מיזוג אוויר

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Gnome-edit-clear.svg ערך זה זקוק לעריכה: ייתכן שהערך סובל מפגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים, סגנון טעון שיפור או צורך בהגהה, או שיש לעצב אותו.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
Disambig RTL.svg המונח "מזגן" מפנה לכאן. לערך העוסק בעיר נמל במרוקו שנקראה בעבר מאזאגאן, ראו אל-ג'דידה.
חלקה החיצוני של מערכת מיזוג אוויר. מערכות אלו ממוקמות לעתים תכופות בתוך חלון או, כמו במקרה זה, בתוך חור רבוע בקיר.
יחידת מיזוג אוויר ביתית כפי שהיא נראית בבית.

מיזוג אוויר היא מערכת שנועדה לשפר את הנוחות האקלימית של אלו המאכלסים חלל כלשהו, את תנאי העבודה של ציוד. כל מערכת אוורור, חימום וקירור המשמשת למטרה זו יכולה להיות מוגדרת כמערכת מיזוג אוויר או כמערכת בקרת אקלים. הקירור מבוצע על ידי משאבת חום או על ידי התאיידות של מים. החימום מבוצע גם הוא על ידי משאבת חום או על ידי הסקה.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

המדען והממציא הבריטי מייקל פאראדיי גילה כי דחיסתו והפיכתו לנוזל של גז מסוים יכולה לצנן את האוויר כאשר מאפשרים לאמוניה נוזלית להתאדות. הראשון ליישם רעיון זה היה ג'ון גורי, רופא מאפלצ'יקולה שבמדינת פלורידה בארצות הברית שיצר בשנת 1842 מכונה ליצירת קרח שהשיבה רוח על פני דלי של קרח, כדי לצנן חדרי חולים בהם שכבו חולי מלריה וקדחת צהובה. גורי רשם פטנט על ההמצאה, אך אחרי מותו של המממן העיקרי שלו בשנת 1851 לא הצליח גורי למצוא מממן מתאים להמשך פיתוח ההמצאה, שסבלה מדליפות ומפעולה לא אחידה. גורי האשים בכישלונו את פרדריק טיודור, "מלך הקרח" במדינה. לפי כותבת הביוגרפיה שלו, ויוויאן מ. שרלוק, סבר גורי כי טיודור הפעיל מסע השמצות נגדו. מסקנתו הסופית ביחס להמצאה, עם זאת, הייתה כי היא "הקדימה את צורכי המדינה". גורי מת בשנת 1855 ועמו שקעה גם המצאתו.

מערכות מיזוג אוויר עבור מוסדות רפואיים או עבור מוסדות ציבוריים החלו להיווצר בסוף המאה התשע עשרה. אחד היישומים הראשונים של טכנולוגית מיזוג האוויר נוצר על ידי המהנדס אלפרד וולף מהובוקן שבמדינת ניו ג'רזי, שיצר בשנת 1902 מערכת המספקת צינון וחימום לבורסה בניו יורק.

באותה שנה יצר ויליס קרייר מערכת מיזוג אוויר עבור בית דפוס גדול בברוקלין שבניו יורק. המערכת של קרייר סייעה גם בהשגת טמפרטורה נמוכה, וגם בהורדת רמת הלחות, כדי למנוע עיוותים בצורת הנייר ובמריחת הדיו בעת ההדפסה. מעט מאוחר יותר, בשנת 1906 ניסה סטיוארט וו. קריימר משרלוט שבצפון קרולינה למצוא דרכים להורדת הלחות באוויר במפעל הטקסטיל שלו. קריימר שילב שליטה בלחות ואוורור כדי לבקר את רמת הלחות והחום במפעל. קריימר היה גם זה שלו מיוחסת טביעת המונח "מיזוג אוויר", שבה השתמש בתביעת הפטנט שלו, כדי להבחין את המונח מ"מיזוג מים" שהיה הליך מקובל במפעלי טקסטיל.

מערכות מיזוג האוויר המודרניות הראשונות – הראשונה בהן היא זו שהותקנה בבית החולים רויאל ויקטוריה בבלפסט שבצפון אירלנד בשנת 1915 – השתמשו בסוגים שונים של גזים רעילים כמו אמוניה וכלורומתאן, שגרמו לתאונות קטלניות כאשר דלפו. המהנדס האמריקני תומאס מידג'לי היה הראשון (1928) שעשה שימוש בגז הפריאון, שהתברר כבטוח יותר לשימוש. כיום, בגלל נזקי הפריאון לשכבת האוזון מופחת השימוש בו בהדרגה ובמקומו משתמשים ב-R-410A, תערובת כמעט אזיאוטרופית של הגזים מתאן דו-פלואורי ואתאן חמש-פלואורי, הנפוצה בשם המסחרי "פיורון" (Puron).

השימוש במיזוג אוויר במערכות ביתיות החל רק בסוף שנות הארבעים ובתחילת שנות החמישים.

יישומי מערכות מיזוג אוויר[עריכת קוד מקור | עריכה]

ישנם שני סוגים עיקריים של יישומי מערכות מיזוג אוויר. הראשון, המכונה יישום נוחות מכוון להציע טמפרטורה אחידה, נוחה לבני אדם, בתוך שטח סגור, בלי קשר לטמפרטורה החיצונית. הטענות לפיהן מערכות מיזוג אוויר מגבירות את פוריות העבודה שנויות במחלוקת (חלק מהחוקרים סבורים כי השינוי נובע מאפקט הות'ורן), אך מערכות מיזוג אוויר פותרות את אחת הבעיות העיקריות הקשורות ב"תכנון עומק" של בניינים, באפשרן בניית בניינים רחבים יותר וגבוהים יותר. מיזוג האוויר מאפשר אוורור ואספקת אוויר צח לחללים פנימיים ולחדרים בקומות גבוהות, בהן השימוש באוורור טבעי באמצעות רוח אינו אפשרי בגלל מהירות הרוח.

יישום אחר של מערכות מיזוג מכונה יישום תהליך וייעדו לספק סביבה המתאימה לקיום תהליכים מסוימים התובעים סביבה בטמפרטורה אחידה, כמו חדרי ניתוח בבתי חולים, תהליכים "חדר נקי" בייצור תרופות או שבבי מחשב, מתקנים במעבדות, מיזוג אוויר במטוסים, ועוד.

עקרון הפעולה[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – משאבת חום
1 - מעבה, 2 - שסתום התפשטות, 3 - מאייד, 4 - מדחס

עקרון הפעולה שעליו מבוסס המזגן נובע מעקרונות התרמודינמיקה, לפיהם בין היתר, הפיכת נוזל לגז (הרתחה) כרוכה בהשקעת אנרגיה והפיכת גז לנוזל (עיבוי) משחררת אנרגיה. אנרגיה זו בדרך כלל מבוטאת בצורה של חום.

החום הדרוש לשינוי מצב הצבירה מכונה גם "חום כמוס" מאחר שבתהליך שינוי מצב הצבירה (המבוצע בלחץ קבוע) אין שינוי בטמפרטורה. על פי משוואת קלאוזיוס-קלפרון, הטמפרטורה בה מתרחש שינוי מצב הצבירה (מנוזל לגז או מגז לנוזל) תלויה בלחץ. כך בדרך כלל הגדלת הלחץ תגדיל את טמפרטורת הרתיחה של החומר ואילו הקטנתו תקטין את טמפרטורת הרתיחה.

עקרון הפעולה של המזגן הוא למעשה העברת חום באמצעות שינוי מצב צבירה של קרר (נוזל קירור כגון אמוניה או פחמן כלורו-פלואורי (CFC) במזגנים מודרניים). הקרר מתעבה תחת לחץ גבוה בטמפרטורה גבוהה ומוסר חום לאוויר החיצוני. הוא מתאייד תחת לחץ נמוך בטמפרטורה נמוכה וגורע חום מהאוויר בחדר. הגז מכיל מעט שמן סיכה (לסיכת המדחס).

המבנה הסטנדרטי הוא כזה:

  1. גז בלחץ נמוך ובטמפרטורת החדר נכנס למדחס (4 באיור), שם מושקעת עבודה לדחיסת הגז באמצעות מנוע חשמלי. הגז יוצא בלחץ גבוה, ובטמפרטורה גבוהה (עקב חוק הגז האידאלי).
  2. הגז הדחוס והחם מוזרם בצינורות המעבה (1 באיור). המעבה מזרים אוויר (או לעתים מים) בעזרת מאוורר דרך הצינורות, ומקרר את הגז הדחוס עד שהוא מתעבה לנוזל. עקב הלחץ הגבוה, הגז מתעבה גם בטמפרטורה גבוהה בהרבה מזו שבה הוא היה מתעבה אילו היה נתון בלחץ אטמוספירי, כך שדי בטמפרטורה של האוויר לשם כך.
  3. הנוזל היוצא מהמעבה נמצא בלחץ גבוה, והוא מוזרם דרך שסתום התפשטות (2 באיור), חריר או צינור נימי (קפילר), להורדת הלחץ.
  4. הנוזל שכעת בלחץ נמוך, מוזרם למאייד (3 באיור), שם באופן טבעי עובר התאיידות עקב ההפחתה של הלחץ. היות שנוזל מתאדה סופח בו חום, האוויר הבא במגע עם הנוזל מתקרר. מאוורר משמש לזירוז התפשטות האוויר המקורר בחדר. הגז יוצא מהמאייד בלחץ נמוך ובטמפרטורה רגילה וחוזר למדחס לסיבוב נוסף.

תהליך הקירור של המזגן מבוצע באמצעות הרתחה (איוד) של נוזל בלחץ נמוך. המאייד הוא מחליף חום. מאיידים מטיפוס התפשטות ישירה (Direct expansion) מורכבים מצינורות שבתוכם מוזרם קרר, במצב הצבירה הנוזלי בלחץ נמוך. כאשר הלחץ נמוך, נמוכה גם הטמפרטורה שבה מתרחש שינוי מצב הצבירה. מחוץ לצינורות מוזרם אוויר מהחדר ומים. לצינורות מחוברות צלעות לצורך הגדלת השטח ושיפור מעבר החום. הנוזל בתוך הצינורות סופח חום מהאוויר המוזרם על פני הדפנות החיצוניות של הצינורות והופך לגז. האוויר מהחדר, המוזרם על פני הצינורות, מעביר חום לנוזל שרותח ועקב כך מתקרר.

במאיידים מוצפים (flooded) זורם הקרר מחוץ לצינורות, ואילו בתוך הצינורות זורמים מים או אוויר. המים מוסרים חום לקרר וכך הם מתקררים. המים המקוררים מסופקים ליחידת-קצה (יחידת טיפול באוויר, יחידת מפוח נחשון או יחידת Air water) שבה סליל קירור נוסף, שמשמש כמחליף חום בין האוויר המטופל למים המקוררים.

  • מזגן חלון – כל רכיבי המזגן ארוזים בתוך אותה מעטפת. מזגן זה הוא חלש יחסית, כי בגלל מגבלת מקום, החלקים שלו קטנים. התכונה המרכזית של המזגן היא קלות ההתקנה, כיוון שניתן להתקין אותו על ידי הנחתו בחלון, וסגירת שאר הרווח באמצעות החלון.
  • מזגן מפוצל – מזגן בו הרכיבים מפוצלים לשני מארזים: מארז אחד לצד הקר, ומארז אחד לצד החם. בצד הקר מצויים כפתורי ההפעלה, מקרן הקירור ומאוורר. ובצד החם מצויים המדחס, מקרן החימום והמאוורר הנוסף. בין שני המארזים יש צינור המוביל את הגז הקר והחם, כבל חשמלי וכן צינור לניקוז המים שנוצרים מההתעבות בחלק הקר. מזגן זה יכול להיות בעל עוצמה רבה, כאשר גורם הרעש העיקרי נמצא מחוץ למבנה. מזגנים מסוג זה מסוגלים למזג את האוויר גם בשטחים גדולים מאוד כמו קניונים ובנייני משרדים.
  • מערכת קירור מים (צ'ילר) – במקומות בהם צריך להעביר את הגז הקר למרחק גדול בין המדחס לבין החלק הקר, משתמשים במערכת קירור מים. במקומות כאלו מזגן מפוצל רגיל מאבד את יעילותו. ולכן, מצננים מים לטמפרטורה נמוכה בעזרת הגז ביחידת הקירור, ואז מזרימים את המים לאורך הצנרת למרחקים גדולים. בצד הקר, האוויר נושב על המים, וכך נפלט קור למקום הדרוש. יחידת הקצה נקראת "יחידת טיפול באוויר". יחידות טיפול באוויר קטנות נקראות יחידות מפוח נחשון או יחידות אוויר-מים (AW).
  • מגדל קירור – כדי לייעל את תהליך פיזור החום מהמקרן החם ניתן להשתמש במים מקוררים. את המים מקררים בתהליך התאדות בו המים מטפטפים ועליהם מוזרם אוויר – מה שגורם לצינון המים. קירור המקרן החם באמצעות המים תורם לחסכון באנרגיה חשמלית לטווח הארוך. בתהליך ההתאדות פוחתת כמות המים במערכת ויש לפצות על כך בהוספת מים חדשים. במדינת ישראל, דלת מקורות המים, מהווים מגדלי הקירור צרכני מים גדולים, ואינם תורמים, בסופו של דבר לחסכון [1].

עוצמת המזגן[עריכת קוד מקור | עריכה]

עוצמת המזגן נמדדת ביחידות של הספק כגון ואט או BTU/h ‏(British Thermal Units). יחידת BTU אחת, השווה ל-1,055 ג'אול, היא כמות האנרגיה הדרושה לחימום פאונד אחד של מים (בערך 0.45 קילוגרם) לטמפרטורה של מעלת פרנהייט אחת (בערך 0.56 מעלות צלזיוס). את עוצמת הקירור של מזגנים מקובל לציין ביחידות של BTU לשעה (אם כי הנוהג הנפוץ והמטעה הוא לקרוא לכך רק "BTU"). כאשר מדובר במזגנים, טון קירור אחד שווה ל-12,000 BTU.

כדי לחשב את יעילות המזגן, מחלקים את כמות ה-BTU שהמזגן מפיק בהספק החשמלי שהוא צורך. לדוגמה: למזגן שמפיק 18,000 BTU ושצורך 2,250 ואט תהיה יעילות של 8 EER ‏(Energy Efficiency Ratio).

מדד אחר ליעילות המזגן הוא: COP - Coefficient Of Performance. ניתן להמיר את היעילות מ-EER ל-COP באמצעות חלוקה ב-3.413. לדוגמה מזגן בעל יעילות של 8 EER הוא למעשה בעל יעילות של 2.34 COP.

אינוורטר[עריכת קוד מקור | עריכה]

אינוורטר (dc inverter air conditioner) הוא מזגן אוויר שביחידת המדחס שלו מנוע הפועל בזרם ישר במהירות משתנה.

כאשר משנים מהירות במנוע רגיל, הפועל בזרם חילופין מתקבל גם שינוי בכוח המנוע. לכן מנוע כזה אינו מתאים להפעלת מזגן במהירות משתנה - שימוש בו יגרום למנוע להיעצר בעת הורדת מהירות. מנוע עדיף להפעלת מזגן במהירות משתנה הוא מנוע בזרם ישר . במנוע כזה ניתן להוריד מהירות ועדיין לשמור על כוח שיספיק להפעלת מדחס המזגן. הפעלת מזגן בשיטת dc inverter air conditioner מאפשרת עבודה רציפה של המזגן כאשר בשלב ההדלקה של המזגן המנוע מסתובב במהירות גבוהה. לאחר שהמזגן הגיע לטמפרטורה הרצויה המנוע יוריד מהירות, אז ישמור על מהירות נמוכה ומתאימה לצורכי המשתמש. במזגן רגיל המדחס נעצר עד אשר תעלה הטמפרטורה במספר מעלות ואז שוב פועל בעוצמה גבוהה.

יתרונות שיטת dc inverter air conditioner הם:

  • יצירת טמפרטורה דרושה בזמן קצר (נדרש מזגן גדול יותר ובעל תפוקה מקסימלית גבוהה יותר מהנדרש לחלל הממוזג, על מנת לאפשר יתרון זה [דרוש מקור]).
  • עבודה רציפה של המנוע שומרת על אורך חיי המנוע (מתבטא רק במערכות מיזוג תעשייתיות. כמעט ואיננו משמעותי במזגן ביתי[דרוש מקור]).
  • בהפעלה במצבים רגילים כאשר אין טמפרטורה קיצונית בחוץ וכאשר מכוונים את המזגן לטמפרטורה חסכונית (25 מעלות) ניתן להגיע לחסכון בחשמל של עד 30 אחוזים (מחייב מזגן בעל נצילות COP גבוהה יותר, ובעל תפוקה מקסימלית גבוהה יותר מהדרוש לחלל הממוזג[דרוש מקור]).
  • מזגנים מסוג dc inverter air conditioner שקטים יותר.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]