كيف يعمل مكيف الهواء ؟

تم تطوير أول نظام حديث لتكييف الهواء في عام 1902 من قبل المهندس الكهربائي ويليس هافيلاند كارير(Willis Haviland Carrier).

صُمم النظام آنذاك من أجل حل مشكلة الرطوبة في شركة النشر ببروكلين بنيويورك الأمريكية.

يمتص ورق المصنع الرطوبة من الهواء في فصل الصيف مما يعرقل تطبيق تقنيات التحبير.

قام كارير بدفع الهواء الساخن عبر قنوات باردة، وحين تنخفض حرارة الهواء يتخلص من رطوبته، فكلما زادت حراراة الهواء زادت نسبة الرطوبة التي يحملها.

علم كارير أنه قام باختراع معتبر، ذو مدى بعيد، فقد قام بالتخلص من الرطوبة وخفض درجة حرارة المصنع في نفس الوقت، وساهم في تحسين حياة البشر بشكل هائل.

المبادئ الأساسية لنظام تكييف الهواء:

يعتمد نظام التكييف في تبريده للهواء الداخل إليه على القانون التالي: “ تتطلب عملية التحول الفيزيائي من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (Phase Conversion) امتصاصا للحرارة” حيث تقوم المكيفات الهوائية بجعل مركبات سائلة كيميائية معينة تتبخر وتتكاثف بطريقة متكررة داخل نظام مغلق من الأنابيب الملتوية تدعى باللفائف (Coils).

المُثلج (Refrigerant) هو المركب الكيميائي المستعمل أساسَا في التبريد، يتواجد داخل الأنابيب الملتوية أو اللفائف و يتميز بخصائص تسمح له بالتحول الفيزيائي عند انخفاض درجة الحرارة.

في الواقع، لدى المكيفات الهوائية نظام من القنوات مصممة لتنقل الهواء إلى داخل لفائف تبريد الهواء (air-chilling coils) وخارجه.

عندما يسبح الهواء حول لفائف مبخرة ذات ضغط منخفض يمتص المادة المُثلجة الكيميائية الحرارة، وتتغير من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.

ولمواصلة التبريد بطريقة فعالة ومتواصلة يجب إعادة تحويل المُثلج من الحالة الغازية إلى حالته السائلة التي كان عليها، وذلك بعد وضعه تحت ضغط عالٍ.

يتم تفريغ الكمية الزائدة من الحرارة الناتجة عن الضغط العالي بواسطة مروحة ثانية (Fan) ومجموعة من لفائف أخرى تدعى بلفائف التكثيف (Condensing Coils).

بعد تبريد الغاز يعود ثانيةً إلى حالته السائلة وتتكرر نفس العملية.

آلية التبريد بمكيف الهواء، عملية متقنة ولا متناهية؛ مبنية على التحول الفيزيائي للمُثلج من حالته السائلة إلى الغازية من خلال امتصاص الحرارة والضغط ليعود إلى حالته الأولية.

المكونات الأساسية لمكيف الهواء:

تتمثل المكونات الأساسية لمكيف الهواء في العناصر التالية:

المبخر (Evaporator): يُملأ بالمُثلج الكيمائي في حالته السائلة.
المُكثف (Condenser): يسهل عملية نقل الحرارة.
صمام التمدد الحراري (Expansion Valve): يعمل على تعديل تدفق المُثلج إلى المبخر.
ضاغط الغاز (Compressor): عبارة عن مضخة تضغط المثلج في حالته الغازية.
يحتوي مكيف الهواء على قسمين أساسيين، قسم بارد وقسم ساخن.

القسم البارد يتكون من مبخر ومروحة تعمل على نفخ الهواء حول اللفائف المبردة (Chilling Coils)، بينما يحتوي القسم الساخن على ضاغط الغاز، لفائف التكثيف (Condensing Coils) ومروحة ثانية لإخراج الهواء الساخن.

يتواجد بين هاتين المجموعتين من اللفائف صمام التمدد الحراري الذي يعدل كمية المُثلج المتحرك نحو المبخر.

عندما ينخفض ضغط المُثلج داخل المبخر يتمدد ويتحول إلى سائل.

مكيف الهواء المنزلي يحتوي على جميع المكونات الأساسية السابقة، مركبة داخل صندوق صغير الحجم، يعلق عند النوافذ المنزلية.

كما هناك مكيفات الهواء أكبر، لها جهاز تنظيم الحرارة (ترموستات)، ضاغط الغاز ومكثف، يوضع قسمها الساخن خارج المبنى، عادةً فوق سطح المباني العالية كالمستشفيات أو الفنادق مثلاً.