informatique ou laboratoire métrologique par exemple) mais aussi varier (cuisson discontinu dans une conserverie).

Charges d'un local

Lors de l'étude d'un projet de climatisation, il est important afin de pouvoir dimensionner correctement la centrale de traitement d'air, d'étudier au préalable les charges que devra supporter la centrale. Il faudra tenir compte des charges dites sensibles et des charges dites latentes.

Charges sensibles

Les charges sensibles venant de l'extérieur sont positives en été (à cause de l’ensoleillement, par exemple) et négatives en hiver (à cause des déperditions).

Les charges sensibles venant de l'intérieur du local proviennent essentiellement

des machines à l'intérieur du local,

de l'éclairage.

des tuyauteries

Charges latentes

Les apports de chaleur latente (dégagement d'humidité sous forme de vapeur d'eau) viennent essentiellement :

des locaux (comme les piscines par exemple),

du matériel à l'intérieur des locaux (convoyeur d’épinard dans une conserverie),

des occupants (humidité).

Charges hydriques

La relation mathématique suivante donne les charges hydriques nommé [øL] :

øL = M × Lv [kW] M = masse d'eau dégagée par heure Lv = chaleur latente de vaporisation de l'eau.

M = masse d'eau dégagée par heure

Lv = chaleur latente de vaporisation de l'eau.

Charges totales

Les charges totales sont la somme algébrique des charges sensibles et latentes nommé [øT]. Elle peut être positive ou négative et est donnée par la relation mathématique suivante :

øT = øS + øL [kW]

Bilan énergétique d'un local

Si la température et l'hygrométrie du local sont constantes, le bilan énergétique de celui-ci peut être expliqué de la façon suivante :

La puissance apportée au local (air soufflé et apports internes) est égale à la puissance perdue par celui-ci (air repris ou perdu)

L'humidité apportée au local par l'air soufflé et les apports d'humidités intérieur est égale à l'humidité perdue sous forme de condensation ou d'extraction d'air.

Bilan enthalpique

Pour cela on supposera que le débit massique d'air sec soufflé est égal au débit massique d'air repris :

øair soufflé = øair repris

La puissance apportée au local est la somme de la puissance apportée par l'air dans le local, c'est-à-dire à øT (voir au chapitre précédent).

øT= qmas × has-harp

Sachant cela, on peut déterminer les conditions de soufflage.

Conditions de soufflage

Pour déterminer les conditions de soufflage de l'air dans un local, il faut connaître :

le débit massique d'air sec au soufflage (qmas [kgas/s],

le taux de brassage τ , (le taux de brassage est le rapport entre le débit d'air soufflé et le volume du local traité, sa connaissance n'est donc pas nécessaire lors ce que le débit d'air soufflé est connu, il faut être prudent avec cette notion car le taux de brassage est un résultat de calcul et non une valeur dimensionnante, néanmoins, le taux de brassage est utile pour évaluer le confort à obtenir et la stratification de l'air chaud).

l'écart de température Δθ entre le soufflage et le local,

le point de soufflage, dont les coordonnées sont déterminées en reportant sur un diagramme psychométrique deux valeurs comme l'enthalpie et la teneur en eau, par exemple.

Les conditions du point de soufflage (plus précisément les conditions de confort) permettront de dimensionner les éléments de l'installation :

le débit massique permettra de calculer les puissances des batteries et le débit d'eau piégé par celle-ci (batterie froide humide), le débit d'eau à injecter (humidificateur vapeur),

l'enthalpie, la température sèche et l'humidité absolue permettront de placer le point sur le diagramme.

Positionnement du point de soufflage

Le positionnement du point de soufflage par rapport à celui du local dépend des charges sensibles et latentes (apports ou déperditions).

Les conditions à maintenir dans le local sont : θL, rL

Les conditions du point de soufflage sont : θs, rs

Les charges sensibles peuvent être : =0; <0 ou >0

Les charges latentes peuvent être : =0; <0 ou >0

Suivant les valeurs des charges, on peut considérer 9 positions significatives du point de soufflage par rapport à celui du local. En fonction du bilan thermique (apports ou déperditions), on peut donc prévoir la position du point de soufflage par rapport à celui du local.

Écart au soufflage et du taux de brassage

L'écart de température au soufflage représente la différence algébrique entre la température de soufflage et la température du local :

Δθ = θs - θL ou Δθ = θL - θs

Cet écart est toujours positif quelle que soit la position du point de soufflage par rapport à celui du local. Il dépend du type de bouches utilisées.

On peut prendre en première approximation les valeurs suivantes :

Soufflage été : Δθ = de 5 à 15 K

Soufflage hiver : Δθ = de 5 à 20 K

Le taux de brassage représente le volume d'air traité renouvelé dans le local pendant une heure :

τ =qv/V τ = taux de brassage en h V = volume du local en m³ qv = débit volumique de soufflage en m³/h.

τ = taux de brassage en h

V = volume du local en m³

qv = débit volumique de soufflage en m³/h.

Le taux de brassage dépend du type de bouches de soufflage installées. Il ne dépasse pas 15 en climatisation de confort et peut aller jusqu'à 30 en climatisation industrielle.

Inconvénients et polémiques

La climatisation assistée présente des avantages et des inconvénients sanitaires, mais aussi des risques pour la santé et l'environnement.

Pour la santé

Les systèmes de climatisation sont accusés de provoquer les risques de santé suivants :

Certains climatiseurs ou systèmes extérieurs de réfrigération produisent des eaux où, si les appareils sont mal entretenus, des organismes pathogènes peuvent proliférer. L'exemple le plus cité est celui de l'agent de la légionellose.

L'injection de désinfectants dans ces systèmes (produits chlorés en général) peut aussi poser des problèmes de santé, et favoriser l'apparition de pathogènes chlororésistants.

Presque tous les systèmes de climatisation comportent des filtres, qui doivent être nettoyés ou changés périodiquement ; cet entretien n'est pas toujours effectué.

Une climatisation n'a de sens que dans un espace relativement « fermé » ; dans ces conditions, divers polluants ou contaminants biologiques (microbes) peuvent se concentrer (même s'ils se développent moins à basse température, dans le cas où la climatisation réfrigère l'air).

Une climatisation excessive expose la personne qui se rend ensuite dans un espace non climatisé à un choc thermique. D'après l'agence de l'environnement et de la maitrise de l'énergie (Ademe), il est recommandé de ne pas descendre en dessous de 26 °C et de maintenir une différence de température comprise entre 5 et 7 °C entre l’intérieur et l’extérieur d'un bâtiment.

La transmission de virus entre différents locaux par les systèmes de climatisation a fait l'objet d'études qui ne permettaient pas, en 2009, d'apporter de conclusion définitive ; alors que se développait l'épidémie de grippe A (H1N1) de 2009, l'Agence française de sécurité sanitaire de l'environnement et du travail (Afsset) conseillait : « Dans le cas des bâtiments collectifs équipés d’une centrale de traitement de l’air (climatisation centralisée), maintenir l’apport d’air extérieur et arrêter, si possible sans autre inconvénient, le recyclage ». L'agence française estime en effet que « Dans les bâtiments équipés d’une ventilation avec recyclage de l’air (climatisations dans les immeubles de bureaux ou les bâtiments accueillant du public comme les supermarchés), le risque de transmission ne peut être exclu, mais il reste difficile à évaluer car il dépend de nombreux facteurs non connus (virulence de la souche de virus, cheminement de l’air dans les pièces et les systèmes de ventilation, etc.) ».

Pour l'environnement

La climatisation est critiquée pour les raisons suivantes :

Elle dépense de l'énergie, augmente la consommation énergétique des bâtiments ou véhicules qui en sont équipés. L'Ademe estime à 5 % le surcoût annuel de la climatisation des automobiles (1 litre/100 km lorsqu'elle est en fonctionnement).

La consommation énergétique est telle que par exemple la consommation électrique en été atteint et dépasse en France la consommation électrique faite en hiver, notamment depuis la canicule de 2003 qui a entraîné l'équipement d'un nombre élevé de foyers en climatiseurs. Alors que, dans un même temps, le parc énergétique Français (notamment nucléaire) ne peut fournir toute l'énergie car devant fonctionner à régime réduit à cause des difficultés de réfrigération rencontrées par contre les centrales électriques solaires sont au maximum de leur production le jour.

Elle fait souvent appel à des dispositifs frigorigènes utilisant des gaz à effet de serre (HFC dont le pouvoir en termes d'effet de serre est 2 000 fois plus fort que celui du CO2, et dont une partie s'échappe inévitablement dans l'atmosphère (accidents, fuites, mauvaise gestion de la fin de vie du matériel). Toujours selon l'Ademe, cet effet équivaut à une augmentation de 10 % de l'impact d'un véhicule sur l'effet de serre. Ajouté à la production de CO2, produit dans les centrales génératrices d'électricité basée sur la combustion de carburants, elle a donc un impact à terme sur le réchauffement climatique global et la montée des mers.

Le circuit de la récupération/recyclage des gaz dans les appareils et véhicules en fin de vie reste opaque.

La climatisation par un gaz pourrait souvent être remplacée par une climatisation mécanique, des bâtiments ou véhicules mieux conçus (isolation, pare-soleil, etc.), et des dispositifs plus "naturels" utilisés par exemple par l'architecture bioclimatique (murs épais à inertie thermique élevée, puits provençal, etc.).

Enfin, il existe des solutions alternatives à la climatisation, comme le rafraîchissement d'air par évaporation, appelé également bioclimatisation, refroidissement adiabatique ou climatisation écologique. Ces systèmes fonctionnent sans gaz réfrigérants, en se basant sur l'évaporation de l'eau. L'avantage principal est la réduction forte des consommations électriques, et un air plus sain car renouvelé en permanence. La limite est un abaissement de température moyen.

Pour la santé et pour l'environnement

Certains produits tels que le bromure de lithium (LiBr) sont à la fois dangereux pour la santé et pour l'environnement. Utilisé dans les machines à absorption (climatisation utilisant de l'eau, de l'ammoniac et le gaz naturel comme source d'énergie, dans une machine à absorption produisant de l'eau chaude et glacée utilisable simultanément) à raison de centaines de litres (plus de 1 000 litres souvent dans les climatiseurs industriels), il peut fuir et doit être vidangé par des professionnels qualifiés en fin de vie de la machine. Après les faillites ou cessations d'activité, il est parfois difficile de savoir ce que sont devenus ces produits.

Législation

Outre les normes concernant les appareils, leur consommation électrique, la légionellose ou le recyclage des matériaux qui les composent, la législation évolue pour mieux appliquer les protocoles de Montréal (protection de la couche d'ozone, qui a justifié l'interdiction de certains gaz) et de Kyoto, mais souvent en permettant l'utilisation des stocks d'anciens produits et avec une certaine lenteur.

Directives européennes

La directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments (2002/91/CE) prévoit une inspection périodique des systèmes de climatisation et des pompes à chaleur réversibles d'une puissance supérieure à 12 kW (hors "froid industriel" soumis à d'autres réglementations). Cette inspection comprend une évaluation du rendement de la climatisation et de son dimensionnement par rapport aux exigences en matière de refroidissement du bâtiment. Des conseils appropriés sont donnés aux utilisateurs sur l'éventuelle amélioration ou le remplacement du système de climatisation et sur les autres solutions envisageables.

Réglementation française

En France, pour les installations anciennes (posées avant juillet 2011) la première inspection doit avoir lieu avant le 31 mars 2013 pour les systèmes de 12 à 100 kW et avant le 31 mars 2012 pour ceux dont la puissance est de 100 kW ou plus. Pour les installations neuves ou tout remplacement, l’inspection devra être réalisée dans l’année suivant la mise en service. Les inspections doit être renouvelées au moins une fois tous les 5 ans.

En France, le décret n 2007-363 du 19 mars 2007, Art. R. 131-29, interdit le fonctionnement des climatiseurs lorsque la température des locaux est inférieure ou égale à 26 °C. Le décret n'est encore qu'une recommandation dont la non-application n'est pas poursuivie par la loi. Le but est simplement de pousser les utilisateurs à modérer leur utilisation de ce type d'équipement.

À partir du 4 juillet 2009, les spécialistes de la climatisation et/ou réfrigération devront :

présenter une « attestation de capacité » fournie par un organisme agréé, certifiant que son personnel est compétent et qu'il dispose de l'outillage adéquat ;

déclarer à l'Ademe, annuellement, la quantité de fluides utilisée et récupérés (Cf. statistiques et « traçabilité » de ces produits soumis à réglementation).

Qualiclimafroid, association de professionnels, s'est portée candidate pour être organisme agréé et délivrer des attestations de capacité.

分离式空调室外部分（北卡罗莱那大学教堂山分校）

分离式空调室内部分控制皮肤和进出风口

空气调节是包含温度、湿度、空气清净度以及空气循环的控制系统。冷气机／空调供应冷气、暖气或除湿的作用原理均类似，大部分利用冷媒在压缩机的作用下，发生蒸发或凝结，从而引发周遭空气的蒸发或凝结，以达到改变温、湿度的目的。冷气机及暖气机的效率会用性能系数来表示，是输入功和提供热能（或抽出热能）的比例值。

空气调节在台港澳通称「冷气」，因为该地区位处**，气候潮湿炎热，空调的绝大部分作用只是制造冷气，鲜有需要制造暖气。

历史

在超过一千年前，波斯发明了一种古式的空气调节系统，利用设备于屋顶的风杆，以外面的自然风穿过凉水并吹入室内，令室内的人感到凉快。 19世纪，英国科学家及发明家麦可·法拉第，发现压缩及液化某种气体可以将空气冷冻，此现象出现在液化氨气蒸发时，当时其意念仍流于理论化。 1842年，佛罗里达州医生约翰·哥里（John Gorrie）以压缩机技术制造冰，用来为他在佛罗里达州阿巴拉契科拉的医院病人提供凉爽的空气。他曾想用这种制冰技术来调节大楼的温度，并申请专利。但因缺乏资金，并未付诸实现。一名新泽西州霍博肯Hoboken的工程师阿尔弗列德·渥尔夫（Alfred Wolff）协助设计崭新的空气调节系统，并把技术用于商业大厦，他被认为是令工作环境变得凉快的先驱之一。 1902年后期，首个现代化、电力推动的空气调节系统由威利斯·开利发明。其设计与渥尔夫的设计差别在于并非只控制气温，亦控制空气的湿度以提高纽约布鲁克林一间印刷厂的制程品质。此技术提供了低温度及湿度的环境，令纸张面积及油墨的排列更准确。其后，开利的技术开始用于工作间以提升生产效率。 在逐渐发展下，空气调节开始用于提升居家及汽车驾驶的舒适度。建于1906年，位于北爱尔兰贝尔法斯特的皇家维多利亚医院，在建筑工程学上具有特别意义，被称为世界首座设有空气调节的大厦。 1906年，美国北卡罗莱纳州夏洛特的史都亚特·W·克拉默（Stuart W. Cramer）正找寻方法增加其南方纺织厂的空气湿度。克拉默把技术命名为「空气调节」，并在同年将其用于专利申请中，作为水调节（water conditioning）的代替品。水调节当时是一个著名的进程，可令纺织品的生产较容易。他把水气与通风系统结合以「调节」及转变工厂里的空气，控制纺织厂中极重要的空气湿度。威利斯·开利使用此名称，并把它放进其1907年创办的公司名称：「美国加利亚空气调节公司」（今开利公司）。 最初的空调、电冰箱使用氨、氯甲烷之类的有毒气体。这类气体泄漏后会酿成重大事故。托马斯·米基利在1928年发明了氯氟碳气体（chlorofluorocarbon gas），并将其命名为氟利昂。这种制冷剂对人类安全得多，但是对大气臭氧层有害。氟利昂是杜邦公司CFC、HCFC或HFC类冷冻剂的商标，其中每一类冷冻剂名称还包括一个数字，以表示其成分的分子组成（例如R-11, R-12, R-22, R-134）。其中，在直接蒸发式适度冷却产品领域应用最广的R-22 HCFC制冷剂已于2010年起开始停用于新生产的设备中，并于2020年彻底停止使用。R-11和R-12在美国已经停产。作为替代品，一些对臭氧层无害的制冷剂已投入使用，包括商品名为「Puron」的制冷剂R-410A。

空气调节的种类

冷冻循环 冷冻循环示意图：1) 凝结盘管，2) 扩张阀，3) 蒸发盘管，4) 压缩机 一般构造 在冷冻循环中，热泵把热量由一个低温热源发送到另一个较高温区域的散热设备，热量会自然地以相反方向流动。这是最普遍的空气调节方式。冰箱的运作原理与此相当接近，把热量由冰箱内部发送至冰箱外的空气中。 此循环使用了普适气体定律（universal gas law）PV = nRT，P代表气压，V代表体积，而R则代表普适气体常数，T代表温度，n则是气体的摩尔数量（1摩尔 = 6.022×10粒子）。 最常见的冷冻循环使用电动马达推动一个压缩机。在汽车上，压缩机是由引擎的曲轴透过滑轮推动，两者皆使用电动马达作空气循环。由于热量被吸收时会产生蒸发现象，而热量释放时会产生凝结，空气调节机使用压缩机在两个间隔之间造成压力的转变，并以泵令冷冻剂流动。冷冻剂将被泵入较冷的间隔（蒸发盘管），而低压及低温令冷冻剂蒸发成蒸气，并吸取热量。在另一间隔（凝结器），冷冻剂的蒸气被压缩并经过另一热量交换盘管，凝结成为液体，并释放出先前在冷间隔中所吸收的热量。 湿度 冷冻空气调节器材通常会降低已处理空气的湿度。比较冷（低于露点）的蒸发盘管把已处理空气的水蒸气凝结，正如冷饮品会令容器外空气中的水蒸气凝结一样，水份将经过污水管流走，如此会去除了冷冻空间中的水蒸气，并使相对湿度降低。由于人体会自然地透过蒸发排出的汗水以降低体温，较干燥的空气会提高人体的舒适度。舒适的空气调节系统通常设计成可排放出相对湿度介乎40%至60%的空气。在食品零售商的物业中，大型开放式冷冻柜可作为高效率的空气抽湿器材。 一些空气调节器材只会令空气干燥而不会降低其温度，其运作方式与一般空气调节器材相似，只是在空气抽入口与排放口之间加入一个热量交换器，加上对流式风扇，在热带潮湿的气候下可达到与冷气机相近的舒适程度，但只消耗约1/3的电力。这种空调机亦适合一些对较冷空气感到不舒服的人。 制冷剂（冷媒） 氟利昂（Freon，氯氟甲烷）是一系列由杜邦化工及其他公司生产的氯氟烃化学品的商标名称。这些冷冻剂因具有很高的稳定性及安全性而被广泛使用。但有证据显示这些含有氯成份的冷冻剂在释放出大气时会升到大气层的上层，其化学作用尚未清楚，但被认为是CFC在同温层被紫外线照射而分解，放出氯原子。氯原子成为使臭氧分解的催化剂，令为地球防止紫外线照射的臭氧层被严重破坏。氯原子会继续成为催化剂，直至其与其他粒子组成稳定状态为止。少见但已被禁止生产的CFC冷冻剂包括R-11及R-12。逐渐禁止生产的冷冻剂包括HCFC (R-22，普遍用于家居中)及HFC (R-134a，用于汽车上)已完全取代CFC。而根据蒙特利尔议定书（Montreal Protocol），HCFC亦已逐渐被淘汰，由氢氟碳化物（hydrofluorocarbons，HFC）如R-410A,R404代替，并无氯化物成份。 除了化学制冷剂或化学混和制冷剂的使用之外，传统使用天然制冷剂（冷媒）氨气来制作冰块，但是因氨气物理特性之影响（如可燃性、毒性、恶臭及腐蚀性），并不适合于家用传统空调环境使用。多使用于渔船或工业制冰使用。另一发展中之天然制冷剂（冷媒）为二氧化碳。因其超临界压缩特性，使用于热水热泵有极佳的优势。 蒸发冷冻机 武汉某网吧的悬挂式室外机 吸收式冷冻机 一些建筑采用燃气发电机组来发电，发电效率可达40%以上，发电的同时产生的高温高套水及高温烟气可以用来驱动一种叫「吸收式冷冻机组」的设备来制取冷水。制取出来的冷水可以通过末端散热设备来冷却空气，达到空调的目的。 这种既发电又制冷的能源双重利用技术很有吸引力，尤其是在燃气价格很合适并且有多种使用要求的地区。这种同时产热、电、冷的系统目前叫「三联供」系统。

能源与效率

EER（Energy Efficiency Ratio），指能源效率比，即冷房能力除以每小时的耗电瓦数，因此冷气机EER值越高则通常越省电。

COP（Coefficient of Performance），指性能系数，即冷气机在单位时间抽走的热量除以它所消耗的功率。

隔热

隔热可减低空气调节系统所需要的能量。较厚的墙、反射性的屋顶物料、隔热玻璃、窗帘及建筑物隔邻的树木，皆可减低系统的能源需求，耗用较少电费。 增加室内气密性也是隔热节能的必要手段，但是也会伤害健康（气密会让室内二氧化碳及有害物质累积），想要兼顾省能及健康，应做好气密，并同时引入过滤过的室外空气，而如果透过全热交换机引入空气，省能效果更好。

特殊场所所需空调设备设计

各地的家居空气调节系统

家居空气调节系统在东亚地区最为常见与普及，如日本、中国大陆、香港和**等。由于夏季气候炎热，而生活水平亦较高，空气调节成为一种生活必需品。日本及邻近地区制造的空调系统多数为窗口式（窗型）或分体式（分离式），以分体式较为先进及昂贵。随着生活水平的提升，空调在热带气候的东南亚地区如马来西亚、新加坡与菲律宾等地亦逐渐普及。 在美国，家居空气调节系统在东岸及南部较为常见，由于美国全境大部份地区的夏天气温不高，民众甚少使用。中央空调系统在美国较常见，并成为佛罗里达州新建住宅的非正式标准。 在欧洲，家居空气调节系统则较为罕见，部份原因是欧洲较为温和而没有炎热夏季的气候及社会原因，如西班牙人传统上会进行午睡（siesta），及到法国渡过漫长的暑假；但世界气候暖化的现象可能令空调系统更为普及。住宅、老人院及医疗设施皆欠缺空调设备，可能是欧洲在2003年热浪侵袭中造成35,000人死亡的原因之一。

健康影响

中央空调风道 许多空调机只有很普通的滤网，过滤灰尘及阻止霉菌滋生效果非常有限，因此灰尘及霉菌会堆积在空调机的风道、热交换器及风扇上，而多数空调机有许多地方必须由专业人士拆机才能洗到（市面上有许多空调机清洗剂，但这种方法洗不到空调机深处，因此效益有限），若没有定期由专人清洗（常开启空调的家庭，清洗间隔可能要低于一年），空调机反而会劣化空气品质。许多用户不知道要定期请专人清洗室内的冷气机、或以为自行清洗即可，因此造成空气品质下降，提高过敏、气喘患病率。 空调机外加静电滤网甚至HEPA滤网、并定期更换，可以减少致敏源进入封闭的环境，减少过敏问题，但由于空气倾向绕过滤网，因此没有良好气密设计的空调机仍须经常清洗（空调机过滤器的气密设计很重要、与滤网性能及定期更换滤网一样重要，有效的气密设计才能确保进入空调机的空气全部都经过过滤）。而如果要过滤有害气体，还需要加入活性炭滤网或更有效的CPZ滤网。 另外，二手烟毒性强、扩散快、难过滤、会大幅缩减滤网寿命，只有室内全面禁烟或室内吸烟区完全隔离（完全隔离的定义包括独立空调或没有空调、负压隔离及管理好废气排放，在社会学上的定义还要有吸烟区不得提供吸烟以外的功能）才能大幅降低二手烟害，而室外在较为接近门窗处也必需禁烟。同理也适用于燃烧金纸、燃香及厨房油烟。 但是就算空气过滤设计良好，空调系统造成的温度变化过大（如由闷热的室外进入凉爽的室内空间）本身就有潜在危险，空调机被认为会引起哮喘(vasomotor asthma或vasomotor rhinitis），是在转换气压或气温的情况下通常会引起的反应。如果想要减少温差造成的影响，应该配合风扇使用，最好是让整个空间都有微风吹拂；在微风吹拂下，可以将温度调高仍有相同舒适度，不但更健康、也更省电。 就算定期清洗空调机及拥有良好的过滤系统，紧闭门窗仍会造成二氧化碳浓度上升，因此由室外引进空气也很重要，最好是引进经由过滤的空气；如果要减少通风造成的能量损失，可以采用全热交换机来引进室外空气。