المكيف بالإنجليزية: Air conditionerجهاز يثبت في الحجرات أوالسيارات ونحوها، تديره القوة الكهربيّة، لخفص الحرارة صيفاً أوحملها شتاء.

مع بداية فصل الصيف نبدأ في البحث عن الأماكن الباردة المزودة بأجهزة تكييف الهواء لتلطيف الجوالمحيط بنا سواء في المنزل أوفي مكان العمل أوفي التجمعات التجارية وأصبحت المكيفات منتشرة حولنا في جميع مكان تقريبا، ولهذا فإن أجهزة التكييف متنوعة وعديدة فمنها ما مناسب للمنازل ومنها ما يناسب الشركات والمصانع أوحتى المراكز التجارية وغير ذلك ولكنها جميعا تتشابه في مبدأ عملها الأساسي، وفكرة عملها هي نفسها فكرة عمل الثلاجة المنزلية والتي تعتمد على غاز الفريون الوسيط المستخدم لنقل الحرارة من الغرفة إلى الوسط الخارجي.

أساسيات جهاز مكيف الهواء

تعتمد فكرة عمل أجهزة تكييف الهواء على نفس المبدأ الذي تعمل عليه الثلاجة المنزلية لتبريد محتوياتها. تستخدم خاصية تبخير سائل التبريد وهوالفريون للحصول على البرودة المطلوبة. ودورة الفريون للتبريد هي نفسها المستخدمة في الثلاجة، وغاز الفريون هوغاز غير قابل للاشتعال.

إن الفكرة الأساسية التي تعتمد عليها فكرة عمل المكيف هي ببساطة تحويل سائل إلى غاز عن طريق امتصاص حرارة من الوسط فيسبب في انخفاض درجة حرارته، ولتوضيح هذه الفكرة دعنا نذكرك عزيزي القارئ عندما تضع الماء على وجهك في يوم حار تشعر بعد ذلك ببرودة نتيجة لتبخر الماء وتحوله إلى بخار عن طريق امتصاص الحرارة من الجلد فتشعر بالبرودة كما أنك إذا ما قمت بوضع بعض قطرات من الكحول على يدك وانتظر لمدة 20-30 ثانية فستشعر ببرودة في يدك عند المنطقة التي كان عليه الكحول وستكون البرودة أكثر من تلك التي سببها الماء لأن درجة حرارة التبخر الكحول أقل من الماء، والسبب في ذلك حتى الكحول يمتص حرارة من يدك ليتبخر ويتحول إلى غاز.

إذا نستنتج من ذلك بأن عملية التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية بحاجة إلى حرارة وهذه الحرارة توفرت من خلال يدك وكانت النتيجة انخفاض في درجة حرارة اليد وإذا استمرت عملية التحول من سائل إلى غاز استمرت عملية التبريد.

دورة عمل المكيف

يقوم المكيف بالتبريد بصفة مستمرة من خلال تكرار عملية تحويل السائل إلى غاز داخل أنابيب التبريد في المكيف فتمتص حرارة من داخل الغرفة ليتبخر السائل المبرد ويتحول إلى غاز، ثم يتم ضغط الغاز باستخدام محرك خاص فتنطلق الحرارة التي امتصها ليتحول إلى سائل مرة أخرى وتتم فترة الضغط في الجزء الخارجي من نظام التكييف، تتكرر العميلة باستمرار لسحب الحرارة من داخل الغرفة إلى خارج الغرفة ولكي يؤدي المكيف هذه المهمة بكفاءة فإن له دورة تعمل من خلال عدة مراحل وهي على النحوالتالي : (1) يقوم المحرك Compressor بضغط غاز الفريون مما يحمل درجة حرارته لأن حسب المبدأ الأول للديناميك الحرارية عندما نقوم بضغط غاز بقوة هائلة فإن جزيئات هذا الاخير تقترب بعضها من بعض مماينتج عنه ازدياد في الطاقة الداخلية ومنه ازدياد في الارتجاج الحراري ، وبالتالي ازدياد في الحرارة ويزداد ضغطه كما هومشروح في الشكل الجزء الأيسر باللون الأحمر.

(2) هذا الغاز الحار يمر عبر أنابيب طويلة وعلى شكل التفافي ليغطي أكبر مساحة ممكنة ليتمكن من التخلص من حرارته، ويتكاثف متحولاً إلى سائل. (3) يعمل صمام التمدد على الفصل بين منطقتين مختلفتين في الضغط وعند مرور سائل الفريون من خلال صمام التمدد فإنه ينتقل من منطقة ضغط مرتفع إلى منطقة ضغط منخفض فيتمدد ويبرد بسرعة عند دخوله أنبوب التبريد ، وبما حتى هذا الأخير يتميز بشكله اللولبي وبطوله الكبير ، مايعطي للسائل فرصة اقترابه من درجة غليانه (24 درجة مئوية بالنسبة لغاز الفريون 11) فيتبخر ويتحول إلى غاز مرة أخرى عن طريق امتصاص الحرارة من الغرفة المراد تبريدها. (4) يمرر غاز الفريون عبر أنابيب التبادل الحراري الداخلية إلى حتى يصل غاز الفريون إلى المحرك الذي يقوم بضغط الغاز مرة أخرى ويحوله إلى سائل عند النقط وتتكرر العملية.

ملاحظة: يتم خلط غاز الفريون بكمية صغيرة من الزيت ليعمل على تزييت المحرك.

أنواع المتنوعة للمكيفات

• مكيف النافذة. Window Air Condition Units
• مكيف الوحدة المفصولة Split Unit Air Condition
• مكيف الماء المبرد Chilled-water Air Condition

مكيف النافذة. Window Air Condition Units

مكيف النافذة تجمع جميع مكونات المكيف في حيز صغير بحيث يمكن حتى تثبت داخل إطار النافذة أوتخصص لها فتحة في الجدار على شكل نافذة ليتم تثبيت المكيف بحيثقد يكون نصفه داخل الغرفة ونصفه الأخر في الخارج. فإذا نظرنا داخل المكيف لوجدنا الأجزاء الرئيسة له مثل المحرك وصمام التمدد ومجموعة أنابيب حلزونية حارة في الجهة الخارجية ومجموعة أنابيب حلزونية مبردة في الجهة الداخلية ومروحة تدفع الهواء خلال الأنابيب لتبديد الحرارة إلى الهواء الخارجي ومروحة أخرى لتحريك الهواء البارد عند الأنابيب الباردة إلى داخل الغرفة بالإضافة إلى لوحة التحكم الإلكترونية للتحكم في أنماط تشغيل المكيف وضبط درجة الحرارة المطلوبة والتحكم في سرعة مروحة الهواء البارد.

مكيف الوحدة المفصولة Split Unit Air Condition

عند الحاجة إلى قدرة تكيف أكبر فإننا يفترض أن ننتقل إلى هذا النوع من المكيفات والذي يأتي في صورة وحدتين منفصلتين. ويستخدم في الأماكن الكبيرة مثل المخازن والمراكز التجارية والشركات مع زيادة عدد وحدات الخارجية وتجميعها فوق المباني حيث تتصل جميع وحدة خارجية بوحدة داخلية تقوم بتبريد جزء معين من المبنى. ولا يختلف هذا المكيف عن مكيف النافذة إلا في فصل الجانب البارد عن الجانب الحار بحيث يمكن تثبيت الجزء الخاص بالبرودة داخل الغرفة على أي جدار مناسب وتثبيت الجزء الأخر في الخارج. الجزء الداخلي البارد يحتوي على صمام التمدد والأنابيب الحلزونية الباردة والمراوح التي تدفع الهواء عبر الأنابيب البارة فيخرج الهواء للغرفة بارداً ويمكن التحكم في سرعة المروحة وتوجيهها من خلال ريش خاصة للتوجيه قابلة للحركة. أما الجزء الخارجي الحار فيوضع في خارج الغرفة أوعلى السطح أويثبت على الأرض في مكان خاص ويحتوي هذا الجزء على المحرك وعلى الأنابيب الحلزونية الساخنة والمروحة التي تعمل على تسهيل تخلص الأنابيب من الحرارة. ووجود الجزء الذي يحتوي على المحرك خارج الغرفة يجعل من صوت المكيف اقل إزعاجا من مكيف النافذة. تتواجد هذه المكيفات بعدة أحجام لتناسب الكثير من الأماكن من الغرف الصغيرة وحتى الغرف الكبيرة ويمكن زيادة عدد الوحدات بالقدر المطلوب حسب حجم الغرفة والمكان المراد تبريده. أما في الأبنية الضخمة فإن الاعتماد على هذه المكيفات يشكل بعض المصاعب وخصوصا في كثرة أنابيب التوصيل بين الوحدة الخارجية والوحدة الداخلية وزيادة طولها عن الحد المسموح به. ولهذا يجب الاستعانة بالنوع الثالث من المكيفات.

مكيف الماء المبرد Chilled-water Air Condition

في بعض الحالات التي تصل فيها المباني المطلوب تبريدها إلى أحجام ضخمة جدا، تستخدم أنظمة تبريد بالمياه بدلا من نظم التبريد بغاز الفريون المضغوط الذي يصبح غير عملي لطول المسافة بين وحدات الضغط ووحدات توزيع الهواء البارد الداخلية، وهذه الأنظمة إما حتى تتخذ شكل مبرد مياه يثبت فوق المبنى وتصل درجة حرارة الماء فيه إلى ما بين أربعة إلىسبعة درجات مئوية. وينقل الماء المبرد عبر أنابيب إلى وحدات توزيع داخلية تشكل هذه الأنابيب لتناسب الأماكن المراد تبريدها ولا يوجد أي قيود على طول هذه الأنابيب طالما أنها معزولة بشكل جيد. ويتم تبريد الماء باستخدام الفريون كما هومشروح في الشكل أعلاه في الجزء الأيسر ويتم التبادل الحراري بين الفريون البارد جداُ مع الماء. الذي يستخدم في التبريد من خلال تمريره عبر الأنابيب المتصلة في المبنى.

وحدة تقدير كفاءة المكيف

الوحدة الأكثر استخداما لقياس كفاءة المكيف هي وحدة الحرارة البريطانية British thermal units والتي تعهد بالاختصار BTU. وتعهد وحدة الحرارة البريطانية على إنها مقدار الحرارة اللازمة لحمل درجة حرارة باوند (أي ما يعادل 0.45 kg) من الماء درجة فهرنهايت واحدة (أي ما يعادل 0.56 درجة مئوية). ووحدة الحرارة البريطانية تعادل 1.055 جول. وغالباً ما نستخدم الطن لفهم قدرة المكيف والطن يعادل 12,000 BTU. وعلى سبيل المثال حتى مكيف النافذة تكون قدرته في حدودعشرة آلاف وحدة تبريد BTU. أي اقل بقليل من 1 طن. ولمنزل مساحته 180 متر مربع بحاجة إلى مكيف بقدرة تصل إلى 60,000 BTU أيخمسة طن. ويقدر خبراء التبريد حتى جميع متر مربع بحاجة إلى 333 BTU وبالطبع هذا رقم تقديري لان ازدياد سقف الغرفة وعدد النوافذ وحجم الأثاث تؤثر على تقدير القدرة المطلوبة لتبريد الغرفة.

معدل كفاءة الطاقة

معدل كفاءة الطاقة [[energy efficiency rating)[[EER) للمكيف تقدر بحاصل قسمة الوحدات الحرارية البريطانية BTU على معدل استهلاك الكهرباء. على سبيل المثال إذا كان المكيف بقدرة 10,000BTU يستهلك قدرة كهربية مقدارها 1,200 watts فإن معدل كفاءة الطاقة EER تقدر بـ 8.3 والتي نتجت عن قسمة 10000BTU/1200watts. ونحن نريد حتى تكون قيمة EER أكبر ما يمكن وذلك بزيادة قدرة المكيف من خلال الحصول على قيمة أعلى لـ BTU وهذا من طبيعة الحال يزيد التكلفة المالية.

ولتوضيح ذلك بشكل أفضل دعنا نفترض حتى لديك خيارين للحصول على جهاز تكييف بقدرة 10,000 BTU ولكن الأول له EER تساوي 8.3 ويستهلك كهرباء بقدرة 1,200 watts وهواقل تكلفة من المكيف الثاني الذي له EER تساويعشرة ويستهلك كهرباء بقدرة 1,000 watts. وكان فرق الثمن بين الاثنين في 100 دينار. والسؤال الآن ما هي المدة الزمنية التي تجعل المكيف الأكثر تكلفة يعوض الفرق في التكلفة من خلال توفيره لفاتورة الكهرباء،يا ترى؟

المطلوب فهم الأمور التالية: (1) كم عدد الساعات التقديرية التي يفترض أن يعمل فيها المكيف خلال السنة،يا ترى؟ (2) كم تكلفة الكيلووات للساعة،يا ترى؟

لنفترض انك تخطط لتشغيل المكيف في فصل الصيف والذي يستمر لفترة أربعة أشهر خلال العام ولمدةستة ساعات يومياً. ولنفترض حتى تكلفة الكهرباء من الشركة التي تزود منزلك بالكهرباء هي 0.1 دينار لكل كيلووات في الساعة. الفرق بين استهلاك المكيفين هو200 وات وهذا يعني انه جميعخمسة ساعات تشغيلية فإن المكيف الأقل تكلفة يفترض أن يستهلك كهرباء أكثر من المكيف الأعلى تكلفة بمقدار 1 كيلووات للساعة أي 0.1 دينار إضافية عن جميعخمسة ساعات. فإذا كان عدد أيام الشهر 30 يوم فإنه خلال فصل الصيف سيتم تشغيل المكيف (أشهر)x 30 (يوم) xستة (ساعات)3 = 720 ساعات hrs x 200 watts)/(1000 watts/kW) x JD 0.10/kWh = JD 14.40)

وهذا يعني انه بعدسبعة سنوات ستكون تكلفة المكيف الأعلى ثمنا يعادل المكيف الأقل ثمناً. بالرغم من التكلفة التشغيلية لأجهزة تكيف الهواء إلا إنها أجهزة لا يمكن الاستغناء عنها وتعتبر الأكثر كفاءة من أي وسائل تبريد أخرى.

أنظمة مسبقة تاريخية لمكيف الهواء

البارجيل هوأقدم مكيف هواء من خلق الإنسان. يعتمد الهواء الطبيعي في أدائه. ينتشر في الإمارات وخصوصا في منطقة البستكية التي أعادت بلدية دبي ترميمها بنفس الأسلوب القديم التي أنشئت عليه ووضعتها تحت الحماية لتصبح من الأماكن السياحية الأثرية التي يؤمها زائري دبي

انظر أيضًا

• أجهزة رئيسية
• أمراض الحرارة

مراجع

وصلات خارجية

• إنسيكلوبيديا الطاقة البديلية ومنوال المعيشة المستدامة: مكيف