هندسة تكييف الهواء

تأليف

مصطفى محمد السيد. د. أ استشاري وأستاذ سابق بكليات الهندسة

المحتويات

١ ...................................تاريخ التبريد وتكييف الهواء ١

١٥ .........................................التبريد بانضغاط الغاز ٢

٣٣ .......................................صاص الغازالتبريد بامت ٣

٤٤ ......................................التبريد بطرق غير تقليدية ٤

٥٦ ........................................احتياجات تكييف الهواء ٥

٧٠ ....... ..............................مكونات نظم تكيف الهواء ٦

٨٤ ...................................النظم التقليدية لتكييف الهواء ٧

٩٥ ..............................النظم غير التقليدية لتكييف الهواء ٨

١٠٨ ...................................التحكم في نظم تكييف الهواء ٩

١٢٣ ......................................يلالتصميم والبناء والتشغ ١٠

ب

تقديمويهدف إعداد الكتاب إلى نشر الوعي . لهندسة التبريد وتكييف الهواءمبسطا يقدم الكتاب الحالي عرضا

، وإلى تقديم مرجع مبسط لمهندسي التبريد وتكييف الهواء بشكل عام الوطن العربيأفرادالعلمي بين

مساعدة المهندسين غير كما يهدف الكتاب أيضا إلى .جوع إليه عند الحاجةحديثي التخرج للر

التعرف على النظم والعمليات المختلفة لهندسة التبريد في مجال التبريد وتكييف الهواءالمتخصصين

والكتاب يقدم هذه العمليات والنظم بأسلوب سهل ومبسط، .وتكيف الهواء والتي لها عالقة بأعمالهم

ة التخطيطية والصور الفوتوغرافياألشكالتخدام معادالت رياضية متخصصة، مع استخدام وبدون اس

.ما أمكن

األول تاريخ التبريد وتكييف الهواء وكيفية تطور هذه الصناعة لبابيقدم ا. أبوابيقع الكتاب في عشرة

. ع طرق التبريد من الثاني حتى الراباألبوابتقدم . منذ بدايتها وحتى وصلت إلى حالتها الراهنة

باب، ويشمل هذا ال الثاني للتبريد بانضغاط البخار وهو أكثر طرق التبريد شيوعابابفيخصص ال

الثالث التبريد باالمتصاص، وهو ثاني طرق بابويقدم ال. عرضا للمكونات الرئيسية لهذه الطريقة

هربائية كبيرة للعمل كما هو وتمتاز طريقة التبريد باالمتصاص لعدم احتياجها لطاقة ك. التبريد شيوعا

سواء كان الحال في حالة التبريد بانضغاط البخار، حيث تعمل هذه الطريقة باستخدام طاقة حرارية

مصدر هذه الطاقة احتراق وقود مباشرة مثل الغاز الطبيعي، أو طاقة حرارية من أي مصدر أخر

، وبعض هذه طرق التبريد غير التقليدية الرابع بابويقدم ال. كالطاقة الشمسية أو حرارة باطن األرض

الطرق توجد بشكل تجاري منذ فترة طويلة وأن كان لها بعض االستخدامات الخاصة مثل التبريد

، والتبريد الشائع االستخدام في تكييف هواء المناطق الجافة وبعض التطبيقات الصناعيةالتبخيري

، والتبريد لى معدات صغيرة الحجم وخفيفة الوزن المستخدم في التطبيقات التي تحتاج إالكهروحراري

أيضا، يقدم . الشائعة االستخدام في الطائراتالتبريد باستخدام دورة الهواءو، باستخدام نفاث الماء

الباب الرابع طرق التبريد غير التقليدية والتي مازالت في مجال البحث والتطوير مع استخدام بعضها

التبريد ، والتبريد الصوتحراري، والتبريد بدورة إستيرلنجبشكل تجاري بشكل محدود، مثل

.تبريد المادة المازة، وأنبوب السريان الدواميتبريد ، والمغناطيسي

احتياجات نقدم في الباب الخامس . ييف الهواءلتقديم نظم تكبواب من الخامس إلى العاشر خصصت األ

ويعني هذا الباب بالمتطلبات الواجب توفرها بالبيئة الداخلية وتعريف المؤثرات. نظم تكييف الهواء

. فية تحقيقها الحرارية لإلنسان وكيالخارجية والداخلية التي تؤثر في البيئة الداخلية، وتعريف الراحة

ج

يقدم الباب . لتغير حالته والعمليات التي تجرى على الهواء أيضا يقدم الباب تعريف خواص الهواء

وتقسيماتها ذه المكوناته السادس وصفا مبسطا ألهم مكونات نظم تكييف الهواء من حيث استخدامات

ويشمل هذا الباب . يف الهواءولقد خصص الباب السابع لعرض النظم التقليدية لتكي .وأنواعها المختلفة

وتقديم نظم التكييف المركزي وغير المركزي، تعريف أهم المصطلحات المستخدمة في هذا السياق

مع عرض مميزات وعيوب كل نظام ونظم الهواء الشامل ونظم استخدام الماء المثلج وغيرها،

نظم غير التقليدية لتكييف الهواء، ويقدم الباب الثامن ال.والتطبيقات المختلفة الستخدامات هذه النظم

وتستخدم هذه النظم في بعض المشاريع لتوفير الطاقة ولتحسين اقتصاديات المشاريع، ومن بين هذه

نظم استرجاع ، وتكييف الهواء باستخدام دورة المادة المازة، وتكييف الهواء بالتبريد التبخيري: النظم

. لمحطات ثالثية التوليد، اخزين الحرارياستخدام الت، ونظم تبريد المنطقة، والطاقة

ومكوناته لتحكم وجود نظام ل أهميةيقدم الباب التاسع أدبيات التحكم في تكييف الهواء، فيقدم الباب

، والتطبيقات المختلفة لنظم التحكم ثم تقديم للتحكم الرقمي والتطورات الحديثة به من حيث الرئيسة

لنظم األخرى بالمبنى باإلضافة لنظام تكييف الهواء، والمراقبة والتحكم تطور نظام إدارة المبنى ليشمل ا

يقدم الباب العاشر وصفا مبسطا لمراحل إنجاز أي مشروع .عن بعد باستخدام شبكة اإلنترنت

مرحلة ، ثم المشروعمرحلة التعاقد لتنفيذ لبناء والمطلوب بكل مرحلة، بدء من مرحلة التصميم، ثم

مرحلة التشغيل ، ثم أخيرا مرحلة التسليم للمالك، ثم مرحلة الضبط واختبار األداءم ، ثبناء المشروع

ويقدم الباب أيضا لبنود التداخل بين نظم التكييف والنظم األخرى بالمشروع مثل النظم . والصيانة

.الكهروميكانيكية وأهمية التنسيق الكامل بين هذه النظم لنجاح المشروعالمعمارية والمدنية

. هذا الكتاب عمال ينتفع بهيجعلعز وجل أن أل اهللانس

٢٠٠٧ فبراير ٧القاهرة في مصطفى محمد السيد

د

تاريخ التبريد وتكييف الهواء ١

بداية صناعة تكييف الهواء ■ بداية صناعة التبريد ■ التبريد وتكييف الهواء قديما ■

تآكل طبقة ■ استخدام التبريد في الصناعة ■ ) موائع التبريد( تاريخ المبردات ■

المساعي الدولية للحد من خطر ■ تيجة تأثير الدفيئة االحتباس الحراري ن■ األوزون

تواريخ هامة في صناعة التبريد وتكييف الهواء■ الهالوكربونات

التبريد وتكييف الهواء قديما

عرفت الحضارة اإلنسانية التبريد والتكيف منذ القدم، واستفادت منه بغرض حفظ األغذية عند توافرها

سنة قبل الميالد تمكن قدماء ٢٥٠٠ففي حوالي . وقات الندرة، أو لتبريد الماءالستخدامها في أ

المصريين من الحصول على تأثير تبريدي بدرجات متفاوتة تصل في بعض األحيان إلى الحصول

على ثلج، وذلك بالتبخير والتبادل الحراري باإلشعاع بين سطح الماء أو بعض األطعمة، والسماء أثناء

عرف اإلنسان األول، أيضا، الفخار وصنع منه أواني عديدة يوضع بداخلها الماء فيتم تبريده ثم . الليل

إما في األماكن التي بها ثلج في بعض فصول السنة . بتبخير جزء منه من سطح هذه األواني الفخارية

األطعمة فقد استطاع اإلنسان منذ القدم تخزين هذا الثلج في الكهوف لفترة طويلة، واستخدمه لحفظ

.المختلفة، كما ثبت في شمال إيران

وبتقدم الحضارة اإلنسانية ورقيها زادت الحاجة إلى التبريد، فلزم إيجاد السبل للحصول على التبريد

فمثال . بكميات كبيرة وبطريقة اقتصادية، حتى بات من المستحيل تخيل حياتنا دون صناعة التبريد

كبيرة إلمداد المدن الحديثة بالغذاء الالزم لسكانها حيث ينتج معظم يلزم التبريد لحفظ األغذية بكميات

كما يلزم استخدام . الغذاء خارج هذه المدن، ولحفظ هذا الغذاء بعد إنتاجه وتوزيعه عند الحاجة إليه

التبريد لتكييف الهواء للراحة الحرارية في المباني الكبيرة التي يضطر إلى تشييدها في مناطق األعمال

أيضا، تسببت حياتنا . زدحمة في المدن، وال يمكن االستفادة من هذه المباني دون تكييف الهواء بهاالم

1

المعاصرة بالمدن الكبرى إلى وجود وسائل مواصالت تعمل على نقل األعداد الهائلة من العاملين

ضمان أدائها بسرعة من مكان إلى أخر، ويلزم أيضا، عندئذ، تكييف وسائل المواصالت الجماعية هذه ل

.على الوجه األكمل

وبالتقدم الصناعي دخلت صناعة التبريد إلى العديد من الصناعات إما لتحسين اإلنتاجية كما هو الحال

في صناعة الغزل والنسج وصناعة المالبس، وصناعة الطباعة والتصوير الفوتوغرافي وغيرها، أو

مثل صناعة –ال وجود صناعة التبريد التي لم تكن لتوجد لو–كضرورة لقيام بعض الصناعات

البالستيك والمطاط الصناعي والدوائر المتكاملة التي تدخل في صناعة الكمبيوتر ودوائر التحكم

المختلفة، أو إلسالة الغازات المختلفة في العمليات الكيميائية الصناعية، أو للتنظيم األمثل بين عملية

على سبيل المثال حيث تنتج المخابز العديد من نوالعجائاج اإلنتاج والتوزيع كما هو الحال في إنت

والجاتوهات والتورتات ثم يتم تجميدها مباشرة وتحفظ حتى يتم رفع درجة حرارتها مرة نوالعجائ

.أخري إلى درجة الحرارة المعتادة قبل البيع بقليل حتى تكون طازجة قبل البيع مباشرة

بداية صناعة التبريد

متى استطاع اإلنسان توليد الثلج معمليا أو صناعيا وأن كانت الوثائق العلمية تدل على ال نعرف بدقة

ففي عام . ، أستاذ الكيمياء بجامعة ايدنبرج، هو أول من استطاع ذلك )Cullen(أن البروفسور كلين

ر األثير تقريبا استخدم كيلن تطاير األثير لتبريد الماء، ثم استطاع أيضا اإلسراع بعملية تبخي١٧٥٥

وخفض درجة حرارة تبخيره، باستخدام مضخة لخفض ضغطه، مما ساعد على تحويل الماء المبرد

.إلى ثلج

في هذه األثناء وطوال النصف الثاني من القرن الثامن عشر ظهرت فكرة إسالة الغازات برفع ضغطها

د الكبريت في عام إسالة ثاني أكسيMonge)( ومونج) Clouet( ثم تبريدها، فمثال استطاع كلوت

إسالة بخار ) Van Mroastvijk( وفان تروستفجيك Van Morum)(، واستطاع فان مويم ١٧٨٠

ولقد ساعدت فكرة إسالة الغازات على ظهور فكرة التبريد بالتبخير، ثم االنضغاط . ١٧٨٧االمونيا عام

ويعتقد أن أوليفر ) . لياوهى فكرة دورة التبريد بانضغاط البخار المعروفة حا(واإلسالة مرة أخري

، ١٨٠٥بمدينة فالدليلفيا األمريكية هو أول من أشار ألي هذه الفكرة في عام ) Oliver Evans(إيفانز

.وال نعرف أن كان قد قام بتجربتها أم ال

أول من أعطى وصفا مدعما بالوثائق لدورة التبريد ١٨٣٤في )Jacob perkins(كان يعقوب بيركنز

. رسما تخطيطيا لهذه الدورة كما اقترحها بيركنز١,١ويبين شكل . ار باستخدام األثير البخبانضغاط

2

ونظرا . وتعمل هذه الدورة باستخدام ضاغط يدوى لخفض الضغط في المبخر الذي يحوى سائل األثير

لضاغط ويعمل ا. المحيط بالمبخر، يتطاير األثير مسببا تبريد الماء" ج"النتقال الحرارة من حمام الماء

حيث يمر بخار األثير المرتفع " د"على سحب بخار األثير من المبخر ورفع ضغطه ودفعه إلى المكثف

يسرى سائل األثير بعدئذ . الضغط داخل أنابيب محاطة بالماء فيتكثف بخار األثير داخل هذه األنابيب

. مرة أخرى، ثم تستمر الدورة "ب"فينخفض الضغط إلى ضغط المبخر " ه"خالل صمام تمدد

ولم تثبت الوثائق قيام . لشحن النظام مبدئيا باألثير) انظر الشكل(ويستخدم الجزء العلوي لصمام التمدد

.، وتجربة تشغيل هذه الفكرة علميا١,١بيركنز بتصنيع آلة تعمل بالتصميم المعطى بشكل

رسم تخطيطي ألول ماكينة تبريد من اختراع بيركنز١,١شكل

تصنيع آلة النتاج الثلج تعمل بنفس ١٨٥٦في عام ) Harrison(يا، استطاع هاريسونفي استرال

ومن غير . التصميم الذي اقترحه بيركنز ولكن باستخدام أثير كبريتي بدال من استخدام األثير

في نفس الوقت استطاع آخرون بناء آالت . المعروف إذا كان هاريسون قد علم بتصميم بيركينز أم ال

ففي مدينة اوهايو األمريكية صنع الكسندر . ماثلة بطريقة مستقلة في أجزاء أخرى من العالمتبريد م

. ساعة تقريبا٢٠ رطل من الثلج في٢٠٠٠آلة تبريد تنتج حوالي ) A. Catlin Twining(كاتلن توينينج

3

-سبيا وهى درجة حرارة مرتفعة ن-م ٣٤,٥oنظرا لتطاير األثير في الضغط الجوى عند درجة حرارة

مما يعرض المبخر إلى االنفجار إذا . لزم خفض الضغط بالمبخر للحصول على التبريد المطلوب

من هنا عمل بعض العلماء والمخترعين في أواخر القرن التاسع عشر على . تسرب هواء إلى داخله

م ففي عا. استعمال مواد أخرى تتبخر عند درجات حرارة منخفضة نسبيا بالقرب من الضغط الجوى

في ألمانيا استخدم االمونيا بدال من األثير، حيث تتبخر ) Carl Van-Linde( قدم كارل فان ليند ١٨٧٠

منذ ذلك الحين أصبحت االمونيا . م٣٣,٣oاالمونيا في الضغط الجوى عند درجة حرارة قدرها

إلى حوالي ولسنوات طويلة من الموائع المستخدمة كمبردات، وان كان يعيبها ارتفاع الضغط بالمكثف

ولم يفضل البعض استخدام االمونيا . ضغط جوى، مما يعنى زيادة التكلفة األولية لتصنيع المكثف١٠

Linde)(لهذا السبب قدم ليند . في بعض التطبيقات، نظرا لخطورتها إذا حدث تسرب من آلة التبريد

بألمانيا استخدم ثاني ) Windhausen(بالواليات المتحدة األمريكية، وويندهوزن ) Lowe(بألمانيا، ولو

ويمتاز ثاني أكسيد الكربون باألمان في استخدامه وان كان، أهم عيوبه ارتفاع الضغط بالمكثف . أكسيد

. ضغط جوى٨٠إلى حوالي

فمثال قام ميدجلى . منذ بداية القرن الحالي تطورت صناعة هندسة التبريد تطورات عديدة متالحقة

)Midgley ( بتقديم مبردات الهالوكبونات كما سنبين فيما بعدةيات المتحدة األمريكي بالوال١٩٣٠عام .

تقديم الضواغط المغلقة ألول مرة حيث ضم الضاغط والموتور في علبة واحدة ١٩٣٠أيضا، شهد عام

عندما صنع صمام التمدد يعمل على ١٩١٧مغلقة، وعملت آالت التبريد االتوماتية ألول مرة عام

ن المبرد آليا تبعا لحمل التبريد، وضمت آلة التبريد أيضا ترموستات لتشغيل وإيقاف التحكم في سريا

، ١٩٢٠-١٩١٠في نفس هذه الفترة أيضا، أي حوالي . الضاغط تبعا لدرجة حرارة الحمل الحراري

.دقيقة، وبنى بنجاح أول ضاغط ثنائي المرحلة/ لفة٣٠٠ إلى ١٠٠أمكن زيادة سرعة الضاغط إلى من

صناعة تكييف الهواءبداية

وبناء على هذا التعريف تقسم .يقصد بتكييف الهواء تغيير حالة الهواء إلى الحالة المناسبة لتطبيق ما

تكييف الهواء للراحة الحرارية للناس وتكييف الهواء لألغراض : تطبيقات الهواء إلى قسمين رئيسيين

.الصناعية

الزمان حيث قام اإلنسان بتدفئة الهواء بالمواقد المختلفة عرف تكييف الهواء للراحة الحرارية منذ قديم

أما صيفا، فقد عرف اإلنسان تكييف الهواء الذي يعتمد فقط على تحريك الهواء . طلبا للدفء شتاء

تدريجيا عرف اإلنسان . بالمروح المصنوعة من الريش، دون تغيير درجة حرارته أو نسبة رطوبته

4

وذلك بتمرير الهواء على - دون التحكم في نسبة رطوبته- تهتكييف الهواء بخفض درجة حرار

ثم عرف اإلنسان تبريد الهواء بدرجة اكبر بتمريره على . أسطح مبللة بالماء فيتم تبريده بتبخير الماء

ثلج، حيث كان يمكن الحصول على هذا الثلج من قمم الجبال العالية، وان قصر هذا االستخدام على

.األغنياء دون العامةالملوك واألمراء و

بظهور صناعة التبريد كصناعة جديدة واعدة في بداية القرن العشرين، بدأ الناس في استخدام هذه

ولقد تواكب هذا االستخدام مع نمو المدن . الصناعة لتبريد الهواء بغرض تكييفه للراحة الحرارية

من الصعب استخدام هذه وأصبحنة، العمرانية المزدحمة التي ظهرت بها مباني عمالقة في وسط المدي

تدريجيا تحول تكييف الهواء في العديد من المجتمعات من صورة من . المباني دون تكييف الهواء بها

عندئذ . عليها إال علية القوم، إلى ضرورة ماسة يطلبها الجميعرصور الرفاهية الخاصة التي ال يقد

في المجتمعات ذات األجواء شديدة (اإلنسان بدأت المجتمعات تعرف أهمية تكييف الهواء لصحة

.وكذلك لزيادة إنتاجيته) الحرارة قد تسبب درجة الحرارة المرتفعة حدوث إجهاد حراري لإلنسان

ويرجع الفضل . نشأت صناعة تكييف الهواء في بداية القرن العشرين في الواليات المتحدة االمريكية

. ذي عمل في بداية حياته بعد تخرجه بشركة بافالو للحدادةفي تطوير هذه الصناعة إلى لويس كاريير ال

وفي هذه األثناء . تمكن كاريير من أقناع الشركة بإنشاء مركز لألبحاث إلجراء تجارب معملية هندسية

كلف من قبل شركته بدراسة تأثير ارتفاع الرطوبة بالهواء كما هو الحال في بعض األيام على انخفاض

وبعد مجموعة من . شتكى منه أحد شركات الطباعة والنشر الشهيرة في نيويوركجودة الطباعة التي ت

وتمكن باستخدام . التجارب المعملية استطاع كاريير تصميم نظام لتثبيت رطوبة الهواء ودرجة حرارته

ولقد كان هذا النظام هو أول نظام يتم بناؤه لتكيف . ١,٢النظام من حل مشكلة الطباعة، أنظر شكل

كان معدل التبريد الذي يعطيه ملف . تكون النظام الذي صممه كاريير من ملف تبريد ومروحة. الهواء

ولقد . طن تبريد باستخدام ماء أبار، ثم تم استبدال ماء اآلبار فيما بعد بماكينة تبريد٦٠التبريد هو

الرطوبة النسبية درجة مئوية وتثبيت٢٧تمكن باستخدام هذا النظام من تثبيت درجة حرارة الهواء عند

واستطاع . لم يعمل هذا النظام جيدا مما حث كاريير على تكثيف أبحاثه لتحسين التصميم%. ٥٥عند

كاريير في نفس العام من تصميم وتشغيل أول نظام تكييف هواء يعمل بنفس الفكرة األساسية التي

.يعمل بها نظام التكيف الموجود حاليا

5

أول مطبعة تعمل في جو مكيف الهواء١,٢شكل

ولقد أيقن كاريير ان الفهم العميق للعالقة بين الخواص المختلفة للهواء الرطب سوف تساعد على

ولقد أتته الفكرة األساسية للعالقة بين درجة . تصميم نظام للتحكم فيى درجة حرارة ورطوبة الهواء

. قطة الندى له أثناء انتظاره للقطار في ليلة كثيفة الضبابحرارة الهواء ورطوبته ودرجة حرارة ن

من استكمال العالقات األساسية لخواص الهواء الرطب ونشر أول ١٩١١واستطاع كاريير في عام

.خريطة لخواص الهواء الرطب والتي عرفت بالخريطة السيكرومترية

يير الهندسية لتنمية تقنية تكييف بتأسيس شركة كار١٩١٥قام كاريير وستة مهندسون آخرون في عام

ولقد ساهمت هذه الشركة بشكل مؤثر في تطوير التقنيات المختلفة لتكييف الهواء والعمل على . الهواء

.نشرها داخل وخارج الواليات المتحدة

باستخدام مصطلح تكييف الهواء (Stuart Cramer) قام المهندس ستيوارت كرامر ١٩٠٦ في عام

. صمم نظاما للتحكم في رطوبة الهواء لمصنع نسيجألول مرة عندما

وبرغم أن صناعة تكييف الهواء بدأت أول لتكيف هواء المصانع أال أنها سرعان ما تم استخدمها في

المباني التجارية للراحة الحرارية، فانتشر تكييف الهواء بالسينمات والمسارح بأمريكا في الفترة بين

نمو صناعة تكيف الهواء أكبر األثر على التطور المعماري للمباني ولقد كان ل. ١٩٣٠ إلى ١٩١١

حيث استغنى المعماريون عن التهوية الطبيعية للمباني، والمناطق المظللة بالمباني، وأمكن استخدام

.الوجهات الزجاجية بكثرة في المباني

6

)موائع التبريد(تاريخ المبردات

ومبرد ١٢ ومبرد األمونياين ماكينات التبريد، ومن أمثلتها المبردات هي الموائع التي تسرى في شراي

وغيرها، وقد تختلف المبردات التي تستخدمها صناعة التبريد تبعا الختالف التطبيقات التي تخدمها ٢٢

فقد بدأت صناعة التبريد أوال . هذه الصناعة، وتبعا للحقبة الزمنية التي عملت بها هذه الصناعة

عندئذ ظهرت مبردات . ثيل كمبرد، أال أنها سرعان ما تخلت عنه لمشاكله العديدةباستخدام أثير األي

بدخول هذه المبردات الجديدة حقل العمل بصناعة التبريد ظهرت و، األيثيلأخرى بديلة لتحل محل أثير

ث عندئذ حلم المهندسون بمبرد جديد يكفيهم هذه المشاكل، فجاء العلم والبح. لها المشاكل الخاصة بها

مبردات بال : بالعديد من المبردات المعروفة باسم الهالوكربونات التي كانت تماما كما تمنى المهندسون

من خمسين عاما، ثم أوشك الحلم اآلن على االنتهاء، واستيقظت بواستمر الحلم ما يقر. مشاكل

ات، مشاكل قد على مشاكل جديدة للمبردالتسعينات من القرن الماضيصناعة التبريد صباح يوم في

تهدد وجودنا على سطح األرض، مشاكل تستلزم إنهاء خدمة العديد من مبردات الهالوكربونات للعمل

. مرة أخرى تجد صناعة التبريد في البحث عن مبردات جديدة بدون مشاكلو. في صناعة التبريد

برى الشركات في العشرينات من القرن الحالي، قررت شركة فريجيدير األمريكية، التي كانت ك

. المنتجة للثالجات المنزلية في ذلك الوقت، البحث عن بديل جديد للمبردات المستخدمة في ذلك الوقت

ولقد اتخذت الشركة هذا القرار لتحققها من وصول صناعة التبريد إلى طريق مسدود ال يسمح

قامت شركة فريجيدير لهذا الغرض. بتطويرها مع استمرار استخدام المبردات الموجودة في ذلك الوقت

١٩٣٠وفى أبريل من عام . بالتعاقد مع معمل األبحاث بشركة جنرال موتورز للبحث عن مبرد جديد

عن جميع مركبات عائلة الهالوكربونات، وأوصى بأن أفضل هذه المبردات للعمل معمل األبحاث أعلن

ينات من القرن الحالي استمر التسعلومنذ ذلك الحين وحتى أوائ. ١٢بالثالجات المنزلية هو مبرد

. في الثالجات المنزلية١٢العمل بمبرد

لباستبدا) C2H6(أو االيثان ) CH4(تنتج المبردات المعروفة باسم مشتقات الهالوكربونات من الميثان

الجمعية (فت أشري رولقد ع. بذرة أو أكثر من ذرات الهيدروجينات الكلور أو الفلور أو البروميدذر

عددالهذا ويتكون . ا كوديا للمبردات عامةعدد) مريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواءاأل

يمثل الرقم األول من اليمين عدد ذرات الفلور في المبرد، ويمثل الرقم الثاني : الكودي من ثالثة أرقام

أقل الثالث من اليمين واحدمن اليمين واحدا مضافا إلى عدد ذرات الهيدروجين بالمبرد، ويمثل الرقم ا

ويهمل الرقم الثالث من اليمين إذا كان صفرا، فمثال يعرف المبرد . من عدد الذرات الكربون في المبرد

، ويعرف )٢٢أي عدد كودي (٢٢بمبرد HCFCوهو من مجموعة CHClF2 الذي رمزه الكيمائي

7

أي عدد كودي (١١٣بمبرد ،CFC ، وهو من مجموعةCCl2FCClF2المبرد الذي رمزه الكيمائي

١١٣ .(

استخدام التبريد في الصناعة

فمثال يفضل في . يمثل تكييف الهواء لألغراض الصناعية قطاعا كبيرا من قطاعات صناعة التبريد

. المطابع تكييف الهواء لضمان جفاف أحبار الطباعة بالسرعة الكافية للمحافظة على جودة المطبوعات

خازن األوراق المحافظة على رطوبة النسبية للهواء في حدود مع معينة لمنع تجعد أيضا، يلزم في م

ويعمل ارتفاع رطوبة الهواء بمصانع الغزل والنسيج .األوراق وبالتالي خفض مقدار التالف منها

تعمل الحسابات اآللية أيضا،. واألقمشة على زيادة اإلنتاج والمحافظة على سالمة الخيوط أثناء التصنيع

أفضلبأفضل أحوالها في مدى معين من درجات الحرارة والرطوبة، وتعطى مواد التصوير المختلفة

النتائج إذا خزنت واستخدمت في مدى معين من درجات الحرارة والرطوبة، ويلزم التحكم في درجة

جزاء الدقيقة الحرارة والرطوبة بعمليات الكيمياء الحيوية للتحكم في معدل التفاعل، ويتطلب تصنيع األ

ما سبق كان بعضا . المحافظة على درجة حرارة ثابتة تقريبا لمنع التمدد واالنكماش الحراري للمواد

. من التطبيقات العديدة الالنهائية لتكييف الهواء ألغراض صناعية

التبريد دون استخدام التبريد في عملياتها المختلفة فمثال يستخدم وال يمكن للعديد من الصناعات أن تقوم

لفصل المكونات المختلفة في عملية تكرير البترول، ويستخدم التبريد أيضا إلسالة العديد من الغازات

ويستخدم التبريد لتخزين الغازات في صورتها السائلة بدال من . التي تستعمل في التطبيقات المختلفة

ت عن كتلة التخزين في الحالة صورتها الغازية حيث تزيد كتلة التخزين في الحالة السائلة عدة مرا

، ويساعد التبريد على إسالة البخر الناتج عن تسرب الحرارة إلى )وذلك في نفس الحجم(الغازية

كما يستخدم التبريد أيضا لفصل الغازات عن بعضها البعض، كما هو . مستودعات تخزين السوائل

ويستخدم التبريد لتكثيف األبخرة . تالحال في فصل مكونات الهواء بالتبريد واإلسالة لهذه المكونا

. الناتجة من بعض العمليات الصناعية وفصلها عن بعضها البعض

ومن التطبيقات الهامة األخرى في الصناعة تجفيف الهواء بنزع رطوبته بالتبريد، حيث تتطلب بعض

ضبط درجة الحال في بعض الصناعات الدوائية، ويستخدم التبريد لوالصناعات هواء جافا، كما ه

كما أن . الجبن والعجائنوإنتاجحرارة بعض عمليات التخمر الصناعية مثل عمليات إنتاج البنسلين

التبريد يستخدم في العديد من التفاعالت الكيميائية، التي تتم في درجات حرارة منخفضة عن درجة

التبريد بصفة عامة لتبريد ويستفاد من . حرارة الجو المحيط، للتخلص من الحرارة الناتجة من التفاعل

8

المواد المختلفة في العديد من العمليات الصناعية الغذائية وغير الغذائية، كما هو الحال في صناعة

على سبيل كما يساعد التبريد،. المواد البالستيكية، وتقسية المعادن، وإنتاج األجهزة والمعدات الدقيقة

. بتبريدها إلى درجة حرارة منخفضة لفترة زمنية معينةالمثال، في تحسين المغناطيسية لبعض المواد

فوجدت بعض الجراحات التي يفضل . ولقد دخلت صناعة التبريد إلى العديد من المجاالت الطبية

. إجراؤها باستخدام تبريد موضعي، كما تنتج العديد من األدوية باستخدام عمليات تبريد منوعة

م يمكن أن يحتفظ به لمدة تصل o ٤نسجة، فمثال بتبريد الدم لدرجة ويستخدم التبريد أيضا لحفظ الدم واأل

. م يمكن االحتفاظ لمدة تصل إلى سنةo ٢٠– يوما، وبتجميد الدم عند درجة حوالي ٢١إلى حوالي

يمكن هذا إال بتبريدها إلى درجة أيضا يلزم لزراعة األعضاء حفظها صالحة لحين الحاجة إليها، وال

كما . مo ٢٠–مكن االحتفاظ بالعظام في حالة جيدة بتخزينها عند درجة حرارة حوالي وي. حرارة معينة

يمكن المحافظة على بعض أنواع الفيروسات ألجراء الدراسات عليها بحفظها في زجاجات معزولة

. مo ٤٠–م و o ٢٠– ومبردة إلى درجة حرارة بين اجيد

فمثال يمكن تحسين مقاومة الصلب للتآكل ورفع .يستخدم التبريد أيضا لتحسين خواص بعض المواد

أيضا يحسن التبريد مرونة . دقيقة٣٠م لمدة حوالي o ٩٠–صالدته بتبريده لدرجة حرارة حوالي

كما يؤدى تبريد الحديد وسبائكه إلى درجات حرارة محددة لفترة معينة . سحبه إلى أسالك الحديد عند

. القطع، وخفض التمدد واالنكماش الحراري لهذه المنتجاتإلى تحسين حدة األسلحة الحديدية وآالت

ويستخدم التبريد أيضا لتطوير وتحسين أداء صناعة البناء ولتمكين هذه الصناعة من تنفيذ بعض

فمثال يستخدم التبريد في بعض الحاالت لتجميد . المشاريع التي يصعب تنفيذها دون االستعانة بالتبريد

أيضا تتطلب بعض المشاريع، التي تستخدم كميات كبيرة من الخرسانة ، . حفرالتربة لتسهيل عمليات ال

– نتيجة تفاعلها كيميائيا -فعندما تبدأ الخرسانة في التماسك. تبريد الخرسانة لمنع تشققها عند تماسكها

ينتج قدر هائل من الحرارة التي يلزم إزالتها وإال تسببت هذه الحرارة في تمدد الخرسانة وحدوث

في مثل هذه الحالة يفضل تبريد . ويهدف تبريد الخرسانة قبل صبها إلى إزالة هذه الحرارة. شققات بهات

الرمل واألسمنت والزلط والحصى والماء قبل خلطها معا، أو دفن مواسير تحمل مياه مبردة داخل

.صبة األسمنت

األوزونتآكل طبقة

ولقد بدأت هذه الصناعة العمالقة . ة لصناعة التبريدتعتبر مشكلة طبقة األوزون أهم التحديات المعاصر

مبردات جديدة تحل محل طفي قبول التحدي وتعمل حاليا على قهر هذه المشكلة عن طريق استنبا

9

وتجاهد صناعة التبريد أيضا في تحسين كفاءة معدات التبريد وعدم السماح بفقد شحنة . الهالوكربونات

.والحد ما أمكن من هذا الفقد أثناء صيانة معدات التبريد حيط،الهالوكربونات كلية إلى الجو الم

امتصاص األشعة فوق البنفسجية في طبقة األوزون١,٣شكل

وهى الحارس الذي يحمى سطح األرض من . طبقة األوزون هي الطبقة الخارجية للغالف الجوى

لقدر محدود فقط من هذه األشعة األشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس، فيقوم األوزون بالسماح

ما خطر وصول : ، وقد يتساءل البعض١,٣الوصول إلى سطح األرض، كما هو موضح بشكل

األشعة فوق البنفسجية بقدر يزيد عن حد األمان إلى سطح الكرة األرضية ؟ نجيب فنقول أن هذه

فبينما . ئنات الحية بوجه عامالزيادة تؤدى إلى العديد من األضرار لإلنسان والحيوان والنبات والكا

تؤدى زيادة األشعة فوق البنفسجية عن حد األمان إلى سرطان الجلد، وعتمة عدسة العين، ونقص

المناعة الطبيعية في اإلنسان، على سبيل المثال، فإن هذه الزيادة تعمل أيضا على نقص إنتاجية

يقة التي تساعد على التوازن البيئي الطبيعي المحاصيل الزراعية، وقتل العديد من الكائنات البحرية الدق

. على سطح األرض

ولكن، ما هو السبب الذي يعمل على تناقص سمك طبقة األوزون؟ كان البروفسور روالند ودكتور

مسئولية بعض مشتقات الهالوكربونات ١٩٧٤مولينا بجامعة كاليفورنيا هما أول من أعلن في يونيو

الرغم من بف. ق تفاعل هذه المشتقات مع األوزون، وذلك عن طريعن تناقص سمك طبقة األوزون

صعوبة انفصال ذرات الكلور عن مشتقات الهالوكربونات إال أن وجود هذه المشتقات في الغالف

10

ئات هذه المشتقات في وجود أشعة الشمس وانفصال يالجوى العلوي لعدة سنوات يعمل على تفكك جز

مسببة تناقص سمك طبقة األوزون ة كيميائيترات الكلور تفاعالوينتج عن انفصال ذ. ذرات الكلور

. في الغالف الجوى

االحتباس الحراري نتيجة تأثير الدفيئة

ظهرت في العقود األخيرة مشكلة جديدة للهالوكربونات وهى أن انطالق الهالوكربونات إلى الجو

سنة الثالثينصل إليه العلم خالل هذا هو ما تو. المحيط بالكرة األرضية يعمل على تغيير المناخ

وللتعرف على هذه المشكلة الجديدة، دعنا ندرس أوال . هالماضية، وعمل العديد من العلماء على تأكيد

لرفع ) الصوبا(في األغراض الزراعية ) مثل الزجاج( استخدام األسطح المنفذة هيالدفيئة . تأثير الدفيئة

اع النباتات في الشتاء من الصقيع، وتوفير المناخ الدافئ الالزم درجة الحرارة الداخلية لحماية بعض أنو

ينتج هذا عن خاصية المواد المنفذة التي تسمح بمرور اإلشعاع الحراري قصير الموجه . لنموها

بسقوط اإلشعاع الشمسي قصير . خاللها، وتمنع اإلشعاع الحراري طويل الموجة من مرور خاللها

ينفذ هذا اإلشعاع إلى الداخل ويمتص باألسطح الداخلية للبيت ) لزجاج مثالا(الموجة على السطح المنفذ

وينتج عن هذا انبعاث إشعاع حراري من . الزجاجي مما يعمل على رفع درجة الحرارة بالداخل

األسطح الداخلية للبيت الزجاجي، إال أن هذا اإلشعاع يكون طويل الموجه فال يمكنه النفاذ من السطح

ويرتد إلى داخل البيت الزجاجي مرة أخرى، مما يعمل على احتفاظ البيت الزجاجي ) اجالزج(المنفذ

قة إلى الجو المحيط بالكرة لولقد وجد أن الغازات الصناعية المنط. بمعظم الحرارة الممتصة داخله

األرضية تعمل أيضا كغطاء منفذ للكرة األرضية، ولهذا الغطاء تقريبا نفس خصائص لوح منفذ مما

وبدراسة هذه الغازات وجد أن غاز ثاني . دى إلى تأثير الدفيئة، أي تسخين سطح الكرة األرضيةيؤ

أكسيد الكربون النتائج من احتراق العديد من أنواع الوقود هو أكثر الغازات المنطلقة إلى جو األرض،

١,٤ويوضح شكل . الحراريوالتي تسبب تأثير الدفيئة للكرة األرضية، أو ما يعرف بظاهرة االحتباس

ونظرا للحضارة الصناعية التي نعيشها اآلن والتي تعتمد . رسم تخطيطي لظاهرة االحتباس الحراري

فإن غاز ثاني أكسيد الكربون ينطلق إلى جو لطاقة الناتجة من الوقود األحفوريإلى حد كبير على ا

من غاز أكسيد الكربون بما ومن المعروف قيام النباتات بتنقية جو األرض . األرض بمعدالت كبيرة

إال . يعرف بعملية التمثيل الضوئي للنبات، حيث تمتص النباتات هذا الغاز وتطلق بدال منه األكسجين

أن انطالق غاز ثاني أكسيد الكربون من العمليات الصناعية حاليا يفوق ما تحتاجه النباتات منه وبالتالي

. يتراكم هذا الغاز في طبقات الجو العليا

11

توضيح ظاهرة االحتباس الحراري نتيجة تأثير الدفيئة١,٤شكل

وتساهم صناعة التبريد المستخدمة لمبردات الهالوكربونات أيضا في تأثير الدفيئة، غير المرغوب فيه

وبالطبع . فتعمل مبردات الهالوكربونات المنطلقة إلى جو األرض أيضا كسطح منفذ. للكرة األرضية

مبردات المنطلقة أقل بكثير من كميات غاز ثاني أكسيد الكربون المنطلقة، إال أن فإن كميات هذه ال

. تأثير الهالوكربونات أقوى بكثير جدا من تأثير غاز ثاني أكسيد الكربون في تسخين سطح األرض

ويعزى هذا إلى سببين، أولهما هو التكوين الكيميائي للهالوكربونات، وثانيهما هو بقاء هذه

فمثال يعادل . ونات لفترات طويلة تصل إلى مئات السنين في طبقات الجو العليا، دون تفككالهالوكرب

سنة، وما ٢٠ كجم من غاز ثاني أكسيد الكربون بعد ٧١٠٠ حوالي ١٢ كجم مبرد ١تأثير انطالق

أ، ١٣٤ كجم من مبرد ١أما انطالق . سنة٥٠٠ كجم بعد ٤٥٠٠ سنة، و ١٠٠ كجم بعد ٧٣٠٠يعادل

من غاز ثاني أكسيد الكربون بعد كجم ٣٢٠٠االستخدام في صناعة التبريد، فيعادل انطالق الحديث

من هنا تأتى خطورة مبردات الهالوكربونات، أي من حيث وجود تأثيرها للعمل كسطح منفذ . سنة٢٠

. في الجو لعدة مئات من السنين وأنها اشد تأثيرا من غاز ثاني أكسيد الكربون

بالطبع تعمل الدفيئة على . ن خطورة ظاهرة االحتباس الحراري للكرة األرضيةلم نعرف حتى اآل

انتشار : العلماء أن هذا سيؤدى إلى اآلتيويتوقع. تسخين جو األرض مما يساعد على تغيير المناخ

عدم توفر الطعام بالقدر الكافي في العديد من ، وبعض األوبئة مثل المالريا والحمى الصفراء والكوليرا

غمر مياه البحر والمحيطات للعديد من ، وندرة المياه العذبة في عدة مناطق من العالم، وألماكن بالعالما

12

انخفاض إنتاج الهالوكربونات نتيجة التشريعات ١,٥ويوضح شكل . المناطق الساحلية المكتظة بالسكان

.الدولية لحماية البيئة

بونات نتيجة التشريعات الدولية لحماية البيئة رسم بياني يوضح انخفاض إنتاج الهالوكر١,٥شكل

المساعي الدولية للحد من خطر الهالوكربونات

لم يقف العالم مكتوف األيدي يراقب األضرار التي تحدث للبيئة، بل وضعت الدول خالفتها جانبا

في إطار حماية ف. ووقفت جنبا إلى جنب لحماية البشرية من األخطار المحققة الناجمة عن تدمير البيئة

كانت أول هذه االتفاقيات هي اتفاقية . طبقة األوزون، عقدت عدة مؤتمرات واتفاقيات وشرعت القوانين

وهدفت االتفاقية إلى وضع جدول زمني لحظر استخدام المواد الضارة بطبقة . ١٩٨٩مونتريال عام

ت الدولية في كوبنهاجن عام ، ثم المباحثا١٩٩٠تلي هذه االتفاقية مباحثات لندن في عام . األوزون

، وكان من أهم النتائج حظر إنتاج مشتقات الهالوكربونات ١٩٩٢

تأخرت المساعي الدولية بعض الشيء لوضع القيود التي تحد من تصاعد الغازات التي لها تأثير

ي كان أول هذه المؤتمرات هو المؤتمر األول لألرض الذ. االحتباس الحراري وبالتالي تغير المناخ

للتعريف بمشكلة تغيير ١٩٩٣عقد برعاية األمم المتحدة في مدينة ريودى جانيرو بالبرازيل في عام

ولقد تعهدت جميع الدول حينئذ، دون إلزام حقيقي، بالعمل على الحد من تصاعد الغازات . المناخ

. الصناعية التي لها تأثير الدفيئة للكرة األرضية

13

وتكييف الهواءتواريخ هامة في صناعة التبريد

الحدث التاريخ

ينجح في ، أستاذ الكيمياء بجامعة ايدنبرج، )Cullen(البروفسور كلين ١٧٥٥

األثير لتبريد الماء توليد الثلج صناعيا عن طريق تبخير

يستخدم مصطلح ثالجة(Thomas Moore) توماس موور ١٨٠٠

الوثائق لدورة وصفا مدعما بيعطي) Jacob Perkins(يعقوب بيركنز ١٨٣٤

رالتبريد النضغاط البخار باستخدام األثي

قام وليس كاريير بتصميم وبناء أول نظام لتكييف لهواء للتكم في ١٩٠٢

الرطوبة ودرجة الحرارة للهواء الداخلي لمطبعة

استخدام مصطلح تكييف الهواء ألول مرة في التاريخ بواسطة ستيورت ١٩٠٦

كرامر

)شيكاجو، أمريكا( دولي متخصص للتبريد أقامة أول معرض ١٩١٣

)مونتجمرى، االباما، مريكا(تكييف هواء أول مسرح ١٩١٧

عملت آالت التبريد االتوماتية عندما صنع صمام التمدد وضمت آلة ١٩١٧

التبريد أيضا ترموستات لتشغيل وإيقاف الضاغط تبعا لدرجة حرارة

.الحمل الحراري

بتقديم مبردات ةبالواليات المتحدة األمريكي) Midgley( ميدجلى نجاح ١٩٣٠

فريوناسم ف تجاريا بعرت التيالهالوكربونات

تقديم الضواغط المغلقة حيث ضم الضاغط والموتور في علبة واحدة ١٩٣٠

مغلقة

بجامعة ) Molina(ودكتور مولينا ) Roland( روالند ر بروفيسواكتشف ١٩٨٤

ومبرد ١١لوكربونات، وخاصة مبرد أن بعض مشتقات الهااكاليفورني

، تمثل تهديدا لطبقة األوزون المحيطة بالكرة األرضية١٢

توقيع األمم المتحدة بروتوكول مونتريال لحظر استخدام الهالوكربونات ١٩٨٧

زون للكرة األرضيةولحماية طبقة األ

14

١٥

بخارالتبريد بانضغاط ال ٢

المبخر ■ )موائع التبريد(أنواع المبردات ■ البخارالفكرة األساسية للتبريد بانضغاط ■

الضاغط ■ صمام التمدد ■ المكثف ■

البخارالفكرة األساسية للتبريد بانضغاط

التبريد في العالم من معدات% ٩٠ شيوعا، إذ أن أكثر من التبريد باالنضغاط هو أكثر طرق التبريد

أوال أن : علميتين حقيقتين إلى للتبريد باالنضغاط األساسيةتعتمد الفكرة . تعمل بالتبريد باالنضغاط

وعليه يمكن . درجة غليان السائل بانخفاض ضغطهأنثانيا و ، حرارةإلىتبخير أي سائل يحتاج

حيث تكون درجة حرارة هذا ،عند تبخير أي سائل عند ضغط منخفضالحصول على تأثير تبريدي

. السائل منخفضة ويسحب السائل الحرارة من الوسط المحيط به لتبخيره مم يعني تبريد الوسط

ويتكون هذا النظام من أربعة مكونات . رسما تخطيطيا لنظام تبريد بانضغاط البخار٢,١يبين شكل

.يوجد بهذا النظام مائع يسمى مائع التبريد أو المبرد. وصمام تمددضاغط، ومبخر، ومكثف،: أساسية

الضغط المنخفض في المبخر، : يعمل النظام عند مستويين للضغط. ويدور هذا المبرد في هذه المكونات

ضغط المكثف، إلىيعمل الضاغط على رفع الضغط من ضغط المبخر . والضغط المرتفع في المكثف

. ضغط المبخرإلىتمدد بخفض الضغط من ضغط المكثف بينما يقوم صمام ال

ويقوم المبرد . في المبخر يتم تبخير المبرد عند الضغط المنخفض أي عند درجة حرارة منخفضة

سواء كان هذا الوسط . بسحب الحرارة الالزمة لتبخيره من الوسط المحيط به مما يعمل على تبريده

بسحب بخار المبرد الناتج في المبخر لرفع ضغطه وضخه يقوم الضاغط عندئذ . هواء أو ماء، وهكذا

في المكثف يتم تكثيف المبرد عند ضغط مرتفع أي عند درجة حرارة مرتفعة، وتطرد . إلى المكثف

١٦

يقوم صمام التمدد بخفض . الحرارة من المبرد إلى الوسط المحيط بالمكثف، وهو عادة الجو المحيط

.ط المبخر حيث يتم تبخير المبرد مرة أخرىضغط السائل الناتج في المكثف إلى ضغ

رسما تخطيطيا لنظام تبريد بانضغاط البخار٢,١شكل

على االستقرار عند حالة القانون هذاينصو. نظام التبريد عمليحكم القانون األول للديناميكا الحرارية

نتج عن هذا المعادلة يو. همساويا معدل خروج الطاقة من يكون النظامإلى معدل دخول الطاقة أن

:اآلتية

معدل التبريد المسحوب في المبخر+ معدل الطاقة الالزمة لتشغيل الضاغط

معدل الحرارة المطرودة في المكثف=

مما يعني أن معدل الحرارة المطرودة من النظام يساوي معدل التبريد و معدل الشغل المبذول في

:يليقيمة معامل األداء للنظام الذي يعرف كما يقيم أداء نظام التبريد تبعا لو. الضاغط

١٧

معدل الطاقة الالزمة لتشغيل الضاغط/ معدل التبريد = معامل األداء

تقريبا، أي أن كل كيلووات يستهلك لتشغيل الضغط يعطى ٣عادة حوالي ويكون قيمة هذا المعامل

تطرد رارة الجو المحيط الذي ح لدرجة وتختلف قيمة معامل األداء تبعا.ثالثة أمثاله تقريبا من التبريد

ن ي ويحاول جميع المصنع.إليه الحرارة وكذلك تبعا لدرجة حرارة التبريد المطلوب الحصول عليها

.تحسين أداء معدات التبريد عند تحسين قيمة معامل الداء لتوفير طاقة التشغيل

)ئع التبريدامو(أنواع المبردات

تدور هذه المبردات بين المكونات ،بخار موائع تبريد تسمى مبرداتتستخدم نظم التبريد بانضغاط ال

مثل جميع العمليات المختلفة للديناميكا الحراريةرى على هذه المبرداتتج المختلفة لنظام التبريد حيث

المبرد في يجب أن تتوافرالتيوبالطبع هناك العديد من الخواص . والتمددو االنضغاطانتقال الحرارة

سالمة التشغيل وضمان األداء تحقيقوتشمل هذه الخواص . احد التطبيقات في اختياره للعملقبل

ولقد قامت جمعية المهندسين األمريكيين ، هذا. للنظام وانخفاض تكاليف التصنيع والتشغيلاألمثل

يميائية ويشير هذا الرقم إلى بعض المكونات الك. لكل مبردمرجعيلتكييف الهواء والتبريد بوضع رقم

عدد : للمبرد وهىالمرجعي تحديد الرقم في تدخل يالمكونات التهي و،بالمبرد وليس إلى كل مكوناته

٣ من المرجعيتكون الرقم يعليه و . وعدد ذرات الهيدروجين وعدد ذرات الكربون،ذرات الفلورين

من اليمين فيزيد واحد الثاني أما الرقم، يكون الرقم األول من اليمين مساويا لعدد ذرات الفلورين:أرقام

. ويكون الرقم الثالث من اليمين أقل بمقدار واحد عن عدد ذرات الكربون،عن عدد ذرات الهيدروجين

وذلك بعد استبدال ذرات الهيدروجين بهما اإليثانتشتق معظم المبردات من غاز الميثان أو غاز

تستخدم التي العديد من البدائل المشتقة ذلكولقد نتج عن. بذرات الفلورين أو البرومين أو الكلور

باستخدام الرقم المرجعي و. لهاالتجاريرف هذه المبردات باسم الفريون وهو االسم تعو. كمبردات

وغيرها من المبردات ) ١٢فريون (١٢ومبرد ) ٢٢أو فريون (٢٢مبرد السابق تقديمه يمكن تعريف

. األخرى

وتعتبر األمونيا اشهر . تشتق من غاز الميثان أو اإليثانال التيدات هناك عدد قليل من المبرأيضا،

. ٧١٧د مبر لجمعية أشرى بالمرجعي وتعرف طبقا للرقم ،هذه المبردات على اإلطالق

١٨

قوانين حماية البيئة والخاصة بحماية طبقة األوزون وحماية الجو من ظاهرة االحتباس لوكان نتيجة

في الشائع االستخدام سابقا١٢ بعض أنواع المبردات مثل مبرد علىحظرا رعش أن الحراري

. م استبدال هذا المبرد بمبردات حديثة صديقة البيئةوت ،الثالجات المنزلية وتكييف السيارات

المبخر

المبخر يتبخر المبرد ففي. يبريدأثير التتبالدورة التبريد عن القيام المسئول في جزء الالمبخر هو

من المادة أو الوسط الحراريدورة التبريد مما يؤدى إلى سحب الحمل في المستخدم) يدمائع التبر(

وبناء على ذلك يعتمد أداء دورة التبريد إلى حد كبير على كفاءة عملية انتقال الحرارة. المطلوب تبريده

. بين الوسط المطلوب تبريده ومبرد دورة التبريد خالل سطح المبخر

يطي للمبخرات مباشرة التمدد والمبخرات غير مباشرة التمدد رسم تخط٢,٢شكل

ففي النوع . تقسم المبخرات تبعا لعملية التبريد إلى مبخرات مباشرة التمدد وأخرى غير مباشرة التمدد

، أما ٢,٢األول تتم عملية انتقال الحرارة بين المبرد والوسط خالل سطح المبخر كما هو موضح بشكل

ني فيعمل المبخر على تبريد وسيط يعرف بوسيط نقل الحرارة، ثم يقوم هذا الوسيط بتبريد في النوع الثا

ومن . ٢,٢الوسط أو المادة المطلوب تبريدها من خالل مبادل حراري، كما هو موضح أيضا بشكل

١٩

هواء رد البي وحدة الشباك لتكييف الهواء والثالجات المنزلية حيث المبخرات مباشرة التمددتطبيقات

ومن أمثلة تطبيقات النوع الثاني نظم تكييف الهواء المركزية المستخدمة . بتمريره مباشرة على المبخر

إلى رد الماء بتمريره على المبخر في دورة التبريد، ثم ينقل الماء المثلجبيوفى هذه النظم . لماء بارد

وتقسم . )مبادل حراري(ل ملف تبريد من خالالهواءعلى تبريد الماء يعمل أماكن تكييف الهواء حيث

ده، أي أن كان هذا الوسط هواء أو الذي يقوم المبخر بتبري) حمل التبريد(المبخرات أيضا تبعا للوسط

.سائل كما سنوضح فيما يلي

)مبردات الهواء( مبخرات تبريد الهواء

ون عبارة عن أنابيب أال أن معظمها يك. تعمل كمبردات هواء بعدة تصميماتالتيتصنع المبخرات

. ٢,٣شكل كما هو موضح بمن الخارج) زعانف( ويتصل بها أسطح ممتدة ،تحمل المبرد بداخلها

أي(إما بالحمل الحر : تبريد الهواءفي المستخدمة الحراريوتعمل مبردات الهواء تبعا لطريقة الحمل

المس لسطح المبخر فتزيد كثافته الطريقة األولى يبرد الهواء المففي .أو الحمل القسري) الطبيعي

ومن أمثلة هذا النوع من . ويسقط إلى أسفل مسببا حركة الهواء مما يساعد على عملية التبريد

فيلزم استخدام ،القسريالحمل أما عند استخدام . المبخرات مبرد الهواء الموجود بالثالجة المنزلية

رارة بالمبخر مما يحسن عملية تبريد الهواء مروحة تجبر الهواء على السريان على سطح انتقال الح

، ومن أمثلة هذه الطريقة وحدات الشباك لتكييف الهواء،إلى درجة كبيرة مقارنة بطريقة الحمل الحر

. وبعض أنواع الثالجات المنزلية الحديثة

مبردات الهواء٢,٣شكل

٢٠

)المبردات ( مبخرات تبريد السوائل

يتكون هذا المبخر من غالف يحوى . سوائل هو مبخر األنبوب والغالفاشهر أنواع مبخرات تبريد ال

يسرى سائل حمل بينما يسرى سائل المبرد القادم من صمام التمدد إلى أنابيب المبخر . عدة أنابيب

. حواجز بالغالف لتوجيه سريان السائل حول األنابيبال تستخدم حيث الغالف خارج األنابيبفيالتبريد

. ألحد المبخرات رسما تخطيطيا ٢,٤ويبين شكل

مبردات السوائل٢,٤شكل

المكثف

فكما بينا سابقا يلزم طرد الحرارة من دورة التبريد . يعمل المكثف على طرد الحرارة من دورة التبريد

جز المكثف عن طرد الحرارة إلى الجو المحيط بالمعدل الالزم ع فإذا ، لعمل الدورةأساسيشرط ك

طرد في المستخدمةةلطريقلتنقسم المكثفات تبعا و. ء دورة التبريد وقد تقف بالكاملخفض أداان

هواء حيث يتم طرد الحرارة إلى الهواء الجوى بال مبردةمكثفات : هيأقسام ثالثة الحرارة منها إلى

يأخذ يالحرارة من المكثف إلى الماء الذماء حيث يتم طرد بال مبردةمكثفات ، والمحيط بالمكثف

٢١

تبخير ماء باستخدام الحرارة المطرودة من المكثف ويسمى مبردة بمكثفات، والحرارة بعيدا عن المكثف

.وسنوضح فيما يلي طريقة عمل هذه األنواع الثالثة للمكثفات. يالمكثف عندئذ بمكثف تبخير

مكثفات المبردة بالهواءال

حيث يقوم الهواء بحمل الحراريلحمل المكثفات المبردة بالهواء بافييتم نقل الحرارة المطرودة

وتكون حركة الهواء على سطح المكثف أما حركه حرة . الحرارة من سطح المكثف ونقلها بعيدا عنه

نتيجة تغيير كثافة الهواء بعد تسخينه بالحرارة المطرودة من المكثف أو حركة قسرية نتيجة وجود

وهو غاز له عامل انتقال في التبريد الهواء دامالستخونظرا . مروحة لدفع الهواء على سطح المكثف

ر مساحة سطح انتقال الحرارة بالمكثف يكبتحرارة منخفض فإنه يلزم تعويض ذلك عن طريق

. واحدا من هذه المكثفات ٢,٥ويبين شكل . تعرف بالزعانفمن جهة الهواء استخدام أسطح ممتدة ب

مكثف مبرد بالهواء٢,٥شكل

ففي. ح المكثف تبعا لحركة الهواء سطالمثبتة على ومساحة األسطح الممتدة سيالهنديختلف الشكل

بعض األحوال تثبيت سلك عن طريق اللحام فيحالة الحركة الحرة تكون هذه األسطح صغيرة ويكفى

ستخدم تو. كبيرةكثافة األسطح الممتدةتكون ف حالة الحركة القسرية للهواء فيأما . إلى سطح المكثف

التطبيقات ذات األحمال الحرارية الصغيرة نسبيا مثل فيالحر بالحمل المبردة بالهواء اتالمكثف

معظم في القسري بالحمل بينما تستخدم المكثفات المبردة ،الثالجات المنزلية والمجمدات المنزلية

٢٢

فيت هذه المكثفاويشترط أن توضع .التطبيقات األخرى مثل مخازن التبريد ووحدات تكييف الهواء

. أماكن مخصصة لذلكفي أو بجوارها المباني أسطح على الخارجيالهواء

المكثفات المبردة بالماء

تقوم المكثفات المبردة بالماء إلى طرد الحرارة إلى ماء يعمل على حمل هذه الحرارة بعيدا حيث يتم

لهواء فيما يعرف بأبراج أو تبريد هذا الماء با، التخلص من الماء بالكامل وتغذيه المكثف بماء أخر

. ثم عودة الماء المبرد إلى المكثف مرة أخرى،التبريد

أال أن أكثرها شيوعا هو مكثف الغالف ،هناك عدة أنواع ونماذج هندسية للمكثفات المبردة بالماء

ويتكون هذا المكثف من غالف به عدة . كما هو الحال في المبخرات المستخدمة للسوائلواألنبوب

بتبريد بخار . الغالف خارج األنابيبفيب يسرى داخلها ماء التبريد بينما يسرى بخار المبرد أنابي

قاع الغالف حيث يتم خروجه في بردمع سائل الجم لألنابيب ويتالخارجيالمبرد يتم تكثيفه على السطح

. من المكثف

مكثف مبرد بالماء ٢,٦شكل

ات ماء التبريد بالمكثف، فيقال أن المكثف أحادى الممر ممرويصنف مكثف الغالف واألنبوب تبعا لعدد

أو ثنائي الممر للماء إذا سمح ،بالمرور مرة واحدة فقط خالل جسم المكثف لماء التبريد إذا سمح للماء

ويمتاز . واحدا من هذه المكثفات٢,٦ويوضح شكل . للماء بالمرور مرتين خالل جسم المكثف، وهكذا

ميكانيكيا ه عملية انتقال الحرارة، كما يمتاز أيضا بسهولة تنظيف أنابيبةمكثفات بكفاءهذا النوع من ال

٢٣

ومن عيوب هذا المكثف ارتفاع تكلفته نسبيا بالمقارنة . الماء عند طرفي المكثفيبعد فك صندوق

. بأنواع المكثفات األخرى

المكثفات التبخيرية

على من أعلى ويسقط ،أفقية يسرى بداخلها بخار المبرد من عدة أنابيب يتكون المكثف التبخيري

من أسفل أي ، اتجاه معاكس للماءفيخارج األنابيب بينما يسرى هواء ،ماءألنابيب ل الخارجيسطح ال

وبمرور الهواء على األسطح المبللة ،ويعمل الماء على بلل سطح األنابيب من الخارج. إلى أعلى

التبخير سحب الحرارة الالزمة لتبخير الماء من أسطح األنابيب مسببا وينتج عن عملية . يتبخر الماء

ويبين . ويسرى الهواء الرطب إلى خارج المكثف من الجزء األعلى به. تكثيف بخار المبرد بداخلها

ومجموعة ،ويتكون المكثف من جسم المكثف. ألحد المكثفات التبخيريةتخطيطيا رسما ٢,٧شكل

أسفل في وحوض، ومجموعة رشاشات للماء أعلى المكثف،ير ماء التبريد ومضخة لتدو،أنابيب

. ومروحة لسحب الهواء خالل المكثف، لم يتبخرالذيالمكثف لتجميع الماء

رسم توضيحي لمكثف تبخيري ٢,٧شكل

نظرا لكبر فقد الضغط خالل المكثف مما يجعل مركزيوتستخدم المكثفات التبخيرية عادة مراوح طرد

وتركب المروحة إما عند دخول المكثف وتعرف . اقتصادياستخدام المراوح المحورية عندئذ غير

٢٤

. أو عند الخروج من المكثف وتعرف بمروحة سحب من المكثف،عندئذ بمروحة دفع خالل المكثف

اء عند وفى الحالة األخيرة يلزم أن تصنع المروحة وأرياشها من مواد مقاومة للتآكل نظرا لرطوبة الهو

وفى عدة تصميمات يستخدم موتورا واحدا لتشغيل المروحة ومضخة المياه . الخروج من المكثف

. بالمكثف

صمامات التمدد

بالمبخر العالي بالمكثف إلى الضغط الواطىخفض ضغط المبرد من الضغطلتستخدم صمامات التمدد

صمامات عمن أبسط أنواو. تبعا لحمل التبريدمعدل سريان المبرد إلى المبخر في التحكمباإلضافة إلى

عري، وهو أنبوب صغير القطر ويحدد قطره وطوله بناء على القيمة المطلوبة شالتمدد األنبوب ال

ويستخدم هذا األنبوب كصمام تمدد . احتكاك السريان بالجدار الداخلي لألنبوبلخفض الضغط نتيجة

.حدة مكيف الشباكيف الهواء مثل ويفي الوحدات الصغيرة لتك

رسم توضيحي لصمام تمدد ثرموستاتي٢,٨شكل

٢٥

يعتبر صمام التمدد الثرموستاتي هو أكثر أنواع الصمامات استخداما نظرا لما يمتاز به هذا الصمام و

من أداء متميز، فهو ينظم معدل سريان المبرد من المكثف إلى المبخر تبعا لحمل التبريد، كما يعمل

رسما٢,٨ويبين شكل . هى حماية الضاغط من دخول سائل المبرد إليه مما قد يتلفالصمام أيضا عل

ويوجد بهذا الصمام بصيلة تثبت على خط سحب بخار المبرد من .توضيحيا لصمام تمدد ثرموستاتي

المبخر إلى الضاغط، وتعمل هذه البصيلة على التحكم في سريان خالل دورة التبريد تبعا لمعدل حمل

أنواع أخرى من صمامات التمدد التي تعمل في النظم الكبيرة فقط مثل أيضا يوجد و . بالمبخرالتبريد

.صمام الصفيحة والثقب، وصمام الفنثوري، وغيرها

الضاغط

يعمل الضاغط على . الضاغط هو قلب نظام التبريد وهو المحرك للمبرد بين المكونات المختلفة بالنظام

هناك عدة . دفعه إلى المكثف بعد رفع ضغطه إلى المستوى المطلوبسحب بخار المبرد من المبخر و

وعليه يوجد ،رفع ضغط المبرد في أنواع للضاغط ويعتمد تقسيم هذه األنواع على التقنية المستخدمة

تعمل ضواغط اإلزاحة . المركزيضواغط الطرد ، وضواغط اإلزاحة الموجبة :اغطون من الضانوع

هذا في ومن أهم األنواع الموجودة. المبرد عن طريق إنقاص حجمهالموجبة على رفع ضغط بخار

: يتالقسم اآل

الضواغط الترددية •

الضواغط الدورانية •

الضواغط اللولبية •

.وفيما يلي سوف نقوم بتقديم أنواع الضواغط السابقة

الضواغط الترددية

كما التردديويتكون الضاغط . مجال التبريدفي أكثر الضواغط شيوعا هيتعتبر الضواغط الترددية

وتعرف نهاية االسطوانة برأس . من كباس يتحرك داخل أسطوانة مسدودة النهاية ٢,٩هو مبين بشكل

يتحرك الكباس داخل . األسطوانة وتحوى عادة صمامى دخول وخروج المبرد إلى ومن االسطوانة

وبدوران عمود اإلدارة دورة كاملة . األسطوانة تبعا لدوران عمود إدارة يتصل بالكباس بذراع اتصال

، أحداهما يسمى مشوار السحب واألخر يسمى مشوار الطردمشوارينيتحرك الكباس داخل االسطوانة

تسبب حركة الكباس خفض ضغط الغاز داخل االسطوانة ، مشوار السحبففي. كما هو مبين بالشكل

٢٦

يفتح ،داخل االسطوانة عن ضغط خط السحب فإذا قل ضغط الغاز ،) زيادة حجم الغازأي( نتيجة التمدد

فإذا وصل الكباس إلى أبعد ،هذا الصمام ويسحب الغاز إلى داخل األسطوانة حتى نهاية مشوار السحب

اتجاه نهاية االسطوانة مما يعمل في حركة الكباس أي ،نقطة له عن نهاية االسطوانة يبدأ مشوار الطرد

زيادة الضغط داخل االسطوانة عن ضغط خط السحب يقفل ب. على رفع ضغط الغاز داخل االسطوانة

مشوار الطرد يستمر الضغط داخل االسطوانةفيوباستمرار حركة الكباس . الحال في صمام السحب

فتح صمام الطرد عند نهاية االسطوانة ،االرتفاع حتى إذا زاد هذا الضغط عن ضغط خط الطردفي

فإذا وصل الكباس إلى أقرب نقطة . يعادل ضغط الطردأتوماتيا فيسرى الغاز إلى الخارج بضغط

العودة مرة أخرى لمشوار السحب مما يخفض الضغط في يبدأ الكباس،ممكنة له من نهاية االسطوانة

. فيغلق صمام الطرد فورا ويستمر مشوار السحب كما قدمنا سابقا،داخل االسطوانة

تردديالضاغط رسم توضيحي لل ٢,٩شكل

األسواق في وتتوافر هذه الضواغط. العديد من تطبيقات التبريد في دم الضواغط التردديةوتستخ

وتقسم الضواغط تبعا . كيلووات للضاغط الواحد١٢٠ وات إلى أكثر من ٩٠بقدرات تتراوح بين

. هما الضاغط المفتوح والضاغط محكم الغلق: لميكانيكية نقل الحركة إلى الضاغط إلى نوعين أساسيين

لذا يجب مد عمود ،خارجي النوع األول يتم نقل الحركة إلى عمود إدارة الضاغط من موتور ففي

ويلزم ضمان عدم تسرب غاز أو بخار التبريد من حول ،اإلدارة إلى خارج العلبة الحاوية للضاغط

في اإلدارةويتم نقل الحركة بين الموتور وعمود . عمود اإلدارة ويجب اتخاذ االحتياطيات الالزمة لذلك

حالة الضاغط محكم الغلق فيوضع الضاغط والموتور في أما. الضاغط المفتوح إما بسير وإما بازدواج

تجرى صيانة الضاغط والموتور بالمصنع وبالتالي ،ة محكمة الغلق وملحومة من الخارجعلبة واحدفي

. فقط

٢٧

الضواغط الدورانية

زاحة الموجبة حيث تنتج هذه اإلزاحة نتيجة حركة إحدى أقسام ضواغط اإل هي الضواغط الدورانية

: تنقسم الضواغط الدورانية إلى قسمين أساسيين. بدال من الحركة الترددية بالضواغط التردديةدورانية

يف الضاغط الدورانعروي. والضواغط الدورانية متعددة األرياش،الضواغط الدورانية أحادية الريشة

الكباس ذي الدورانيباسم الضاغط وأ ، ثابت الريشةالضاغط الدوراني أيضا باسم أحادى الريشة

. لنفس النوع من الضواغطمترادفاتوهذه األسماء جميعها . المتدحرج

رسم توضيحي لضاغط دوراني أحادي الريشة٢,١٠شكل

وع من وكما هو مبين من الشكل يتكون هذا الن. ضاغطا دورانيا أحادى الريشة٢,١٠ويبين شكل

أسطوانة خارجية، و كباس حلقي، وعمود إدارة متصل :الضواغط الدورانية من المكونات اآلتية

٢٨

تمثل االسطوانة الخارجية الجسم الخارجي للضاغط . مباشرة بكامة، وريشة منزلقة، وصمام طرد

جويف بها، أيضا تضم هذه االسطوانة، داخل ت. وتحوى بداخلها الكباس الحلقي وعمود اإلدارة والكامة

ريشة منزلقة تحت تأثير زنبرك يجعل طرف هذه الريشة دائم االرتكاز على سطح الكباس الحلقي عند

ويوجد داخل االسطوانة وعلى نفس محورها عمود إدارة يتصل . ٢,١٠ كما هو مبين بشكل "أ"نقطة

ل االسطوانة مباشرة بكامة لدحرجة الكباس الحلقي فوق هذه الكامة مما يسبب حركة الكباس داخ

وينتج عن حركة الكباس . "ب"الخارجية بحيث يالمس هذا الكباس سطح االسطوانة الداخلية في نقطة

أحدهم يحوى : في االتجاه المبين بالرسم تقسيم الحيز الموجود بين الكباس واالسطوانة إلى جزئيين

. نضغاط أو الطردبخار المبرد أثناء مشوار السحب، واآلخر يحوى بخار المبرد في مشوار اال

، يتم سحب بخار المبرد في الحيز األيمن بالرسم بينما يتم ٢,١٠في شكل ) أ(فباإلشارة إلى الحالة

وباستمرار حركة الكباس الحلقي، يقل حجم البخار في الحيز األيسر . انضغاط البخار في الحيز األيسر

فإذا زاد هذا الضغط عن ضغط الطرد نتيجة اإلزاحة الموجبة للكباس مما يعمل على رفع قيمة الضغط

. ٢,١٠بشكل ) ب(بخط الغاز الساخن فتح صمام الطرد ويبدأ مشوار الطرد كما هو موضح بالحالة

رسم توضيحي لضاغط دوراني ثنائي الريشة ٢,١١ شكل

وتسمى هذه،الحلقيوتستخدم الضواغط الدورانية متعددة األرياش أرياشا مثبتة على سطح الكباس

ويبين شكل . بالمقارنة بالنوع السابق ضاغط الريشة الثابتة،ةالضواغط أيضا بضواغط األرياش الدوار

، مباشرة بعمود إدارة دون استخدام كامةالحلقيويدور الكباس . الريشةثنائي ضاغطا دورانيا ٢,١١

رة عن مركز األسطوانة مع ترحيل محور دوران عمود اإلدا،خالفا للضواغط الدورانية أحادية الريشة

٢٩

يسرالجزء األ في : أجزاء٣ يقسم الحيز بين الكباس واألسطوانة إلى كما هو مبين بالشكل، .الخارجية

وفى الجزء األوسط يتم انضغاط البخار نتيجة هندسة الحيز المحصور بين ،يتم سحب بخار المبرد

وتتم عملية الطرد . ار عند ضغط الطرد يتم طرد البخمن وفى الجزء األي،الكباس واألسطوانة الخارجية

. الشكلبفور مرور الريشة على فتحة الطرد كما هو موضح

لها نفس التيوتمتاز الضواغط الدورانية بصغر حجمها وخفة وزنها بالمقارنة بالضواغط الترددية

. لترددية حيث تعمل الضواغط الدورانية بسرعة دوران أكبر من المستخدمة بالضواغط ا،سعة التبريد

كما تمتاز الضواغط الدورانية أيضا بقلة عدد األجزاء المتحركة بها بالمقارنة بعدد األجزاء المتحركة

بالمقارنة بالضاغط الدوراني مما يؤدى إلى انخفاض الضوضاء الصادرة من الضاغط ،بالضواغط

. الترددي

العديد من التطبيقات مثل الثالجات في كيلووات بكثرة٥وتستخدم الضواغط الدورانية الصغيرة حتى

. ووحدات تكييف هواء الشباك، والمجمدات المنزلية،المنزلية

الضواغط اللولبية

وهى تعتبر أيضا ضواغط دورانية من ،ضواغط موجبة اإلزاحة كما بينا سابقا هي الضواغط اللولبية

. ١٩٦٠بريد وتكييف الهواء بعد عام دخلت الضواغط اللولبية صناعة الت. حيث التقسيم العام للضواغط

في ومنذ ذلك التاريخ تطورت صناعة هذه الضواغط تطورا كبيرا وشهدت العديد من التغيرات

التصميم والتشغيل وقوة تحملها وطول عمرها وصغر في وتمتاز هذه الضواغط بالسهولة. تصميمها

فر الضواغط اللولبية بسعات تبريد أكبر من وتتو. حجمها وارتفاع كفاءتها بالمقارنة بالضواغط الترددية

مما يعنى ،) طن تبريد١٣٠٠ حوالي( كيلووات ٦٤٠٠وحتى ) طن تبريد٢٠ حوالي( كيلووات ٧٠

، مثل الثالجات والمجمدات المنزلية،التطبيقات الصغيرة في أن هذه الضواغط لم تستخدم حتى اآلن

. ووحدات الشباك لتكييف الهواء

دوار لولبي ذكر، ودوار لولبي أنثى، وأسطوانة : لولبي من المكونات األساسية اآلتيةيتكون الضاغط ال

حاوية للدوارين، ووصلة سحب بخار المبرد إلى الضاغط، ووصلة طرد بخار المبرد إلى خط الطرد،

وقد تحوي بعض التصميمات دوار ذكر ودوارين . وذلك باإلضافة إلى أجهزة األمان والتحكم األخرى

.توضيحيا لمقطع في ضاغط لولبي ثنائي الدوار وأخر ثالثيي الدوار رسما ٢,١٢ويبين شكل ن، أنثيي

شكل يتكون الدوار اللولبي الذكر من عمود أسطواني به نتوءات مستديرة حلزونية، الكما هو مبين بو

٣٠

حلزونية، مستديرة ) أو تحازيز(أما الدوار اللولبي األنثى فهو عبارة عن عمود أسطواني به تجويف

. وبدوران الدوار الذكر يتم تعشيق نتوءاته في تجاويف الدوار األنثى مسببا دورانه هو األخر

يدخل بخار المبرد من وصلة السحب ويمأل الفراغات بين الدوارين واألسطوانة الخارجية، وبدوران

و األسطوانة إلى األمام الدوار الذكر ومن ثم دوران الدوار األنثى، يزاح بخار المبرد بين الدوارين

وينتقل بخار المبرد تدريجيا في اتجاه وصلة الطرد . حيث يقل الحجم مما يسبب انضغاط بخار المبرد

وتصمم الضواغط الدورانية باختالف عدد . حيث يدفع إلى خارج هذه الوصلة عند ضغط الطرد

في ٦ األول و٤نثى وهى عادة بالدوار األ) التحزيزات(النتوءات بالدوار الذكر عن عدد التجاويف

. الثاني

)أسفل(وثالثي الدوار ) أعلى(، ثنائي الدوار ضاغط لولبي ٢,١٢ شكل

٣١

يضواغط الطرد المركز

وتستخدم هذه . ضواغط ديناميكية تعمل بتحويل طاقة الحركة إلى ضغط هي المركزيضواغط الطرد

كما تمتاز هذه الضواغط عامة بسهولة أدائها . ز لرفع طاقة حركة الغاالمركزيالضواغط قوة الطرد

مما يؤدى إلى عمل هذه ،وقوة تحملها وقلة عدد األجزاء المتحركة بها بالمقارنة بالضواغط الترددية

وتستخدم هذه . عادة عند ظروف تشغيل مختلفة% ٨٠ إلى ٧٠الضواغط بكفاءة مرتفعة تتراوح بين

تحتاج إلى سعة التيالتطبيقات في وال يمكن استخدامها،بيرةالنظم ذات سعة التبريد الك في الضواغط

في أيضا بنجاحالمركزيوتستخدم ضواغط الطرد ). كيلووات٣٥٠( طن تبريد ١٠٠تبريد أقل من

. م° ١٠٠-نظم درجات الحرارة المنخفضة متعددة المراحل حتى

رسم توضيحي لضاغط الطرد المركزي ٢,١٣شكل

وعلبة ، وعمود إدارة،دفاعة مروحية : اآلتية من المكونات األساسية المركزي يتكون ضاغط الطرد

وبدوران عمود اإلدارة تدور الدفاعة فتسحب الغاز أو البخار المراد . ٢,١٣ كما هو مبين بشكل ،حاوية

ي الخارج بقوة الطرد المركزية الت من المحور إلىإشعاعياتجاه في ضغطه من عين الدفاعة ثم تدفعه

عند الخروج من الدفاعة يسرى . تعمل على رفع سرعة وضغط ودرجة حرارة الغاز أثناء هذه العملية

اتجاه السريان مما يعمل على في الحلزونيمقطع الحلزون حيث تكبر مساحة في حلقياتجاه في الغاز

٣٢

ي ف ويخرج السريان من الضاغط خالل ناشرة،استرجاع جزء من طاقة الحركة بالغاز إلى ضغط

. نهاية الحلزون حيث يحول جزء آخر من طاقة حركة الغاز إلى ضغط

إلى ضواغط المركزي تقسم ضواغط الطرد ،األنواع األخرى من الضواغط في وكما هو الحال

وتصنع الضواغط المحكمة الغلق بسعات . مفتوحة وضواغط محكمة الغلق وضواغط نصف مغلقة

١٠,٠٠٠ حتى١٠٠٠ منابتداءالضواغط المفتوحة فتتوافر أما ، طن تبريد٢٠٠٠ إلى ٧٥تتراوح بين

طن تبريد حيث تصغر ٧٥ بسعات تبريد أقل منالمركزي وال تصنع عادة ضواغط الطرد ،طن تبريد

القدرة الناتج عن احتكاك السريان داخل الضاغط في يجعل الفقدالذيأبعاد الدفاعة المروحية إلى الحد

لالزمة لتشغيل الضاغط مما يقلل من كفاءة الضاغط إلى قيم غير يمثل جزء محسوسا من القدرة ا

.مقبولة عمليا

التبريد بامتصاص البخار٣

المبردات المستخدمة في التبريد باالمتصاص■ الفكرة األساسية للتبريد بامتصاص البخار ■

التبريد ■ التبريد باالمتصاص باستخدام الطاقة الشمسية■ ماكينات التبريد باالمتصاص ■

ريد باالمتصاص باستخدام حرارة باطن األرضالتب■ باالمتصاص باستخدام خاليا الوقود

الفكرة األساسية للتبريد بامتصاص البخار

ففي كال . يشبه التبريد باالمتصاص إلى حد كبير التبريد بانضغاط البخار التي قدمناها في الباب السابق

، ويوجد )ريدمائع التب(النظامين يوجد مبخر حيث يتم تبريد الوسط المحيط عن طريق تبخير المبرد

مكثف حيث يتم طرد حرارة تكثيف المبرد إلى الجو المحيط، كما يوجد أيضا صمام تمدد لخفض

و يكون االختالف . ضغط المبرد من الضغط العالي في المكثف إلى الضغط المنخفض في المبخر

حيث الوحيد بين النظامين هو وسيلة رفع ضغط بخار المبرد الخارج من المبخر إلى ضغط المكثف

فكما بينا سابقا تستخدم دورة التبريد بانضغاط البخار ضاغط ميكانيكي لهذا . تجرى عملية تكثيفه

أال أن رفع الضغط في دورة التبريد باالمتصاص يكون بطريقة أخرى وهى أن يتم امتصاص . الغرض

عندئذ . وتتم عملية االمتصاص في وعاء يعرف بالماص. بخار المبرد العائد من المبخر في سائل

تستخدم مضخة بدال من الضاغط لرفع ضغط الخليط من ضغط المبخر إلى الضغط العالي المناظر

ثم يتم فصل بخار المبرد عن السائل الماص له وعن طريق التسخين في مبادل . لضغط المكثف

دد حراري يعرف بالمولد، فيذهب بخار المبرد إلى المكثف بينما يعود السائل الحامل إلى صمام تم

رسما توضيحيا للمكونات األساسية ٣,١ويوضح شكل . لخفض ضغطه وعودته مرة أخرى إلى الماص

. لدورة التبريد باالمتصاص

ما هي الفائدة المكتسبة الستخدام مضخة لرفع الضغط بدال من استخدام ضاغط؟ اإلجابة : نتساءل اآلن

لطاقة الالزمة لرفع ضغط سائل بقدر محسوس هي توفير الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية، حيث تقل ا

33

% ٣عن الطاقة الالزمة لرفع ضغط بخار بنفس القدر من الضغط، فتكون طاقة المضخة عادة حوالي

وبالرغم من هذه الفائدة الهامة إال أن هذا بالطبع يكون على حساب . من الطاقة الالزمة في الضاغط

يستبدل الضاغط في دورة التبريد بانضغاط البخار استخدام عدد اكبر من المعدات والمكونات حيث

المضخة والمولد والماص وصمام التمدد، مما يعنى ارتفاع التكلفة األولية لنظام : بأربع مكونات هي

. التبريد باالمتصاص مقارنة بنظام التبريد بانضغاط البخار

افة حرارة طرد حرارة إض

د فمـولـــــ مكث

ر مبخ مـــاص

خة مض غل شانيكي ميك

حب حرارة طرد حرارة سيط د الوس لتبري

ة للتبريد بامتصاص البخار توضيح الفكرة األساسي٣,١شكل

المبردات المستخدمة في التبريد باالمتصاص

بينا في الجزء السابق أن دورة التبريد باالمتصاص تستخدم مبرد وسائل ماص، ويعرفان معا بالمحلول

ويجب أن يتوفر في المبرد نفس الخواص الالزمة لمائع التبريد في دورة التبريد بانضغاط . الثنائي

:، وتكون أهم الخواص اإلضافية للمبرد والسائل الماص هيالبخار

عدم وجود أي من المادتين في الحالة الصلبة عند أي حالة من حاالت الدورة •

سهولة امتصاص السائل الماص لبخار المبرد عند ضغط المبخر •

.سهولة تتطاير بخار المبرد من السائل الماص له بالتسخين عند ضغط المكثف •

34

نعدام قدرة المادتين على إحداث تآكل في أنابيب النقل أو مكونات النظامانخفاض أو ا •

أن ال يكون أي من المادتين ساما أو ضارا بالصحة •

. أهم المواد المستخدمة في نظم التبريد باالمتصاص٣,١ويوضح جدول

أهم المحاليل الثنائية المستخدمة في نظم التبريد باالمتصاص٣,١جدول

الرمز الكيميائي السائل الماص )ع التبريدمائ(المبرد

H2O-LiBr محلول بروميد الليثيوم ماء

NH3-H2O ماء أمونيا

ماكينات التبريد باالمتصاص

ويوضح . تختلف الوحدات التجارية قليال في مظهرها العام عن الدورة األساسية للتبريد باالمتصاص

وكما هو موضح بالشكل يتم . روميد الليثيوم والماء وحدة تجارية لدورة باستخدام محلول ب٣,٢شكل

وبالمثل يوضع . تجميع كل من المكثف والمولد الحراري معا في حيز واحد نظرا لتساوى ضغطهما

ويؤدى تصنيع وحدة التبريد بهذه . كل من المبخر والوعاء الماص في حيز واحد أيضا لتساوى ضغطها

ويستخدم سريان . تصنيع، كما يساعد على تحسين أداء لدورةالطريقة إلى توفير كبير في تكاليف ال

.واحد من المياه لتبريد الوعاء الماص أوال ثم تبريد المكثف بعد ذلك

وتستخدم إحدى هذه المضخات كمضخة رئيسة . ثالث مضخات٣,٢تستخدم الوحدة الموضحة بشكل

وتستخدم ثاني . المولد الحراري لضخ المحلول المخفف في بروميد الليثيوم من الوعاء الماص إلى

هذه المضخات إلعادة استخدام الماء المبرد الذي لم يتبخر في المبخر بإعادته إلى المبخر مرة أخرى

ورشه فوق أنابيب المبخر لتحسين عملية انتقال الحرارة من الحمل الحراري ، أما المضخة الثالثة

اص وذلك عن طريق سحب محلول بروميد الليثيوم فتستخدم لتحسين عملية التبريد في الوعاء الم

. والماء من قاع الوعاء الماص ورشه فوق أنابيب ماء التبريد للوعاء الماص

نموذجا آخر لوحدة تجارية للتبريد باالمتصاص باستخدام محلول بروميد الليثيوم ٣,٣ويوضح شكل

د الحراري والوعاء الماص والمبخر وتتكون الوحدة من أسطوانة واحدة تحوى المكثف والمول. والماء

ولكن مع مراعاة فصل المكثف والمولد الحراري عن الوعاء الماص والمبخر للمحافظة على اختالف

35

وتحوى هذه الوحدة أيضا ثالث مضخات لها نفس الوظائف التي عرضناها سابقا للوحدة . الضغط فيهما

. ٣,٢التجارية في شكل

يد باالمتصاص ثنائية الغالف وحدة تجارية للتبر٣,٢شكل

ويوجد أيضا تجاريا بعض الوحدات الصغيرة لدورة التبريد باالمتصاص والتي صممت لالستخدام

وتعمل هذه الوحدات بدون أي . المنزلي أو في عربات الرحالت أو في المعسكرات واألماكن النائية

إحدى هذه ٣,٤يوضح شكل و). عادة بحرق بعض الوقود(مضخات وباستخدام مصدر حراري فقط

فمن المعروف أن ضغط بخار . وتعتمد الفكرة األساسية للتشغيل على قانون دالتون للغازات. الوحدات

األمونيا بالماء في حيز يحتوى على األمونيا والماء فقط يزيد عن الضغط في حيز يحوى غازا آخر مع

36

وعلى هذا األساس تعمل دورة التبريد . ثابتاكل من بخار األمونيا والماء بشرط أن يبقى الضغط الكلى

عند ضغط كلى ثابت ولكن مع كون المبخر والوعاء الماص يحويان غازا ٣,٤الموضحة في شكل

المولد الحراري والمكثف أي أبخرة أو غازات سوى بخار األمونيا ىمثل الهيدروجين في حين ال يحو

المولد الحراري والمكثف إلى الضغط الواطي في في العاليوعليه يتغير الضغط من الضغط . والماء

ويعمل االنحناء في المواسير . المبخر والوعاء الماص بدون استخدام أي صمامات تمدد أو مضخات

بين المكثف والمبخر وبين فاصل البخار والوعاء الماص على منع تسرب غاز الهيدروجين من المبخر

ري وفاصل البخار، وذلك المتالء االنحناء دائما بسائل والوعاء الماص إلى المكثف والمولد الحرا

. محلول األمونيا والماء

وحدة تبريد باالمتصاص أحادية الغالف ٣,٣شكل

بتسخين محلول األمونيا والماء في المولد الحراري يتصاعد بخار األمونيا حامال معه قطرات من

فصل بخار األمونيا إلى المكثف في حين يعود محلول وفى فاصل البخار يتم. محلول األمونيا والماء

وفى المكثف يتكثف بخار األمونيا إلى سائل . األمونيا والماء المخفف في األمونيا إلى الوعاء الماص

37

وتتبخر قطرات األمونيا . األمونيا الذي يسرى إلى المبخر كقطرات نظرا لوجود االنحناء في المواسير

أقل من ضغط تكثفها في المكثف وذلك نظرا لوجود غاز الهيدروجين في في المبخر عند ضغط جزئي

ويسرى بخار األمونيا وغاز الهيدروجين إلى أسفل عبر مبادل حراري حيث يمتص محلول . المبخر

األمونيا والماء في الوعاء الماص بخار األمونيا العائد من المبخر ويعود غاز الهيدروجين إلى الوعاء

. مرة أخرى كما هو موضح بالرسمالماص ثم المبخر

وحدة تبريد باالمتصاص تعمل بدون مضخات٣,٤شكل

38

التبريد باالمتصاص باستخدام الطاقة الشمسية

تحتاج ماكينة التبريد باالمتصاص إلى مصدر حراري أساسي لعملها باإلضافة إلى قدر ضئيل من

لبدائل التي يمكن استخدامها كمصدر حراري، ويوجد العديد من ا. الطاقة الكهربائية لعمل المضخات

. والطاقة الشمسية واحدة من هذه البدائل

تعتبر الطاقة الشمسية واحدا من البدائل التي تستخدم إلمداد ماكينات التبريد باالمتصاص بالحرارة

٣,٥ل تستخدم الطاقة الشمسية لتسخين ماء في المجمعات الشمسية كما هو مبين في شك. الالزمة للعمل

يتم إمداد مولد مكينة التبريد . حيث تعمل هذه المجمعات على تسخين المياه الموجودة في خزان المياه

كهرباء أو ( باالمتصاص بالمياه الساخنة من الخزان وذلك بعد مرورها على مصدر حراري مساعد

درجة حرارة المياه لتسخين المياه إلى درجة الحرارة المناسبة إذا لم تكن ) غاز أو أي مصدر آخر

. بالخزان الحراري مرتفعة بالقدر الكافي

استخدام الطاقة الشمسية لتشغيل ماكينة تبريد باالمتصاص ٣,٥شكل

وهناك العديد من النظم الشمسية التي تم تعديلها عن النظام السابق بهدف تحسين األداء لرفع كفاءة

. على الطاقة الشمسية كمصدر حرارينظام التجميع، أو لضمان زيادة االعتمادية

39

التبريد باالمتصاص باستخدام خاليا الوقود

، ١٨٣٩ في عام William Grove)(تعود الفكرة األساسية لعمل خلية الوقود إلى سير وليم جروف

إال أن االستخدام الحديث لخلية الوقود يرجع إلى برنامج الفضاء األمريكي عند استخدامها في عام

. ثم فيما بعد لتوليد الكهرباء والماء في مركبات الفضاء التي تم إرسالها للخارج،١٩٦٠

الفكرة األساسية الستخدام خلية الوقود لتوليد حرارة وكهرباء٣,٦شكل

إلنتاج ة الفكرة األساسية لخلية الوقود، حيث تقوم الخلية باستخدام عملية كهروكيميائي٣,٦يوضح شكل

. مساميين يفصل بينهما محلول متأيننتتكون الخلية من قطبين كهربائيي. عملية كيميائيةالكهرباء من

عند . يتم تغذية الوقود مثل الهيدروجين إلى القطب الموجب وتغذية األكسجين إلى القطب السالب

ين القطب الموجب يقوم الهيدروجين بإطالق االلكترونات إلى القطب الموجب ثم يتحرك ايون الهيدروج

عند القطب السالب، يقوم األكسجين بأخذ . إلى المحلول المتأين الفاصل بين القطبين الكهربائيين

الكترونات من القطب السالب ثم يتحرك ايون األكسجين السالب إلى المحلول المتأين حيث يتحد مع

40

موجب في الدائرة تتحرك اإللكترونات المنطلقة عند القطب ال. ايون الهيدروجين الموجب ويتكون الماء

وينتج عن هذه العملية أيضا . الخارجية الموصلة إلى القطب السالب مما يعنى توليد تيار كهربائي

. ٣,٦حرارة كما هو موضح بشكل

ويعتبر الهيدروجين هو الوقود المثالي لالستخدام في خلية الوقود إال انه يمكن أيضا استخدام أنواع

. والبترول، وغيرها, والغاز الطبيعي, واإليثانول, ، الميثانولن والبروبيالميثان،: أخرى من الوقود مثل

وبتقييم خلية الوقود نالحظ تفوقها على النظم األخرى لتوليد الطاقة، فتمتاز خلية الوقود بكفاءة تحويل

أيضا تمتاز خلية . في نظم ماكينات االحتراق المعتادة% ٣٥مقارنه بحوالى % ٦٠طاقة قدرها حوالي

لوقود بعدم وجود أي ضوضاء لها عند العمل وعدم إنتاجها ألي ملوثات كنواتج لعملية التحويل ا

. الكهروكيميائى حيث يكون الناتج من هذه العملية هو الماء النقي

ونتيجة لجميع هذه المميزات تطورت صناعة خاليا الوقود بسرعة واستخدمت في العديد من التقنيات

فقد اقترحت العديد . إلنتاج هذه الخاليا لطاقة حرارية إضافة للطاقة الكهربائية ونظرا .لتوفير الطاقة

من المؤسسات البحثية استخدام ماكينات التبريد باالمتصاص للعمل مع خاليا الوقود لالستفادة من

. الحرارة الناتجة من هذه الخاليا في تشغيل ماكينات التبريد باالمتصاص

ستخدام حرارة باطن األرضالتبريد باالمتصاص با

تحوي الكرة األرضية في باطنها مصدرا حراريا هائال شجع العلماء على العمل المستمر على تطوير

ويتغير عمق وجود هذه الحرارة ومقدار درجة الحرارة . الوسائل االقتصادية المناسبة لالستفادة به

رض في بعض األحيان مياه جوفية فيحوي باطن األ. المتاحة بها من موقع ألخر على سطح األرض

ساخنة أو بخار ماء ساخن، وفي بعض األماكن األخرى توجد الحرارة في صخور جافة بدون ماء أو

وفي حالة توفر الماء الساخن أو بخاره عند أعماق قريبة من سطح األرض، تحفر اآلبار . بخار ماء

. وتختلف طريقة السحب من مكان إلى أخر.لسحب هذه المياه أو بخار الماء السخان لالستفادة منهما

ففي بعض األماكن تستخدم المضخات، بينما يندفع الماء الساخن أو بخاره إلى أعلى بدون مضخات في

أما األماكن التي توجد الحرارة بها في صخور جافة فيتم ضخ الماء إلى هذه . بعض األماكن األخرى

. طح األرضاألعماق لتسخين الماء واالستفادة منه على س

41

توزيع مواقع األماكن الساخنة في العالم، وهي عادة بالقرب من الشواطئ باإلضافة ٣,٧ويوضح شكل

وتقع هذه المواقع في المنطقة العربية ما بين المملكة العربية السعودية . على وجودها في المحيطات

جبل طارق في شمال وجمهورية مصر العربية في منطقة البحر األحمر وكذلك بالقرب من مضيق

.الجزائر و المغرب

مواقع األماكن الساخنة في العالم ٣,٧شكل

تستخدم حرارة باطن األرض لتوليد الكهرباء في األماكن التي تتوفر بها هذه الحرارة عند درجات

حرارة مرتفعة، كما تستخدم أيضا في بعض التطبيقات التي تحتاج إلى درجة حرارة منخفضة نسبيا

مثل المضخات الحرارية التي تعمل على سحب الحرارة من باطن األرض لتدفئة المنازل شتاء، وكذلك

وتحتاج منظومة سحب . تستخدم حرارة باطن األرض كمصدر تسخين لماكينات التبريد باالمتصاص

: من باطن األرض إلى المكونات األساسية اآلتية الحرارة

. مجموعة من المواسير •

.للحرارة من باطن األرض إلى خارجهاسائل ناقل •

.مضخة دوران سائل نقل الحرارة •

42

يستخدم الماء كوسيط جيد منخفض التكاليف لنقل الحرارة من باطن األرض إلى سطح األرض حيث

.يستخدم هذا الماء كمصدر حراري لماكينة التبريد باالمتصاص

رارية نظيفة ال تسبب أي تلوث ومن أهم مميزات استخدام حرارة باطن هو الحصول على طاقة ح

بيئي، أال أن أهم العيوب هو عدم وجود مناطق كثيرة في العالم تصلح لالستخدام االقتصادي حيث قد

تكون هذه الطاقة على أعماق كبيرة أو توجد في مناطق صخرية يصعب العمل معها، وقد يصاحب

خن أو بخاره في بعض األماكن مما أيضا، قد ينضب الماء السا. خروج الملء أو بخاره غازات ضارة

.يعنى عدم االستفادة من االستثمارات التي تمت الستخراج الحرارة من باطن األرض

43

التبريد بطرق غير تقليدية ٤

التبريد باستخدام نفاث الماء ■التبريد الكهروحراري ■التبريد بالتبخير ■مقدمة ■

التبريد الصوتحراري ■التبريد بدورة إستيرلنج ■التبريد باستخدام دورة الهواء ■

تبريد المادة المازة ■ريد أنبوب السريان الدوامي تب ■التبريد المغناطيسي ■

تزخر مكتبة أبحاث علوم التبريد وتكييف الهواء بكم ال بأس به من الطرق والتقنيات التي يمكن

وبينما تستخدم بعض هذه الطرق والتقنيات تجاريا بشكل واسع . استخدامها للتبريد وتكييف الهواء

ها محدود االستخدام تجاريا بسبب صعوبة توفيرها بشكل اقتصادي، أو لوجود االنتشار، نجد أن بعض

بعض القصور يمنعها من االنتشار تجاريا في الوقت الحالي، ولكن بتغيير الزمان واالقتصاديات قد

.نرى بزوغ نجم هذه الطرق

ة التبريد باالمتصاص في وحيث أننا قمنا بتقديم دورة التبريد بانضغاط البخار في الباب الثاني، ثم دور

. الباب الثالث، فإننا نقوم في الباب الحالي بعرض الطرق غير التقليدية للتبريد

التبريد بالتبخير

في هذه الطريقة يتم الحصول على التأثير التبريدي عن طريق تبخير ماء في الهواء، فيقوم الماء

وتعتبر هذه الطريقة من أقدم الطرق . تبريدهبسحب الحرارة الالزمة لتبخيره من الهواء مما يؤدي إلى

المعروفة لإلنسان لتكيف الهواء، حيث استخدمت هذه لطريقة بكثرة في المنازل العربية باألندلس

فاعتمدت العمارة هناك بشكل كبير على وجود نافورات تضيف جماال إلى حديقة المنزل وتعمل على

ويعرف هذا النظام في البالد العربية باسم . لتلطيف جوهتبريد الهواء الخارجي المتسرب إلى المنزل

يعتمد مقدار التبريد المتوقع للهواء على مقدار البخر من الماء، وعليه يكون تبريد . المكيف الصحراوي

44

ويوضح . بينما ينعدم تبريد الهواء إذا كان مشبعا ببخار الماء. الهواء فعاال كلما كان الهواء أكثر جفافا

.الفكرة األساسية لتبريد الهواء بالتبخير ٤,١شكل

الفكرة األساسية لتبريد الهواء بالتبخير٤,١شكل

التبريد الكهروحراري

يعتمد التبريد الكهروحراري على استخدام ظاهرة فيزيائية تعرف بتأثير بلتير نسبة إلى العالم األلماني

كهربائية من مادتين مختلفتين من خالل توصيل فطبقا لهذه الظاهرة فانه إذا تم تكوين دائرة. بلتير

هذين المادتين معا من طرفيهما، وتم مرور تيار كهربائي في هذه الدائرة فأن أحد الوصلتين تسخن

ويعتمد معدل الحرارة المنطلق عند أحد الوصلتين ). ٤,٢أنظر شكل (بينما تبرد الوصلة األخرى

المعدنين، أال انه لوحظ أن استخدام أشباه الموصالت يعطي والمسحوب عند الوصلة األخرى على نوع

ويمكن لزيادة معدل التأثير التبريدي المسحوب عند الوصلة الباردة . تبريد أفضل من استخدام المعادن

وتمتاز هذه الطريقة .. ٤,٢استخدام عدة وصالت على التوالي في دائرة واحدة كما هو موضح بشكل

عند التشغيل، وعدم انبعاث أي ملوثات . ، وعدم وجود ضوضاء تصدر منهابعدم وجود أجزاء متحركة

أما أهم عيوب هذه الطريقة فهو انخفاض كفاءة تشغيلها مما يعني استهالك كبير للطاقة عند . منها

. طريقة عمل التبريد الكهروحراري٤,٢ويوضح شكل . العمل بها

45

طريقة عمل التبريد الكهروحراري٤,٢شكل

خدم هذه الطريقة تجاريا بنجاح في التبريد الموضعي لألشياء الصغيرة التي تحتاج إلى تبريد وتست

بمعدالت صغيرة ال يمكن الحصول عليها من دورة التبريد بانضغاط البخار مثل التطبيقات العسكرية

ولقد قامت بعض الشركات بتصنيع معدات . وبعض التطبيقات األخرى في مجال الطب واالتصاالت

ولم يظهر . تبريد باستخدام هذه الطريقة، أال أن هذه الطريقة للتبريد لم تستخدم بالقدر الكافي تجاريا

.حتى اآلن بارقة أمل في استخدامها لتكيف الهواء في المباني بشكل اقتصادي

التبريد باستخدام نفاث بخار الماء

إلى بخار يعتمد على ضغط السائل، فكلما من المعروف أن الغليان أو التحول الكامل من الحالة السائلة

درجة ١٠٠فمثال عند الضغط الجوى يغلى الماء عند . انخفض الضغط انخفضت درجة غليان السائل

درجة مئوية، فإذا أصبح ٨١مئوية فإذا أصبح الضغط هو نصف الضغط الجوى كان غليان الماء عند

مما يعنى الحصول على تأثير تبريدي درجة مئوية٨ ضغط جوى كان غليان الماء ٠,٠١الضغط

فإذا تم تبخير جزء من الماء عند هذا الضغط المنخفض، قام الجزء المتبخر . عند هذه الدرجة للحرارة

.بسحب الحرارة الالزمة للتبخير من الماء حتى يصل الماء إلى درجة حرارة الغليان المناظرة للضغط

46

الماءالتبريد باستخدام نفاث بخار ٤,٣شكل

يتكون النظام . ٤,٣ولقد استخدمت هذه الفكرة في نظام تبريد نفاث بخار الماء كما هو موضح بشكل

أنبوب له يدخل البخار الساخن عند ضغط مرتفع إلى . من مصدر بخار، ونفاث بخار، وخزان الماء

حويل الضغط حيث يتم زيادة سرعة البخار بتكما هو موضح بالشكل، متباعد - متقاربمساحة مقطع

وتصل هذه السرعة إلى حدها األقصى عند العنق . في الجزء المتقارب من األنبوب إلى طاقة حركة

لمعدل الالزم لمحافظة على الضغط مكونا نفاثا من البخار يعمل على سحب البخار من خزان الماء با

يسير خليط بخاري الماء .الخزان عند قيمة منخفضة لدرجة حرارة الغليان المطلوبة للماء في الخزان

حيث تزيد مساحة السريان تدريجيا مما يؤدى إلى خفض سرعة األنبوبمعا في الجزء المتباعد من

يدخل البخار إلى المكثف حيث يتم تكثيفه إلى ماء يعود مرة أخرى إلى الغالية، . السريان ورفع الضغط

في التطبيقات التي تحتاج إلى تبريد، وقد يسحب الماء المبرد في خزان الماء لالستفادة منه. وهكذا

يعود هذه الماء إلى الخزان مرة أخرى إلعادة تبريده أو يدخل ماء تعويض بدال منه إلى الخزان كما

. ٤,٣هو موضح بشكل

47

عدم إمكانية التبريد لدرجة حرارة هاستخدامفإنه يحد من لماء كمبرد، لهذا النظام ونظرا الستخدام

أيضا، يلزم وجود مصدر بخار عند ضغط . لتجمد الماء عند درجة الصفر المئويتحت الصفر نظرا

. لعمل هذا النظام، لذا ال يستخدم إال في حالة وجود غالية مرتفع نسبيا

التبريد باستخدام دورة الهواء

حدة من دورة بريتون هي وا( في دورة بريتون المعكوسة )مبردال(تستخدم الدورة الهواء كمائع تبريد

: ٤,٤وتتكون الدورة من المكونات األساسية اآلتية كما هو مبين في شكل . )دورات توليد القدرة

ضاغط، ومبرد هواء لطرد الحرارة إلى الجو المحيط، وتوربين لتمدد الهواء، وأخيرا مبادل حراري

ل لشغويستفاد من ا. عن طريق سحب حرارة من هواء الغرفةللحصول على التأثير التبريدي

إلمداد الضاغط بباقي الشغل الالزم للعمل شغيل الضاغط ويستخدم موتور الميكانيكي الناتج بالتوربين لت

وتعرف الدورة .لتحسين األداء وتستخدم الدورة أيضا مبادل حراري بين التوربين والضاغط . الدورة

.ورةيدور نفس الهواء بالكامل داخل الدالموضحة بالشكل بالدورة المغلقة حيث

المكونات األساسية للتبريد باستخدام دورة الهواء المغلقة٤,٤شكل

48

على تخفيض عدد المكونات، ويكون ذلك ٤,٥تعمل الدورة المفتوحة كما هو موضح في شكل

المكان المكيف أحد مكونات ، فيصبح لتبريد هواء المكان المكيفالمبادل الحراري االستغناء عن ب

.الدورة

ة تبريد الهواء لتكييف الهواء في الطائرات حيث تعمل الدورة على ضبط درجة حرارة دورتستخدم و

الهواء بكابينة الركاب وإمداد الكابينة بالهواء الخارجي الالزم للتهوية، وكذلك على حفظ ضغط الهواء

هواء نظرا النخفاض كفاءة تشغيل الدورة فأنها لم تستخدم حتى اآلن في تكييف و. الكابينة داخل

.المباني

المكونات األساسية للتبريد باستخدام دورة الهواء المفتوحة٤,٥شكل

التبريد بدورة إستيرلنج المعكوسة

وتستخدم الدورة الهواء أو الهليوم . دورة إستيرلنج هي دورة توليد قدرة باستخدام آلة احتراق خارجي

تبعا لقواعد الديناميكا الحرارية فأنه و. لثامن عشروهي دورة معروفة منذ القرن ا. كمائع تشغيل الدورة

قامت حديثا العديد من هذا المنطلق . عمل أي دورة لتوليد القدرةعند عكسيمكن توليد تأثير تبريدي

. من األبحاث التي وجدت في دورة إستيرلنج المعكوسة مميزات كثيرة تفوق الطرق األخرى للتبريد

يرلنج المعكوسة مجاال خصبا للكثير من األبحاث والبدائل للحصول كما وجد الباحثون في دورة إست

عند درجات حرارة ي تبريد تأثيرولقد أمكن تجاريا الحصول على. على تأثير تبريدي من هذه الدورة

استخدام دورة إستيرلنج المعكوسة بشكل محدود لتكيف تمكن الباحثون من وأيضا منخفضة جدا،

49

كما قامت أبحاث أخري باستخدام دورة إستيرلنج لتوليد القدرة لتشغيل دورة إستيرلنج المعكوسة ،الهواء

. تجاريا حتى اآلن لتكييف هواء المباني هذه الدورة لم تنجحه أال أن.لتوليد تأثير تبريدي

التبريد الصوتحراري

واألنبوب مغلق من . ينونتستخدم هذه الطريقة أنبوب معدني يحوي خليط من غاز الهليوم وغاز الز

أيضا يوجد . أحد طرفيه بينما يوجد على طرفه األخر غشاء خاص يتذبذب يعرف بمولد الصوت

ينتقل الصوت الذي يتم توليده عند طرف . باألنبوب مادة مسامية عند كل طرف من طرفي األنبوب

المسدود لألنبوب مرة أخرى عند الطرف الموجات الصوتية األنبوب إلى الطرف األخر حيث نعكس

وينتج عن انضغاط . مما ينتج عنه دورات متتالية من اإلنضغاط وإزالة اإلنضغاط لخليط الغازين

أما عند إزالة . الخليط حرارة تنتقل إلى المادة المسامية عند طرف األنبوب من جهة مولد الصوت

ويمكن . رف المسدود لألنبوبحرارة من المادة المسامية عند الطللسحب مسببا االنضغاط فيبرد الخليط

توصيل دورة مائع خالل الطرف المبرد من األنبوب للحصول على تأثير تبريدي وتوصيل دورة مائع

طريقة التبريد الصوت الحراري لو. أخر إلى الطرف الساخن لألنبوب لطرد الحرارة إلى الجو المحيط

. أي انبعاث ملوثة للبيئة من هذه الطريقةلها عدة مميزات منها قلة عدد األجزاء المتحركة وعدم وجود

. الفكرة األساسية للتبريد الصوتحراري٤,٦ويوضح شكل

الفكرة األساسية للتبريد الصوتحراري٤,٦شكل

50

التبريد المغناطيسي

. (Giauque) و جياكيو (Debaye) بواسطة ديباى ١٩٢٦تم اكتشاف التبريد المغناطيسي في عام

ولقد أمكن حديثا . وتستخدم هذه الطريقة للحصول على درجات حرارة متدنية تقرب من الصفر المطلق

. تطوير هذه التقنية للحصول على تبريد مناسب لالستخدام في الثالجات المنزلية وتكييف الهواء

لبة القابلة وتستخدم هذه الطريقة ظاهرة ما يعرف باسم المغناحرارية، وهي خاصية للمواد الص

تستخدم هذه الظاهرة مبردات متوازية المغناطيسية مثل نيترات السيريوم والمغنسيوم على . للمغنطة

بتعريض المبرد إلى مجال مغناطيسي قوي، يعمل هذا المجال على ترتيب الجزيئات . سبيل المثال

طرد للحرارة من هذه ثنائية القطب لتكون متوازية ووضعها في حالة منخفضة لإلنتروبيا مما يسبب

بإزالة المجال المغناطيسي، وإعادة الجزيئات ثنائية القطب إلى مستواها المعتاد من . الجزيئات

ن الحرارة و قيمتها األولى، وتكإلىاإلنتروبيا، يقوم المبرد بسحب الحرارة الالزمة إلعادة اإلنتروبيا

عيوب هذه الطريقة انخفاض كفاءتها، أال أن ومن أهم . المسحوبة عندئذ هي التأثير التبريدي المطلوب

. من أهم مميزاتها المحافظة على البيئة

الفكرة األساسية للتبريد المغناطيسي٤,٧شكل

51

من العمليات األربعة كما بينا وتتكون الدورة . الفكرة األساسية للتبريد المغناطيسي٤,٧ويوضح شكل

إزالة ) ٣طرد حرارة من المبرد إلى الجو الخارجي، ) ٢سي، تعرض المبرد لمجال مغناطي) ١: يةتاآل

.قيام المبرد بسحب حرارة من الوسط المطلوب تبريده) ٤المجال المغناطيسي من على المبرد،

تبريد أنبوب السريان الدوامي

ة غير تعمل طريقة التبريد هنا باستخدام أنبوب به حواجز داخلية لتوجيه السريان خالله مع وجود فتح

ولقد وجد أنه عند إمداد األنبوب بهواء مضغوط باتجاه التماس لسطح األنبوب . مركزية في أحد أطرافه

بسرعة ) أي دوران الهواء حول مركز األنبوب(مما يسبب سريان الهواء خالل األنبوب بشكل دوامي

ء ثابت بينما تنخفض كمية كية الحركة للهواوتبعا لقانون بقاء دوران تصل إلى مليون لفة في الدقيقة،

الحركة للهواء قرب محور األنبوب مما يسبب انخفاض درجة الحرارة، بينما ترتفع كمية الحركة

للهواء قرب سطح األنبوب مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته، ولكن مع بقاء مجموع كمية الحركة

بالقرب من محور األنبوب، باردفصل الهواء إلى هواء وينتج عن ذلك . للهواء داخل األنبوب ثابتا

ينما من أحد طرفي األنبوب، الهواء البارد يخرج .لألنبوببالقرب من السطح الداخلي ساخن وأخر

ومن أهم عيوب هذه الطريقة انخفاض كفاءتها، إال . ساخن من الطرف اآلخر لألنبوبالهواء يخرج ال

المحدود في التطبيقات التي بها درجات أن سهولة التشغيل يجعلها الحل األمثل للتبريد الموضعي

وتمتاز هذه الطريقة أيضا بانخفاض الضوضاء الصادرة منها وأنها . حرارة مرتفعة للجو الداخلي

. طريقة العمل لتبريد أنبوب السريان الدوامي٤,٨ويوضح شكل . صديقة للبيئة

طريقة العمل لتبريد أنبوب السريان الدوامي٤,٨شكل

52

دمت هذه الطريقة حديثا لتبريد الشيكوالتة في بعض المصانع، كما قامت بعض الشركات ولقد استخ

بتصنيع سترة بها جهاز تكييف شخصي يعمل بهذه الطريقة و يرتديه األفراد عند العمل في ظروف

كما تستخدم هذه الطريقة أيضا حاليا لتبريد المعدات . عمل في أجواء شديدة الحرارة أو شديدة البرودة

.واللوحات الكهربائية واإلليكترونية في بعض المصانع حيث يتوفر الهواء المضغوط

تبريد المادة المازة

تعمل و. في األقمار الصناعية وفي مركبات الفضاءةاستخدمت هذه الطريقة لتبريد المكونات االلكتروني

ط الحراري من يتكون الضاغ. ٤,٩كما هو موضح بشكل باستخدام ضاغط حراري هذه الطريقة

فعند تسخين االسطوانة تقل قدرة . وغاز تعرف بالمادة المازةاسطوانة من الصلب بها مادة مسامية

المادة المازة على االحتفاظ بالغاز وينطلق الغاز منها فيرتفع ضغطه داخل االسطوانة، بينما يؤدي

مما يقلل من ضغط الغاز داخل تبريد االسطوانة إلى زيادة قدرة المادة المازة على امتصاص الغاز

أحدها : فرعين على كل منهما محبس إلى يتفرع بأنبوبتتصل االسطوانة عند طرفها . االسطوانة

.لخروج الغاز عند الضغط المرتفع، واألخر لدخول الغاز عند الضغط المنخفض

للدورة الواحدة، ثانية ٢٠ إلى ١٠يتم تبريد وتسخين االسطوانة في دورات متتابعة بمعدل حوالي من

مما ينتج عنه دورات من إطالق الغاز وخروجه عند ضغط مرتفع من خالل وصلة أنبوب الضغط

.المرتفع، ثم امتصاصه ودخول الغاز عند ضغط منخفض من خالل وصلة الضغط المنخفض

رسم تخطيطي للضاغط الحراري ٤,٩شكل

53

تبريد المادة المازة لدورةالفكرة األساسية ٤,١٠شكل

تستخدم دورة تبريد المادة المازة الضاغط الحراري السابق باإلضافة إلى المكونات المعتادة لدورة

للتغلب على ٤,١٠يتكون الضاغط الحراري من عدة اسطوانات كما هو وضح بشكل . تبريد الغاز

معدل انطالق وامتصاص الغاز مشكلة بطء عملية تسخين وتبريد االسطوانة وما ينتج عنه من تغير

أيضا، كما يساعد استخدام أكثر من اسطوانة بالضاغط على ضمان . تبعا لدرجة حرارة المادة المازة

يخرج الغاز الساخن من . سريان الغاز من والى الضاغط بمعدل مناسب الستمرار عمل دورة التبريد

حاري لطرد الحرارة إلى الجو الضاغط الحراري عند ضغط مرتفع حيث يتم تبريده في مبادل

يدخل الغاز بعد ذلك إلى صمام التمدد حيث ينخفض الضغط ودرجة الحرارة، ثم يسري الغاز . المحيط

54

يخرج الغاز من الحمل الحراري إلى الضاغط حيث يتم . الحمل الحراري حيث يقوم الغاز بتبريده

، تستخدم ٤,١٠وكما هو واضح في شكل . امتصاصه بالمادة المازة في االسطوانات التي يتم تبريدها

الدورة أيضا مبادل حراري بين سريان الغاز عند الضغط المرتفع وسريان الغاز عند الضغط

.وذلك لتحسين كفاءة تشغيل الدورة. المنخفض

وكما هو واضح، تمتاز طريقة تبريد المادة المازة بعدة مميزات منها أنها صديقة للبيئة وعدم وجود أي

أيضا تمتاز هذه الطريقة بعدم إصدار أي . متحركة بها مما يقلل من أعمال الصيانة المطلوبةأجزاء

ويعيب طريقة تبريد المادة المازة أنها لم تنجح تجاريا حتى اآلن في توليد تأثير تبريدي . ضوضاء منها

. وات٣٠٠يزيد عن

55

احتياجات تكييف الهواء ٥

الراحة الحرارية لإلنسان ■ خواص الهواء الرطب ■ وفوائده تكييف الهواء ■

)العمليات السيكرومترية(عمليات معالجة الهواء ■ تكييف الهواء لألغراض الصناعية ■

شروط التصميم ■ة التهويمتطلبات■ نوعية الهواء الداخلي ■

وفوائده تكييف الهواء

ومن الشائع . يقصد بتكييف الهواء تغيير حالة الهواء للوصول به إلى الحالة المطلوبة بالبيئة الداخلية

للعامة تعريف تكييف الهواء بأن يعنى تبريد الهواء، إال أن هذا التعريف غير صحيح حيث أن التعريف

:العام لتكييف الهواء يقصد به أن يشمل واحده أو أكثر من العمليات اآلتية

تسخين الهواء •

تبريد الهواء •

تجفيف الهواء •

ترطيب الهواء •

. السيكرومترية للهواء الرطب، وهى أساس صناعة تكييف الهواء وتعرف العمليات السابقة بالعمليات

Willis(اص الهواء الرطب إلى والس كاريير ويرجع الفضل للتعرف على هذه العمليات وعلى خو

Carrier ( الذي قام أيضا بوضع أول خريطة لحساب خواص الهواء الرطب والتا عرفت فيما بعد

.بالخريطة السيكرومترية

56

يستخدم تكييف الهواء أما بغرض الراحة الحرارية لألفراد لتوفير بيئة داخلية مريحة للمعيشة عند

أو بغرض توفير بيئة داخلية مناسبة للعمليات الصناعية، وتختلف الظروف مزاولة أنشطة مختلفة،

. الداخلية لهذه البيئة من صناعة إلى أخرى

: ومن فوائد تحسين الظروف الداخلية للبيئة الداخلية اآلتي

تحسين أداء العاملين نتيجة خفض معدالت حدوث األخطاء البشرية •

ي يقوم بها العاملينتحسين جودة المنتجات والخدمات الت •

خفض عدد حوادث العمل •

. خفض معدالت الحاالت المرضية للعاملين خاصة التي لها عالقة بالجهاز التنفسي •

خواص الهواء الرطب

لتغيير هذه تعتمد هندسة تكييف الهواء على التعرف الكامل على خواص الهواء الرطب والفهم العميق

حالة إلى أخرى، وكيفية تغيير هذه الحالة تبعا للعمليات الخواص عند انتقال الهواء الرطب من

. الحرارية المختلفة التي يتعرض لها الهواء الرطب

الهواء الرطب هو خليط متجانس من الهواء الجاف وبخار الماء بنسب متفاوتة تبعا لما يستطيع الهواء

على مقدار ما يحمله الكيلوجرام وعليه تعتمد جميع خواص الهواء الرطب. الجاف حمله من بخار الماء

ويعتمد مقدار ما يمكن للهواء الجاف حمله من بخار الماء على . من الهواء الجاف معه من بخار ماء

درجة حرارة الهواء والفرق بين ضغط البخار فوق سطح الماء والضغط الجزئي لبخار الماء في

هواء شرها لحمل بخار الماء معه وكلما قل وكلما زاد هذا الفرق للضغط، كلما كان ال. الهواء الرطب

فإذا وصل هذا الفرق إلى . هذا الفرق كلما قلت قابلية الهواء الرطب على حمل المزيد من بخار الماء

صفر قيل أن الهواء مشبعا ببخار الماء، فإذا أصبح هذا الفرق سالبا، أي إذا قل ضغط البخار فوق

وفيما يلي . لماء في الهواء تكثف بخار الماء الموجود في الهواءسطح الماء عن الضغط الجزئي لبخار ا

.نقدم تعريفا ألهم هذه الخواص

نسبة الرطوبة

تعرف نسبة الرطوبة بأنها مقدار بخار الماء بالكيلوجرام المخلوط مع واحد كيلوجرام من الهواء الجاف

. كيلوجرام هواء جاف/وجرام ماء كيل٠,٠١عندئذ يقال أن نسبة الرطوبة هي . لتكوين الهواء الرطب

57

كيلوجرام / كيلوجرام بخار ماء٠,٠٢ إلى ٠,٠٠٧ نظم تكييف الهواء بين فيوتتغير نسبة الرطوبة عادة

. هواء

درجة حرارة البصيلة الجافة

. تعرف هذه الدرجة بأنها درجة الحرارة التي يقرأها ترمومتر زئبقي إذا كانت بصيلة الزئبق به جافة

ة البصيلة الجافة للهواء الرطب تعرف عادة بدرجة حرارة الهواء وهذا هو التعريف ودرجة حرار

فعندما يعلن في الجرائد ووسائل األعالم أن . الشائع في جميع األوساط غير العلمية وغير المتخصصة

. م، كان المقصود هو درجة حرارة البصيلة الجافة o ٣٠درجة الحرارة هي

مبتلةدرجة حرارة البصيلة ال

). بدون اإلغراق( تعرف هذه الخاصية بأنها درجة الحرارة التي يقرأها ترمومتر زئبقي مبلل بالماء

فبتبخر الماء الموجود على بصيلة . وتعتمد هذه الدرجة للحرارة على مقدار تشبع الهواء ببخار الماء

بالتالي تنخفض درجة حرارته، الترمومتر، يقوم هذا الماء بسحب الحرارة الالزمة للتبخير من الهواء و

وكلما كان الهواء أكثر جفافا كلما كان معدل تبخير الماء الموجود على البصيلة أكثر وكلما كانت قيمة

درجة حرارة البصيلة المبتلة أقل، والعكس صحيح، ففي حالة وجود هواء مشبع ببخار الماء، لن يمكن

بصيلة الترمومتر، عندئذ تكون درجة حرارة البصيلة للهواء حمل المزيد من بخار الماء الموجود على

. المبتلة مساوية لدرجة حرارة البصيلة الجافة للهواء

درجة حرارة نقطة الندى

بتبريد الهواء الرطب يصل هذا الهواء إلى حالة التشبع ببخار الماء عند درجة حرارة معينة، وتعرف

حرارة نقطة الندى للهواء الرطب عن درجة وتقل درجة. هذه الدرجة بدرجة حرارة نقطة الندى

وتتساوى هذه . حرارة البصيلة الرطبة له، وهي تقل بدورها عن درجة حرارة البصيلة الجافة له

. الدرجات الثالث للحرارة عندما يكون الهواء مشبعا ببخار الماء

الرطوبة النسبية

ر الماء، فمثال إذا كانت الرطوبة النسبية الرطوبة النسبية هي مقياس لمدى تشبع الهواء الرطب ببخا

من قدرته على التشبع ببخار الماء عند نفس % ٤٠كان ذلك يعنى أن الهواء مشبعا بما يعادل % ٤٠

%. ١٠٠درجة الحرارة وإذا كان الهواء مشبعا ببخار الماء قيل أن الهواء له رطوبة نسبية قدرها

58

ي لبخار الماء به مقارنة بالضغط الجزئي لبخار الماء وتحسب الرطوبة النسبية بداللة الضغط الجزئ

. بالهواء عند الوصول لحالة للتشبع عن نفس درجة حرارته

الخريطة السيكرومترية

الخريطة السيكرومترية هي خريطة تستخدم إليجاد خواص الهواء الرطب عند أي حالة للهواء، كما

الحرارية التي يتعرض لها الهواء الرطب عند لتحديد العمليات أيضايمكن استخدام هذه الخريطة

رسما توضيحيا لهذه الخريطة وكيفية إيجاد الخواص ٥,١ويبين شكل . االنتقال من حالة إلى أخرى

، ودرجة حرارة )د ب ج( هنا أن درجة حرارة البصيلة الجافةاإلشارةويجب . المختلفة للهواء الرطب

تقرأ جميعا على المحور األفقي كما هو موضح ) د ن ن(ندى ، درجة حرارة نقطة ال)د ب م (البصيلة

. ٥,١على الخريطة بشكل

توضيح الخواص المختلفة في خريطة الهواء الرطب٥,١شكل

. صورة لهذه الخريطة٥,٢كما يوضح شكل

59

الخريطة السيكرومترية لخواص الهواء الرطب٥,٢شكل

60

الراحة الحرارية لإلنسان

. احة الحرارية، شعور اإلنسان بالراحة عند وجوده في ظروف معينة من البيئة الداخليةيقصد بالر

يمكن أيضا تعريف الراحة الحرارية بأنها غياب الشعور بعدم الراحة، أو أنها حالة العقل للرضا بحالة

. الجو المحيط

وم الجسم بطرد هذه يقوم الجسم بتوليد حرارة كنتيجة لنشاطه الميتابولزمي، وبالطبع يجب أن يق

الحرارة إلى الجو المحيط ليصل الجسم إلى حالة االتزان الحراري الالزمة للمحافظة على درجة

م بصرف النظر عن o ٣٧يعمل المخ على تثبيت درجة حرارة الجسم عند درجة . حرارة ثابتة للجسم

سبها الجسم أو يفقدها عن درجة الحرارة المحيطة، ويكون ذلك عن طريق التحكم في الحرارة التي يكت

إال أن في الظروف غير المالئمة للجو المحيط ترتفع وتنخفض درجة . طريق التبادل مع الجو المحيط

. حرارة الجسم بقدر محدود مما قد يؤثر على سالمة الجسم إذا تخطى هذا القدر الحدود اآلمنة للجسم

حيث يعمل الجسم بمشقة لتثبيت درجة عند مثل هذه الظروف يشعر اإلنسان بعدم الراحة الحرارية

بينما يكون الجسم عند الراحة الحرارية عندما يفقد . بينما أيضا الجسم عند الراحة الحرارية. حرارته

. الجسم مقدار مماثل لما يتولد به من حرارة، بدون بذل جهد لضبط درجة حرارة الجسم

العناصر المؤثرة على الراحة الحرارية

العناصر هذه العناصر التي تؤثر تأثيرا مباشرا في الراحة الحرارية لإلنسان، بعضنالعديد مهناك

ناتج عن البيئة الداخلية ويعرف بالعناصر البيئية، وعليه يمكن التحكم في هذه العناصر عن طريق

أما البعض األخر لهذه العناصر فال. تصميم مناسب لنظام تكييف الهواء الذي يتحكم في هذه البيئة

: اآلتيالبيئية التي تؤثر على الراحة الحرارية ومن العناصر .عالقة له بالبيئة الداخلية

درجة حرارة الهواء المحيط •

درجة الحرارة المتوسطة إلشعاع األسطح المحيطة •

رطوبة الهواء •

سرعة الهواء •

:غير البيئية التي تؤثر في الراحة الحرارية اآلتيومن العناصر

61

رتديها اإلنسان التي يالمالبس •

النشاط الذي يقوم به اإلنسان •

من خالل االتزان وفيما يلي سنستعرض تأثير كل من العناصر السابقة على الراحة الحرارية لإلنسان

. الحراري للجسم

االتزان الحراري للجسم

يتعرض الجسم للتبادل الحراري مع الجو المحيط به في ثالثة صور هي البخر، والحمل الحراري،

ويمثل انتقال الحرارة بالبخر دائما فقدا للحرارة من الجسم، بينما يفقد أو يكسب الجسم . واإلشعاع

حرارة بالحمل أو اإلشعاع تبعا لفرق درجة حرارة الجلد عن الهواء المحيط أو عن درجة الحرارة

.المتوسطة ألسطح اإلشعاع

M

راري زين ح تخ

يل ل وتوص حميرحـــــراري تبخ

راري عاع ح إش

E C

R

S

ري للجسم االتزان الحرا٥,٣شكل

62

يقوم الجسم بفقد حرارة إلى الجو المحيط بالبخر للعرق من سطح الجلد باإلضافة إلى بخار الماء

أيضا، يقوم الجسم بتبادل حرارة بالحمل الحراري مع الجو المحيط، . الخارج من الجسم مع التنفس

سطح الجسم، ويكتسب ويفقد الجسم حرارة إذا كانت درجة حرارة الجو المحيط أقل من درجة حرارة

كذلك يفقد الجسم . الجسم حرارة إذا كانت درجة حرارة الجو المحيط أكثر من درجة حرارة الجسم

ألسطح اإلشعاع حرارة باإلشعاع إذا كانت درجة حرارة الجسم أكبر من درجة الحرارة المتوسطة

. االتزان الحراري للجسم٥,٣ويبين شكل . المحيطة

بير على معدل الحرارة المتبادلة بين الجسم والبيئة المحيطة به، حيث تعمل تؤثر المالبس بشكل ك

يقل معدل البخر من الجلد بزيادة ،أيضا. المالبس كمقاومة حرارية النتقال الحرارة بالحمل واإلشعاع

. المساحة المغطاة من الجلد وكذلك كلما قلت مسامية المالبس المستخدمة

الجسم على نوع النشاط الذي يقوم به الجسم، فيكون هذا النشاط أقل ما يمكن تعتمد الحرارة المتولدة في

لنوع النشاط الذي يمارسه اإلنسان ترتفع قيمة الحرارة المتولدة بمعدالت مختلفة تبعافي حالة النوم، ثم

لألنشطةوتعطي المراجع المختلفة معدالت الحرارة المتولدة بالجسم . للعمل أو الرياضة أو غيرها

بالجسم عند صعود يتولد أكبر قدر من الحرارة جوع إلى هذه المراجع وجد أنروبال. لإلنسانالمختلفة

للحرارة عند ممارسة نشاط رياضي أو كبيرة إلى فقد معدالت نسانوبناء على ذلك يحتاج اإل. السلم

جوداهما في نفس عند والقيام بأعمال عنيفة مقارنة بشخص يقوم بأعمال خفيفة أو في حالة استرخاء

ومن ثم لهوبالطبع يؤثر مقدار المعدل المتولد للحرارة بالجسم على االتزان الحراري . الظروف البيئية

فيحتاج الشخص الذي يعمل في أعمال عنيفة إلى بيئة داخلية لها درجة .لهعلى الراحة الحرارية

.خاء أو يعمل أعمال خفيفةحرارة منخفضة نسبيا عن تلك التي يحتاجها شخص آخر في حالة استر

تكييف الهواء لألغراض الصناعية

يستخدم تكييف الهواء أيضا للتحكم في البيئة الداخلية في صاالت اإلنتاج للعمليات الصناعية التي

حيث تختلف ظروف تتطلب ظروفا مختلفة عن احتياجات الراحة الحرارية للموجودين بصاالت اإلنتاج

أمثلة ٥,١يبين جدول و. حيث درجة الحرارة والرطوبة النسبية بشكل متباينالتشغيل المطلوبة من

. العملياتهذهالشروط المطلوبة في لبعض العمليات الصناعية و

63

أمثلة لشروط البيئة الداخلية المطلوبة لبعض العمليات الصناعية٥,١جدول

درجة الحرارة التطبيق والعملية

ºم

الرطوبة النسبية

%

٧٠ إلى ٦٠ ٢٧ صب القوالب: راميكصناعة السي

١٥ ٢٢ صناعة محوالت وملفات أشعة أكس

٥ ٢٦ صيانة محوالت كهربائية عالية الجهد

٣٣ ٢٥ صناعة الصمغ

٧٥ ٥٢ إلى ٢٢ تجفيف الجلود

٨٠ ٢٧ )بصريات(صقل العدسات

٥٠ ٢٢ صناعة أعواد الثقاب

٨٠ ٣٢ إلى ١٦ غرف الدهان بالرش

٦٥ ١٨ تعبئة الشاي

٣٠ إلى ٢٥ ٢٧ التشكيل الحراري للقوالب: صناعة البالستيك

٣٠ إلى ٢٥ ٢٧ إلى ٢٤ تغليف األدوات الجراحية بالمطاط

٦٥ إلى ٥٥ ٢٤ إلى ٢١ لف السجائر: صناعة دخان التبغ

)العمليات السيكرومترية(عمليات معالجة الهواء

وتختلف هذه العمليات . تخدام في تكييف الهواءيعالج الهواء بعدة عمليات حرارية ليكون مناسبا لالس

تتكون هذه العمليات من واحدة أو . من نظام آلخر تبعا الحتياجات التطبيق الموجود في المكان المكيف

: اآلتيةاألربعأكثر من العمليات

تسخين محسوس •

تبريد محسوس •

64

)إزالة رطوبة(تجفيف الهواء •

ترطيب الهواء •

الحرارية المختلفة المستخدمة لمعالجة الهواء على الخريطة تمثيل العمليات٥,٥شكل

ةالسيكرومتري

يقصد بالتسخين أو التبريد المحسوس تسخين أو تبريد الهواء دون ترطيبه أو تجفيفه، ويعني ذلك تغير

ويتم تسخين الهواء عادة ). أي ثبات نسبة الرطوبة(درجة حرارة الهواء مع ثبات محتوى الرطوبة به

أما . مريره على سخان كهربائي، أو على ملف تسخين باستخدام بخار ماء ساخن أو ماء ساخنبت

ويشترط في حالة . التبريد فيتم بتمرير الهواء على ملف تبريد لماكينة تبريد، أو ملف تبريد بماء مثلج

. ا الهواءالتبريد المحسوس عدم تبريد الهواء إلى درجة حرارة تقل عن درجة حرارة نقطة الندى لهذ

. باإلضافة إلى تبريده) إزالة رطوبته(أما إذا تم التبريد إلى تحت هذه الدرجة فإنه يتم تجفيف الهواء

وتستخدم هذه الطريقة إلزالة رطوبة الهواء في معظم الحاالت، أال أن هذه الطريقة ال تستخدم في

وى الرطوبة به عندئذ يجب األحوال التي تحتاج إلى الوصول بالهواء إلى درجات منخفضة من محت

استخدام طريقة أخرى، وأكثر الطرق شيوعا هو تمرير الهواء على مادة كيميائية تعمل على امتصاص

وتعرف هذه المواء الكيمائية بالمواد المازة ومنها على سبيل المثال . بخار الماء من الهواء، أي تجفيفه

65

وهناك العديد من المعدات الخاصة بذلك والتي . ا ال الحصر سيليكات الجيل، وكلوريد الكالسيوم وغيره

بصفة مستمرة لضمان عدم تشبعها ببخار الماء ) أي تجفيفها(تستخدم مواد كيمائية يتم استرجاعها

.وبالتالي انخفاض كفاءتها لتجفيف الهواء

. بهيتم ترطيب الهواء برش بخار ماء أو رذاذ الماء في الهواء مما يعمل على رفع محتوى الماء

ويوضح . ويصحب عملية ترطيب الهواء تسخينه أو تبريده تبعا لحالة البخار أو رذاذ الماء المستخدم

.ة تمثيل للعمليات الحرارية المختلفة المستخدمة لمعالجة الهواء على الخريطة السيكرومتري٥,٥شكل

نوعية الهواء الداخلي

، أال تحسين الراحة الحرارية للشاغلين لهذه المبانيكم بينا سابقا فان بناء نظم تكييف الهواء يهدف إلى

شاغليها فيما يعرف باسم وباء المبنى لنسبة منأنه لوحظ أن بعض المباني المكيفة قد تسبب أمراضا

، وأرق مستمر عند محاولة النومالشعور بالتعب واإلرهاق: وأعراض هذا الوباء هي. المريض

وضيق في التنفس يصل في بعض الحاالت إلى أزمات ألنف، ورشح مستمر باالعين،وجفاف وصداع،

أال أن هذه األعراض المرضية تزول فور . عصبية ظاهرة عند التعامل مع اآلخرينتوتر ، وربوية

، وفسرت فيما بعد ١٩٧٨ولقد عرفت هذه الظاهرة في أواخر عام . مغادرة األشخاص للمبنى المكيف

الطبيعية، واستخدام مواد ضارة بالصحة ضعف التهوية: نتيجةبسوء نوعية الهواء الداخلي في المبنى

النظم الموجودة به مثل االسبستوس على سبيل المثال ال في و وتشطيبه من الداخلبناء المبنى في

العديد من المواد من مثل دخان السجاير أوالحصر، وانبعاث غازات ضارة بالصحة من داخل المبنى

، من المعدات الموجودة بالمبنى مثل ماكينات التصويرأو المنبعثة النظافة الكيميائية المستخدمة في

وأيضا نتيجة الملوثات الخارجية مثل األتربة والغازات واألبخرة والكائنات المجهرية والبكتريا

يعتبر أيضا عدم التنظيف و.والفيروسات التي تدخل إلى المبنى دون عمل الالزم إلزالة هذه الملوثات

عدم سببفي. المريض المبنىوباء إلىي لمعدات نظام تكييف الهواء أحد األسباب التي تؤدي الدور

وصواني تجميع الماء المكثف أسفل ملفات وملفات التبريد التنظيف الدوري لكل من مرشحات الهواء

.ومجاري الهواء مرتعا خصبا لتكاثر الكائنات المجهرية والبكتريا والفيروساتالتبريد

ف الهواء يضعف التهوية الطبيعية بالمبنى إلى الرغبة الملحة في خفض تكاليف تشغيل نظام تكييعزى

، مما يكون مقدار الهواء الخارجي الداخل إلى المبنى عن طريق نظام تكييف الهواء عن طريق خفض

يد في أيضا، بانخفاض كفاءة ملفات التبر. خفض تكاليف استهالك الطاقة الكهربائيةىله أثر جلي عل

، أو سوء وضعف مستوى الصيانةأو بانخفاض أداء ماكينات التبريد بالتقادم أو /ووحدات مناولة الهواء

66

زيادة حمل التبريد للمبنى عن القيمة التي تستطيع المعدات إعطائها، يقوم مشغلو هذه المعدات بتخفيض

ضعف التهوية استخدام رى لون األسباب األخ .مقدار التهوية الطبيعية لتعويض النقص في التبريد

مداخل الهواء الخارجي بالقرب من مخارج العادم من المبنى مما يسمح بإعادة العادم مرة أخرى إلى

.المبنى

أمداد الغرف بالقدر : وللمحافظة على مستوى مقبول لنوعية الهواء الداخلي يلزم أخذ اآلتي في االعتبار

له اية، وإزالة مصادر التلوث الداخلي من الغرف أو استبدالكافي من الهواء الخارجي للتهوية الطبيع

بمصادر أخرى ال يصدر عنها ملوثات أو عزلها عن باقي الغرفة، وترشيح هواء الغرفة بطريقة

مستمرة وبمستوي مقبول وذلك بتدوير هواء الغرفة بمعدالت مناسبة خالل مرشحات الهواء أو استبدال

.يةالهواء بهواء خارجي بمعدالت كاف

التهويةمتطلبات

تحقيق تركيز أكسجين عند مستوى مقبول : لغرفة بناء على اآلتييحدد معدل التهوية الخارجية الالزمة ل

للشاغلين للغرفة، وتحقيق المستوى المطلوب لضغط الهواء بالغرفة مقارنة لما يجاورها من األماكن،

ويحدد معدل إمداد الغرفة بالهواء . الغرفةوأيضا تبعا الحتياج بعض المعدات أو األجهزة الموجودة ب

ويعتمد . غرفةلتركيز ثاني أكسيد الكربون بالللمتوقع تبعا الخارجي للمحافظة على تركيز األكسجين بها

ويوضح . ذلك التركيز على الحد األقصى المتوقع لعدد األشخاص بالمكان والنشاط الذي يقومون به

تبعا لتوصيات جمعية أشرى للتهوية في التطبيقات المختلفة توصية للحد األدنى الالزم٥,٢جدول

.)جمعية المهندسين األمريكيين للتدفئة والتبريد وتكييف الهواء(

يتم تحديد احتياجات الغرفة بغرض المحافظة على ضغط الهواء بالغرفة عند مستوى معين تبعا

أي (رفة ليكون لها ضغط موجب وبناء على هذا االستخدام تصمم الغ. للغرض من استخدام الغرفة

مما يعني تسرب الهواء منه إلى ما يجاورها من أماكن، أو ضغط ) أعلى عن ما يجاورها من غرف

. مما يعنى تسرب الهواء إليها من ما يجاورها من أماكن) أي أقل عن ما يجاورها من غرف(سالب

تياج الغرفة من تصميم نظام تكييف وبناء على هذا التعريف واستخدام الغرفة يقوم المصمم بتحديد اح

فمثال تصمم جميع . الهواء، أي السماح بتسرب هوائها إلى خراجها، أم تسرب الهواء خارجها إليها

دورات المياه، والمطابخ وغرف العزل الطبي بالمستشفيات عند ضغط هواء سالب لمنع تسرب الهواء

منع انتشار الهواء الملوث أو الروائح غير من هذه الغرف إلى الغرف واألماكن األخرى بالمبنى ل

أيضا، تصمم غرف الطعام وغرف العمليات في المستشفيات ومعظم الغرف في . المقبولة في المبنى

67

المبنى عند ضغط موجب لمنع أي هواء ملوث أو لم يتم ترشيحه بدرجة مناسبة من التسرب إليها من

.األماكن المحيطة بها

حتياجات التهوية في بعض التطبيقات الحد األدنى ال٥,٢جدول

معدل الهواء الخارجي

ثانية/لتر

التطبيق المستخدم

صالة طعام ٩,٤

مطبخ ٧,١

غرف النزالء بالفنادق ٧,١

مكتب ٩,٤

غرفة اجتماعات ٩,٤

محالت تجارية ٧,١

صالة مغلقة لأللعاب الرياضية ٩,٤

قاعة محاضرات أو فصل دراسي ٧,١

مكتبة ٧,١

غرف المرضى بالمستشفيات ٧,١

غرف عمليات بالمستشفيات ١٤,٢

غرفة معيشة بمنزل ٧,١

ثانية/ لتر٠,٧

لكل متر مربع

مواقف مغلقة للسيارات

شروط التصميم

هناك عدة شروط يجب توفرها ليحقق نظام التكييف الهدف من إنشائه، وتختلف هذه الشروط تبعا

التي فمثال تختلف احتياجات البيئة الداخلية. الداخلية المطلوبة فيهاالستخدام كل غرفة وشروط البيئة

68

تهدف إلى تحقيق الراحة الحرارية لشاغلي هذه الغرفة عن احتياجات البيئة الداخلية الخاصة بعملية

أيضا تختلف احتياجات الراحة الحرارية . )٥,١أنظر جدول (إنتاج صناعية ولمعمل أو منطقة أبحاث

في وبناء على ذلك تختلف شروط التصميم . لى أخرى تبعا للنشاط اإلنساني في الغرفةمن غرفة إ

واإلجابة على األسئلة . أدوية إنتاج التجارية وعنها في صالة األسواقالمكاتب عنها في المنازل أو

هل مطلوب التحكم في درجة الحرارة؟ : اآلتية يعرف شروط تصميم و بناء أي نظام لتكييف الهواء

ن كانت اإلجابة نعم ما هي درجة الحرارة المطلوب تحقيقه بالغرفة؟، هل مطلوب التحكم في وا

طوبة النسبية بالغرفة؟ وان كانت اإلجابة نعم ما هي الرطوبة النسبية المطلوب تحقيقها بالغرفة؟ هل رال

طلوبة؟ هل مطلوب التحكم في درجة نظافة الغرفة؟ وان كانت اإلجابة نعم ما هي درجة النظافة الم

مطلوب التحكم في ضغط الهواء بالغرفة؟ وان كانت اإلجابة نعم ما هو مستوى فرق الضغط المطلوب

عن األماكن المحيطة بالغرفة؟

الحد األدنى الحتياجات التهوية في بعض التطبيقات٥,٣جدول

شتاء صيفا

التطبيق درجة الحرارة

درجة مئوية

الرطوبة

النسبية

%

درجة الحرارة

درجة مئوية

الرطوبة

النسبية

%

دوران الهواء

ساعة/مرة

١٢ إلى ٨ ٣٠ إلى ٢٠ ٢٣ إلى ٢١ ٦٠ إلى ٥٥ ٢٦ إلى ٢٣ مطعم

١٥ إلى ١٢ ٢٣ إلى ٢١ ٣١ إلى ١٩ مطابخ

١٠ إلى ٤ ٣٠ إلى ٢٠ ٢٣ إلى ٢١ ٦٠ إلى ٥٠ ٢٦ إلى ٢٣ مكاتب إدارية

١٢ إلى ٨ ٥٥ إلى ٤٠ ٢٢ إلى ٢٠ ٥٥ إلى ٤٠ ٢٢ إلى ٢٠ )دون المقتنيات(متاحف ومكتبات

٢٠ إلى ٨ ٥٠ إلى ٤٠ ٢٦ إلى ٢٢ ٥٠ إلى ٤٠ ٢٦ إلى ٢٢ )سنتراالت(مراكز التليفونات

٤٠ إلى ١٥ ٥٠ إلى ٤٠ ٢٣ إلى ٢١ ٥٥ إلى ٤٥ ٢٦ إلى ٢٣ )استوديوهات اإلذاعة والتليفزيون

١٢ إلى ٨ ٤٠ إلى ٣٠ ٢٦ إلى ٢٣ ٥٥ إلى ٤٠ ٢٦ إلى ٢٣ صالة سفر في مطار

٦ إلى ٤ ١٣ إلى ٤ ٣٨ إلى ٢٧ مواقف مغلقة للسيارات

ويبين الجدول شروط درجة . مختلفة بعض األمثلة لشروط التصميم في تطبيقات٥,٣ويوضح جدول

معدل أي كما يبين الجدول أيضا متطلبات دوران الهواء، . الحرارة والرطوبة النسبية صيفا وشتاء

.لغرفة لكل ساعةدوران حجم الهواء با

69

مكونات نظم تكيف الهواء ٦

ملفات التبريد وملفات التسخين ■ مرشحات الهواء ■ وحدات معالجة الهواء ■

ماكينات التبريد ■ مخارج ومداخل الهواء ■ مجاري الهواء ■ المراوح ■

ج التبريدأبرا ■ ماكينات التسخين ■

: يتكون نظام تكييف الهواء تبعا للتطبيق المستخدم من واحدة أو أكثر من المكونات آالتية

و مصدر تبريد/مصدر تسخين أو .١

أو الماء الساخن/ لماء المثلج وا توزيع أنابيب .٢

وحدات مناولة الهواء .٣

إلى وحدات مناولة الهواء وعودة الهواء توزيع الهواء إلى األماكن المختلفة بالمبنىمجاري .٤

إلى ومن األماكن المكيفةالمكيف مخارج ومداخل الهواء .٥

نظام تحكم لتشغيل المكونات السابقة حسب االحتياج ولعمل الالزم عند تغيير العوامل الخارجية .٦

.التي تؤثر على التشغيل

الطبع ال يحوي كل وب. رسما توضيحيا لوجود هذه المكونات في نظام تكييف الهواء٦,١ويوضح شكل

. نظام جميع المكونات السابقة، ولكن تبعا للتصميم المستخدم واألسس الهندسية التي تم تصميمه عليها

وقد يحوي النظام جميع المكونات السابقة، كما هو الحال في العديد من المشروعات المميزة، كفنادق

ويقدم الباب الحالي عرضا . يرة وغيرهاالخمس نجوم، والمباني اإلدارية المميزة، والمستشفيات الكب

. ، مع عرض لبعض البدائل المناحة لكل مكونعاليهللبنود من بشكل مبسط

70

مكونات نظم تكييف الهواء٦,١شكل

وحدات مناولة الهواء

. وحدات مناولة الهواء هي معدات تعمل على معالجة الهواء بطريقة معينة تبعا الحتياجات التصميم

: آالتيةالعملياتم هذه الوحدات بواحد أو أكثر من وتقو

ترشيح الهواء وإزالة الملوثات منه •

أو تسخين الهواء/ تبريد و •

تجفيف أو ترطيب الهواء •

رفع ضغط الهواء •

. السابقةالعمليات من بواحدة منها مقطع، يختص كل مقاطعوحدات مناولة الهواء من عدة لذا تتكون

بالترتيب الذي يراه مصمم نظام التكييف للحصول على الظروف المقاطع هذه ويقوم المصنعون بتجميع

، وأيضا حتى يستطيع نظام التكييف من تنقية الهواء من الحرارية الداخلية التي صمم النظام من أجلها

أيضا، قد .الملوثات العالقة به بالمستوي المطلوب، وكذلك لضمان سريان الهواء بالمعدل المطلوب

حدة مناولة الهواء بعض المقاطع بدون أي معدات بها لتسهيل صيانة مقاطع أخرى من الجهات تحوي و

.األمامية والخلفية

71

وحدة مناولة هواء نمطية٦,٢شكل

وتتكون هذه الوحدة حسب ترتيب اتجاه السريان من . أحدى وحدات مناولة الهواء٦,٢يوضح شكل

، وخانق دخول الهواء الراجع من المكان المكيف، غرفة خارجيالخانق دخول الهواء : تيةآلااألجزاء

الهواء في مع الهواء العائد من المكان المكيف، مرشح إلزالة الملوثات الموجودة الخارجيخلط الهواء

والهواء العائد من المكان المكيف، ملف تبريد باستخدام ماء ثلج لتبريد الهواء، مروحة لدفع الخارجي

ويعتبر المثال . والهواء العائد من المكان المكيفالخارجيمكان المكيف وسحب الهواء الهواء إلى ال

للمكاتب صيفا لوحدة مناولة هواء تستخدم لتكييف الهواء نمطي نموذج٦,٢ شكلفيالموضح

. والمنازل وغيرها

فيالحظ وي. بعض التطبيقات الصناعيةفي نموذج أخر لوحدة مناولة هواء تستخدم ٦,٣يوضح شكل و

. هذه الوحدة إضافة ملف تسخين للهواء وإضافة مرطب للهواء وإضافة مروحة لسحب الهواء العائد

وحدة الملف المروحية

. تشبه وحدة مناولة الهواء التي قدمناها عاليه وحدة مناولة هواء صغيرةهيوحدة الملف المروحية

، وهى تستخدم لتكييف هواء المكاتب رفة أو جزء من غعادة لخدمة غرفة واحدةهذه الوحدة تستخدم

توضع وحدات الملف المروحية فوق السقف المستعار للغرفة أو داخل الغرفة سواء على . والمساكن

72

بعض األحيان خارج الغرفة ولكن فيأيضا توضع وحدة الملف المروحية . األرض أو أعلى الحائط

وحدة الملف المروحية بواسطة في تم معالجته الذيمداد الغرفة بالهواء إعلى مقربة منها حيث يمكن

.مجرى هواء قصير

نموذج لوحدة مناولة هواء بها مروحتين وملف تبريد وملف تسخين ومرطب٦,٣ شكل

مرشحات الهواء

لتنقية الهواء من الملوثات العالقة به، سواء كان هذا الهواء من )الفالتر (تستخدم مرشحات الهواء

من المبنى ويحمل معه عائدمل معه الملوثات الموجودة في الجو الخارجي، أو هواء خارج المبنى ويح

وتشمل هذه الملوثات المواد الصلبة العالقة به من األتربة .الملوثات الناتجة من مصادر داخل المبنى

ات الهواء وتتكون معظم مرشحوالدخان والشعر وبقايا المخلفات اآلدامية، والحيوانية والنباتية غيرها،

من أنسجة مسامية من البالستيك أو البوليستر أو الصوف الزجاجي تسمح بسريان الهواء خاللها مما

وتستخدم هذه المرشحات عادة حتى تتسخ ويلزم استبدالها بأخرى، .يعمل على حجز الملوثات العالقة به

نقية الهواء من الغازات كما يمكن لبعض أنواع المرشحات ت.كلأو تنظيفها إذا كن نوعها يسمح بذ

.والبكتريا والفيروسات

تختار المرشحات تبعا لنوع الملوثات المطلوب حجزها من الهواء، فقد الضغط الذي تسببه لسريان

.الهواء خاللها، وكفاءة حجزها للملوثات

73

المرشحات الحقيبية مرشحات الطيبات

المستخدمة في نظم تكييف الهواء نماذج لمرشحات الهواء٦,٤ شكل

المرشحات غير قابلة التنظيف، : تستخدم نظم تكييف الهواء األنواع اآلتية من مرشحات الهواء

، ومرشحات "الهيبا"والمرشحات الحقيبية أو مرشحات الطييات، والمرشحات المعروفة باسم مرشحات

موتورات المراوح وملفات التبريد والتدفئة من تستخدم المرشحات غير قابلة التنظيف لحماية. الكربون

وال تتعدى كفاءة هذه . ميكرومتر١٠الملوثات الصلبة المحمولة بالهواء والتي لها أقطار أكبر من

تمتاز مرشحات الهيبا . تعطي المرشحات الحقيبية أو مرشحات الطييات%. ٦٥المرشحات عادة عن

وتكون كفاءة هذه . ميكرومتر٠,٣لتي يزيد قطرها عن بالكفاءة العالية للتخلص من الملوثات ا

ارتفاع، أال أن %٩٩,٩٩٩٩وتصل الكفاءة لبعضها ألفضل من % ٩٩,٩٧المرشحات عادة حوالي

وتستخدم مرشحات الكربون .الكفاءة يعني ارتفاع فقد ضغط الهواء الساري خالل هذه المرشحات

.إلزالة الغازات من الهواء

حدات مناولة الهواء في مقاطع خاصة بها، كما توضع أيضا في وحدات الملف توضع المرشحات في و

.، وكذلك في الوحدات المنفصلة لتكيف الهواء أو في مكيفات وحدات الشباكالمروحية

ملفات التبريد وملفات التسخين

الملفات تتكون هذه. تستعمل ملفات التبريد والتسخين لمعالجة الهواء حراريا، أي لتبريده أو تسخينه

عادة من مجموعة من األنابيب والمواسير يسري داخلها مائع نقل الحرارة، بينما يسري خارجها الهواء

وتتصل هذه األنابيب والمواسير من جهة الهواء بسطح ممتد لنقل الحرارة . المطلوب تبريده أو تسخينه

74

ا تستخدم أيضا في بعض كم .نموذج لملف تبريد أو تسخين للهواء ٦,٥ويوضح شكل . إلى الهواء

. الهواء مثل السخانات الكهربائية وسخانات الغاز أنواع أخرى من ملفات تسخيناألحيان

تستخدم ملفات التبريد المبردات . هناك عدة بدائل لمائع نقل الحرارة الذي يسري داخل األنابيب

يكون ملف لتبريد عندئذ أ أو غيرها، و١٣٤ أو فريون ٢٢المستخدمة في ماكينة التبريد، مثل فريون

أيضا تستخدم ملفات . هو المبخر ماكينة التبريد، ويعرف ملف التبريد عندئذ بملف تبريد مباشر التمدد

تستخدم ملفات . التبريد ماء مثلج أو محلول ملحي إذا تطلب األمر تبريد الهواء لما دون الصفر المئوي

.التسخين ماء ساخن أو بخار ماء

تبريد وتسخين الهواء ملفات ٦,٥ شكل

المراوح

من الطاقة المستهلكة في نظم التكييف المركزي الذي % ٢٠ إلى ١٠تستهلك المراوح عادة حوالي

تستخدم المراوح لتحريك الهواء . من الطاقة المستهلكة في المباني الحديثة% ٢٥يستهلك عادة أكثر

لهواء بقدر معين يسمح بتغلب سريان ويتم ذلك عن طريق رفع ضغط ا,. خالل نظام تكيف الهواء

. المكونات المختلفة التي يسري خاللها الهواء المقاومة التي يتعرض لها السريان في علىالهواء

لدفع الهواء المكيف، ولسحب فتستخدم المراوح . في عدة أماكن في نظم تكييف الهواءتستخدم المراوح

عندئذ توضع المراوح كمقطع في وحدات اولة الهواء،الهواء العائد من الغرف وتوصيله إلى وحدات من

75

لطرد أيضا تستخدم المراوح. أو كوحدة مستقلة٦,٣ وشكل ٦,٢مناولة الهواء كما هو موضح بشكل

مباشرة تعمل المراوح . ، ولسحب الهواء الخارجي إلى داخل المبنى خارج المبنىإلىالهواء العادم

.وتورو بسير لنقل الحركة من المأبموتور

مروحة مروحية مروحة طرد مركزية

نماذج لمراوح الهواء المستخدمة في تكييف الهواء٦,٦شكل

المراوح المحورية ومراوح الطرد المركزي كما هو : وتستخدم نظم تكييف الهواء نوعين من المراوح

بدوران . ل أسطوانة حول محورهاتتكون المراوح المحورية من دفاعة تدور داخ. ٦,٦مبين بشكل

وتمتاز . مع رفع ضغط الهواء بالمروحةداخل االسطوانة الدفاعة يتم دفع الهواء في اتجاه محوري

مما أنها ترفع ضغط الهواء بقدر صغير فقط هوعيوبهاأهم ية بارتفاع كفاءتها أال أن ورحمالمراوح ال

تعتبر مراوح الطرد . في نظم التكييف المركزييحد من استخدامها في معظم تطبيقات توزيع الهواء

تتكون مراوح الطرد المركزي من دفاعة بها ريش . المركزي هي األكثر شيوعا في نظم تكييف الهواء

وعلبة حاوية ، بدوران الدفاعة يدخل الهواء إلى مركز الدفاعة التي تعمل على طرد الهواء في اتجاه

وتمتاز مراوح الطرد .٦,٦مركزي كما هو موضح بشكل الخارج بقوة الطرد الإلىنصف قطري

. المركزي بقدرتها على رفع ضغط الهواء بالمستويات الالزمة لتوزيع الهواء فينظم التكييف المركزي

يضاف إلى . تعمل المراوح عادة بسرعة دوران ثابتة مما يعنى تحريك الهواء بمعدل حجم ثابت

وح من تغيير سرعتها أثناء التشغيل مما اسرعة تمكن المرمغيرات للفي بعض التصميمات المراوح

وذلك تبعا لظروف التشغيل مما يكون له أكبر يعني تحريك الهواء بمعدالت مختلفة لسريان حجم الهواء

كما توجد أيضا بعض الوسائل األخرى التي تستخدم أيضا .األثر على توفير استهالك طاقة التشغيل

.هواء التي تعطيه المروحة تبعا لمتطلبات التشغيللتغيير معدل سريان حجم ال

76

ولضمان انخفاض تكليف التشغيل ينصح دائما بعدم اختيار وتشغيل مراوح لها معدالت سريان أكبر من

المعدل الالزم طبقات لمتطلبات التصميم كما جرى العرف لدى بعض المهندسين، أيضا ينصح بإكمال

ختبارات التركيبات الهندسية للمراوح طبقا لتوصيات األكواد المتخصصة لذلك، مع ضرورة إجراء اال

.الفنية الالزمة للتأكد من عمل المروحة عند أو بالقرب من نقطة أداء أعلى كفاءة لها

مجارى الهواء

وحدات مناولة الهواء إلى في تم معالجته الذي لتوزيع الهواء المباني فيتستخدم مجارى الهواء

عائد من األماكن المكيفة إلى أيضا تستخدم مجارى الهواء لنقل الهواء ال. األماكن المختلفة بالمبنى

كما . كعادمإلى خارج المبنى وحدات مناولة الهواء إلعادة استعماله أو إلخراجه بالكامل أو جزئيا

شبكة ٦,٧ويوضح شكل . جديد إلى المبنى للتهويةخارجيتستخدم مجارى الهواء إلدخال هواء

.مناولة هواءمجارى لتوزيع الهواء المكيف الناتج عن المعالجة في وحدة

مجاري توزيع الهواء في أحد التطبيقات٦,٧ شكل

وتكون هذه المجارى . معظم األحوال من الصاج المجلفن غير القابل للصدأفيتصنع مجارى الهواء

في األكثر استخداما هيمستطيلة المقطع أو دائرية المقطع، وأن كانت المجارى مستطيلة المقطع

صممت به الذي وفروع حسب المسار يء ويتكون مجرى الهواء من جزء أساستطبيقات تكييف الهوا

في هواء للتحكم ات هذه المجارى خانقفي ع جميع األحوال يلزم أن يوضفي إال أنه ،هذه المجارى

فيلتحكم تستخدم الخانقات لأيضا ، ومقدار سريان الهواء خالل األجزاء الرئيسية والفرعية لهذه الشبكة

يقومو .للهواء العائد تغذيها هذه المجارى أو خالل المداخل التي خالل المخارجالهواء ن معدل سريا

77

فبزيادة معدل . ديد أبعاد مقطع مجرى الهواء تبعا لمعدل سريان الهواء خالل هذا المقطعح بتالمصمم

. األبعادوبالتالي تكبرالسريان تكبر المساحة

يف الهواء بخروج الهواء المكيف من أرضية الغرفة نظام تك٦,٨ شكل

، أال أن بعض النظم الحقيقي وأسفل السقف الصناعيتوضع مجارى الهواء عادة فوق السقف

، كم هو موضح في شكل والتصميمات الحديثة تضع مجارى الهواء أسفل أرضية صناعية مرتفعة

أال يصدر عن هذه المجارى اتكيب لهذه المجارى ومقاول الترالمصمم ويجب أن يراعى .٦,٨

كما يلزم أيضا أن يقوم المقاول بإجراء . األماكن المكيفةفيضوضاء مما يكون سببا لإلزعاج

االختبارات الفنية الالزمة للتأكد من أن تسرب الهواء من مجاري الهواء ال يزيد عن المعدالت

.المسموح بها هندسيا

مخارج ومداخل الهواء

كة المجاري للتحكم في معدل الهواء المطلوب بماكن المخصصة لها بشألا الهواء في توضع مخارج

يقوم المصمم بحساب حالة ومعدل الهواء الالزم لكل غرفة تبعا لحمل . المختلفةاألماكنتوزيعه في

تبعا طبيقات تالتبريد أو حمل التدفئة للغرفة، وأيضا تبعا لمتطلبات توزيع الهواء بالغرفة، وفي بعض ال

أيضا، يعمل . بالغرفةللنظافة مستوى المطلوب للمعدل المطلوب لدوران الهواء لترشيحه لضمان ال

78

ويكون الفرق بين الهواء الوارد والمسحوب . المصمم على تحديد قيمة الهواء الالزم سحبه من الغرفة

أيضا بتحديد موقع كما يقوم المصمم . من الغرفة هو معدل الهواء الخارجي المطلوب إمداده للغرفة

.كل مخرج ومدخل هواء بالغرفة لضمان جودة توزيع الهواء بالغرفة

فمن هذه األنواع ما يوضع في .باألسواقيختار المصمم مخارج الهواء والمداخل من عدة أنواع متاحة

وذلك تبعا لمتطلبات . السقف، ومنها ما يوضع أعلى أو أسفل الحائط ومنها ما يوضع في األرضية

أنظر ( أيضا تتوفر مخارج الهواء ومداخله بأشكال هندسية مختلفة وأبعاد متنوعة .زيع الهواء بالغرفةتو

تتم المفاضلة عادة بين األشكال الهندسية المختلفة بعد التنسيق مع المعماري المسئول عن ). ٦,٩شكل

معدل الهواء الساري الفراغ الداخلي للغرفة، بينما تختار أبعاد كل مخرج ومدخل بناء على تصميم

.خالله، وتوزيع الهواء المطلوب للغرفة، والضوضاء الصادرة من المخرج أو المدخل

نماذج لفتحات خروج الهواء ٦,٩ شكل

ومن .يتطلب تركيب مخارج ومداخل الهواء مهارة ودراية تامة بالمواصفات الهندسية الخاصة بذلك

يبات والتشغيل أن يقوم المقاول بإجراء االختبارات الفنية الضروري بعد االنتهاء من أعمال الترك

79

الالزمة للتأكد من أن معدل الهواء الساري خالل كل مخرج أو مدخل مساويا لمعدل التصميم، وأن

.تكون الضوضاء الصادرة عن تكييف الهواء داخل الغرفة في مدى السماح طبقا للتصميم

ماكينات التبريد

ينات تبريد تعمل عادة بدورة انضغاط البخار أو بدورة التبريد باالمتصاص، األسواق ماكفيتتوفر

األولى في. وتنقسم هذه الماكينات من حيث التبريد إلى ماكينات تمدد مباشرة أو ماكينات تثليج ماء

أنظر الجزء األيمن من شكل ( تكييف الهواءفيتبريد الهواء مباشرة قبل االستفادة منه بماكينة التقوم

فتهدف إلى تثليج الماء إلى درجة )أنظر الجزء األيسر من الشكل (أما ماكينات تثليج الماء. )٦,١٠

التطبيقات غير الصناعية لتكييف الهواء أو إلى أقل من ذلك حتى إلى ما تحت فيم عادة o ٦حرارة

التقليدية غير التطبيقات الصناعية أو بعض التصميمات الخاصة لنظم تكييف الهواءفي المئويالصفر

. الصناعية

أنظر ( أما مبردة بالهواءفهيأيضا تنقسم ماكينات التبريد إلى قسمين تبعا لطريقة طرد الحرارة منها،

فإذا كانت ماكينات . )أنظر الجزء األسفل من الشكل ( أو مبردة بالماء) ٦,١٠الجزء العلوي من شكل

كسطح المبنى أو بجواره، أما إذا الخارجيفتوحة للهواء أماكن مفيالتبريد مبردة بالهواء لزم وضعها

وتستخدم . غرف الماكينات الداخلية بالمبنىفيكانت هذه الماكينات مبردة بالماء فيمكن وضعها

برج تبريد فيمضخات مياه لتدوير الماء لسحب الحرارة من المكثف، ويتم عادة تبريد هذا الماء

ويتم التفضيل بين ماكينات التبريد المبردة بالهواء أو تلك المبردة . بعدبين فيماسنإلعادة استخدامه كما

بالماء تبعا لالستثمارات المتاحة لبناء نظام تكيف الهواء ومدى أهميتها بالمقارنة بتكاليف التشغيل

لمثيالتها فبينما تكون التكلفة األولية لماكينات التبريد المبردة بالهواء أقل من التكلفة األولية. السنوية

المبردة بالماء بعد إضافة التكلفة األولية ألبراج التبريد ومضخات المياه الالزمة للتشغيل، فإن تكلفة

التشغيل للثانية أقل منها لألولى نظرا الرتفع كفاءة تشغيل الماكينات المبردة بالماء عن تلك المبردة

.بالهواء

80

و الجط المحي

و الجط المحي

ة ماآيند تبري

ة ماآيند دتبري ة تبري ماآين

الهواء ب

ماءج مثل

ماءد عائ

هواءارد ب

هواءد عائ

رج بد تبري

رج بد تبري

ة ماآيند تبري

ة ماآيند تبري

ة دات مناول وحالهواء

ف ان المكي المك

ماءج مثل

ماءد عائ

هواءارد ب

هواءد عائ

و الجط المحي

و الجط المحي

ة دات مناول وحالهواء

ف ان المكي المك

، الماكيناتبدائل المختلفة لماكينات البريد ال٦,١٠شكل

ماكينات التسخين

التسخين هوأبسط هذه الوسائل. لغرض االستخدام في تدفئة المبانيتستخدم عدة وسائل لتسخين الهواء

بها الكهربائي التيار شدة في كهربائية يتم التحكم قاومة معلىرر الهواء مباستخدام الكهرباء حيث ي

. للتدفئة مركزيوتستخدم هذه الطريقة عادة لتدفئة الغرف موضعيا دون الحاجة لنظام . اءلتسخين الهو

على وحدات مناولة الهواء لتسخين هعادة ماء يتم تسخينه ثم توزيع للتدفئة تستخدم النظم المركزيةو

. تخدمها وحدة مناولة الهواءالتي على الغرف ذا الهواءه الهواء حسب الحاجة قبل توزيع

81

غالية، أو تسخينه بواسطة بخار ماء يتم الحصول فيتسخين الماء : يسخن الماء مركزيا بعدة طرق

مصادر حرارية أخرى قد تكون بأيعليه من غالية بخار، أو تسخين هذا الماء بالطاقة الشمسية أو

أو تسخين الماء , محطات توليد الكهرباء النوويةفيفمثال يمكن تسخين الماء بالحرارة المتولدة . متاحة

يمكن تسخين الماء جزئيا باستخدام الحرارة ،أيضا. المحارق الخاصة بحرق النفايات وغيرهافي

. مضخة حراريةعملها كعند بهذه الماكينات بالكامل الماء أو تسخين،المطرودة من ماكينات التبريد

أبراج التبريد

وأبراج التبريد شائعة االستخدام صناعيا . ريد الماء بالهواءأبراج التبريد هي معدات هندسية تستخدم لتب

ويبلغ بعضها أحجاما كبيرة تبعا لمقدار الحمل الحراري . باإلضافة إلى استخدمها مع نظم تكييف الهواء

). ٦,١١أنظرا شكل (لها

برج تبريد٦,١١ شكل

هذه تسمحتعرف بحشو البرج، مية من بناء به مادة مسا٦,١١يتكون برج التبريد كم هو مبين بشكل

يدخل الهواء من أعلى . منهما بمرور الماء والهواء من خاللها، دون أن تتأثر خواصها بأي المادة

البرج ثم يسقط بتأثير الجاذبية األرضية إلى أسفل حيث يقابل الهواء الساري في اتجاه عكسي إلى أعلى

82

الماءماء إلى الهواء يتم تبريد الماء، وعليه يكون تبريدبتبخير ال. بتأثير عمل المروحة في أعلى البرج

لك بشكل مباشر على درجة تشبع الهواء ببخار الماء، ، ويعتمد ذإلى الهواءمنه بقدر ما يمكن تبخيره

فعندما يكون الهواء جافا يمكنه حمل قدر كبير من بخار الماء مما يساعد على تبريد الماء، أما إذا كان

لذلك ال يمكن استخدام أبراج التبريد . ماءالبخار أي قدر من ببخار الماء فال يمكنه حمل الهواء مشبعا

ويستخدم حشو البرج لتكسير .التي يحتمل أن يكون الهواء الجوي بها قريبا من التشبع ببخار الماء

.الماء إلى جزيئات صغيرة لتسهيل تعرضها للهواء

رسم تخطيطي لبرج تبريد٦,١٢شكل

الماء الساخن العائد من ماكينات التبريد من أعلى برج التبريد، ثم يسحب الماء البارد من قاع يدخل

يدخل الهواء الجوي . البرج لتدويره مرة أخرى في ماكينات التبريد للمساعدة في طرد الحرارة منها

ظرا لتبخر ون. ثم يطرد إلى الخارج من أعلى البرج) ٦,١٢أنظر شكل (من أسفل البرج من الجوانب

أيضا، . جزء من الماء في البرج فأنه يلزم دائما تعويض هذا الفقد بإمداد البرج بمصدر ماء خارجي

يعمل البخر على رفع مقدار نسبة األمالح بالماء الدائر في البرج ومكثفات ماكينات التبريد، لذا يلزم

. نسبة مقبولة من األمالح بالماء أيضا دائما إحالل جزء من الماء الدوار بماء خارجي للمحافظة على

أيضا، نظرا لتعرض الماء بالبرج للجو الخارجي، فأنه يلزم التنظيف الدوري للبرج واستخدام مواد

.كيميائية خاصة لمعالجة المياه الدائرة بالبرج والمكثفات لضمان العمل بكفاءة عالية

83

النظم التقليدية لتكييف الهواء ٧

حمل التدفئة ■ التبريد حمل ■ تعريف الغرفة والمنطقة ونظام تكييف الهواء ■

الشاملنظام الهواء ■ نظام تكييف الهواء المرآزي ■ نظام تكييف الهواء غير المرآزي ■

الغرفة بالهواء الخارجيإمداد ■ الماء الهواء ونظام ■

تقسم نظم تكييف الهواء إلى نظم تكييف هواء غير مركزية وأخرى مركزية تبعا للطريقة التي يعالج

فمثال إذا . بها الهواء وموقع المعدات التي تستخدم لهذه المعالجة بالنسبة للغرف المطلوب تكييف هوائها

ا بشكل مستقل عن باقي الغرف بحيث ال تشترك هذه تم معالجة الهواء لكل غرفة بمعدة خاصة به

أما إذا تطلب األمر وجود بعض أو . الغرف معا في أي معدات، سمي هذا النظام بنظام غير مركزي

ويوضح الباب الحالي عرضا . كل المعدات لتخدم عدة غرف أو مناطق، سمي النظام بنظام مركزي

.لمركزي وغير المركزيألهم الطرق الشائعة في نظم تكييف الهواء ا

تعريف الغرفة والمنطقة ونظام تكييف الهواء

تستخدم نظم تكييف الهواء عادة مصطلحي الغرفة والمنطقة، وهما مصطلحان لهما داللة خاصة

تعرف ف. بتكييف الهواء، ويختلف مفهوم هذين المصطلحين إلى حد ما عن المفهوم المعماري لهما

وبناء على . لمبنى محاطة بحوائط، وذلك بغض النظر عن هذه المساحةالغرفة بأنها أي مساحة في ا

ذلك قد تكون الغرفة جزء صغير من دور في مبنى أو قد تكون الغرفة دور بالكامل وذلك تبعا للحوائط

تعرف المنطقة بشكل آخر، فهي أي مساحة بالمبني يتم التحكم في درجة الحرارة و. المستخدمة بالدور

بناء على ذلك قد تكون المنطقة غرفة واحدة، أو . واحد) ثرموستات(حاكم درجة حرارة بها باستخدام

84

وقد تضم المنطقة في بعض التصميمات . دور بالمبني أو الدور بالكاملمن مجموعة غرف في جزء

.عدة غرف موزعة على عدة أدوار

فيقال أن نظام تكيف . ي تخدمهابناء على التعريف السابق تقسم نظم تكيف الهواء تبعا لعدد المناطق الت

كم يعرف النظام بأنه . واحد لدرجة الحرارة) ثرموستات(الهواء أحادي المنطقة إذا كان يعمل بحاكم

. متعدد المناطق إذا كان به أكثر من ثرموستات

يقسم المبنى المراد تكييفه إلى منطقة أو أكثر حسب التطبيق المستخدم في كل منطقة وحسب

وتعرف مجموعة المعدات والمكونات التي ترتبط مع بعضها . ات المتاحة لنظام تكييف الهواءاالستثمار

من هذا المنطلق يتم تقسيم نظم تكييف . البعض بوحدة معالجة أو أكثر للهواء بنظام تكييف الهواء

الهواء إلى نظم مركزية وأخرى غير مركزية، وتقسم النظم المركزية إلى نظم هواء شامل أو نظم

.هواء وماء، كما سنبين فيما بعد

حمل التبريد

يعرف حمل التبريد للغرفة . يقصد بحمل التبريد، الحمل الحراري الالزم للتبريد في نظم تكييف الهواء

بأنه مقدار الحمل الحراري الالزم سحبه من الغرفة للمحافظة عليها عند ظروف داخلية ثابتة من درجة

.٧,١ كما هو موضح في شكل هذا الحمل من المكونات التاليةويتكون. حرارة ومقدار رطوبة

الحمل الحراري المنتقل من الجو الخارجي إلى داخل الغرفة من خالل الحوائط، والسقف •

وبالطبع إذا كان المكان الذي يعلو الغرفة مكيفا أيضا انعدمت الحرارة المنتقلة إلى . واألرضية

ل بالنسبة ألرضية الغرفة، فإذا كان حوائط داخلية تفصلها الغرفة من السقف، وبالمثل هو الحا

. عن غرف مكيفة، انعدمت الحرارة المنتقلة من هذه الحوائط

الحمل الحراري المنتقل من الزجاج للنوافذ أو ما يماثلها، وينقسم هذا الحمل إلى قسمين، •

ي خالل الزجاج، الحمل الحراري المنقول من الخارج إلى داخل الغرفة بالتوصيل الحرار

. والحمل الحراري ألشعة الشمس النافذة من خالل الزجاج إلى داخل الغرفة

الحمل الحراري المنتقل من األشخاص داخل الغرفة إلى الغرفة، وهو قسمين، القسم األول ينتج •

الحرارة من الجسم إلى الجو المحيط عندما تكون درجة حرارة الجسم أعلى من عن انتقال

رطوبة من األشخاص إلى الغرفة ة الجو المحيط به، والقسم الثاني هو نتيجة انتقالدرجة حرار

85

ويعتمد الحمل الحراري لألشخاص على النشاط الذي يقومون به في .بسبب العرق والتنفس

. الغرفة، والسن والنوع

مكونات حمل التبريد للغرفة٧,١شكل

. بالغرفةالحمل الحراري الناتج عن اإلضاءة الموجودة •

. الحمل الحراري الناتج عن أي معدات كهر بائية أو ميكانيكية تعمل داخل الغرفة •

الحمل الحراري الناتج عن تسرب هواء خارجي إلى الغرفة من خالل النوافذ أو األبواب أو أي •

.فتحات في الحوائط الخارجية أو السقف

اضح يتغير هذا الحمل تبعا لظروف الجو ل المكونات السابقة حمل التبريد للغرفة وكما هو ومثتو

تغير الحمل الحراري للغرفة مع ي ، أيضا.الخارجي التي تتغير خالل اليوم وخالل الفصول الدراسية

وبناء على ما سبق فإنه .تغيير إشغال الغرفة وتغير تشغيل اإلضاءة والمعدات الكهربائية الموجودة بها

. تبريد لغرفة لكنه بالتأكيد يتغير من وقت ألخر حمل ال بثباتال يمكن بأي حال القول

تقوم ٧,٢ فكما هو موضح بشكل.يختلف حمل التبريد لماكينة تكييف الهواء عن حمل التبريد للغرفة

ه إلى الغرفة لتجديد مدادماكينة تكييف الهواء بتبريد الغرفة وكذلك تبريد قدر من الهواء الخارجي يلزم إ

شكل بسحب هواء الغرفة ثم خلطه اللتكييف في أبسط صوره كما هو موضح بويعمل نظام ا .الهواء بها

86

بنسبة من الهواء الخارجي حيث يتم تبريد الخليط قبل إعادته إلى الغرفة وبذلك يتم تبريد الغرفة وتجديد

. الهواء بها

رسم تخطيطي لنظام تكييف هواء لغرفة٧,٢شكل

التدفئةحمل

يعتمد . راري الالزم إضافته للغرفة لتعويض الحرارة المفقودة منها للخارجحمل التدفئة هو الحمل الح

. هذا الحمل على درجة الحرارة الخارجية وأيضا على الخواص الحرارية للحوائط والسقف واألرضية

وخالفا لحساب . مجموع الحرارة المفقودة من الغالف الخارجي للغرفةهو ويكون حمل التدفئة عندئذ

ال يؤخذ الحمل الحراري الداخلي للغرفة والناتج عن اإلضاءة والمعدات الموجودة بها حمل التبريد

خفض ي وبالتال، حيث يعمل هذا الحمل الداخلي على المساعدة على تدفئة الغرفةواألشخاص بالغرفة

نظرا لى هذا الحمل، أال أنه ال يمكن االعتماد عمن نظام التكييف للتدفئةالمطلوب حمل التدفئة قيمة

.لتغيره تبعا ظروف تشغيل الغرفة

نظام تكييف الهواء غير المركزي

تعتبر النظم غير المركزية هي أبسط نظم تكييف الهواء وأكثرها شيوعا نظرا النخفاض تكلفتها، ففي

ومن أكثر أنواع .هذه النظم تستخدم معدات، تعرف بالمكيفات لتكييف هواء الغرفة بشكل مباشر

، وتعمل هذه المكيفات باستخدام )سبليت(تخدمة مكيف الشباك، والمكيف منفصل الوحدات المكيفات المس

.دورة التبريد بانضغاط البخار

87

وحدة تكييف شباك٧,٣شكل

يوضع هذا المكيف في فتحة بالحائط الخارجي للغرفة بحيث تكون . مكيف شباك٧,٣ويبين شكل

الة عمل المكيف لتبريد هواء الغرفة، تعمل مروحة المكيف ففي ح. الوحدة بين الغرفة والجو الخارجي

ويوجد . على سحب هواء الغرفة وتمريره على المبخر لتبريد الهواء قبل إعادته إلى الغرفة مرة أخرى

88

في هذا المكيف مروحة أخرى تعمل على سحب الهواء الخارجي وتمريره على المكثف حيث يتم طرد

. ه إلى الخارج مرة أخرىالحرارة إلى الهواء قبل إعادت

مكيف منفصل الوحدات٧,٤شكل

ويمتاز مكيف الشباك بصغر حجمه ورخص ثمنه مما يجعله أرخص المكيفات على اإلطالق، إال أن

ومن عيوب هذا المكيف أيضا عدم . غرفةأهم عيوبه الضوضاء الصادرة عن الضاغط الموجود داخل ال

يتكون المكيف من وحدتين . مكيف منفصل الوحدات٧,٤ين شكل ويب. تنقيه هواء الغرفة بمستوى جيد

واألخرى تحوى ،داخل الغرفةهذه الوحدة المبخر وتوضع تحوي أحجى الوحدتين و.ينتمنفصل

تتصل الوحدة . الضاغط والمكثف وتوضع خارج الغرفة في الجو الخارجي حيث يتم طرد الحرارة

وال تزيد . ب إلكمال دورة دوران المبرد بين الوحدتينالداخلية والوحدة الخارجية بمواسير وأنابي

، متر نظرا النخفاض كفاءة التشغيل للمكيف بزيادة هذه المسافة٥المسافة بين الوحدتين عادة عن

ويمتاز المكيف منفصل الوحدات . وتتحسن كفاءة التشغيل بقرب الوحدتين من بعضهما البعض

بانخفاض الضوضاء لوجود الضاغط خارج الغرفة، أما أهم العيوب فهي عدم إمكانية إمداد الغرفة

.بهواء خارجي وإعادة دوران هواء الغرفة بالكامل دون استبدال أي نسبة منه بالهواء الخارجي

ام تكييف الهواء المركزينظ

تستخدم نظم تكييف الهواء المركزي وحدات مركزية لتبريد الهواء أو تسخينه، وهناك عدة بدائل

وتمتاز نظم تكييف . لطريقة تبريد الهواء أو تسخينه مما يعطى لكل بديل من هذه البدائل نمطا خاص به

من الطرق غير ول على توزيع هواء أفضلالحصبالهواء المركزي عامة مقارنة بالنظم غير المركزية

89

كما أن بعض النظم المركزية تعطى تحكم دقيق في درجة الحرارة والرطوبة أفضل من . المركزية

أيضا، يمكن لنظم تكييف الهواء المركزي تجديد هواء الغرف بإمدادها بقدر . النظم غير المركزية

، أو إمدادها بالكامل بهواء خارجي بينما ال يمكن معلوم من الهواء الخارجي تبعا الحتياجات التصميم

كما أن النظم المركزية تعطى درجة أعلى من تنقية الهواء مقارنة . ذلك في حالة النظم غير المركزية

. ومن عيوب النظم المركزية ارتفاع التكلفة األولية مقارنة بالنظم غير المركزية. بالنظم غير المركزية

ل الشام الهواءنظام

، أي في هذا النظام يتم معالجة الهواء مركزيا. نظام الهواء الشامل هو أحد نظم تكيف الهواء المركزي

يتم ترشيحه من الشوائب والملوثات عن طريق تمريره خالل مرشحات الهواء، وكذلك التحكم في

وإضافة يبه، التحكم في رطوبته بتجفيفه أو ترط وقد يتم أيضا درجة حرارته بالتبريد أو التسخين،

وتتم . لى الغرف المختلفة الهواء بعد معالجته إثم يتم توزيعالقدر المطلوب من الهواء الخارجي،

تقسم نظم الهواء الشامل تبعا . كما بينا في الباب السابقمعالجة الهواء عادة في وحدات ومناولة الهواء

تستخدم النظم ثابتة حجم . حجم الهواءالنظم ثابتة حجم الهواء والنظم متغيرة: إلى قسمين أساسيين

حجم الهواء يتم ضخه إلى الغرف المختلفة بعد التحكم في درجة حرارة هذا الهواء لالهواء، معدل ثابت

. التي يخدمها نظام التكييفذلك بغض النظر عن مقدار الحمل الحراري الموجود في الغرفومركزيا،

رف تبعا لظروف هذه الغرف، كما بينا سابقا فإنه يتم التحكم في ونظرا لتغيير قيمة الحمل الحراري بالغ

درجة حرارة الهواء الوارد إلى هذه الغرف مركزيا تبعا لتغيير الحمل الحراري اإلجمالي لهذه الغرف،

أيضا، تقسم النظم ثابتة حجم الهواء إلى نظم وحيدة المنطقة وأخرى . وليس تبعا لكل غرفة بمفردها

نظام هواء ٧,٥ويوضح شكل . مناطق تبعا لعدد المناطق التي يخدمها نظام تكييف الهواءمتعددة ال

عدم قدرته على التحكم في درجة حرارة كل غرفة هذا النظاميعيبو .شامل ثابت الحجم وحيد المنطقة

ريد، لهذا السبب يفضل استخدام هذا النظام في التطبيقات التي لها نفس الطبيعة لحمل التب. بمفردها

تستخدم نظم الهواء . كاألسواق التجارية، أو المناطق المفتوحة لعمل الموظفين بالشركات وغيرها

الشامل ثابتة الحجم عدة بدائل لتمكينها من العمل كنظام متعدد المناطق، وواحدة من هذه البدائل

بع يعيب هذا النظام وبالط. ٧,٦استخدام سخان قبل إمداد المنطقة بالهواء المكيف كما هو مبين بشكل

.إهدار الطاقة حيث يتم تسخين الهواء بعد تبريده

90

وحيد المنطقة ثابت الحجم رسم تخطيطي لنظام تكييف هواء٧,٥شكل

متعدد المناطق ثابت الحجم و رسم تخطيطي لنظام تكييف هواء٧,٦شكل

قة مع تغير حمل التبريد للمنطقة، تعمل النظم متغيرة الحجم على تغيير معدل إمداد الهواء إلى المنط

ويستخدم لهذا الغرض صناديق للتحكم في معدل سريان الهواء إلى المنطقة كما هو . كما بينا سابقا

وتوضع هذه الصناديق عند دخول الهواء المكيف إلى المنطقة، ويقوم ثرموستات . ٧,٧موضح بشكل

و واضح من فكرة عمل هذا النظام فأنه بطبيعته وكما ه. المنطقة بالتحكم في معدل الهواء إلى المنطقة

ومن أهم مميزات هذا النظام توفيره لطاقة التشغيل، أال أن أهم عيوبه سوء توزيع . نظام متعدد المناطق

.الهواء بالغرفة إذا سمح بخفض معدل سريان الهواء إلى معدالت متدنية

91

رسم تخطيطي لنظام هواء متغير الحجم٧,٧شكل

الماءالهواء و نظام

بينا في نظام الهواء الشامل أن المعالجة الحرارية للهواء تتم مركزيا بتمرير الهواء في ماكينات التبريد

التبريد عادة في غرف خاصة بها بنفس الدور المطلوب تكييفه، أو في أدوار مختلفة ماكيناتتوضع

ولقد لوحظ أن هذا النظام يعيبه ضرورة شغل حيز من المبنى لنقل الهواء بعد معالجته من . أو التسخين

فمثال، قد يلزم توزيع . عنى زيادة تكليف المبنىأماكن الماكينات إلى الغرف المختلفة بالمبنى، مما ي

أيضا، يصعب . مجاري الهواء زيادة ارتفاع الدور بما تحتاجه هذه المجاري مما يزيد من تكلفة البناء

استخدام نظام تكييف الهواء الشامل في المباني التي لم يتم بناؤها مسبقا لهذه الغرض، حيث قد ال يسمح

يصعب إيجاد أماكن مالئمة لمجاري الهواء وتوصليها على ماكينات التبريد ارتفاع المبنى لذلك أو

التي يحظر أجراء المباني التاريخية القديمة ال يمكن استخدام نظم الهواء الشامل في أيضا. والتسخين

تكييف الهواء ولقد رأى مصممو . أي تعديالت معمارية بها للسماح بإيجاد مسارات لمجاري الهواء

استخدام الماء كوسيط للتبريد أو التسخين بين عن طريق الصعوبات السابقةالتغلب علىأمكانية

.ماكينات التبريد أو التسخين والهواء

دروم، أو في بعض األماكن المخصصة عن الدور المطلوب تكييفه، أو على سطح المبنى، أو في الب

كوسيط لنقل التسخين أو التبريد من هذه في نظم الهواء والماء ويستخدم الماء . لذلك خارج المبنى

ينقل الماء في أنابيب صغيرة الحجم .الماكينات إلى الهواء دون الحاجة لنقل الهواء إلى هذه الماكينات

.ها في المباني الحديثة أو القديمة أو التاريخيةمقارنة بمجاري الهواء، مما يسهل تثبيت

92

تستخدم وحدات مناولة الهواء أو وحدات الملف والمروحة، أو بدائل أخرى لتسخين أو تبريد الهواء

. بالماء المعد لذلك مركزيا، ويوزع هذا الهواء على غرفة واحدة أو أكثر تبعا للتصميم المعد لذلك

فتوضع في غرف مستقلة، أو فوق سطح المنى، دات مناولة الهواء، وهناك عدة بدائل الماكن وضع وح

أما وحدات الملف والمروحة فتوضع عادة داخل الغرفة . أو بدروم المبنى أو فوق السقف المستعار

وفي بعض األحيان توضع خارج الغرفة . على األرض، أو أعلى الحائط، أو فوق السقف المستعار

لمجاورة للغرفة أو فوق سقف حمام داخل الغرفة أو خارجها في مكان فوق السقف المستعار للمرات ا

.قريب

توضيح نظام تكييف الهواء والماء٧,٨ شكل

فقد يكون هذا النظام أحادي . يعمل نظام توزيع الهواء في نظم الهواء والماء بأي من البدائل التي قدناها

.م الهواءأو متعدد المناطق، وقد يكون ثابت أو متغير معدل حج

ء الخارجيإمداد الغرفة بالهوا

دها بهواء خارجي أما للمحافظة على نوعية جيدة اكما بينا سابقا، تحتاج الغرف المختلفة في المبنى إلمد

وتنحصر نظم إمداد الغرف بالهواء الخارجي في .لنوعية الهواء بالغرف أو للتحكم في ضغط الغرفة

إلى لتوزيع الهواء الخارجي على الغرف أو إمداد الهواء الخارجي استخدام نظام مستقل: النظم اآلتية

93

وحدات مناولة الهواء ووحدات الملف المروحية التي تعمل على خلط هذا الهواء بالهواء الراجع قبل

. زيعه على الغرفتو

ذلك في خارجي بترشيحه قبل القيام بعملية التوزيع، وقد يصاحباليقوم النظام المستقل لتوزيع الهواء

ويتكون نظام التوزيع كما هو متبع من مداخل الهواء ومرشح .بعض النظم معالجة هذا الهواء حراريا

.هواء ومروحة ووحدات معالجة حرارية حسب الطلب ومخارج لتوزيع الهواء بالغرف

94

95

النظم غير التقليدية لتكييف الهواء ٨

نظم ■ المازةتكييف الهواء باستخدام دورة المادة ■ تكييف الهواء بالتبريد التبخيري ■

المحطات ثالثية ■ استخدام التخزين الحراري ■ نظم تبريد المنطقة ■ استرجاع الطاقة

التوليد

تبريد التبخيريتكييف الهواء بال

وتستخدم هذه . بينا في الفصل الرابع استخدام تبخير الماء في الهواء للحصول على تأثير تبريدي

عندئذ يستخدم تكييف . التي تتميز بالجفاف النسبي للهواء الخارجي صيفاالطريقة في بعض األماكن

يه هذه الطريقة في خفض استهالك الكبير الذي تعطر لتكييف الهواء نظرا للوفالهواء بالتبريد التبخيري

أحد ماكينات تبريد الهواء بالتبخير والتي تستخدم بشكل ٨,١ن شكل ي ويب.نظامالالطاقة الالزمة لتشغيل

فكما هو مبين بالشكل، يدخل الهواء الجاف إلى الماكينة ليسرى ألعلى في اتجاه معاكس . تجاري

يدخل الماء من أعلى حيث يتم رشه على هيئة . هلسريان الماء الذي يسقط من أعلى تحت تأثير وزن

ىيخرج الهواء الرطب البارد من أعل. جزيئات صغيرة للمساعدة على تبخيره بسرعة إلى الهواء

.الماكينة

إلى األماكن المكيفة حسب الهواءتوزيعل تستخدم نظم توزيع الهواء التي قدمناها في الفصل السادس

بالتبريد التبخيري احتمال تلوث الهواء نتيجة لتعرض الماء للجو ويعيب نظم التكييف .االحتياج

عض بوينصح عادة بالتنظيف الدوري مع استخدام . الخارجي مما يجعله مرتعا لنمو البكتريا والطحالب

هذا النوع من التلوث استخدام المستخدمة لحماية الصحة من األخرىئل ا ومن البد.الكيماويات للتنظيف

مبادل حراري بين دورة تبريد لتبريد التبخيري غير المباشر، وفي هذا النظام يستخدم تكييف هواء با

96

ويالحظ بالطبع زيادة . الهواء بالتبخير ودورة تبريد الهواء المستخدم لتكييف الغرف المختلفة بالمبنى

.التكلفة األولية عند استخدام هذا المبادل الحراري

تبخير ماكينات تبريد الهواء بال٨,١ شكل

، فإن هذه المباشرونظرا الرتفاع محتوى الرطوبة بالهواء في نظم تكييف الهواء بالتبريد التبخيري

النظم تستخدم هواء خارجي بالكامل وبدون أي إعادة تدوير للهواء الداخلي كما هو معتاد في النظم

ما يكون النظام غير طبق بالطبع عندأال أن هذا الشرط ال ين. التقليدية لتكييف الهواء بالتبريد الميكانيكي

بين الهواء المبرد بالتبخير والهواء الذي يتم توزيعه لتكييف استخدام مبادل حراريمباشر، أي عند

، حيث يمكن عندئذ استخدام نسبة من الهواء الداخلي مع نسبة من الهواء الخارجي كما بينا سابقاالغرف

.لتكييف الهواء

نظام التكييف بالتبريد التبخيري كنظام مساعد لنظام تكييف الهواء وتستخدم بعض التصميمات

الميكانيكي المعتاد حيث يستخدم تكييف الهواء بالتبريد التبخيري عندما تكون رطوبة الهواء الخارجي

منخفضة بالقدر الذي يسمح باستخدام هذا النظام، بينما يستخدم تكييف الهواء بالتبريد الميكانيكي المعتاد

.ندما ترتفع رطوبة الهواء عن القدر المناسب الستخدام التبريد التبخيريع

97

تكييف الهواء باستخدام دورة المادة المازة

بته النسبية عند قيم وتكييف لتجفيف الهواء والتحكم في رطالتستخدم المادة المازة بشكل تجاري في نظم

لصناعات الدوائية والعديد من الصناعات ومن أشهر التطبيقات التي تستخدم هذه التقنية ا. متدنية

.طوبة النسبيةع في جو منخفض الرنااللكترونية التي يتطلب أن تص

المادة المازة هي مادة شرهة المتصاص بخار الماء عند درجات حرارة منخفضة، ويقل قدرة هذه

المازة على شكل عجلة المادة ماكينات تتوفر .المادة على االحتفاظ ببخار الماء بارتفاع درجة حرارتها

يسرى . تقسم العجلة إلى ثالثة أجزاء .٨,٢كما هو مبين بشكل تسمح بسريان الهواء خاللها مسامية

الجزء األول من العجلة فيتم تجفيف الهواء خالل المطلوب نزع رطوبته )هواء العملية (الهواء الرطب

إلى ةالمشبع المادة المازةصل تلة المازة الماد عجلةتتحرك. بينما تتشبع المادة المازة ببخار الماء

عمل على ي) هواء استرجاع المادة المازة( هواء ساخن ها حيث يسري خالل من العجلةالجزء الثاني

نظرا لدوران العجلة، تصل . واسترجاع محتوى الرطوبة بها إلى المستوى األوليتجفيف المادة المازة

الثالث حيث يبرد هذا الجزء بسريان هواء االسترجاع قبل المادة المازة الجافة الساخنة إلى الجزء

.تسخينه

عجلة المادة المازة لتجفيف الهواء٨,٢شكل

98

. األساسي التصميم ٨,٢تصمم نظم تكييف الهواء المستخدمة للمادة المازة بعدة بدائل حيث يمثل شكل

هذا البديل يستخدم.ة التشغيلالتي تهدف إلى توفير طاق أحد التصميمات البديلة ٨,٣ويوضح شكل

أيضا .ملف تبريد أولي لتجفيف هواء العملية أوليا قبل التجفيف النهائي باستخدام عجلة المادة المازة

ولتوفير . تقسم عجلة المادة اللمازة هنا إلى قسمين فقط، أحدها لهواء العملية واألخر لهواء االسترجاع

ماكينة التبريد لتسخين هواء االسترجاع كما هو مبين مكثف الطاقة، تستخدم الحرارة المطرودة من

.بالشكل

وهي أكثر (سيليكات الجيل : وتستخدم الشركات المصنعة لعجلة المادة المازة المواد اآلتية كمادة مازة

.، ونخالة الكربون، وملح كلوريد الليثيوم، وغيره من المواد)المواد استخداما

بريد مع العجلة المازة لتوفير الطاقة استخدام ماكينة ت٨,٣ شكل

تصمم بعض نظم تكييف الهواء بتجميع نظم التبريد بالتبخير مع نظم تجفيف الهواء باستخدام المادة

ولقد القت هذه النظم . المازة للحصول على هواء بارد وجاف بغرض تكييف الهواء صيفا للمباني

وينتج ذلك التخفيض في الطاقة نتيجة . مقدار الطاقةنجاحا نظرا لما توفره في تكليف التشغيل بخفض

فكما هو واضح . أحد هذه البدائل٨,٤ويوضح شكل . االستغناء عن التبريد الميكانيكي المستهلك للطاقة

بالشكل يمرر الهواء الخارجي المستخدم في استرجاع عجلة المادة المازة على أربع مكونات، فيمرر

99

ى تبريده بعملية التبريد التبخيري، ثم يمرر ثانيا على مبادل حراري أوال على مرطب مما يعمل عل

الهواء الذاهب إلى المكان المكيف، يمرر الهواء بعد ذلك على سخان لرفع درجة حرارته بتبريدليقوم

الهواء أخيرا على المادة المازة السترجاعها هذاإلى القدر المطلوب السترجاع المادة المازة، ثم يمرر

يسرى الهواء الذاهب إلى المكان المكيف في اتجاه عكسي . باستخدام مروحةأن يطرد إلى الخارجقبل

فيتم تجفيف هذا الهواء أوال بتمريره خالل عجلة المادة المازة، ثم على مبادل حراري مع هواء

كان قبل إمداده إلى الماالسترجاع، ثم أخيرا خالل مبرد لخفض درجة حرارته بالتبريد التبخيري

.المكيف باستخدام مروحة

نظام المادة المازة لتكييف الهواء صيفاستخدام التبريد بالتبخير مع ا ٨,٤شكل

نظم استرجاع الطاقة

وتعمل . لتوفير طاقة تشغيل نظم تكييف الهواءالمتاحة تستخدم نظم استرجاع الطاقة كواحدة من البدائل

فمثال إذا . ا في المبنيخارج المبنى لالستفادة بهإلى ع الطاقة المتوقع طردها هذه النظم على استرجا

كان نظام تكييف الهواء يعمل على تبريد الهواء الخارجي الوارد إلى المبنى، وكان هذا النظام يعمل

مثل الحمامات أو بعض إلى خارج المبنىعلى طرد قدرا من الهواء العائد من بعض األماكن بالمبنى

وهو ،أالماكن التي تمد بقدر من الهواء الخارجي الزائد عن احتياجات ضبط ضغط الهواء بالمكان

بالطبع هواء بارد نسبيا عن الهواء الخارجي، فإنه يمكن تبريد الهواء الخارجي باستخدام هذا الهواء

100

مطرود من من الهواء الالسترجاع الحرارة أيضا ستخدم نفس هذا النظام يو. المطرود من المبنى

. في األجواء الباردةفي حالة نظم التدفئةالحمامات والمطابخ

مبادل حراري السترجاع الطاقة من الهواء المطرود من نظام التكييف إلى ٨,٥ شكل

الهواء الخارجي

ويستخدم السترجاع الحرارة من سريان هواء إلى سريان هواء أخر عدة أنواع من المبادالت

واحد من هذه المبادالت الحرارية وهو المعروف باسم عجلة الطاقة، ٨,٥ شكل ويوضح. الحرارية

يمرر بها السريانان تعرف بمادة انتقال الحرارةوهي عجلة من مادة مسامية جيدة التوصيل الحراري

.في اتجاه عكسي لبعضهما البعض فتقوم مادة انتقال الحرارة بنقل الحرارة من سريان ألخر

المبادالت باستخدام الحرارية األخرى المستخدمة أيضا مبادل األنبوب الحراري وتعملومن المبادالت

٨,٦ويوضح شكل . نظرية األنابيب الحرارية التي تقوم بنقل الحرارة بكفاءة عالية من سريان ألخر

ه واألنبوب الحراري هو أنبوب مغلق من جميع أطراف. الفكرة األساسية لنقل الحرارة بأنبوب حراري

. يحوي داخله سائل يمكنه االنتقال من أحد طرفي األنبوب إلي الطرف األخر بظاهرة األنابيب الشعرية

بانتقال الحرارة من السريان الساخن إلى طرف األنبوب يتبخر السائل الذي بداخله، ويتحرك البخار إلى

يسري السائل . البخارالطرف األخر لألنبوب حيث يفقد األنبوب حرارة إلى السريان البارد فيتكثف

الذي تكثف داخل األنبوب بالخاصية الشعرية إلى الطرف الساخن، حيث يعاد تبخيره مرة أخرى،

. صورة لمبادل األنابيب الحرارية٨,٧ويوضح شكل . وهكذا

101

الفكرة األساسية الستخدام أنبوب حراري لنقل الحرارة٨,٦شكل

ن معدات التبريد لالستفادة بها في المبنى، فمثال يمكن تبريد أيضا، يمكن استرجاع الحرارة المطرودة م

معدات التبريد بمياه تستخدم من خالل مبادل حراري لتسخين مياه لالستخدام المنزلي مما يساعد على

. توفير الطاقة المستهلكة بالمبنى

مبادل األنابيب الحرارية٨,٧شكل

102

نظم تبريد المنطقة

تعرف نظم تبريد المنطقة بأنها شبكة من المواسير التي تحمل ماء مثلج كجزء من البنية التحتية

ويلزم لهذا الغرض . للمنطقة والخاصة بشبكات المياه والصرف الصحي والكهرباء والتليفونات وغيرها

وباستخدام هذه .ماءماكينات تثليج المياه والمضخات الالزمة لحركة الل المنطقة بناء محطة أو أكثر ب

ناء محطة مياه مثلجة بالطريقة فإن المباني تقوم بسحب احتياجها من شبكة المياه المثلجة ودون الحاجة ل

ويلزم استخدام مبادل حراري بين شبكة المياه المثلجة وكل مبنى يحتاج إلى االستفادة من .لكل مبنى

الل المبنى، ولمنع احتمال تسرب المياه هذه الشبكة لضمان عدم تلوث مياه المثلجة المركزية من خ

. خالل شبكة تكييف الهواء بالمبنى إذا لم يكن تصميم وتنفيذ وصيانة هذه الشبكة بشكل جيدالمثلجة

نظام تبريد المنطقة٨,٨شكل

يضم الجزء األول . ٨,٤يتكون نظام تبريد المنطقة من ثالث أجزاء رئيسية كما هو مبين بشكل

، ونظام التحكم في تشغيل هذه ) اختياري(، ومضخات المياه، وخزان المياه المثلجة مثلجات المياه

ويشمل الجزء الثاني شبكة توزيع المياه المثلجة في المنطقة، بينما يشمل الجزء الثالث . المكونات

ثلجة وحدات مناولة الهواء في المبنى ومضخات المياه المثلجة للمبنى، وشبكة مواسير توزيع المساه الم

.بالمبنى باإلضافة لنظام التحكم في هذه المكونات

103

ويمتاز استخدام تبريد المنطقة مقارنة ببناء محطة تبريد مستقلة لكل مبنى بانخفاض مقدار الطاقة

الالزمة للتشغيل، وتصغير سعة التبريد اإلجمالية لجميع المباني، ووجود مكان مركزي لصيانة مثلجات

، ، وانخفاض مستوى الضوضاء الصادر عن مثلجات المياه بالقرب من المبانيالمياه بعيد عن المباني

ونتيجة لهذه المميزات فقد انتشر استخدام تبريد . وتوفير المساحة الالزمة لمثلجات المياه بكل مبنى

.المنطقة في التجمعات السكنية، والمنشاءات مترامية األطراف كالجامعات والمصانع وغيرها

فادة من فكرة تبريد المنطقة بشكل جيد لتوفير الطاقة في مدينة تورنتو بكندا حيث يوجد ولقد تم االست

تبريد شتاء نظرا لوجود حمل حراري داخلي وكما هو العادة في إلى تحتاج التيالعديد من المباني

م مياه االستغناء عن محطة مثلجات المياه واستخداب فقامت واحدة من الشركات. جميع المباني الكبيرة

. طن تبريد من البحيرة٤٠,٠٠٠المثلجة في الشتاء، فأمكن الحصول على تبريد قدره بحيرة أونتريو

.ولتعظيم الفائدة االقتصادية، تم استخدام شبكة واحة لمياه الشرب وتبريد المنطقة شتاء

استخدام التخزين الحراري

اج لالستفادة بها في األوقات التي يزيد فيها يقصد بالتخزين الحراري تخزين البرودة الزائدة عن االحتي

وتتوفر عدة تقنيات لتخزين البرودة، . تجها مثلجات المياهنتاالحتياج إلى سعة تبريد أكبر من تلك التي

يتم التخزين في خزانات . وأهم هذه التقنيات التخزين في خزانات المياه والتخزين في خزانات الثلج

ويتناسب قيمة التخزين الحراري المتاح بالخزان . ارة المياه بالخزانالمياه عن طريق خفض درجة حر

ويبين شكل . مع حجم المياه بالخزان ومعدل تغير درجة الحرارة بالخزان بين تخزين الحرارة وتفريغها

استخدام خزان حراري في دورة المياه المثلجة حيث يتم تخزين البرودة أو سحبها من الخزان ٨,٩

لكل بديل منهما وبالطبع يكون . لموقع الخزانيبين الشكل بديلين و. حمل التبريدحسب احتياجات

.المميزات والعيوب الخاصة به

وبينما تتغير درجة حرارة المياه الناتجة من خزان المياه الباردة تبعا لدرجة حرارة المياه الباردة في

جة حرارة المياه المثلجة المستخدمة في بإمكانية تثبيت دريمتاز استخدام خزانات الثلج الخزان، فإن

حجم خزان الماء لنفس من أصغر حجم خزان باستخدامكما يمتاز التخزين في الثلج . المباني المختلفة

. أضعاف حجم خزان الثلج٧مقدار الطاقة الحرارية المخزنة حيث يكون حجم خزان المياه حوالي

ات المياه عند كامل طاقتها مما يعنى عملها عند أفضل ويتيح التخزين الحراري التشغيل المستمر لمثلج

. ويؤدي ذلك إلى توفير في طاقة التشغيل لكل طن تبريد منتج من مثلجات المياه. كفاءة تشغيل لها

104

يساعد استخدام التخزين الحراري عموما على استخدام مثلجات مياه بسعة تبريد أصغر من مثيلتها عند

وينتج عن ذلك تصغير سعة أبراج التبريد، وكذلك مضخات مياه . رياالستغناء عن التخزين الحرا

كما يساعد استخدام خزانات الثلج أيضا على . تبريد المكثفات وصغر أقطار شبكة توزيع هذه المياه

درجات ٥,٥( درجات مئوية بدال مما هو معتاد ١٠استخدام مياه مثلجة لها فرق درجات حرارة قدره

ى تصغير أقطار شبكة مواسير توزيع المياه المثلجة والمضخات الالزمة لذلك، ويؤدي ذلك إل). مئوية

درجة حرارة المياه المثلجة إلى وحدات مناولة الهواء إلى تصغير حجم هذه ضأيضا يؤدي انخفا

الوحدات وبالتالي انخفاض تكلفتها، وأيضا يؤدي ذلك إلى انخفاض درجة حرارة الهواء الخارج من

لهواء مما يقلل من معدل الهواء الالزم لتكيف الهواء وبالتالي انخفاض تكليف بناء نظام وحدات مناولة ا

توزيع الهواء، وبالتالي مياه مثلجة مما يقلل من تكاليف بناء نظام تبريد المنطقة، ويزيد التوفير في

ا عيوب استخدام أم. هذه التكليف عادة الزيادة المتوقعة نتيجة بناء نظام التخزين الحراري وملحقاته

.التخزين الحراري فتشمل زيادة التكاليف األولية لبناء نظام تكييف الهواء

105

استخدام خزان حراري في دورة المياه المثلجة٨,٩شكل

تقوم شركات إنتاج وتوزيع الكهرباء في بعض الدول بوضع تسعيرة لبيع الطاقة الكهربائية تعتمد على

ربائية، وكذلك على قيمة أكبر معدل الستهالك الكهرباء يوميا وموعد والفترة قيمة استهالك الطاقة الكه

وتهدف هذه الطريقة للتسعير إلى تشجيع المستهلكين على . الزمني الستخدام ذلك المعدل خالل اليوم

ترحيل الحد األقصى الستهالك الكهرباء إلى مواعيد أخرى خالل اليوم عندما يكون إجمالي معدل

. خالل شبكة الكهرباء في مستواه األدنى مما يساعد على توازن توليد الطاقة الكهربائيةاالستهالك

وبناء على ذلك يساعد استخدام التخزين الحراري على أن يكون خفض الحد األقصى لمعدل استهالك

. الكهرباء، وبالتالي خفض تكاليف االستهالك

ربائية أقل مما يعني استخدام سعات اصغر للمعدات أيضا يمتاز نظام تخزين الثلج باستخدام قدرة كه

.الكهربائية المستخدمة لتغذية نظام التبريد والتكييف بالكهرباء وبالتالي انخفاض التكاليف

التوليدالمحطات ثالثية

بتحويل الطاقة الحرارية الناتجة من احتراق وقود الى المحطات التقليدية لتوليد القدرة الكهربائية تعمل

من الطاقة % ٣٣يمكنها االستفادة فقط من ويعيب هذه المحطات أنه . طاقة ميكانيكية ثم طاقة كهربائية

ولقد عمل الباحثون .من هذه الطاقة في صورة حرارة% ٦٧، بينما تفقد المحطة المتاحة في الوقود

106

يضا على مساعدة ألخفض تكاليف إنتاج الكهرباء باإلضافة إلى الدوما على تحسين كفاءة هذه المحطات

.ئةيخفض االنبعاث الحراري من هذه المحطات لتكون صديقة للب

محطة ثنائية التوليد ٨,١٠شكل

عرفت المحطات ثنائية التوليد كواحد من البدائل لتحسين كفاءة محطات توليد القدرة مما يؤدي إلى

ائية باإلضافة إلى توليد طاقة وتعمل هذه المحطات على توليد قدرة كهرب. فوائد اقتصادية وبيئية

، مما يؤدي على االستفادة من حوالي ٨,١٠كما هو مبين في شكل مفيد) أو تأثير تبريدي(حرارية

. فقط إلى الجو الخارجي% ٢٠من الحرارة المتولدة من احتراق الوقود وطرد % ٨٠

مياه (فيدة وتأثير تبريدي تعرف المحطات الثالثية بأنها محطات تنتج قدرة كهربائية وطاقة حرارية م

مما يعطي مرة أخرى فوائد اقتصادية وبيئية نتيجة خفض ) مثلجة لالستخدام في نظم تكييف الهواء

. فقط من الحرارة المتولدة من احتراق الوقود% ١٣الحرارة المطرودة إلى الجو الخارجي إلى

وتصل . لوقود لمحطة ثالثية التوليد النسب المئوية لالستفادة من الطاقة الحرارية با٨,١١ويوضح شكل

في المحطات % ٣٣مقارنة بكفاءة عمل قدرها % ٨٨كفاءة عمل المحطات ثالثية التوليد لما يقرب من

.التقليدية لتوليد القدرة الكهربائية فقط

107

النسب المئوية لالستفادة من الطاقة الحرارية بالوقود لمحطة ثالثية التوليد٨,١١شكل

فتستخدم هذه المحطات السوالر والغاز الطبيعي أو أي . ات ثالثية التوليد بعدة بدائل للوقودتعمل المحط

وتستخدم وحدات التبريد باالمتصاص التي سبق تقديمها في الباب الثالث عادة . مصادر حرارية أخرى

طات وتستخدم المح. مع المحطات ثالثية التوليد نظرا لتوفر مصدر حراري للطاقة بهذه المحطات

الكبيرة كالجامعات أو األحياء السكانية التي تثالثي التوليد للعمل عادة في المصانع أو المنشاءا

ولقد تمكنت بعض الشركات من تصنيع محطات ثالثية التوليد صغيرة . تستخدم تبريد وتسخين منطقة

أة صغيرة في تصلح للعمل في الوحدات السكنية الصغيرة مما سهل استقالل كل وحدة سكنية أو منش

).كهربائية وحرارية وتأثير تبريدي(احتياجاتها من الطاقة بأنواعها المختلفة

التحكم في نظم تكييف الهواء ٩

التحكم في ■ التحكم في درجة الحرارة ■ أهمية التحكم في نظم تكييف الهواء ■

بروتوكالت االتصال ■ التحكم الرقمي ■ تطبيقات التحكم ■ الرطوبة النسبية

بنىنظم إدارة الم■ مخططات التحكم الرقمي ■

أهمية التحكم في نظم تكييف الهواء

ال يمكن لنظم تكييف الهواء أن تعمل بدون نظم للتحكم حيث تعتبر نظم التحكم لتكييف الهواء بمثابة

فبدون نظم التحكم ال يمكن لتكييف الهواء تحقيق الراحة الحرارية في األماكن التي . الفرامل للسيارة

حكم، يستمر تكييف الهواء بالعمل دون توقف ودون مراعاة لتغيير الحمل أيضا بدون نظم الت. تغذيها

الحراري بالمكان و الناتج عن تغير ظروف الهواء الخارجي وتغير إشغال المكان وكذلك تغير مقدار

. الحمل الحراري الداخلي بالمكان

فبينما كانت . لهواءتطورت نظم التحكم تطورا كبيرا عبر السنوات التي تطورت بها صناعة تكييف ا

نظم هذه التعمل في الماضي بالهواء الضغوط ، تطورتفي نظم تكييف الهواء المركزي نظم التحكم

ظم رقمية تستفيد من أصبحت نظم التحكم المعاصرة نف ، ثم تطورت مرة أخرىلتعمل بدوائر الكترونية

.ة في صناعة الكمبيوتر المعتمدة على التقنية الرقميالتقدم التقني

مكونات نظم التحكم

يقوم ،فمثال. أو أكثر من المتغيراتواحدتثبيت في عملية ما بهدف األداءتغيير تعمل نظم التحكم على

درجة حرارة لتثبيتاحد نظم التحكم في فتح أو غلق محبس المياه الباردة الخاصة بملف تبريد الهواء

درجة حرارة الغرفةلتثبيتبغرفة لسخان الكهربائيالهواء بالغرفة، أو أن يقوم نظام التحكم بتشغيل ا

ضغط ت خفض سرعة دوران المروحة لتثبيأوأو أن يعمل مغير السرعات لمروحة على زيادة ، أيضا

108

الهواء الخارج من المروحة، أو تشغيل أو إيقاف مروحة سحب الهواء من موقف مغلق للسيارات

ويعرف .وهكذاسيد الكربون في الهواء داخل الموقف، بارتفاع أو انخفاض تركيز أول أكسيد وثاني أك

ويتصل هذا المتغير بالحاكم الذي ) درجة الحرارة مثال(تغير المطلوب التحكم فيه بالمتغير المحكوم مال

.يمثل العقل لنظام التحكم، ويعمل على أخذ القرارات المطلوبة

مكونات دائرة التحكم ٩,١شكل

أول هذه المكونات هو . ٩,١مكونات رئيسية كما هو موضح بشكل مس ختتكون دائرة التحكم من

، والتي تعمل دائرة )كدرجة حرارة الهواء مثال(الحاس الذي يعمل على قياس قيمة المتغير المحكوم

يقوم هذا الحاس بإرسال قيمة المتغير المحكوم إلى الحاكم الذي يقوم بمقارنة . التحكم على تثبيت قيمته

. وبالطبع يمكن تغيير هذه القيمة المرجعية حسب الحاجة. بالقيمة المرجعية للمتغير المحكومهذه القيمة

يقوم الشخص الموجود بالغرفة بضبط القيمة المرجعية لدرجة الحرارة بالغرفة عن طريق فمثال

ستخدم ، وتها الحاكم للعمليحتاجثاني المكونات هو مصدر الطاقة التي . الثرموستات الموجود بالغرفة

ثالث . عادة الطاقة الكهربائية لذلك، وان كان من المتبع استخدام طاقة ضغط الهواء في الماضي

يرسل ثم بحساب الفرق بين قيمة المتغير المحكوم والقيمة المرجعية له، الذي يقوم الحاكمالمكونات هو

بعد ينفذ قرار الحاكموجهالمرابع المكونات هو . الحاكم إشارة تتغير قيمتها تبعا لقيمة هذا الفرق

حدى العمليات التي تعمل على أل عادة موتور أو مفتاح كهربائي الموجهيكونو .استقبال اإلشارة

التي تعمل على تثبيت قيمة المتغير خامس المكونات هي العملية. التحكم في قيمة المتغير المحكوم

ل ماكينة تبريد، أو تسخين ماء بتشغيل موقد د تكون هذه العملية تبريد الهواء بتشغيقفمثال، . المحكوم

الغاز لسخان الماء، أو السماح للهواء بالسريان إلى الغرفة بفتح خانق الهواء الوارد إلى الغرفة، أو

وبناء على . تشغيل مرطب الهواء لرفع الرطوبة، وغير ذلك من العمليات المتبعة في تكييف الهواء

. المتغير المحكومأداء هذه العملية يتم تغيير قيمة

109

التحكم في درجة الحرارة

وأكثر أنواع حواس .نظم تكييف الهواءاستخداما في التحكم في درجة الحرارة هو أكثر أنواع التحكم

الحاس ثنائيكون تي. درجات الحرارة استخداما هي الحاس ثنائي المعدن وحاس المقاومة الكهربائية

يلتصق المعدنين معا . نكماش بتغير درجات الحرارةاالتمدد والمقدار المعدن من معدنين مختلفين في

مما يسبب انحناء المعدنين للخارج أو الداخل مع تغير درجة الحرارة ٩,٢كما هو موضح في شكل

وبتثبيت المعدنين من أحد الطرفين وترك . المعدنين معا عندها التصاقعن الدرجة المرجعية التي تم

ويستفاد من هذه الحركة . ، ينتج حركة للطرف الحر مع تغير درجة الحرارةالطرف األخر حر الحركة

يعمل حاس المقاومة الكهربائية .تثبيت درجة الحرارة عند القيمة المرجعية المطلوبةلفي القيام بالتحكم

باستخدام خاصية تغير المقاومة الكهربائية مع تغير درجة الحرارة، ويستخدم هذا الحاس بكثرة في

.ظم الحديثة للتحكم الرقميالن

:تضم نظم تكييف الهواء عدة تطبيقات للتحكم في درجة الحرارة، وأهم هذه التطبيقات اآلتي

التحكم في درجة حرارة الهواء .١

التحكم في درجة حرارة المياه الباردة أو المياه الساخنة .٢

في مكون واحد معا حاكم ومن الشائع عادة وجود حاس درجة الحرارة وال. وغير ذلك من التطبيقات

فعلى سبيل المثال يستخدم .رموستات في العديد من التطبيقاتثيستخدم ال. رموستاتثيعرف بال

نظم تكييف في التحكم علىدرجة حرارة الهواء بالغرفة تثبيت رموستات الغرفة الذي يعمل على ث

ثبيت درجة حرارة الماء المثلج لترموستاتثأيضا يستخدم ال. تكييف الهواء بالغرفل المستخدمةالهواء

كما يستخدم . الخارج من مبردات المياه، وذلك عن طريق تغيير أداء هذه المبردات لتحقيق المطلوب

.الثرموستات أيضا لتثبت درجة حرارة الماء الساخن القادم من سخانات المياه الكهربائية

إلى جة حرارة الهواء أو الماء يقتصر استخدام حواس درجة الحرارة على التحكم فقط في در ال

فمثال، يستخدم حاس . من التلف تستخدم هذه الحواس أيضا لحماية المعدات واألجهزةالغرف، وإنما

ربائية للحماية من احتمال التسخين الزائد الذي قد يسبب هنات الهواء الكادرجة الحرارة بالقرب من سخ

هرج من مثلجات الميااالماء الخ درجة حرارةحريقا، وأيضا يستخدم حاس درجة الحرارة لمراقبة

وسنوضح في . لضمان عدم انخفاض درجة حرارة الماء عن حد السماح الالزم لحماية الماء من التجمد

جزء الحق من الباب الحالي العديد من التطبيقات األخرى للتحكم بقياس درجات الحرارة

110

ائي المعدن رسم تخطيطي يوضح عمل حاس درجة الحرارة ثن٩,٢شكل

التحكم في الرطوبة

ويقصد بالتحكم في . لتحكم في رطوبة الهواءتحتاج بعض تطبيقات تكييف الهواء وليس جميعها إلى ا

الرطوبة هو ترطيب الهواء أو تجفيفه حسب الحاجة للمحافظة على رطوبة الهواء بالغرفة عند القيمة

في األماكن المزدحمة من الراحة الحرارية فمثال للحصول على مستوى مقبول . لتصميملالمرجعية

تكييف ومن التطبيقات المماثلة لذلك، .تبريده إلى باإلضافة الرطوبة النسبية للهواء لخفضيلزم التحكم

الهواء صيفا لالماكن المزدحمة مثل المساجد واألسواق التجارية وقاعات المحاضرات والمسارح

حمل بخار الماء بالمكان المكيف زيادة ، لكل متر مربعشغالاأل، حيث يسبب ارتفاع وغيرهاوالمطاعم

تحتاج بعض ،يضاأ. لشعور بعدم الراحة ما لم يتم التحكم في الرطوبة النسبية بالمكانامما يسبب

نظرا النخفاض نسبة الرطوبة في ، لهواءا تدفئة إلى رفع رطوبتها شتاء باإلضافة إلى المكيفة األماكن

كما يحتاج نظام تكييف الهواء المستخدم في غرف الكومبيوتر وغيرها إلى . ردالهواء الخارجي البا

للمحافظة على األوقات لكل منهما في جميع ضيق درجة الحرارة والرطوبة في مدى تحكم دقيق في

.أداء مقبول ألجهزة الكومبيوتر والمكونات المصاحبة لها

إلى التحكم في الرطوبة ج لبعض الصناعات صاالت اإلنتا يحتاج أيضا تكييف الهواء الصناعي في

فمثال، يتطلب تخزين . كم في درجة الحرارةحوذلك بغض النظر عن ضرورة وجود أو عدم وجود ت

درجة الحرارة للمحافظة على هذه الحبوب أطول فترة نالحبوب هواء جاف نسبيا، وبغض النظر ع

111

عند اإلنتاجى الهواء الداخلي لصاالت المحافظة علإلى الغزل إنتاجممكنة، بينما تحتاج صاالت

في الرطوبة ايتطلب إنتاج بعض أنواع األدوية تحكمكما .مرتفعة طوال فترة اإلنتاجرطوبة نسبية

.ودرجات الحرارة تبعا لنوع الدواء المنتج، فيحتاج البعض رطوبة نسبية منخفضة عن األخرى

التحكم في الرطوبة٩,٣شكل

فتستخدم النظم التي تعمل على الحماية من . ي الرطوبة تبعا للمتوقع من هذه النظمتختلف نظم التحكم ف

انخفاض الرطوبة النسبية عن القيمة المرجعية الموصى بها في التصميم، مرطب يعمل على رفع

وهناك . ٩,٣الرطوبة في الهواء تبعا لقيمة الرطوبة التي يقرأها حاكم الرطوبة كما هو مبين في شكل

أنواع للمرطبات تبعا طريقة ترطيب الهواء، فمنها ما يقوم بحقن بخار الماء في الهواء ومنها ما عدة

أيضا، يستخدم بعض هذه المرطبات بخار الماء الساخن . يقوم برش جزيئات دقيقة من الماء في الهواء

.كمصدر حراري لها بينما يستخدم البعض األخر مصدر كهربائي للتسخين

112

لتي تعمل على الحماية من ارتفاع الرطوبة حاكم رطوبة يعمل على التحكم في ملف تستخدم النظم ا

ونظرا الستخدام ملف تبريد ). ٩,٣انظر شكل (تبريد الهواء لتكثيف بخار الماء به لخفض رطوبته

لخفض الرطوبة، فأن هذا النظام يستخدم معه عادة سخان كما هو موضح بالشكل لضبط درجة الحرارة

ومن البدائل األخرى . ذا تسبب ملف التبريد في خفضها دون الدرجة المطلوبة بالمكانفي حالة إ

وتحوي هذه المجففات مواد كيمائية . المستخدمة لخفض رطوبة الهواء استخدام مجففات المادة المازة

تعمل على سحب بخار الماء من الهواء عند تمريره خاللها، وتسبب هذه المجففات ارتفاع ملحوظ في

.رجة حرارة الهواء مما يتطلب تبريده إذا لم يكن ذلك مرغوبا في الغرفةد

تطبيقات التحكم

تضم نظم تكييف الهواء العديد من دوائر التحكم التي تعمل للتحكم في المتغيرات المختلفة بنظام

متها على قيمراقبةويعتمد تصميم دوائر التحكم وعدد المتغيرات التي تقوم بالتحكم بها أو . التكييف

تطبيقات التي تستخدم عادة في نظم تكييف الوفيما يلي عرضا لبعض . هذه الدوائراألداء المتوقع من

.الهواء

تطبيقات الهواء

الهدف المتغير

حرارةالأو التحكم في درجة /مراقبة و درجة حرارة الغرفة

مراقبة درجة حرارة الهواء الخارجي

أو التحكم في درجة حرارة الهواء /مراقبة و لهواء الوارد درجة حرارة الهواء داخل مجرى ا

بمجرى الهواء لتوفير طاقة التشغيل أو للحصول

على تحكم دقيق في درجة حرارة الغرفة

أو التحكم في درجة حرارة الغرفة/مراقبة و درجة حرارة الهواء داخل مجرى الهواء الراجع

كم أو التح/مراقبة و الرطوبة النسبية بالغرفة

أو التحكم في الرطوبة النسبية للهواء /مراقبة و الرطوبة النسبية بمجرى الهواء الوارد

التحكم في الرطوبة النسبية بمجرى الهواء بهدف

بالغرفة

113

الهدف المتغير

أو التحكم في الرطوبة النسبية للهواء /مراقبة و الرطوبة النسبية بمجرى الهواء الراجع

كم لتوفير طاقة التشغيل أو للحصول على تح

دقيق في الرطوبة النسبية بالغرفة

ضغط هواء الغرفة لمنع أو التحكم في/مراقبة و ضغط الهواء بالغرفة

انتقال الملوثات من أو إلى الغرفة

ضغط الهواء بمجاري أو التحكم في/مراقبة و ضغط الهواء بمجرى الهواء الوارد أو الراجع

الهواء في حالة نظم حجم الهواء المتغير لضمان

أداء مستقر لنظام تكييف الهواء

تركيز ناتج احتراق بالغرفة أو مجرى الهواء

الوارد أو الراجع

مراقبة التركيز لحماية األشخاص الموجودين

بالمكان من االختناق، و إصدار إنذار، و تشغيل

من الحريقايةالمعدات الالزمة للحم

مراقبة التركيز لحماية األشخاص الموجودين تركيز نوع معين من الغازات في الهواء

أو الحماية من خطورة /بالمكان من االختناق، و

ارتفاع التركيز عن حد معين و إصدار إنذار، و

تشغيل المعدات الالزمة للحماية

عدات مراقبة أشغال الغرفة للتحكم في عمل م أشغال الغرفة

لتفرقة بين أشغال ا نتيجة لتوفير الطاقةكييفالت

الغرفة أو عدم أشغالها

مراقبة نوعية الهواء بالغرفة للمحافظة على نوعية الهواء بالغرفة

صحة الشاغلين للغرفة وذلك عن طريق التحكم

، أو عمل في أداء معدات نظام تكييف الهواء

الصيانة الالزمة

أو التحكم في معدل سريان الهواء/مراقبة و واء سرعة الهواء في مجرى اله

أو التحكم في معدل سريان الهواء/مراقبة و معدل سريان الهواء في مجرى الهواء

114

تطبيقات الماء البارد أو الساخن

الهدف المتغير

أو التحكم في درجة حرارة الماء/مراقبة و درجة الحرارة

اءأو التحكم في ضغط الم/مراقبة و الضغط

أو التحكم في معدل سريان الماء /مراقبة و معدل السريان

تطبيقات معدات نظم تكييف الهواء

الهدف المتغير

أو قياس شدة التيار الكهربائي للمعدة/مراقبة و التيار الكهربائي

أو قياس قيمة الكهربائي للمعدة/مراقبة و الفولت الكهربائي

س قيمة االستهالك للمعدةقيا الطاقة الكهربائية المستهلكة

فتح أو إغالق أو تغيير مقدار فتحة الخانق للتحكم فتحة خانق الهواء

في معدل سريان الهواء

فتح أو إغالق أو تغيير مقدار فتحة المحبس فتحة محبس المياه

للتحكم في معدل سريان الماء

المعدةإيقاف أو تشغيل توصيل أو فصل الطاقة الكهربائية عن المعدة

التعرف على حالة المفتاح أن كان مفتوح أم حالة المفتاح الكهربائي

مغلق

التحكم الرقمي

كان الكتشاف تقنية الحاسب اآللي واستخدام الميكروبروسيسور كعقل صناعي للحاسب اآللي أثرة

.الكبير على تطوير التقنيات المستخدمة في النظم المختلفة ومنها نظم التحكم

115

تقنية التحكم الرقمي على استخدام ميكروبروسيسور أو أكثر ألجراء العمليات واإلجراءات تعتمد

وتنقسم إشارات التحكم في المخاطبة بين مكونات دائرة . الالزمة للدوائر المختلفة للمراقبة والتحكم

قيمتين من واحدةتأخذ اإلشارة الرقمية. أشارات رقمية وإشارات متناظرة: التحكم إلى قسمين أساسيين

تأخذ اإلشارة و. ر صفر أو واحد، وهي اإلشارات التي يفهمها ويتعامل معها أي ميكروبروسيسو:فقط

المتناظرة قيم ال نهائية بين صفر و واحد، وال يمكن أن يتعامل الميكروبروسيسور مع هذا النوع من

التعامل منيكروبروسيسور رقمية حتى يمكن للم متناظرة إلى إشارةاإلشارات ويلزم تحويل أي إشارة

.معها

: ٩,٤تتكون دائرة التحكم الرقمي من المكونات الرئيسية اآلتية كما هو موضح بشكل

لقياس قيمة المتغير المحكوم المطلوب التحكم في قيمته أو مراقبته: حاس •

محول اإلشارات المتناظرة إلى إشارات رقمية •

ميكروبروسيسور •

شارات متناظرةمحول اإلشارات الرقمية إلى إ •

األجهزة المحكومة التي يتم التحكم بها •

المكونات األساسية لدائرة التحكم الرقمي٩,٤شكل

116

وكما هو . دائرة تحكم لتثبيت درجة حرارة الهواء الخارج من ملف التسخين٩,٤فمثال، يوضح شكل

ا حاس درجة الحرارة بالقيمة بمقارنة درجة الحرارة التي يقرأه) الميكروبروسيسور(مبين يقوم الحاكم

المرجعية المطلوب تثبيت درجة الحرارة عندها، ثم يعمل الميكروبروسيسور على فتح أو إغالق

ولقد قام المصنعون بتصنيع كروت تحكم .محبس مياه التسخين في ملف التسخين تبعا الحتياج التسخين

محول اإلشارات : ذه المكونات اآلتيرقمية تجمع العديد من المكونات معا في كارت واحد، وتشمل ه

المتناظرة إلى إشارات رقمية، و ميكروبروسيسور، ومحول اإلشارات الرقمية إلى إشارات متناظرة،

األجهزة ومن وإلى نقاط التوصيل الطرفية لدخول وخروج اإلشارات من الحواس باإلضافة إلى

.األخرى المتصلة بالكارت

ي إلى الحاسب اآللي توصيل كارت تحكم رقم٩,٥شكل

وكما هو واضح من الشكل فأن الكارت له . واحدا من كروت التحكم الرقمية الحديثة٩,٥يبين شكل

وصالت لإلشارات ٤وصالت لإلشارات التناظرية و٣سبعة وصالت طرفية لدخول اإلشارات، منها

ت التناظرية والرقمية الرقمية، كما يوجد أيضا بالكارت سبعة وصالت طرفية أخرى لخروج اإلشارا

من الكارت، ويختلف هذا العدد من كارت ألخر وال يشترط تساوي الوصالت الطرفية للدخول مع تلك

يوجد أيضا بالكارت وصالت تغذية الطاقة للكارت باإلضافة إلى وصلتين للتخاطب . الخاصة بالخروج

.مع الكروت األخرى أو مع واجهة التخاطب مع المشغل

117

التخاطب بين كارت التحكم الرقمي والمشغل للقيام بأعمال البرمجة باإلضافة إلى مراقبة تستخدم واجهة

عادة كواحد من البدائل المتاحة ) الكومبيوتر(ويستخدم الحاسب اآللي . المكونات المختلفة لدائرة التحكم

تحكم بإعداد ويلزم استخدام برنامج خاص لذلك، وتقوم الشركات المصنعة لكروت ال. كواجهة للتخاطب

ويتيح استخدام الحاسب اآللي التعامل مع دائرة التحكم عن بعد باستخدام خط تليفون أو . هذا البرنامج

.٩,٥اإلنترنت أو بالقرب من كروت التحكم كما هو موضح بشكل

وتتصل . تتكون دوائر التحكم من كارت أو عدة كروت تبعا لحجم النظام الذي تتعامل معه هذه الكروت

كما هو ، شبكة دوائر التحكم معالتكون ومع جهاز حاسب آلي أو أكثر الكروت مع بعضها البعضهذه

للتحكم أو مراقبة األداء بالمهام الموكلة له بشكل مستقل ويعمل كل كارت بالقيام.٩موضح بشكل

جي، أو أو مراقبة الجو الخار، مثل التحكم في تشغيل وحدة مناولة هواء أو أكثرلجزء من النظام،

باإلضافة على إمداد الكروت األخرى بما تحتاجه من التحكم في تشغيل مروحة سحب الدخان وغيرها،

ويستطيع المشغل اإلطالع على البيانات الخاصة بكل كارت عن طريق شاشة العرض . معلومات

.بحاسب آلي أو أكثر متصل بشبكة التحكم

تتابعية دائرة اتصال ٩,٦شكل

فمنها ما يكون التوصيل على شكل : كل الهندسي لتوصيل الكروت مع بعضها عدة بدائلويأخذ الش

لتعرف دائرة ٩,٦محطات متصلة مع بعضها مع وجود بداية ونهاية للشبكة، كما هو موضح بشكل

وتعرف ٩,٧ كما هو مبين بشكل نجمة، أو أن يكون التوصيل على شكل االتصال عندئذ بدائرة تتابعية

وفي هذه الشبكة تتصل جميع الكروت مع الحاسب اآللي ودون أن .بدائرة نجمية الشكلعندئذ الدائرة

.تتصل مع بعضها البعض بشكل مباشر

118

دائرة اتصال نجمية ٩,٧شكل

صال تروتوكالت االب

د قواعويقصد بهذه اللغة . لغة للتخاطب فيما بينهاأولالتصال بروتوكول تحتاج الحاكمات الرقمية إلى

األجهزة والمعدات والحواس المتصلة إلى/حاكم إلى أخر وأيضا من منتمرير المعلوماتتنظيم

لحاكمات الرقمية بوضع لغة التخاطب لمصنع كل ولقد كان من المعتاد أن يقوم .بشبكات دوائر التحكم

مختلفة مصدر ، مما يعني عدم إمكانية استخدام حاكمات ال تمكن مصنع أخر من التعامل بهاهالخاصة ب

ولقد نتج عن هذا الوضع احتكار الشركات المصنعة للحاكمات. التصنيع في شبكة واحدة للتحكم

، حيث أصبح ضروريا للعميل قبول أي سعر تفرضه للمشاريع التي تحوي نوع معين من الحاكمات

ع مما وجود أي توسعات بالمشروعند ، أو ا عند وجود أي مشكلة بهاتحاكمالالشركات الستبدال

ونتج عن ذلك . يتطلب إضافة دوائر تحكم جديدة تعمل جنبا على جنب مع الدوائر الموجودة بالمشروع

. لغة عامة يتخاطب بها جميع الحاكمات أي كان مصدرها بروتوكول مفتوح أوالحاجة إلى استنباط

119

األولى : أصبح هناك اآلن لغتين للتخاطب بين الحاكماتوبالفعل نجحت صناعة التحكم في ذلك و

ت الشركات في تصنيع ح ونج(Lonwork) واألخرى باسم لونورك(BACnet)تعرف باسم باكنت

بوابات عبور للترجمة بين الشبكات التي تعمل بلغة التخاطب الخاصة بأي شركة وبين الشبكات التي

.تعمل بأي من اللغتين العامتين باكنت أو لونورك

مخططات التحكم الرقمي

س االستشاري المسئول عن تصميم النظم المركزية لتكييف الهواء بوضع المواصفات يقوم المهند

الخاصة بجميع المعدات التي يتكون منها هذا النظام، ومنها بالطبع دوائر التحكم الرقمية التي يشملها

وتضم هذه الموصفات عادة مخططات توضح المطلوب من نظام التحكم لكل معدة . نظام التحكم

.وعالقتها بالمعدات األخرىبمفردها

ويوضح الشكل المتغيرات . مخطط نمطي لنظام تحكم رقمي لوحدة معالجة هواء٩,٨ويوضح شكل

كما يوضح المخطط أيضا أن كانت هذه اإلشارات رقمية أو تناظرية . التي يتم قياسها أو مراقبتها

لمطلوب وكيفية تحقيق ذلك ويصاحب هذا المخطط شرح للتحكم ا). أنظر الجزء السفلى من المخطط(

.وما يجب عمله من قبل مهندس التحكم للوفاء متطلبات التصميم

مخطط نمطي لنظام تحكم رقمي لوحدة معالجة هواء٩,٨ شكل

120

نظم إدارة المبنى

إلعداد برنامج التحكمالميكروبروسيسورات ساعد ظهور تقنية التحكم الرقمي على إمكانية استخدام

التي يتكون منها الستعراض قيم المتغيرات المختلفة لحظيا ومتابعة أداء المعدات شاشات واستخدام

، وتسجيل أداء هذه المعدات في جميع األوقات سواء التي يوجد بها مراقب التشغيل نظام تكييف الهواء

التحكم أيضا كما يمكن لنظام. أم بعيد عنه) مثالالحاسب اآللي(واجهة التشغيل والمراقبة بالقرب من

إصدار اإلنذارات للمكونات التي قد تحتاج إلى صيانة عاجلة كقطع سير المروحة مثال، أو الصيانة

.الدورية للمعدة بعد العمل لعدد معين من الساعات

رسم توضيحي لنظام إدارة المبنى٩,٩شكل

ي بيناها عاليه، فقد انتشر ونظرا لسهولة استخدام دوائر التحكم الرقمي والمميزات الكثيرة لها الت

استخدام هذه الدوائر للتحكم في العديد من النظم الموجودة بالمباني مثل تكييف الهواء، و إنذار الحريق،

ومكافحة الحريق، واإلضاءة الداخلية والخارجية، والمصاعد، واألمن والمراقبة، ودخول وخروج

وقامت الشركات المصنعة للحاكمات الرقمية بإعداد .األفراد إلى المناطق المختلفة من المبنى وغيرها

121

كما أمكن . برامج متخصص للحاسب اآللي الشخصي للتعامل مع جميع هذه النظم مجتمعه في آن واحد

توصيل أكثر من حاسب آلي إلى نظام التحكم إلتاحة الفرصة ألكثر من شخص من مراقبة نظام

لقد سمي النظام بنظام إدارة المبنى، ويعرف أيضا بنظام و. التحكم واتخاذ القرارات الالزمة لتشغيله

كما تم تطوير هذا النظام ليشمل أيضا إعداد أوامر الصيانة للمعدات المختلفة، وبرامج . أتوماتية المبنى

كما . الخ... المحاسبة، وجرد مخازن قطع الغيار، وتحضير أوامر الشراء، وساعات العمل للعمال،

. إدارة المبنى بشبكة اإلنترنت العالمية لتمكين مراقبة أداء النظم المختلفة عن بعدأمكن أيضا ربط نظام

. رسما توضيحيا لنظام إدارة المبنى٩,٩ويوضح شكل

122

التصميم والبناء والتشغيل ١٠

مرحلة التعاقد لتنفيذ ■ مرحلة التصميم ■ مراحل المشروعإدارة ■ مقدمة ■

مرحلة ■ مرحلة الضبط واختبار األداء ■ مرحلة بناء المشروع■ لبناء المشروع

العالقة مع التصميم ■ المواصفات ■ نةمرحلة التشغيل والصيا ■ التسليم للمالك

العالقة بالنظم األخرى ■ المعماري والمدني

مقدمة

يقدم هذا الباب الخطوات التي يجب إتباعها للحصول على نظام تكييف هواء مركزي يعمل بكفاءة

وال تطبق . لنظام أعلى ما يمكن لبناء وتشغيل هذا ا من مالعالية لضمان أن يكون مردود ما ينفق

، ولكن ينصح بتطبيقها في المنشاءات الكبيرة والمشاريع جميع هذه الخطوات عند العمل بنظم صغيرة

وتشمل الخطوات التي نقدمها هنا مراحل التصميم وبناء . الضخمة لتعظيم االستفادة من هذه المشاريع

طلوب لضبط واختبار نظم ومكونات نظام تكييف وتسليم المشروع إلى العميل، وكذلك التعرف على الم

.أةشبنى أو المنمكما نقدم أيضا العالقة بين نظام تكييف الهواء والنظم األخرى الموجودة بال. الهواء

مراحل المشروعإدارة

الوصول به إلى نظام يعمل بكفاءة وانتهاء بيمر المشروع بعدة مراحل هامة من بداية العمل به كفكرة

:وتشمل هذه المراحل اآلتي. لمطلوب منهويحقق ا

مرحلة التصميم •

مرحلة التعاقد لتنفيذ لبناء المشروع •

مرحلة بناء المشروع •

123

األداءختبارامرحلة الضبط و •

مرحلة التسليم للمالك •

مرحلة التشغيل والصيانة •

نية الالزمة وتوفير الميزابعد إعداد دراسة الجدوى للمشروع واقتناعه الكامل بتنفيذه يقوم المالك

وتبعا . للمشروع بشكل مرضياسابقالتي قدمناها بتعيين ممثل له يشرف على إنهاء المراحل للمشروع

لحجم المشروع فإن ممثل المالك قد يكون فردا أو مجموعة من المهنيين كالمعماريين والمهندسين

ويكون .رة المشروع الالزمة إلداوالمحاسبين، أو شركة إدارة مشاريع تضم التخصصات المختلفة

:الصالحيات الالزمة لتحقيق اآلتيو المهاممثل المالك مل

إلنهاء بالجدول الزمنياللتزام الكامل إدارة الوقت للمشروع لإعداد الجدول الزمني للمشروع و •

ومتابعة جميع األطراف التي تعمل بالمشروع وذات ،المشروع وتشغيله في الموعد المتوقع له

.ولالصلة بهذا الجد

، والطرف المعني بتنفيذ كل عداد قائمة المهام المطلوب تنفيذها في جميع مراحل المشروعإ •

والتأكد من كل مهمةمتابعة تنفيذ إدارة هذه المهام، أي ومهمة والموعد الالزم لالنتهاء منها،

بالترتيب وفي التوقيت المناسب مما ال يكون له مردود سيئ علىاالنتهاء منها بشكل مرضي

.االلتزام بالجدول الزمني للمشروع

مراقبة التعاقدات المتنوعة مع األطراف المختلفة المشاركة في مراحل المشروع و التأكد •

.بالتزام الجميع ببنود التعاقد

ميزانية وعمل الالزم لمنع ارتفاعها هذه المراقبة إعداد ميزانية المراحل المختلفة بالمشروع و •

.بدون أسباب مقبولة

د برنامج مراقبة وتأكيد الجودة بالمشروعإعدا •

.ماهية كل مرحلة وما يجب اتباعه بكل مرحلة من هذه المراحلوفيما يلي نقدم

مرحلة التصميم

من قائمة المتقدمين مصمم اليقوم ممثل المالك باختيار. مرحلة التصميم هي المرحلة األولى بالمشروع

ويقع االختيار عادة على. تبعا ألفضل العروض المتقدمةويتم االختيار، بعروضهم لتصميم المشروع

124

على دراية ولها سابقة خبرة مناسبة واحدة أو أكثر من الشركات المتخصصة في نوع نشاط المشروع و

.هالنظم الهندسية المتوقع بنائها ببتصميم

: ي، وهذه الخطوات هميم المكلف بهصيقوم مصمم تكييف الهواء بعدة خطوات إلنهاء الت

تجميع البيانات والمعلومات التي لها عالقة بالمشروع •

وضع المنهج المتبع في التصميم •

التفصيليوضع التصميم •

لتنفيذ المشروع وضع مستندات الطرح •

فيقوم المصمم كخطوة أولية بجمع البيانات الالزمة للتصميم، مثل حالة الطقس في المنطقة من حيث

رطوبة النسبية واتجاه وسرعة الرياح بموقع بناء المشروع، وكذلك تغير معدالت درجات الحرارة وال

أيضا يقوم . لمشروع والتي قد تؤثر أو تتأثر بالمشروعلالمنشاءات األخرى المجاورة على التعرف

صلة ال ذاتالمصمم بالتعرف على التشريعات والمتطلبات المحلية الخاصة بمنطقة بناء المشروع والتي

شروط الهواء مثل معدالت استهالك الكهرباء لكل وحدة مساحة من المشروع، أوببناء نظام تكييف

أيضا يقوم . أماكن المعدات الخارجية لنظام تكييف الهواء والضوضاء الصادرة منها وغيرهااختيار

المصمم بالتعرف على احتياجات المشروع والمواصفات األكواد المحلية التي يجب اتباعها في

.التصميم

جمع البيانات الخطوة الثانية وهي وضع المنهج المستخدم في التصميم، وهنا يقوم المصمم بوضع يتبع

شروط التصميم الخارجية من حيث درجات الحرارة والرطوبة، ووضع شروط التصميم الداخلية لجميع

كيف الهواء أيضا يقوم المصمم بوضع البدائل المتاحة لنظم ت.المناطق الداخلية تبعا لطبيعة استخدامها

التي يمكن استخدامها في المشروع، ومقارنة هذه البدائل بعضها مع البعض والوصول إلى التوصيات

أيضا، يقوم المصمم بوضع البدائل للمعدات التي سوف تستخدم في . بما سوف يستخدم في المشروع

ويقوم .المشروع مع عرض مميزات وعيوب كل بديل والتوصية بما سوف يستخدم في المشروع

أو إضافة ما يلزم /وتغير و) شركة إدارة المشروع(المصمم بعرض منهج التصميم على ممثل المالك

.في منهج التصميم، ثم اعتماد ذلك

يقوم المصمم بإعداد . بعد اعتماد منهج التصميم، تبدأ الخطوة الثالثة وهي وضع التصميم التفصيلي

وتشمل هذه المرحلة التنسيق مع التصميم المعماري ومع . لذلكالحسابات والرسومات الهندسية الالزمة

لضمان توافق هذه األنشطة الهندسية األخرى مثل التصميمات اإلنشائية وباقي النظم الكهروميكانيكية

125

على ممثل المالك العتماده أو إجراء التصميم التفصيلي عرض يتم و.التصميمات مع بعضها البعض

. مستو مرضي إلىالمالك للوصول بالتصميم التعديالت التي يراها ممثل

بعد اعتماد التصميم التفصيلي يقوم المصمم بوضع مستندات طرح المشروع على المقاولين لتنفيذه،

: ويشمل ذلك اآلتي

اللوحات الهندسية •

ومواصفات البناء واالختبار مواصفات المعدات والخامات التي سوف تستخدم بالمشروع •

والتسليم للمالك

.ائمة الحصر لتسعير لجميع مكونات المشروع والمهام المطلوب القيام بها من قبل المقاولق •

.وبانتهاء هذه المرحلة تنتهي مرحلة التصميم

مرحلة التعاقد لتنفيذ لبناء المشروع

بدعوة المقاولين ذوي الخبرة في ) أو شركة إدارة المشروع(في هذه المرحلة يقوم ممثل المالك

اثلة بالتقدم بعروضهم لتنفيذ المشروع بالشروط والمواصفات الفنية الموضحة في مشروعات مم

تلبية هذه العروض لالشتراطات ويقوم ممثل المالك بتحليل العروض والتأكد من . مستندات الطرح

ويرجع ممثل المالك إلى المصمم عند الضرورة . والمواصفات الفنية الموجودة بمستندات الطرح

لك، ثم يتم التعاقد مع أفضل العروض المالية التي تحقق االشتراطات والمواصفات الفنية للمساعدة في ذ

واحدة للمشروع بالكامل أو التعاقد مع أكثر من شركة يكون هذا التعاقد مع شركةو .بمستندات الطرح

. بالتنفيذ تبعا لألعمال التي يتم التعاقد عليها معهالقيامل

على باإلشرافثل المالك بالتعاقد مع فريق المهندسين الذي سوف يقوم وخالل هذه المرحلة يقوم مم

وفي أحوال كثيرة يقوم فريق من مهندسي . المقاول أو المقاولين الذين تم التعاقد معهم لتنفيذ المشروع

.الشركات المصممة للمشروع بالتعاقد على اإلشراف على بناء المشروع

مرحلة بناء المشروع

ويقوم المقاول أو المقاولين بالبناء تحت إشراف . اول التنفيذ تبدأ مرحلة بناء المشروعمقبالتعاقد مع

نامج بناء المشروع والمعد من قبل ممثل المالك روتتم مرحلة البناء وفقا لب. مهندسين من ذوي الخبرة

126

ل المهام جدوويشمل البرنامج الزمني . إلدارة المشروع بعد التنسيق مع فريق اإلشراف على التنفيذ

ويقوم المقاولين . ذه المهامه كل مهمة من الخاصة بكل نشاط والموعد المطلوب االنتهاء من تنفيذ

، وفريق اإلشراف على التنفيذ بإعداد تقارير يومية وأسبوعية وشهرية تعكس تقدم العمل بالمشروع

تماد فريق اإلشراف لما واعتماد فريق اإلشراف للمعدات والخامات الموردة بالمقاولين للمشروع، واع

ومدى مطابقة ميزانية المشروع واعتماد الدفعات المالية المناظر لهذه األعمالتم من أعمال البناء

. التي طرأت على المشروع وأسبابها وتكلفتهاللتكليف الفعلية، والتغيرات

مرحلة الضبط واختبار األداء

. جاح المشروع من حيث اإلدارة والتصميم والبناءنمدى مرحلة الضبط واختبار األداء مقياسا لطي تع

يقوم فريق المهندسين والفنيين و. يقوم بهذه المرحلة شركة مستقلة تعيين من قبل المالك أو من يمثله

بقياس أداء المعدات الخاصة بنظام تكييف الهواء مثل المبردات والمضخات ووحدات مناولة الهواء

. الخ ومجاري الهواء ومخارج ومداخل الهواءبس وخانقات الهواءوالمراوح وأبراج التبريد والمحا

وكذلك قياس درجات ات قياس معدالت سريان الهواء والماء في األماكن المختلفةختباراالشمل تو

. حرارة الهواء والماء في األماكن المختلفة من نظام تكييف الهواء

ويقوم كذلك بلفت االنتباه إلى أي قصور في مختلفة بالنظام، يقوم الفريق أيضا بضبط المكونات ال

التركيبات ومطالبة المقاول وفريق اإلشراف بإجراء التصحيحات الالزمة لضمان أن يكون األداء

. ويقوم الفريق بتسليم تقارير االختبار النهائي إلى المالك أو من يمثل. مماثال للمتوقع من التصميم

مرحلة التسليم للمالك

هي المرحلة النهائية للبناء وفي هذه المرحلة تنقل مسئولية تشغيل النظم المختلفة من مرحلة التسليم

ويقوم المقاول بترتيب من فريق . التشغيل الذي يتم تعيينه من قبل المالك أو من يمثله فريق إلىالمقاول

و من يمثله كما يقوم المقاول عن طريق المالك أ.اإلشراف بإجراء التدريب الالزم لفريق التشغيل

مستندات التصميم من حيث اللوحات الهندسي : بتسليم نسخة من المستندات اآلتية إلى فريق التشغيل

اللوحات الهندسية للبناء شاملة ما تم من تعديالت أثناء البناء، ووالمواصفات وقائمة الحصر،

م تكييف الهواء ومكوناته وتقارير اختبارات األداء لنظالوجات التشغيل والصيانة لجميع المعداتاكتو

. المختلفة

127

مرحلة التشغيل والصيانة

تبدأ مرحلة التشغيل والصيانة أثناء مرحلة التسليم النهائي وأن في بعض المشاريع يتم تعيين المسئولين

عن التشغيل والصيانة في بداية مرحلة التنفيذ للمشروع ليكون هؤالء المسئولين على دراية بجميع

فريق التشغيل والصيانة متابعة تشغيل المعدات والمكونات ات مسئولي منكوني .وعتطورات المشر

األداءإجراء الصيانة الدورية والفجائية لها، ويكون من ضمن هذه المسئوليات مراقبة متغيرات و

من تغير نتيجة ظهور بعض المشاكل، عمل الالزم لتحسين األداءوتحليلها لمعرفة ما قد يطرأ على

حفظ مخزون من قطع اقتراح استبدال بعض المكونات عند الضرورة، وخفض تكلفة التشغيل، األداء

بالمبنى وتجنب ظهور وباء الداخليالغيار والمواد االستهالكية الالزمة للتشغيل، مراقبة نوعية الهواء

. للمحافظة على صحة الشاغلين للمبنى أو المنشأةالمبنى المريض به

واألكوادالمواصفات

المواصفات واألكواد هي مجموعة من القواعد المنظمة لتصميم وتصنيع وبناء وتشغيل وصيانة

لضمان جودة األداء كواد ويوصي دائم باستخدام هذه المواصفات واأل. مكونات ونظم تكييف الهواء

ية وتقوم هيئات متخصصة محلية ودول . في بناء هذه النظمورفع العائد على ما يتم إنفاقه من مال

من ذوي االهتمام باالستعانة بالخبراء والمهنيينبإعداد هذه المواصفات واألكواد وتحديثها بصفة دورية

المواصفات واألكواد الدولية الدولية التي تساهم في إصدار وتحديث جهاتالوأهم . بهذا الموضوع

:الخاصة بنظم تكييف الهواء اآلتي

(ASHRAE)مريكيين جمعية مهندسي التبريد وتكييف الهواء األ •

(NFPA)الوكالة الوطنية للحماية من الحريق •

(SMACNA)االتحاد الوطني لمقاولي الصاج وتكييف الهواء •

(ASME)الجمعية األمريكية للمهندسين األمريكيين •

(ANSI)المعهد األمريكي الوطني للمواصفات •

فمثال يوجد. لى المواصفات الدوليةويوجد في معظم الدول مواصفات محلية تستخدم باإلضافة ع

واصفات البريطانية التي تهتم بالمكونات والنظم المختلفة لتكييف الهواء وان كانت بعض مببريطانيا ال

128

بالسعودية المواصفات الدول تشير إلى المواصفات البريطانية أنها أيضا مواصفات دولية، كما يوجد

. ود المصري لتكييف الهواء الكرالسعودية لتكييف الهواء ويوجد في مص

العالقة مع التصميم المعماري والمدني

هذه التنسيق م خالل ويت. ال يمكن تصميم وتنفيذ نظم تكييف الهواء دون التنسيق مع التصميم المعماري

فمثال يقوم . تبادل الخبرات والمعلومات واالحتياجات بين مصمم نظم التكييف والمصمم المعماري

هواء بدراسة تأثير مساحات أي وجهات زجاجية ونوع الزجاج المستخدم، وكذلك مصمم تكييف ال

ليف تشغيل نظام تكييف ا على الحمل الحراري للمبنى وتكمواصفات مواد البناء في الحوائط واألسقف

أيضا يقوم مصمم نظم تكييف الهواء بالتعاون مع المعماري بدراسة تأثير البدائل الممكنة لتكيف . الهواء

. لهواء على أجمالي تكلفة بناء المشروعا

توفير المساحات الالزمة بالمبنى لمكونات ل التنسيق مع المعماريبيقوم مصمم نظم تكييف الهواء

ن على االستخدام األمثل لهذه المساحات دون إفراط لخفض اويعمل الطرف. ومعدات نظم تكييف الهواء

يعمل ،فمثال. اات بسهولة ودون اإلخالل باألداء المطلوب لهليف البناء مع السماح بصيانة هذه المعداتك

كما يتم التنسيق. أماكن ومساحة مداخل ومخارج الهواء من المبنى اختيار فيالطرفان على التنسيق

أيضا بخصوص أماكن ومساحات غرف المعدات، وأماكن مسار مجارى الهواء ومواسير المياه بينهما

ومن المهم أيضا أن يقوم مصمم .دوار المختلفة بالمبنى وبين دور وأخر الخ في األالمثلجة والساخنة

خذ في االعتبار وزن المعدات أنظم تكييف الهواء بالتنسيق مع المهندس اإلنشائي للمشروع لي

واالهتزازات الصادرة منها عند إعداد التصميم اإلنشائي، وبالطبع ال يمكن إكمال البناء دون التنسيق

مقاول البناء للتنسيق بين المهام المطلوبة لبناء نظم تكييف الهواء س المدني المشرف على مع المهند

.والمهام المدنية، وتوفيق دخول المعدات إلى األماكن المخصصة لها

العالقة بالنظم األخرى

شمل ال يقتصر التنسيق على التنسيق بين مصمم نظم تكييف الهواء والمعماري فقط، وإنما يمتد ذلك لي

الكهرباء إلمداد المبردات والمضخات فمثال يتم التنسيق مع مصمم نظم . التنسيق مع النظم األخرى

وأبراج التكييف ووحدات مناولة الهواء ووحدات الملف المروحية والمراوح ونظم التحكم وغيرها

إلىهواء التي تحتاج أيضا، يتم التنسيق لتحديد معدات تكييف ال. بالقدرة الكهربائية الالزمة للتشغيل

129

كما يتم . للقدرة الكهربائية في حالة انقطاع التيار الكهربائي الرئيس المغذي لهذه الوحداتمصادر

ومصمم الديكور الداخلي في األماكن المختلفة لضمان عدم التنسيق أيضا مع مصمم اإلضاءة الداخلية

.اإلخالل بجودة توزيع الهواء بهذه األماكن

ييف الهواء بالتنسيق أيضا مع مصمم نظم مكافحة الحريق لوضع طريقة التحكم في ويقوم مصمم تك

دات تكييف الهواء في حالة الحريق وأيضا لضمان عدم تعرض مسار هذه النظم مع بعضها تشغيل مع

كما يتم التنسيق بين الطرفين أيضا فيما يخص قيام مصمم تكييف الهواء والتهوية بتصميم . البعض

أو ملحق بنظم تكييف الهواء إلزالة الدخان من أماكن محددة بالمبنى وتأمين مسارات آمنة نظام مستقل

أيضا، يقوم مصمم تكييف الهواء مع مصمم نظم إمداد المياه .خالية من دخان الحريق للهروب

والصرف إلمداد معدات تكييف الهواء بالمياه والصرف حسب الحاجة، كإمداد مثلجات المياه بتعويض

الصرف الالزم لتفريغ هذه الشبكة من المياه عند أعمال ربطها بنظام وفقد من شبكة المياه المثلجة أي

وإمداد وكذلك إمداد شبكة أبراج التبريد بالتعويض الالزم من المياهالصيانة التي تحتاج إلى ذلك،

لتبريد بشبكة ة لتنظيف المعدات وصرف هذه المياه، وربط ملفات االمطلوبغرف المعدات بالمياه

.الصرف لتصريف بخار الماء المكثف في هذه الملفات

130