كيف تعمل مكيفات الهواء

ييبحث العديد من الناس عن راحة التبريد في داخل غرف بيوتهم عندما تبدأ درجة الحرارة في الخارج بالارتفاع عن طريق استخدام مكيفات الهواء.وعندما تمشي خلف أحد المباني وتجد وحدة تحتوي على كميات كبيرة من الماء الجاري عبر شبكة بلاستيكية, فمن المؤكد أنّك ترى برج تبريد, ويتم استخدام وحدات التكييف والتبريد بمختلف أنواعها ضمن مكاتب العمل وحرم الجامعات اعتماداً على تسيير الماء البارد ضمن أنابيب تجري تحت الأرض لأميال عدة. كما أنّ مكيفات الهواء هي إحدى الأشياء التي نراها يومياً التي قلّما نعطيها الاهتمام الكافي, الأمر الذي سيدفعنا خلال هذه المقالة أن نقوم بتفحص المكيفات وعملها (من الأصغر إلى الأكبر)

.

ضرورة معرفة مقدار الرطوبة والضغط: يعتمد مقدار التبريد الذي ترغب في الحصول عليه برج تبريدٍ ما على الرطوبة النسبية للهواء إضافةً إلى الضغط الجوي. فعلى سبيل المثال, لو افترضنا أنّ درجة الحرارة تصل إلى 95 فهرنهايت (35 درجة مئوية) والضغط الجوي يصل إلى 29.92 إنش (وهو ضغط مستوى البحر الطبيعي), كما أن نسبة الرطوبة الجوية تصل إلى 80 بالمئة, فمن المؤكد أن برج التبريد سيعمل على خفض الحرارة إلى 6 درجات فهرنهايت لتصل إلى 89 فهرنهايت (3.36 درجة مئوية لتصل إلى 31.70). أما إذا ما كانت نسبة الرطوبة تصل إلى 50 بالمئة, فإن درجة حرارة الماء داخل برج التكييف ستنخفض حوالي 15 فهرنهايت إلى 80 فهرنهايت (8.4 درجة مئوية إلى حوالي 27.7). ولو كانت نسبة الرطوبة الجوية تصل إلى 20 بالمئة فسينخفض معدل درجة حرارة الماء حوالي 28 فهرنهايت إلى 67 فهرنهايت (15.7 درجة مئوية إلى 19.4). وحتى انخفاضات درجة الحرارة الصغيرة قادرةٌ على التأثير بشكل كبير على استهلاك الطاقة. أنواع المكيفات المتعددة: تتنوع مكيفات الهواء من حيث سعة تبريدها وأحجامها وأسعارها. ويعد مكيف الهواء الذي يتم تركيبه قرب النافذة هو الأكثر شيوعاً بين هذه المكيفات. أما بالنسبة للناس الذين يعيشون ضمن الضواحي فمعظهم يمتلك واحداً من هذا النوع الظاهر في الصورة التالية في فنائهم

الفكرة الأساسية: بشكل أساسي, يعد مكيف الهواء ثلاجة بدون الصندوق المعزول. ويستخدم تبريد المبخر (الفريون) لتشكيل البرودة. وللتنويه, فإن الآلات الموجودة في دائرة التبخير الخاصة بالفريون المركب ضمن المكيف هي نفسها الموجودة في الثلاجة. ووفقاً لموقع قاموس مريام ويبستر أون لاين, فإنّ مصطلح (فريون) يعني: (الآلات التي تعمل على التبريد, وتعتمد في تكوينها على المواد الفلوروكربونية غير القابلة للاحتراق, لتكون مبردات وآلات تعمل على دفع (تسيير) الذريرات الصلبة أو السائلة).

وهنا نذكر كيف تعمل الدائرة التبخيرية الموجودة ضمن المكيفات: 1-يعمل الضاغط (الكمبراسور) على ضغط غاز التبريد الموجود في الفريون, الأمر الذي يؤدي إلى جعله غاز فريوني حار عالي الضغط (ذو اللون الأحمر في المخطط العلوي). 2-يمر هذا الغاز الحار عبر مجموعة من الأنابيب الالتفافية الحلزونية إلى أن يصل إلى مرحلة توزيع الحرارة وتفريقها, ثم يتحول بعملية التكثيف إلى سائل. 3-يمر السائل الفريوني عبر صمام توسعي, الأمر الذي يجعله يتحول خلال هذه العملية إلى غاز فريوني بارد ومنخفض الضغط (ذو اللون الأزرق في المخطط العلوي). 4-ثم يمر هذا الغاز البارد عبر مجموعة من الأنابيب الالتفافية الحلزونية والتي تسمح للغاز بامتصاص الحرارة وتبريد الهواء ضمن المبنى. كما يتم مزج مقدار بسيط من زيت خفيف الوزن مع الفريون, الأمر الذي يسمح بتشحيم الضاغط. وحدات التكييف المركبة بالقرب من النافذة: تشكل وحدة تكييف الهواء المركبة على النافذة مكيفاً هوائياً كامل لمنطقة صغيرة. ويتم تصنيع هذه الوحدات لتكون صغيرة كفاية لتكون مثالية خلال عملية التركيب على إطار النافذة. وهنا يتوجب عليك إغلاق النافذة وسحب وحدة التكييف إلى الداخل, ثم تشغيلها للحصول على الهواء البارد. وإذا ما قمت بنزع الغلاف الخارجي لوحدة التبريد المركبة على النافذة والمكونة من قطعة واحدة, فستجد أنها تحتوي على: (ضاغط- صمام توسعي- أنبوب التفافي ساخن"في الخارج"- أنبوب التفافي بارد "في الداخل"- مروحتين- وحدة تحكم وسيطرة). وتعمل المراوح الهوائية على نفخ الهواء على الأنابيب الالتفافية الحلزونية لتطوير قدرتها في فصل الحرارة (من الهواء الخارج) والتبريد (الهواء الموجود في الغرفة).

وحدات (بي تي يو) و(إي إي آر): تتم عملية تحديد قدرة معظم مكيفات الهواء عن طريق الوحدات الحرارية البريطانية (بي تي يو-BTU). وبشكل عام, يمكن تعريف وحدة الـ(BTU) الواحدة على أنها مقدار الحرارة المطلوب لرفع درجة حرارة باوند واحد (0.45 كغ) من الماء فهرنهايت واحد (065 درجة مئوية). وللدقة, فإن وحدة (BTU) واحدة تساوي 1.055 جول, من ذلك نجد أنّ كل طن يساوي 12 ألف (BTU). ويمكن تقدير عمل المكيفات الهوائية النموذجية المركبة على النافذة بـ10 آلاف (BTU). وهنا, إذا ما أردنا على سبيل المثال, تكييف منزل تبلغ مساحته 2000 قدم مربع (185.8 م2), فإننا سنحتاج إلى نظام تكييف هوائي قادرٌ على تزويدنا بـ5 طن من الهواء (60 ألف BTU), بمقدار 30 (BTU) في كل قدم مربع (خذ في حسبانك أن هذه التقديرات أولية وتقريبية, الأمر الذي يفرض عليك أن تتصل بشركة متخصصة في التكييف والتبريد لقياس حاجة منزلك من الهواء المكيف). أما بالنسبة لتقدير فعالية الطاقة (EER) الخاصة بمكيف هوائي, فيحسب عن طريق تقسيم تقدير الـ(BTU) على قدرة الواط. على سبيل المثال, إذا كان مكيف هواء بقدرة 10 آلاف (BTU) يستهلك 1200 واط, فستكون نسبة الـ(EER) 8.3 أي (10 آلاف BTU/1200 واط). وبشكل واضح, فإنك سترغب في زيادة الـ(EER) بالقدر الممكن, لكن ذلك سيرفع من ثمن المكيف بالتأكيد. نسبية قيمة الـ(إي إي آر) المرتفعة: لنقل أنك تمتلك خيارين بين وحدتي تكييف بقدرة 10 آلاف (BTU), إحداها تمتلك (EER) بمقدار 8.3 وتستهلك 1200 واط, والأُخرى تمتلك قدرة (EER) بمقدار 10 وتستهلك ألف واط. ولنقل أن الفارق بين وحدتي التكييف سيبلغ 100 دولار. هنا علينا أن نعرف الأمرين التاليين لمعرفة معنى مصطلح (فترة العائد): -ما هو مقدار الساعات التقديرية التي ستعمل فيها وحدة التكييف؟ -كم تبلغ تكلفة استهلاك الكيلو واط في الساعة في منطقتك؟ لنقل أنك تخطط لشراء مكيف هواء لتكييف الهواء خلال فترة شهور فصل الصيف (أربعة شهور), وسيعمل لمدة 6 ساعات في اليوم. ولنتخيل أيضاً أن قيمة استهلاك الكيلو واط في المنطقة التي تعيش فيها تبلغ (0.10) دولار أمريكي, فإن فرق استهلاك الطاقة بين المكيفين سيبلغ (200) واط, الأمر الذي يعني أن المكيف الأقل ثمناً سيستهلك ساعة إضافية كل خمس ساعات (كيلو واط إضافي) أي (010 دولار) أكثر من الوحدة الأغلى ثمناً. وبتقدير أن الشهر يساوي 30 يوم, فستجد أنك قد استخدمت المكيف في الصيف وفقاً للعملية الحسابية التالية: (4 شهور*30 يوم في الشهر*6 ساعات في اليوم= 720 ساعة) والفارق بين المكيف الأرخص والأغلى خلال فترة السنة الواحدة سيكون: (720 ساعة*200 واط/سا)*(1000 واط/كيلو واط*0.10 دولار/كيلو واط في الساعة)=14.40 دولار. وبما أن وحدة التكييف الأكثر قيمة تزيد بـ100 دولار عن الأقل تكلفة, فإنّ ذلك سيعني أنه سيحتاج إلى حوالي 7 سنوات لمعادلة الوحدة الأقل ثمناً من حيث التكلفة. المكيفات المقسمة: ويعمل هذا نظام هذه المكيفات على تقسيم القسم الساخن عن القسم البارد كالشكل التالي: