الباب الحادي عشر- أجهزة تكييف الهواء AIR CONDITIONING EQUIPMENT

الباب الحادي عشر

أجهزة تكييف الهواء

AIR CONDITIONING EQUIPMENT

11-1	مقدمة	(Introduction)
11-2	تصنيف أجهزة تكييف الهواء
	(Classification of air conditioning apparatus)
11-3	المعدات المتكاملة	(Unitary equipment)
11-4	وحدات شباك	(Window units)
11-5	المضخات الحرارية	(Heat Pumps)
11-6	المبرد الادياباتي	(Adiabatic cooler)
11-7	جهاز التكييف المجزأ	(Split unit)
11-8	تصنيف أنظمة التكييف المركزية
	(Classification of central air conditioning systems)
11-9	نظام التمدد المباشر	(Direct expansions system)
11-10	النظام الهوائي الكلي	(All air system)
11-11	نظام الحث الهوائي الكلي ذو الحجم الثابت
		(All air constant volume induction system)
11-12	نظام حجم الهواء المتغير وثبات درجة الحرارة
	(All air variable volume and constant temperature system)
11-13	نظام المسالك الثنائية	(Dual duct system)
11-14	نظام إعادة التسخين	(Reheat system)
11-15	نظام تعدد المناطق	(Multi  zone system)
11-16	نظام الماء الكلي	(All water system)
11-17	نظام ماء / هواء	(Air / water system)
11-18	وحدة الحث	(Induction unit)
11-19	وحدة ملف / مروحة	(Coil /fan unit)
11-20	أنظمة الاسترجاع الحراري	(Heat recovery systems)
11-21	مسائل	(Problems)

الباب الحادي عشر

أجهزة تكييف الهواء

AIR CONDITIONING EQUIPMENT

11-1 مقدمة (Introduction)

بعد تحديد إحمال التبريد والتسخين ومعدلات التهوية للأماكن المراد تكييفها. يجب اختيار معدات نظام التسخين والتهوية والتكييف والذي يرمز له بالرمز (H V A C). يتوقف اختيار المعدات المختلفة على عوامل اقتصادية يحددها كل من:

أ ـ السعة المطلوبة وطبيعة الاستخدام.

ب ـ نوعية وتكلفة الطاقة المتاحة للإدارة.

ج ـ مكان غرفة المعدات.

د ـ نوعية نظام توزيع الهواء.

هـ ـ تكلفة تشغيل المعدات.

أهم معدات أجهزة تكييف الهواء هي:

أ ـ معدات التسخين (Heating equipment)

الطرق المستخدمة لتسخين الهواء هي:

1ـ سخانات كهربائية من النيكل كروم.

2ـ أفران (Furnaces)

3ـ غلايات بخارية (Steam boilers) توفر بخار عند ضغط (103 k pa).

شكل (11-1) دورة تسخين بالبخار

يوضح شكل (11-1) دورة تسخين هواء. يشتمل نظام التسخين على ملفات تسخين يسري خلالها البخار، مصفاة (Strainer)، مصيدة بخار (Steam trap)، خزان (Tank)، مضخة سريان وغلاية.

    4ـ غلايات مياه ساخنة توفر مياه ساخنة عند درجة حرارة (120 °C) وضغــــط (1.1 Mpa).

شكل (11-2) دورة تسخين بالمياه

يوضح شكل (11-2) مكونات دورة تسخين هواء باستخدام غلايات مياه ساخنة. يشتمل نظام التسخين على ملفات يسري خلالها الماء الساخن. مضخة السريان، غلاية وخزان تمدد (Expansion tank).

ب ـ معدات التبريد (Refrigeration equipment)

تعرف معدات التبريد بوحدات التكثيف (Condensing units) تشتمل الوحدة على الضاغط، المبرد الوسيط (Intercooler)، المكثف ، وسيلة الإدارة ومجموعة التحكم والأمان, تستخدم الضواغط الترددية لسعات تبريدية تتراوح بين 50 وات و 112 كيلو وات، تستخدم الضواغط الحلزونية لسعات تتراوح بين 350 و 3500 كيلو وات بينما تستخدم ضواغط الطرد المركزي لسعات تبريدية أكبر من 350 كيلو وات.

ج ـ مبردات المياه الامتصاصية (Absorption water chillers)

تستخدم مبردات المياه الامتصاصية والتي تعمل على نظام الليثيوم بروميد ـ ماء (Li.Br-H₂O) لسعات تبريد تتراوح بين 50 و 1500 طن تبريد للحصول على ماء مبرد (Chilled water).

د ـ أبراج التبريد (Cooling towers)

تستخدم أبراج التبريد مع المكثفات ذات التبريد المائي. تتراوح سعات أبراج التبريد بين 5 و 500 طن تبريد للوحدات الصغيرة وبين 200 و 4000 طن تبريد للوحدات الكبيرة.

هـ ـ المضخات (Pumps)

تستخدم مضخات الطرد المركزي لسريان كل من: الماء المبرد، الماء الساخن، نتاج تكثيف البخار (Condensate) وتغذية الثلاجة والغلاية بالمياه والوقود.

و ـ المواسير (Piping)

تستخدم معدات التكييف المركزية نظامين من المواسير: النظام الأول في غرفة المعدات والنظام الثاني لربط المعدات بالملفات في الغرف المراد تكييفها.

ع ـ أجهزة القياس (Instrumentation)

تجهز معدات التكييف عادة بمبينات الضغط (Pressure gauges)، الترمومترات (Thermometers)، مقاييس التدفق (Flow meters)، معدات التعادل (Balancing devices) وخوانق الهواء (Air dampers).

11-2 تصنيف أجهزة تكييف الهواء:

                                (Classification of air conditioning apparatus)

يمكن تصنيف أجهزة تكييف الهواء إلى:

أ ـ معدات مركزية (Central equipment)

ب ـ معدات متكاملة (Unitary equipment)

تصنيف المعدات المركزية إلى:

أ ـ معدات ذات ملف (Coil equipment)

ب ـ معدات غسيل (Washer equipment)

تتكون المعدات ذات الملف من ملف تبريد وإزالة رطوبة، فلتر ومروحة تعمل على سريان الهواء خلال الملف وقد تشتمل على ملف تسخين ووحدة ترطيب. تستخدم المعدات ذات الملف لخدمة منطقة واحدة (Single zone) مثل مطعم أو لعدة مناطق (Multi – zones) مثل فندق متعدد الطوابق. تركب المروحة بعد الملف لخدمة منطقة واحدة وقبل الملف لخدمة عدة مناطق.

تتكون معدات الغسيل من غرفة مجهزة برشاشات مياه (Water sprayers)، موجهات (Baffles)، مزيلات مياه (Water eliminators) ومروحة تعمل على سريان الهواء خلال المياه المرشوشة.

تستخدم معدات الغسيل أساساً في الصناعة للتبريد التبخيري او لترطيب الهواء أو لإزالة الرطوبة.

11-3ـ المعدات المتكاملة (Unitary equipment)

المعدات المتكاملة عبارة عن دولاب يشتمل على تجميع (Assembly) يعمل على حركة الهواء، تنقيته، تبريده وإزالة رطوبته وربما يشتمل على ملف تسخين ووسيلة ترطيب.

يمكن تصنيف المعدات المتكاملة إلى:

أ ـ وحدات قائمة بذاتها (Self – contained) أو وحدات مجزأة (Split) متكونة من وحدة تبريد (Cooling unit) ووحدة تكثيف (Condensing unit).

ب ـ وحدات ذات تبريد مائي أو هوائي.

ج ـ وحدات مركبة داخل الأماكن المكيفة أو خارجها.

هـ ـ وحدات تستخدم فرن، سخان كهربائي أو غلاية لتسخين الهواء.

تستخدم الوحدات المتكاملة لتكييف حيز معين في الفنادق، الموتلات، السوبر ماركت، المحلات العامة وذلك لسعات تبريد تتراوح بين 5 و 25 طن تبريد.

11-4 وحدات شباك (Window units)

وحدا شباك عبارة عن وحدات مصممة للتركيب في الشباك أو الحائط، كما هو موضح في شكل (11-3)، لتوفير ظروف الراحة داخل المكان المراد تكييفه بدون استخدام مسالك هوائية.

تشتمل وحدة شباك على ملف تبريد وإزالة رطوبة، فلتر، مروحة سريان وقد تشتمل على سخان كهربائي ووسيلة تهوية. تتراوح السعة التبريدية لوحدات الشباك بين 1 طن و4 طن تبريد. يمكن استخدام وحدات الشباك بحد أقصى ثلاثة وحدات للحيز الواحد. من عيوب وحدات الشباك ارتفاع مستوى الضوضاء وصغر مدى دفع الهواء (Air throw) خلال الغرفة.

شكل (11-3) وحدة شباك

11-5 المضخات الحرارية (Heat pumps)

المضخات الحرارية عبارة عن وحدات تبريد تستخدم لنقل الحرارة من مكان إلى مكان آخر بهدف تدفأته شتاءاً. يمكن استخدام المضخة الحرارية لتبريد المبنى صيفاً عند إضافة ملف عكسي (Reversing valve).

يوضح شكل (11-4) دورتي التبريد والتسخين للمضخة الحرارية. يعمل الملف الداخلي (Indoor coil) كملف تبريد صيفاً ومكثف شتاءاً. تستخدم المضخة الحرارية كجهاز تكييف على مدار العام للمساكن، المحلات التجارية والمنشآت الصناعية. يمكن أن تكون المضخات الحرارية قائمة بذاتها أو مجزأة. تتراوح السعة التبريدية للمضخات الحرارية بين  طن تبريد و 25 طن تبريد.

يعطي جدول (11-1) الأنواع المختلفة للمضخات الحرارية.

شكل (11-4) دورة المضخة الحرارية

جدول (11-1)

مسلسل	المائع	المصدر أو المصب الحراري
1 2 3 4 5	هواء	هواء ماء أرض طاقة شمسية حرارة عادم

يعتبر نظام المضخة الحرارية (هواء ـ هواء) هو النظام الأرخص والأكفأ.

استخدام المجمعات الشمسية (Solar collectors) لامتصاص الحرارة أو طردها لازال تحت الدراسة.

يمكن تصنيف المضخات الحرارية إلى:

أ ـ أنظمة مجزأة (Divided)

في هذه الحالة المضخة الحرارية تتكون من وحدتين منفصلتين: وحدة داخلية وأخرى خارجية.

ب ـ أنظمة مجمعة (Packaged)

في هذه الحالة المضخة الحرارية عبارة عن جهاز تكييف قائم بذاته.

11-6 المبرد الادياباتي (Adiabatic cooler)

يتكون المبرد الادياباتي الموضح بشكل (3-6) من غرفة مجهزة بشراعات جانبية، مركب عليها مخدات من نشارة خشب الأسبن (Aspin wood) تحتوي على مروحة طرد مركزي ومضخة مياه. تعمل المضخة على بلل المخدات الثلاث الجانبية بالمياه بينما تعمل المروحة على سحب الهواء خلال المخدات ودفعه للأماكن المراد تكييفها.

المبرد الادياباتي مناسب للمناطق الحارة والجافة لأنه يعمل على تبريد الهواء وزيادة ورطوبته في نفس الوقت.

11-7 جهاز التكييف المجزأ (Split unit)

يتكون جهاز التكييف المجزأ من وحدتين: وحدة تبريد (Cooling unit)، مشتملة على ملف تبريد ومروحة وقد تشتمل على سخان كهربائي، ووحدة تكثيف (Condensing unit) مشتملة على مكثف هوائي، ضاغط ومروحة رفاصية.

يوضح شكل (11-5) طريقة تركيب الوحدة المجزأة. تركب الوحدة الداخلية على الأرض الحائط أو السقف بينما تركب الوحدة الخارجية على السطح، الحائط الخارجي أو أرضية الشارع. تتراوح سعات الوحدات المجزأة بين 1طن تبريد و 4 طن تبريد.

شكل (11-5) وحدة مجزأة

11-8 تصنيف أنظمة التكيف المركزية

                         (Classification of central air conditioning systems)

يرمز جهاز التكييف المركزي إلى وحدة تكييف هواء متواجدة في مكان مركزي بالنسبة للمبنى بهدف خدمة عدد من الأماكن، الطوابق والغرف المنفصلة.

تصنف أجهزة التكييف المركزية إلى ثلاثة أنواع:

أ ـ نظام هوائي كلي (All air system)

ب ـ نظام مائي كلي (All water system)

ج ـ نظام هوائي ـ مائي (Air – water system)

شكل (11-6) أنظمة التكييف المركزية

يوضح شكل (11-6) الفروق الأساسية وسريان الموائع لأنظمة التكييف المركزية: (أ) هوائي كلي ، (ب) مائي كلي ، (جـ) هوائي ـ مائي.

11-9 نظام التمدد المباشر (Direct expansion system)

نظام التمدد المباشر عبارة عن وحدة تبريد متكاملة تعرف بالرمز (DX) أي التمدد المباشر. تتواجد الوحدة داخل المكان المراد تكييفه أو بالقرب منه كما هو موضح في شكل (11-7).

يعتبر النظام (DX) أبسط جهاز تكييف صيفي. يمكن تجهيز الوحدة المتكاملة بملف تسخين ومسلك هوائي لخدمة حيز كبير على مدار العام. يعمل نظام (DX) عادة بالفريون. مستخدماً الإيقاف والتشغيل للوحدة كوسيلة تحكم. يستخدم نظام التمدد المباشر لغرفة منفصلة وذلك لخدمة شخص واحد أو مجموعة من الأشخاص مثل مكتب خصوصي، مسكن، منشأة تجارية أو مجموعة مكاتب في منطقة واحدة.

شكل (11-7) وحدات التمدد المباشر

11-10 النظام الهوائي الكلي (All air system)

شكل (11-8) نظام هوائي كلي

في هذا النظام تتم معالجة الهواء في محطة مركزية بعيدة عن الأماكن المراد تكييفها. تشتمل الوحدة على ملف تبريد وإزالة رطوبة، ملف تسخين وفلتر وقد تشتمل على وحدة ترطيب كما هو موضح في شكل (11-8).

يسري الهواء البارد أو الساخن خلال مسالك هوائية تنتهي بمخارج لتوزيع الهواء في الأماكن المراد تكييفها. يمكن استخدام نظام الهواء الكلي لخدمة مساحات محددة ذات معدلات إشغال ثابتة مثل المخازن، المكاتب الداخلية والمصانع حيث لا يتطلب تحكم دقيق لدرجة حرارة الهواء ورطوبته. يمكن استخدام هذا النظام لخدمة أماكن تحتاج إلى تحكم منفصل لمناطق متعددة مثل مباني مكتبية، مدارس، جامعات، معامل، مستشفيات، مخازن وفنادق.  كما يمكن استخدامه لأغراض خاصة تحتاج إلى تحكم دقيق لدرجات الحرارة والرطوبة مثل الغرف النظيفة (Clean rooms)، غرف الكمبيوتر، غرف العمليات، مصانع الدخان ومصانع الغزل والنسيج.

تصنف أنظمة الهواء الكلي إلى:

أ ـ أنظمة حجم الهواء الثابت ودرجات الحرارة المتغيرة:

                                   (Constant air volume & variable temperature)

وفيها يتم التحكم بواسطة الإيقاف والتشغيل أو بتغيير السعة التبريدية أو بإعادة تسخين الهواء.

ب ـ أنظمة حجم الهواء المتغير ودرجة الحرارة الثابتة:

                                  (Variable air volume & constant temperature)

وفيها يتم التحكم عن طريق تغيير معدلات سريان الهواء فقط.

مزايا أنظمة الهواء الكلي هي:

أ ـ بساطة التصميم والتشغيل.

ب ـ انخفاض التكلفة الأولية.

ج ـ هدوء التشغيل ومركزية الصيانة.

11-1 نظام الحث الهوائي الكلي ذو الحجم الثابت:

                                    (All air constant volume induction system)

 

شكل (11-9) نظام حث ذو حجم ثابت

يشتمل نظام الحث الهوائي الكلي، كما هو موضح في شكل (11-9) على ملف تسخين أولي، وحدة تبريد وإزالة رطوبة، فلتر ومصاص للصوت Sound absorper بعد المروحة.

في نظام الحث هواء نقي 100% يتمدد بمعدل ثابت خلال البوق (Nozzle) في وحدة الحث (Induction unit) المتواجدة داخل الغرف المراد تكييفها. يعمل الهواء المتمدد على سحب الهواء من الغرفة وإعادة سريانه. يتم التحكم في درجة حرارة الهواء عن طريق تغيير معدل سريان الماء خلال ملف وحدة الحث.

يستخدم نظام الحث كنظام تكييف هواء محيطي (Perimeter system) للمباني التي لها نسبة مساحة الأرضية إلى ارتفاع الغرف كبيرة والتي لها معدلات الحرارة الكامنة كبيرة مثل المدارس، المعامل، الفنادق والموتلات.

مزايا نظام الحث هو:

أ ـ التحكم المنفصل لدرجة حرارة الهواء في الغرف.

ب ـ مرونة تصميم المسالك الهوائية.

ج ـ التهوية المحكمة عن طريق التغذية المركزية للهواء الأولى (Primary air)

د ـ اقتصادية التشغيل.

11-12 نظام حجم الهواء المتغير وثبات درجة الحرارة:

                  (All air variable volume and constant temperature system)

شكل (11-10) نظام هوائي ذو حجم متغير

يسمح هذا النظام بتغيير الأحمال الحرارية عن طريق تغيير معدلات الهواء خلال الوحدة الطرفية (Terminal) المتواجدة داخل المكان المكيف. من مزايا نظام الهواء المتغير وثبات درجة الحرارة صغر كل من التكلفة الأولية وتكلفة التشغيل وذلك لأن نظام حجم الهواء المتغير يتطلب تحكم بسيط في حدود 20% لمخارج الهواء.

يستخدم نظام حجم الهواء المتغير مع الأحمال الحرارية الثابتة على مدار العام مثل المخازن التجارية، المباني المكتبية، الفنادق، المستشفيات، المساكن والمدارس.

مزايا نظام حجم الهواء المتغير هي:

أ ـ التحكم المنفصل لدرجة حرارة الهواء في الغرف.

ب ـ التكلفة الأولية الصغيرة.

ج ـ اقتصادية التشغيل.

دـ الصيانة والخدمة المركزية.

هـ ـ بساطة الأداء.

11-13 نظام المسالك الثنائية (Dual duct system)

 

شكل (11-11) نظام ثنائي المسالك

نظام المسالك الثنائية عبارة عن نظام مركزي يستخدم المباني متعددة الطوابق مثل المدارس، المكاتب، المساكن، المستشفيات والمعامل الكبيرة. يستخدم هذا النظام تيارين من الهواء: تيار أولي ذو حجم ثابت ودرجة حرارة متغيرة على مدار العام وتيار ثانوي ذو درجة حرارة ثابتة وحجم هواء متغير. يتم تغذية الهواء البارد والهواء الساخن خلال مسالك هوائية منفصلة. يعمل الثرموستات على خلط الهواء في صندوق الخلط (Mixing box) وبالتالي التحكم في درجة حرارة الهواء.

مزايا نظام المسالك الثنائية هي:

أ ـ التحم المنفصل لدرجة حرارة الهواء في الغرف.

ب ـ مركزية الخدمة والصيانة.

ج ـ سهولة الأداء.

د ـ مرونة توزيع الهواء.

هـ ـ صغر أبعاد المسالك الهوائية.

يفضل استخدام نظام المسالك الثنائية في الحالات التالية:

أ ـ بمنى متكون من أماكن محتاجة إلى تحكم منفصل لدرجات الحرارة مثل المدارس والمكاتب.

ب ـ مبنى متكون من أماكن أحمالها الحرارية مختلفة مثل البنوك.

ج ـ مبنى متكون من حيز كبير متصل بغرف على واجهة المبنى.

د ـ مباني ذات أحمال حرارية محددة مثل استوديهات الراديو والتلفزيون.

هـ ـ مبنى متكون من أماكن لها الحمل الحراري المحسوس كبير ويتطلب معدلات تهوية محددة.

استخدام المسالك الهوائية المنفصلة يعمل على زيادة التكلفة الأولية بالمقارنة بأنظمة تكييف الهواء الأخرى علاوة على أن دقة التحم تحتاج إلى وحدة مناولة كبيرة وهذا بدوره يؤثر على التكلفة الكلية لنظام التكييف.

في الوقت الحالي لا يوصى باستخدام نظام المسالك الثنائية تمشياً مع مبادئ ترشيد الطاقة.

11-14 نظام إعادة التسخين (Reheat system)

نظام إعادة التسخين عبارة عن نظام منطقة متطور يهدف ‘إلى التحكم في درجة حرارة الهواء لأماكن مختلفة أحمالها غير متساوية. يتم إعادة تسخين الهواء بواسطة البخار، الكهرباء أو الماء الساخن خلال الوحدات الطرفية (Terminal units) المتواجدة في الأماكن المراد تكييفها كما هو موضح في شكل (11-12).

شكل (11-12) نظام إعادة التسخين

عادة تثبت الوحدات الطرفية في المسالك الهوائية الفوقية أو أسفل الشبابيك وتتم التغذية الاولية للهواء عن طريق وحدة مركزية تسمح بأكبر حمل تبريدي.

يعمل ثرموستات الوحدة الطرفية على تشغيل أنظمة إعادة التسخين إذا قلت درجة حرارة الهواء عن درجة الحرارة المفروضة.

أوصت الجمعية الأمريكية للتبريد والتكييف ASHARE بعدم استخدام أنظمة إعادة التسخين إلا عند الضرورة القصوى وذلك تمشياً مع مبادئ ترشيد الطاقة.

11-15 نظام تعدد المناطق (Multi – zone system)

يحتاج نظام تعدد المناطق إلى مسالك تغذية منفصلة لكل منطقة.

شكل (11-13) نظام تعدد المناطق

في نظام تعدد المناطق يتم التحكم في درجة حرارة الهواء عن طريق خلط الهواء البارد بالهواء الساخن كما هو موضح في شكل (11-13). يشتمل هذا النظام على خوانق (Dampers) تعمل على خلط الهواء والتحكم في كمياته وذلك عن طريق ثرموستات الغرفة أو المنطقة المراد تكييفها.

11-16 نظام الماء الكلي (All water system)

يستخدم نظام ماء كلي (All water)، الموضح في شكل (11-14)، وحدات طرفية (Terminal units) تعرف بملف ـ مروحة (Fan – coil). يسري خلال الملف ماء بارد أو ساخن سبق تجهيزه في الغرفة المركزية. الملفات المستخدمة ذات ماسورتين، ثلاثة أو أربعة. يفضل النظام ذو الثلاثة أو الأربع مواسير للتحكم الدقيق في درجة الحرارة في الغرف المختلفة ذات الاحمال المختلفة.

شكل (11-14) نظام مائي كلي

تعمل المروحة في الوحدة الطرفية على تقليب هواء الغرفة وسريانه خلال الملف. يتم تجديد الهواء عن طريق فتحة في الحائط، كما هو موضح في شكل (11-14)، للوحدات المركبة أسفل الشباك. يمكن تجديد الهواء عن طريق أجهزة تهوية غير مكيفة خلال المرات.

يتم التحكم في درجة حرارة الهواء بواسطة التحكم في معدل سريان الماء خلال الملف.

يعتبر نظام ملف ـ مروحة، نظام التكييف الأرخص والأوسع انتشاراً في الوقت الحاضر للفنادق، المباني المكتبية والمراكز الطبية وذلك لأنه لا يحتاج إلى مسالك هوائية ويتطلب حيز بسيط علاوة على سهولة تركيبه.

يلاحظ أن نظام ملف ـ مروحة لا يحقق تعريف تكييف الهواء لأنه لا يمكنه التحكم في رطوبة الهواء إلا إذا أضيف مرطب لكل غرفة.

من عيوب نظام الماء الكلي إجراء الصيانة داخل الأماكن المكيفة، تكون البكتيريا في مواسير المياه وتأثير تهوية الغرف بسرعة الرياح، الأمطار وتسرب الحشرات خلال الفتحات الحائطية.

11-17 نظام ماء ـ هواء (Air – water system)

يعمل نظام ماء ـ هواء على تبريد الهواء أو تسخينه داخل المكان المراد تكييفه. تجري المعالجة الأولية للهواء في مكان مركزي بعدي عن الأماكن المكيفة. يلاحظ أن الجزء الأكبر من حمل الغرفة يأخذه ملف الوحدة المتواجدة داخل الغرفة المراد تكييفها كما هو مبين في شكل (11-15).

شكل (11-15) نظام ماء / هواء مع وحدة حث

يوضح شكل (11-15) نظام ماء ـ هواء يستخدم وحدات حث (Induction units) تركب أسفل الشبابيك في نظام محيطي. تعمل وحدة الحث على سحب الهواء من الغرفة وإعادة سريانه. يشكل الهواء الأول (Primary air) حوالي 20 إلى 25% من هواء التغذية. يتم التحكم في درجة حرارة الهواء عن طريق التحكم في درجة حرارة الماء خلال الملف. يستخدم نظام الحث ماء ـ هواء للأماكن المحيطية، الشاهقة والمتعددة الطوابق مثل المباني المكتبية، المستشفيات، الفنادق، المدارس، معامل الأبحاث وغرف المساكن الفاخرة.

شكل (11-16) نظام ماء / هواء مع وحدة ملف / مروحة

يوضح شكل (11-16) نظام ماء ـ هواء يستخدم وحدات ملف ـ مروحة مركبة في السقف. تتم معالجة الهواء الأولى مركزياً قبل دفعه للوحدة السقفية.

يوضح شكل (11-17) نظام ماء ـ هواء فيه تتم معالجة هواء التغذية كله مركزياً وتتم تغذيته خلال مخارج سقفية (Ceiling diffusers).

يوضح شكل (11-18) نظام ماء ـ هواء يخدم مناطق متعددة (Multi – zones) تتم معالجة الهواء مركزياً وخلال وحدات مناطق (Zone units) يتم التحكم الدقيق لدرجات حرارة الهواء.

شكل (11-17) نظام ماء/ هواء مع مخارج سقفية

شكل (11-18) نظام ماء / هواء متعدد الطوابق

في نظام الماء ـ هواء يشتمل جانب الهواء عادة على وحدة مركزية، مسالك هوائية ومخارج سقفية أو وحدات حث أو وحدات ملف ـ مروحة. يتكون جانب الماء من مضخة سريان، أنابيب توصيل الماء الساخن أو البارد إلى الملفات داخل الأماكن المكيفة.

تتواجد الملفات أسفل الشبابيك داخل وحدات الحث، داخل وحدات ملف ـ مروحة أو مع الوحدات الطرفية. يتم تسخين الماء باستخدام غلاية او سخان كهربائي بينما يتم تبريد الماء باستخدام مبرد مائي (Water chiller).

مزايا نظام ماء ـ هواء هي:

أ ـ التحكم المنفصل لدرجة حرارة الهواء.

ب ـ إزالة الرطوبة أو الترطيب المركزي.

ج ـ الحاجة إلى حيز صغير للمعدات والمسالك الهوائية.

من عيوب نظام ماء ـ هواء ارتفاع مستوى الضوضاء عند استخدام وحدات الحث.

يعطي جدول (11-2) مقارنة بين نظام ماء ـ هواء ونظام الهواء الكلي.

جدول (11-2)

عنصر المقارنة	نظام هواء كلي	نظام ماء ـ هواء
المائع الحرارة النوعية الكثافة معدلات الهواء أبعاد المسالك الحيز اللازم سرعة الهواء هواء التغذية الطاقة اللازمة تكلفة التشغيل	هواء صغيرة صغيرة كبيرة كبيرة كبير صغيرة خارجي + راجع كبيرة كبيرة	هواء ـ ماء كبيرة كبيرة صغيرة صغيرة صغير كبيرة خارجي صغيرة صغيرة

يلاحظ أنه لنظام ماء ـ هواء تحدد سعة ملفات التبريد والتسخين عن طريق حمل التبريد الكلي وحمل التسخين الكلي للغرف المراد تكييفها.

يحتاج نظام ماء ـ هواء إلى:

أ ـ مبردات مياه (Water chillers).

ب ـ مضخات مياه (Water pumps) ساخنة وباردة.

ج ـ مسخنات مياه (Water heaters).

د ـ صمامات خدمة وتحكم.

هـ ـ أنابيب مياه ساخنة وباردة وأنابيب مياه متكثفة.

و ـ أبراج تبريد (Cooling towers)

11-18 وحدة الحث (Induction unit)

شكل (11-19)

يوضح شكل (11-19) مكونات وحدة الحث. هواء أولي مكيف عند ضغط عالي يسري خلال البوق (Nozzle). الهواء الخارج من البوق يعمل على سحب الهواء من الغرفة ودفعه خلال الملف وتغذيته للغرفة بعد الخلط. يعمل الملف على تبريد أو تسخين الهواء. توضع وحدات الحث عادة أسفل الشبابيك في نظام محيطي.

في الشتاء يمكن إيقاف تغذية الهواء الأولي واستخدام ملفات وحدات الحث كملفات إشعاع حراري.

11-19 وحدة ملف ـ مروحة (Fan – coil unit)

 

شكل (11-20) وحدة ملف ـ مروحة

يوضح شكل (11-20) مكونات وحدة ملف ـ مروحة. تعمل المروحة على سحب الهواء من الغرفة، دفعه خلال الملف وإعادته للغرفة. تتم تغذية الملف بالماء البارد أو الساخن. تركب وحدات ملف ـ مروحة أسفل الشبابيك في نظام محيطي أو عند السقف بالقرب من الممرات. يتم التحكم في درجة حرارة الهواء بالتحكم في معدل سريان الماء خلال الملف وسرعة المروحة.

مزايا وحدة ملف ـ مروحة هي:

أ ـ تحكم منفصل لدرجات حرارة الهواء.

ب ـ سريان مؤكد للهواء خلال الغرف.

ج ـ اقتصادية الأداء.

د ـ صغر أبعاد المسالك الهوائية.

11-20 أنظمة الاسترجاع الحراري (Heat recovery systems)

في استخدامات تكيف الهواء الكبيرة، تطرد كميات كبيرة من الهواء محملة بطاقة حرارية هائلة. يمكن اقتصاد الطاقة اللازمة لأجهزة تكييف الهواء باسترجاع هذه الطاقة باستخدام مضخة حرارية أو مبادلات حرارية.

 

شكل (11-21)

 

يوضح شكل (11-21) بعض الأنظمة المستخدمة لاسترجاع الحرارة. في شكل (أ) تعمل العجلة الدوارة على نقل الحرارة من الهواء الراجع إلى الهواء النقي قبل دخوله في وحدة التكييف. في شكل (ب)  تنتقل الحرارة بواسطة مضخة سريان والمبادلات الحرارية المتواجدة في المسالك الهوائية. المبادل الحراري في شكل (جـ) يتكون من طبقات راسية وأفقية يسري خلالها تيار هواء بارد وتيار هواء ساخن على التوالي بدون تلامس أو اختلاط. يعتبر نظام الاسترجاع الحراري (أ) هو نظام الاسترجاع الحراري الأحسن والأكفأ.

11-21 مسائل (Problems)

1ـ اختار ملف تبريد، 8 Fin/in ، لتبريد 6000 لتر/ثانية من الهواء من الحالة 28ْ جافة و 21ْ رطبة إلى الحالة 13ْ جافة و 12ْ رطبة إذا كانت سرعة واجهة الملف 3 متر/ثانية.

2ـ ملف تمدد مباشر (DX) يعمل بالفريون ـ 22 له المواصفات  التالية: معدل السريان 1800 لتر/ثانية، حالة دخول الهواء في الملف: 29ْ جافة و 20ْ رطبة، الحمل الحراري الكلي 39 كيلو وات، الحمل الحراري المحسوس 27 كيلو وات، درجة التبخير 7ْم ومساحة وجه الملف 0.65 متر مربع.

       عين سرعة واجهة الملف، عدد صفوف الملف، درجة حرارة الهواء عند الخروج من الملف والسعة التبريدية للملف.

3ـ حسابات حمل تبريد الذروة لصالة طعام كبيرة أعطت النتائج التالية: حالة التصميم الداخلية: 26ْ جافة و 50% رطوبة نسبية، حالة التصميم الخارجية: 32ْم جافة و 24ْم رطبة، حمل المكان المحسوس 106 كيلو وات، حمل المكان الكامن 69 كيلو وات ومعدل التهوية 2450 لتر/ثانية.

       عين حمل التبريد للمكان، حمل إعادة التسخين والسعة التبريدية المطلوبة لحالات التصميم.

4ـ 28 كيلو جرام لكل دقيقة من الماء عند 11ْم تبرد خلال مبخر تمدد مباشر إلى 4.5ْم. إذا كانت المساحة التي خلالها تنتقل الحرارة 1.9 متر مربع، معامل انتقال الحرارة الكلي للمبادل الحراري 340 وات/متر مربع. ْم مائع التبريد فريون ـ 12 ودرجة التبخير 2ْم.

5ـ يراد تصميم نظام تكييف هواء صيفي لمخزن ملابس. البيانات التالية متاحة: حالة التصميم الخارجي 35ْ جافة و 26ْ رطبة، حالة التصميم الداخلي 24ْ جافة و 50% رطوبة نسبية، الحمل الحراري المحسوس للغرفة 75 كيلو وات والهواء الخارجي 25 كيلو وات، الحمل الحراري الكامن للغرفة 14 كيلو وات وللهواء الخارجي 28.5 كيلو وات، معدل هواء التهوية 1750 لتر/ثانية، ملف التبريد يعمل بالفريون ـ 22 وله معامل الامرار الجانبي 0.084

       اختار ملف تبريد تمدد مباشر (DX) وعين القدرة اللازمة لموتور المروحة.

6ـ اعتبر المبنى المكتبي الصغير ذو الدور الواحد الموضح في شكل (11-22). وقع على الشكل نظام تكييف مركزي هوائي كلي يستخدم وحدة مناولة لخدمة منطقتين. يوجد حيز بين السقف والسطح للمسالك. وحدة المناولة مجهزة بملف تبريد تمدد مباشر وملف تسخين مياه. وضح كل المعدات المصاحبة لوحدة المناولة.

شكل (11-22)

7ـ للمبنى الموضح في شكل (11-22) استخدم نظام هواء ـ ماء مع وحدات ملف ـ مروحة في كل غرفة للتسخين. وقع هذا النظام على الشكل مع إيضاح المعدات المرتبطة.

8ـ نظام تكييف هواء ثنائي المسالك. عين معدل سريان الهواء الأساسي، إذا استخدم النظام مع الظروف التالية:

صيفاً: حمل التبريد المحسوس 444 كيلو وات، حمل التبريد الكامن 340 كيلو جرام ماء كل ساعة، درجة حرارة الغرفة 26ْم، درجة حرارة الهواء المثلج في مسلك الهواء البارد 11ْم ودرجة حرارة الهواء الدافئ في مسلك الهواء الساخن 30ْم.

شتاءاً:  حمل الحرارة المحسوسة 666 كيلو وات، درجة حرارة الغرفة وهواء الراجع 24ْم، درجة حرارة الهواء المثلج في مسلك الهواء البارد 13ْم ودرجة حرارة الهواء الدافئ في مسلك الهواء الساخن 52ْم.

       في الصيف الهواء المثلج لا يسمح بدخوله الحيز بدرجة حرارة أبرد من 13ْم لتوفير الراحة.

9ـ في نظام تحكم منطقة وجد أنه عندما تكون حالة هواء التغذية: 19.4ْ جافة و 16.6ْ رطبة، يطلب ثرموستات الغرفة من ملف إعادة التسخين للمنطقة تسخين الهواء إلى 21ْم. إذا كان معدل سريان الهواء عند حالة التغذية السابقة الذكر 2500 لتر لكل ثانية. ما هو معدل إعادة التسخين المستخدم.

10ـ اعتبر نظام ترشيد الطاقة الممثل بشكل (11-21 ب). في فترة زمنية 2500 لتر/ثانية من الهواء الخارجي عن 38ْم يدخل ويمر خلال المبادل الحراري و 2000 لتر/ثانية من الهواء الداخلي عند 24ْم يجمع ويمرر خلال المبادل الحراري قبل طرده للخارج. نتيجة سطح المبادل الحراري المناسب ترتفع درجة حرارة الهواء الداخلي إلى 31ْم قبل الطرد للوسط الخارجي كهواء هالك.

أ ـ احسب معدل الحرارة المضافة بواسطة ملف المبادل الحراري للهواء الهالك.

ب ـ عين درجة حرارة هواء التغذية عند الخروج من ملف المبادل الحراري.

ج ـ إذا كانت درجة حرارة هواء التهوية عند التغذية 18.3ْم. ما هي النسبة المئوية لحمل التبريد المحسوس التي يوفرها نظام ترشيد الطاقة الممثل بشكل (11-21 ب).