تعمل أجهزة تكييف الهواء علي إمداد و توزيع الهواء المكيف و الذي تم ضبط درجة حرارته و رطوبته، و كذلك سحب الهواء الفاسد و خلط جزء منه بالهواء النقي و معالجته للحصول علي هواء نقي بحيث يشعر الإسنان بالراحة. وتعمل كل أجهزة الهواء علي دورة تشتمل علي عمليات مختلفة مثل:[1][2][3]
- عمليات التبريد.
- الترطيب أو إزالة الرطوبة.
- عمليات خلط الهواء الراجع بالهواء الخارجي.
تصنيف دورات تكييف الهواء
يمكن تصنيف دورات تكييف الهواء حسسب أدائها إلي:
- دورات تكييف الهواء الصيفية:
تحتوي بحد أدنى علي عمليات تبريد و إزالة رطوبة و تنقية للهواء و تحريكه إلي المكان المراد تكييفه.
- دورات تكييف الهواء الشتوية:
تحتوي بحد أدنى علي عمليات تسخين و ترطيب و تنقية للهواء.
- دورات تكييف الهواء السنوية:
تحتوي علي عمليات تبريد و إزالة رطوبة في الصيف، و عمليتي تسخين و تنقية للهواء.
الوحدات المستحدمة في تكييف الهواء
تنقسم الوحدات المستحدمة في تكييف الهواء إلي:
- وحدات تسخين الهواء:
و تشمل:
- الوحدات الكهربائية.
- التسخين بأفران حرق الوقود.
- التسخين باستخدام مائع وسيط.
2.وحدات ترطيب الهواء:
وتشمل:
- وحدات الترطيب باستخدام الأسطح.
- وحدات الترطيب باستخدام الرشاشات.
وحدات تسخين الهواء
الوحدات الكهربائية
عند إمرار تيار كهربي في سلك فإنه نتيجة للمقاومة الكهربية ترتفع درجة حرارة السلك. و تتوقف درجة الحرارة علي مدي المقاومة الكهربية بتناسب طردي، و يمكن أن تصل درجة الحرارة علي سطح السلك إلي 400 درجة مئوية, و هي درجة حرارة عالية عند مرور الهواء عليها يتبادل الحراراة مع السلك فيسخن الهواء.
عند استخدام السلك النيكل كروم كسخان بصورة مباشرة نلاحظ أن السخان يرفع درجة حرارة الهواء و كنتيجة لدرجة الحرارة العالية للسلك أحيانا تتم عملية تأين للهواء مما يعطيه رائحة مميزة، و قد يؤدي إلي تحويل ثاني أكسيد الكربون بالهواء إلي أول أكسيد الكربون مما يسبب صعوبة في التنفس, كما أن تعرض السلك للهواء يجعله يتأكسد و ينقطع.
هذا النوع من السخانات يعطي كمية كبيرة من الحرارة بالإشعاع للأجسام المواجهة له، و من الأفضل أن تكون هناك مسافة مناسبة بين جسم الإنسان و السخان حتي لا يحدث ارتفاع كبير في درجة حرارة سطح الجسم.
و لتحسين الأداء للسخانات الكهربائية يتم استخدام مراوح توضع قبل السلك لدفع الهواء بسرعة و معدلات كبيرة فيتم تبريد السلك بسرعة لزيادة معدل إنتقال الحرارة, مما يؤدي إلي احتفاظه بدرجة حرارة أقل من الحالة الأولي، و يلاحظ أنه بالرغم من انخفاض درجة حرارة السلك إلا أن كمية الحرارة لا تتغير نتيجة زيادة كمية الهواء، و لكن تكون درجة حرارة الهواء مناسبة و التوزيع الحراري أفضل داخل المكان.
في الوحدات الكبيرة نلجأ إلي خفض درجات الحرارة مع زيادة مساحة سطح التبادل الحراري حتي يمكن الاستفادة بكل الطاقة الحرارية و ذلك عن طريق وضع السلك محاطا بحلقات من الخزف الحراري، توضع داخل أسطوانة معدنية لها زعانف من الخارج ثم تسد الأطراف بواسطة طين حراري.
و يمكن تفريغ الهواء من داخل الإسطوانة قبل غلقها بالطين الحراري لمنع تأكسد السلك و تآكله و تكون الأسطوانات ذات أطول تتناسب مع قدرة التسخين و مقاومة السلك.
و يمتاز التسخين بالكهرباء بالنظافة في التشغيل و عند استخدام مقاومة متغيرة لتغير الفولت, يمكن تغيير قوة التسخين بسهولة و دقة و لكنه ذو تكلفة عالية نسبيا.
التسخين بأفران حرق الوقود
عند حرق الوقود سواء كان صلبا كالخشب أو الفحم أو سائلا مثل البنزين و الكيروسين و المازوت أو غازيا مثل البيوتان و الميثان تنتج حرارة عالية يمكن استخدامها لتسخين المكان. في حالة الاستخدام المباشر داخل المكان يجب ملاحظة أن كمية الأكسجين تقل بمعدل سريع نتيجة لعملية الاحتراق و لابد من إدخال هواء نقي بمعدل يناسب الاحتياج لحرق الوقود و للتنفس. و يمكن استخدام الغازات الناتجة من إحتراق الوقود في تسخين الهواء بصورة غير مبائرة و ذلك باستخدام مبادل حراري سطحي.
التسخين بإستخدام مائع وسيط
يمكن باستخدام السخان الكهربائي أو أفران الوقود تسخين مائع وسيط (الزيت أو الماء) ثم ينقل الزيت أو الماء أو يعرض مباشرة للهواء البارد فيرفع درجة حرارته و في هذه الحالة يمكن أن يكون السخان الكهربائي أو غازات الفرن عند درجة حرارة عالية للإسراع في تسخين المائع الوسيط و تكون مساحة التبادل الحراري بين الهواء و المائع الوسيط كبيرة.
وحدات ترطيب الهواء
يرطب الهواء عند إمراره و تعريضه للتلامس مع ماء و كلما كبرت مساحة السطح الملامس كلما إزدادت كفاءة وحدة الترطيب و تكون وحدة الترطيب في مسار الهواء حيث يدفع الهواء إلي أسطح مبللة بالماء أو يرش الماء في المسار لترطيبه.
وحدات الترطيب بإستخدام الأسطح
يرش الماء علي أسطح معدنية و يمرر عليها الهواء و تستخدم الأجسام المعدنية لزيادة مساحة التبادل للكتلة بين الماء و الهواء وكذلك للاحتفاظ بالماء بسمك صغير حتي يسهل تبخره و انتقاله للهواء.
و تكون الأسطح عبارة عن عوارض خشب أو بلاستيك أو حلقات من خزف أو الأسمنت أو قش. و يمكن استخدام القماش حيث يغمس في الماء فيمتص الماء ثم يمرر الهواء علي القماش ليرطب.
وحدات الترطيب بإستخدام الرشاشات
يضغط الماء بواسطة مضخة ثم يدفع في مواسير مرصوصة داخل مسار معين للهواء (غرف الترطيب) ثم تركب علي المواسير رشاشات (Nozzles) ترش الماء على شكل مخروط و جزيئات صغيرة تعطي مساحة كبيرة للتبادل في الكتلة، و يمكن أن يرش الماء في اتجاه الهواء أو عكس اتجاه الهواء أو في كلا الاتجاهين، ثم يمرر الهواء خلال غرف الترطيب ثم تدفع ثانية بواسطة المضخة.
مقالات ذات صلة
- التهوية
- درجة الحرارة الجافة
- درجة حرارة البصيلة الرطبة الكروية
- الرطوبة النسبية
- درجة التكثف
- الخريطة السيكرومترية
المراجع
- Thermodynamics an Engineering Approach 5th Edition By Yunus A. Cengel , Michael A. Boles
- Moran_Shapiro_Fundamentals_Engineering_Thermodynamics_7th_txtbk
- REFRIGERATION AND AIR CONDITIONING, by Ramesh chandra arora