كيف تعمل مكيفات الهواء

توجد ثلاثة أنواع رئيسية من أنظمة تكييف الهواء. يعمل تكييف الهواء الصّيفى على تنظيف الهواء وتبريده والتخلص من رطوبته. ويعمل تكييف الهواء الشتوي على تنظيف وتسخين وإضافة الرطوبة إلى الهواء. ويعمل تكييف الهواء السنوي، على تنظيف الهواء والتحكم في درجة حرارته ومحتوى رطوبته طوال السنة. وتحتوي كل أنظمة التكييف الهوائي على طرق معينة لبث، أو تدوير الهواء المكيَّف خلال الغرف.
تنظيف الهواء. يتحقق ذلك بعدة طرق. تقوم بعض المكيفات بدفع الهواء من خلال المرشحات. وتحتوي المرشحات عادة على صوف الليف الزجاجي المرصوص، أو ألياف معدنية مطلية بزيت لزج، أو أي نوع آخر من اللواصق. انظر: الألياف الزجاجية. وعند مرور الهواء من خلالها، تلتصق الأوساخ والغبار والسُخَام العالق بالهواء بهذه الألياف. ويمكن تنظيف الهواء أيضا بنفخه خلال رذاذ من الماء يسمى غسالات الهواء. ويحتوي مكيف الهواء الذي يعمل بهذه الطريقة على صف من الرشاشات التي تنفث رذاذاً ناعماً من الماء على الهواء المار بها. فيغسل الماء الأوساخ العالقة بالهواء. وقد تُزود مكيفات الهواء بمرشحات كهروستاتية أو بمُرسِّبات كهروستاتية. وتقوم هذه النبائط بوضع شحنة كهربائية موجبة على جسيمات الأوساخ في الهواء. وتقوم الألواح المجمعة المشحونة بشحنة سالبة بجذب الجسيمات الموجبة بعيدا عن الهواء. . كما يقوم عدد من المكيفات بضغط الهواء خلال قطع نفّاذه من الكربون، تعمل على امتصاص الروائح.
تتطلب شركات المستحضرات الصيدلانية والمستشفيات قدرا كبيراً من الهواء النقي. ولذلك تستخدم مكيفات هواء مجهزة بمرشحات خاصة. وتعمل هذه المرشحات على التخلص من جسيمات الأوساخ التي يصل حجمها إلى 0,0003ملم. وقد تحتوي مكيفات الهواء على مصابيح خاصة تقتل الجراثيم العالقه بالهواء بالأشعة فوق البنفسجية
التحكم في درجات الحرارة. بعد القيام بتنظيف الهواء، يجب أن يقوم المكيف بتبريد الهواء صيفا وتسخينه شتاء. ويشعر معظم الناس بالراحة عند درجات حرارية تتراوح بين 22 و26م°.
عندما يراد تبريد الهواء، تقوم بعض المكيفات بتمريره خلال رذاذ من الماء البارد. والرذاذ الذي يقوم بتنظيف الهواء يعمل في الوقت نفسه على تبريده أيضاً. وتقوم مكيفات أخرى بنفخ الهواء فوق ملفات (مجاميع كبيرة من الأنابيب) مملوءة بالماء البارد أو مائع تبريد كيميائي. وقد تستعمل آلات التبريد في تبريد الماء أومائع التبريد الذي يتدفق بدوره خلال ملفات تبريد الهواء. وقد تستعمل أنواع أخرى من المكيفات الماء.
تقوم معظم مكيفات الهواء المستخدمة في المباني الكبيرة بتسخين الهواء عن طريق نفخه فوق ملفات مملوءة بالماء الساخن أو البخار. وتعمل غلاية بالفحم الحجري أو الغاز أو الزيت على إنتاج الماء الساخن أو البخار، وتقوم السخّانات الكهربائية بتدفئة الهواء في بعض مكيفات الهواء. وتحتوي هذه السخّانات على شبكة من الأسلاك المسخنة كهربائيا، حيث يدفأ الهواء عند مروره من خلال هذه الشبكة.


التحكم في الرطوبة. يساعد تبخر الماء من أجسامنا على تبريدها. وعادة ما يكون الهواء رطبا نديَّا في فصل الصيف. ولا يستطيع الهواء الرطب امتصاص كميه إضافية من الرطوبة، كما يفعل الهواء الجاف. لذلك نجد صعوبة في تبريد أجسامنا في الطقس الرطب، لأن الهواء لايمتص العرق منها. يعتمد مقدار الرطوبة التي يفقدها الناس من خلال العرق على نوع فعاليتهم وحركتهم، إذ يعرق ـ على سبيل المثال ـ مشاهدو لعبة كرة القدم أكثر من مشاهدي الأفلام. ويقوم مكيف الهواء بالتخلص من الهواء الحار الرطب في الغرفة ويزودها بالهواء البارد الجاف. وإلا بقي الهواء لزجًا، وشعر الإنسان بعد ذلك بفترة قصيرة بعدم الراحة.
يسمى مقدار الرطوبة في الهواء مقارنة بما يستطيع الهواء استيعابه من رطوبة بالرطوبة النسبية. ويشعر الناس عادة بالراحة القصوى عندما تتراوح الرطوبة النسبية بين 30 و 60%.
تستطيع مكيفات الهواء إزالة رطوبة الهواء بعدة طرق. فالهواء البارد لا يستطيع استيعاب مقدار الرطوبة نفسه الذي يستوعبه الهواء الحار. وعندما تقوم المكيفات بتبريد الهواء المار خلال ملفات التبريد، فإن برودة الماء أو سائل التبريد في الملفات يعمل على تكثيف الرطوبة الموجودة في الهواء. (تحويلها إلى سائل) تماما كما يحدث عندما يبتل الجزء الخارجي من القدح عند ملئه بقطع الثلج.

ويمكن أيضا لمكيفات الهواء إزالة رطوبة الهواء عن طريق تمريره من خلال رذاذ من الماء البارد. ويقوم الرذاذ البارد بتبريد الهواء بشكل كاف عن طريق تكثيف جزء من الرطوبة التي يحتوي عليها.
والتحكم في الرطوبة من الأمور المهمة في الشتاء أيضا، إذ يحتوي الهواء الخارجي البارد على كمية قليلة من الرطوبة. وعندما يُسخن هذا الهواء، يصبح جافا تماما. ويجفف هذا الهواء الجلد ويهيج الأنف والحنجرة والرئتين. وللتخلص من هذه الأعراض، يضيف مكيف الهواء الرطوبة إلى الهواء في الطقس البارد. ويتم ذلك بتمرير الهواء من خلال رذاذ من الماء أو فوق أحواض مسطحة من الماء الساخن مما يؤدي إلى تبخر الماء في الهواء.

اختيار مكيف هواء الغرفة


يجب الانتباه إلى أمرين عند اختيار مكيف هواء الغرفة: 1ـ يجب أن تكون سعة (قدرة تبريد) مكيف الهواء مناسبة للغرفة 2ـ يجب أن تتناسب المتطلبات الكهربائية لمكيف الهواء مع النظام الكهربائي المستخدم.

سعة مكيفات الهواء. يساعد حجم الغرفة وعدد الأشخاص على تحديد السعة المطلوبة لمكيف الهواء. وكذلك عدد ومقاس واتجاه نوافذ الغرفة، وقدرة الأجهزة الكهربائية والإضاءة بالواط، ومقدار العزل الجداري.
إذا كانت سعة مكيف الهواء أقل من المطلوب فلن يكون بمقدور الجهاز تبريد الغرفة، كما أن الزيادة في حجم الوحدة ينتج عنه التحكم في درجة الحرارة، لكن دون التقليل من الرطوبة الزائدة، إذ تنخفض درجة الحرارة في هذه الوحدات بعد فترة وجيزة من التشغيل. وقد لاتمتد فترة التشغيل لمدة طويلة حتى تسمح بالتخلص من معظم رطوبة الهواء.
يعاير مصنعو مكيفات الهواء السعة بأربعة معايير: 1ـ الوحدات الحرارية البريطانية، 2ـ القدرة بالواط والكيلوواط، 3ـ أطنان التبريد، 4ـ القدرة الحصانية.
الوحدات الحرارية البريطانية. الوحدة الحرارية البريطانية هي مقدار الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة رطل واحد (نحو نصف كجم) من الماء درجة فهرنهايتية واحدة 0,6°م. وهذه الوحدة هي أساس قياس معدل تبريد الهواء، ويجب استعماله دائما لتحديد سعة مكيف الهواء، إذ يستطيع مكيف هواء سعة 12,000 رطل وحدة حرارية بريطانية في الساعة من تخليص الهواء المكيف من حرارة تعادل رفع درجة حرارة 12,000 رطل (5,440كجم) من الماء درجة فهرنهايتية واحدة لكل ساعة.
الواط والكيلوواط. وحدات مستعملة لقياس سعة مكيف الهواء في النظام المتري. والواط الواحد يساوي 3,4 وحدة حرارية بريطانية في الساعة.
أطنان التبريد. يستطيع طن واحد من التبريد التخلص من مقدار من الحرارة الكافية لصهر 0,9 طن متري من الثلج خلال 24 ساعة. ويمكن لوحدة تبريد سعتها طن واحد التخلص من حرارة مقدارها 288,000 وحدة حرارية بريطانية في 24 ساعة، أو 12,000 وحدة حرارية بريطانية في الساعة 3,510 واط. وتستطيع وحدة سعتها طنان من التخلص من ضعف هذه الكمية وهكذا.
القدرة بالحصان تقيس الطاقة اللازمة لتشغيل أجهزة التبريد اللازمة لتبريد الهواء. وقد تتراوح سعة مكيفات الهواء من ربع حصان (190واط) إلى قدرة تصل إلى 3,000 حصان (2,200 كيلوواط) للوحدات التي تقوم بتبريد مبان كاملة.

نبذة تاريخية


استخدم قدماء المصريين والإغريق والرومان الحصائر الرطبة لتبريد الهواء الداخلي، حيث قاموا بتعليقها فوق فتحات أبواب منازلهم. يبرِّد التبخر الهواء عند هبوب الرياح خلال الحصائر. وفي القرن السادس عشر الميلادي، استطاع الفنان والعالم الإيطالي الكبير ليوناردو دافينشي بناء أول مروحة آلية للتهوية. واستخدمت القدرة المائية لتشغيل المروحة. واستطاع الإنجليز، عام 1553م، تطوير مروحة دوارة لتهوية المناجم.
وقام مصنعو الأنسجة بالمحاولات الأولى لتكييف الهواء. ففي عام 1719م، قامت شركة للحرير في درونت بإنجلترا، بتركيب نظام مركزي لتدفئة وتهوية مصنعها، وعمل صانعو الأقمشة في نيو إنجلاند، بالولايات المتحدة الأمريكية، على غلي الماء في قدور ضخمة قرب المناسج للحفاظ على رطوبة الهواء. ولكن الحرارة أضرت بصحة العمال مما استدعى التوقف عن هذه الطريقة.
ونحو عام 1838م، قام العالم الإنجليزي ديفيد ريد، بتزويد مجلس العموم البريطاني بنظام لتهوية وترطيب الهواء. واخترع جون جوري، الأمريكي، في منتصف القرن التاسع عشر، آلة هواء بارد لتبريد غرف مستشفى.
بدأ مصنعو النسيج في أواخر القرن التاسع عشر، في نيو إنجلاند باستعمال رذاذ الماء في تكييف الهواء بمصانعهم. في عام 1897م، سجل جوزيف مكريري من توليدو بأوهايو، بالولايات المتحدة الامريكية، براءة اختراع لنوع من الرذاذات المستخدمة حاليا في مكيفات الهواء.
وبحلول عام 1902م، استطاع المهندس الاستشاري ألفريد وولف، تصميم أنظمة تبريد هوائية لمبنى كارنيجي ولعدد آخر من مباني مدينة نيويورك. وفي السنة نفسها قام الباحث المهندس ويليس كريير بتصميم أول نظام علمي لتنظيف وتدوير الهواء والتحكم في درجة حرارته ورطوبته.