Wentylatory: wiatr historii

Termin „wentylator” pochodzi od łacińskiego słowa "ventilare", które oznacza "wietrzyć". Starożytni zdawali sobie sprawę z zalet chłodzenia wzmożonym przepływem powietrza i podejmowali w tym celu próby.

Pierwszymi prostymi konstrukcjami, które miały wywołać ruch powietrza w pomieszczeniach i nie tylko, były wachlarze wykonane z różnych materiałów. Ich machanie generowało efekt chłodzący, ale wymagało ciągłego wysiłku człowieka – najczęściej służącego lub niewolnika, choć eksperymentowano także z różnymi napędami mechanicznymi. Chiński rzemieślnik, Ding Huan, wynalazł w czasach dynastii Han wentylator obrotowy, który mógł chłodzić większą przestrzeń, choć wymagał obsługi tylko przez jedną osobę. W okresie panowania dynastii Tang pojawił się natomiast napęd hydrauliczny. Te metody były jednak mało wydajne – aby uzyskać pożądany efekt na dużą skalę, konstrukcje musiały zajmować dużo miejsca i były trudne do zmontowania. Ludzkość nadal poszukiwała lepszych rozwiązań.

Jak zbudowany jest wentylator

Klasyczny wentylator to rodzaj wirującego wokół osi śmigła, które zasysa powietrze z jednej strony i wyrzuca je z drugiej. W nowoczesnych wentylatorach wieżowych jest ono zasysane i wyrzucane przez bardziej złożoną konstrukcję z lameli.

Pierwszy projekt wentylatora w Europie powstał podobno dzięki geniuszowi Leonarda da Vinci. Wymyślił on urządzenie, które miało sprężać powietrze, a następnie wyrzucać je przez przewód. Ponieważ nastąpiło to wieki przed wynalezieniem elektryczności, urządzenie musiało być napędzane ręcznie lub przy pomocy koła wodnego. Jego zadaniem było chłodzenie pomieszczeń lub dostarczanie powietrza do pieca kowalskiego – w tym tkwi różnica między wentylatorem a klimatyzatorem, że ten pierwszy nie musi chłodzić otoczenia, ale jedynie wprowadzać powietrze w ruch, pobudzać jego cyrkulację i w ten sposób ogrzewać, wypychając ciepło.

Dlaczego wentylator generuje chłód?

Warto zauważyć, że chociaż często subiektywnie odczuwamy, że wentylator sam w sobie nie obniża temperatury powietrza w pomieszczeniu (chyba że jest wyposażony w odpowiednie funkcje), to jednak przepływ powietrza, czyli wiatr generowany przez wentylator, daje nam uczucie chłodzenia. Jak to działa? Po pierwsze, kiedy temperatura naszego ciała jest wyższa od otoczenia, tworzy się cienka warstwa nagrzanego powietrza tuż przy naszej skórze, która działa jak izolacja termiczna, utrudniając oddawanie ciepła i chroniąc nas przed przegrzaniem. Strumień z wentylatora powoduje przełamanie bariery cieplnej, „zdmuchuje” tę warstwę, co hamuje nagromadzanie się ciepła i poprzez zawirowania powoduje jego odprowadzenie do otoczenia. Po drugie, wzmożenie cyrkulacji przyspiesza parowanie potu, który wydziela się na skutek przegrzewania organizmu, co pozwala na szybsze regulowanie temperatury ciała i zapobieganie hipertermii.

Historia wynalazku

W 1837 roku brytyjski konstruktor William Fourness skonstruował wentylator napędzany silnikiem parowym, a kolejni wynalazcy podążyli w jego ślady. Niestety, te urządzenia nie zdobyły popularności, ponieważ ich efektywność nie rekompensowała nakładów. Dopiero pojawienie się prądu elektrycznego miało rewolucyjny wpływ na rozwój wentylatorów i uczyniło je powszechnie dostępnymi.

Pierwszy wentylator produkowany seryjnie i przeznaczony do sprzedaży na rynku został skonstruowany przez dr. Schuylera Skaatsa Wheelera, innowacyjnego naukowca z ponad tysiącem wynalazków na koncie, zwłaszcza z dziedziny praktycznego zastosowania elektryczności. Wheeler był również członkiem zespołu Thomasa Edisona podczas jego prac nad żarówką elektryczną. Pewnego dnia, czekając na prom nad rzeką Hudson, Wheeler zauważył, że śruba promu powoduje rozchodzenie się fal wody. To zjawisko zainspirowało go do wykorzystania podobnego mechanizmu do generowania fal chłodzącego powietrza. Wpadł na pomysł skonstruowania niewielkiego elektrycznego wentylatorka, który można by postawić na biurku. Prototyp tego wentylatora został wykonany w 1882 roku i składał się z dwóch łopatek napędzanych silnikiem elektrycznym.

Urządzenie nie było zbyt bezpieczne w codziennym użytku, ponieważ zamontowane w nim łopatki nie były niczym osłonięte (siatkowe osłony na wiatraki zaczęto stosować dopiero w latach 20. XX wieku). Śmigła wykonane były z mosiądzu, co znacznie wpływało na koszt produkcji urządzenia, a przez to na możliwości jego sprzedaży. Dopiero masowa produkcja stali, z której zaczęto produkować elementy wentylatorów oraz rozpoczęcie masowej produkcji silników elektrycznych spopularyzowały też biurkowe wentylatory, których można było używać w mieszkaniu.

Postęp technologiczny

Wheeler nieustannie doskonalił swoje dzieło, które nazwał „buzz fan”, aż do roku 1886. W tymże roku opuścił United States Electric Lighting Company, gdzie współpracował z Thomasem Edisonem, i dołączył do C&C Electric Motor Company, której był jednym z organizatorów wraz z Charlesem G. Curtisem i Francisem B. Crockerm. Efektem tej współpracy było powstanie firmy Crocker & Wheeler w 1888 roku, która następnie została zarejestrowana jako Crocker-Wheeler Motor Company z siedzibą w Nowym Jorku, a w dalszej kolejności przekształcona w Crocker-Wheeler Company zlokalizowaną w Ampere, New Jersey. Dr. Wheeler pełnił funkcję prezesa tej firmy od 1888 roku aż do swojej śmierci w 1923 roku. W 1905 roku został także prezydentem Amerykańskiego Instytutu Inżynierów Elektryków, będąc już wtedy autorem wielu projektów wynalazków (takich jak winda elektryczna czy elektryczny wóz strażacki) obok swojego wentylatora.

W tym samym okresie, kiedy Wheeler opracowywał swój elektryczny wiatrak, Philip Diehl, pracujący w firmie Singer, skonstruował wentylator sufitowy, który wykorzystywał silnik z maszyny do szycia. Przed wynalezieniem i popularyzacją klimatyzatorów, wentylatory sufitowe były podstawowym sposobem chłodzenia w większych pomieszczeniach. Natomiast w 1908 roku spółka Eck Dynamo & Electric wyprodukowała pierwszą dmuchawę z przekładnią. Miała ona przewagę nad tradycyjnym wentylatorem, ponieważ umożliwiała precyzyjne kierowanie strumienia wiatru w wybranym kierunku. Na początku XX wieku, w Japonii, rozpoczęto masową produkcję przenośnych wentylatorów o mniejszych rozmiarach, które wkrótce zdobyły popularność również w innych krajach, szczególnie w Stanach Zjednoczonych. Firmy takie jak General Electric, Emerson czy Westinghouse rywalizowały w dążeniu do udoskonalenia tego wynalazku, który znalazł powszechne zastosowanie. W kolejnych modelach wentylatorów konkurencja przynosiła użytkownikom lepsze łopatki, różne ich konfiguracje oraz wentylatory o doskonalszych projektach. W latach 20. XX wieku General Electric wprowadziło cicho pracujące łopatki, a Emerson zaprojektował wentylatory Silver Swan o ikonicznym kształcie łopatek, inspirowanym śrubą napędową jachtu. W 2009 roku James Dyson wymyślił nawet wentylator bezłopatkowy o efektownym designie (w latach 80. podobny pomysł miała japońska Toshiba), ale nie stał się on przebojem rynków.

Wieje nowe

Wraz z coraz powszechniejszym stosowaniem klimatyzacji w latach 60., popularność wentylatorów zaczęła maleć. Jednak klasyczne „wiatraki” nadal cieszą się uznaniem klientów i są wciąż masowo produkowane na całym świecie. Stanowią one standardowe wyposażenie wielu domów i mieszkań, szczególnie latem, gdy służą do chłodzenia pomieszczeń. Są również używane przez cały rok, by szybko usuwać brzydkie zapachy poprzez zwiększenie cyrkulacji powietrza oraz do spełniania innych potrzeb. Współczesne wentylatory elektryczne są łatwe do przenoszenia, ekonomiczne w użytkowaniu, mają dłuższą żywotność i często oferują dodatkowe funkcje. Niektóre modele bywają też wykorzystywane jako elementy dekoracyjne w mieszkaniu, nie tylko mające na celu chłodzenie, ale także poprawiające estetykę wnętrza domu. Istnieje wiele różnych modeli wentylatorów, jak biurkowe, podłogowe lub wieżowe. Wentylatory wieżowe różnią się od wentylatorów osiowych tym, że wypychają powietrze na całej wysokości kolumny. Ich zaletą jest cicha praca i dzięki efektownemu designowi wentylatory te lepiej wkomponowują się w nowoczesne wnętrza, dlatego chętnie są wykorzystywane np. w korporacyjnych biurach i bardziej ekskluzywnym otoczeniu.