Loading AI tools
מערכת אקלימית מוויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
מיזוג אוויר היא מערכת שנועדה לשפר את הנוחות האקלימית של אלו הנמצאים בחלל כלשהו, או 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 (הבערת אש).
| יש לערוך ערך זה. ייתכן שהערך סובל מבעיות ניסוח, סגנון טעון שיפור או צורך בהגהה, או שיש לעצב אותו, או מפגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים. | |
המדען והממציא הבריטי מייקל פאראדיי גילה כי דחיסה והפיכה 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 שבשנת 1842 יצר מכונה 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 ברישום 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). אלא שגז זה תורם יותר להתחממות כדור הארץ מאשר הפריאון.[1]
השימוש במיזוג אוויר במערכות ביתיות החל רק בסוף שנות הארבעים ובתחילת שנות החמישים.
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, תהליכי "חדר נקי" בייצור תרופות או שבבים אלקטרוניים, מתקנים במעבדות, מיזוג אוויר במטוסים, חדרי שרתים ועוד.
ערך מורחב – משאבת חום
עקרון הפעולה שעליו מבוססת פעולת 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 תעלה את טמפרטורת הרתיחה של החומר ואילו הקטנתו תוריד 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) או פחמן הידרו-פלאורי (HFC)). 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:
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. 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.
פעולת החימום במזגן מתבצעת על ידי הפיכת כיוון זרימת הגז במערכת כך שהחלק הפנימי של המזגן הופך למעבה והחלק החיצוני הופך למאייד, כך שהמזגן סופח חום מבחוץ במקום מתוך החדר.
כאשר המזגן עובד במצב חימום בחורף, צינורות היחידה החיצונית מתקררים מהיותם מאייד. במצב זה, בטמפרטורות חוץ הנמוכות מ-5 מעלות צלזיוס וכן לחות גבוהה, עלולה להתרחש קפיאה של צינורות היחידה החיצונית, שעלולה להפריע לזרימת האוויר על גבי הצינורות, וכתוצאה מכך לשבש את פעולת החימום וכן להגדיל את צריכת האנרגיה של המזגן. כדי להתמודד עם הבעיה עובר המזגן בחזרה למצב קירור למשך מספר דקות, כאשר כל המאווררים של שתי היחידות שלו לא עובדים, כדי לאפשר ליחידה החיצונית להפשיר ולמנוע כניסת אוויר קר לחדר, שעלול להיות לא נעים בחורף.
מסיבה זו, מזגנים לא נפוצים במדינות בעלות אקלים קר כמו אירופה, וכן בארצות הברית ששם משתמשים במערכות שבקיץ מתפקדות כמזגן ובחורף מתפקדות כהסקה מרכזית (מוכר גם בשם HVAC, ראשי תיבות של Heating, Ventilation, and Air Conditioning).
עוצמת המזגן נמדדת ביחידות BTU (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 לשעה שהמזגן מפיק בהספק החשמלי שהוא צורך. לדוגמה: למזגן שמפיק 18,000 BTU לשעה ושצורך 2,250 ואט תהיה יעילות של 8 EER (Energy Efficiency Ratio).
מדד אחר ליעילות המזגן הוא: COP - Coefficient Of Performance, אשר מחושב בצורה דומה, כאשר עוצמת המזגן נתונה ביחידות ואט.
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.
יש להבדיל בין יעילות אנרגטית שגבוהה מ-1, לבין יעילות תרמית שאינה יכולה להיות גבוהה מ-1. ההבדל הוא שהיעילות האנרגטית לוקחת בחשבון רק את החלל הממוזג, אולם בתהליך כולו גם יש מעבר חום בין החלל אל החוץ (המעבה פולט החוצה).
בישראל נפוץ למדוד את עוצמת המזגן בכוח סוס, אולם זוהי טעות.
מזגן בתפוקה משתנה (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 בתפוקה משתנה מאפשרת עבודה רציפה של המזגן כאשר בשלב ההדלקה של המזגן המנוע מסתובב במהירות גבוהה. לאחר שהמזגן הגיע לטמפרטורה הרצויה המנוע יוריד מהירות, אך ישמור על מהירות נמוכה ומתאימה לצורכי המשתמש. במזגן רגיל המדחס נעצר עד אשר תעלה הטמפרטורה במספר מעלות ואז שוב פועל בעוצמה גבוהה.
השינוי הרציף בתפוקת המזגן, מאפשר קירור או חימום ללא גלי חום וקור האופייניים למזגנים רגילים, וגם מאפשר גריעת לחות קבועה בקירור.
למרות הטענה של היצרנים שמזגנים בתפוקה משתנה חוסכים עד 30-50% בצריכת חשמל, אין כל הוכחה שמזגן בתפוקה משתנה יותר חסכני באנרגיה לעומת מזגן רגיל, גם אם שניהם מכוונים לאותה טמפרטורה, ובפרט כאשר הבידוד התרמי של החדר הוא מושלם. במצב כזה במזגן רגיל, המדחס רוב הזמן לא יעבוד כאשר במזגן בתפוקה משתנה הוא יעבוד כל הזמן בתפוקה נמוכה ובכך יבזבז חשמל שמזגן רגיל לא היה מבזבז.
מצנן אוויר הוא מכשיר חשמלי מזרים אוויר דרך רפידות הספוגות במים. בתנאי אקלים חמים ויבשים, מצנן האוויר עשוי לקרר מאוד. בניגוד למזגן שמייבש את האוויר בקירור, מצנן אוויר מעלה את רמת הלחות באוויר.
מצנני אוויר אינם יכולים לקרר כאשר הלחות גבוהה. שלא כמו סוגים אחרים של מזגנים, מצנני אוויר מסתמכים על כך שהאוויר החיצוני ינתב דרך רפידות קרירות יותר שמקררות את האוויר לפני שהוא מגיע לפנים הבית באמצעות מערכת צינורות האוויר שלו. יש לאפשר לאוויר החיצוני המקורר לסלק את האוויר החם יותר בתוך הבית החוצה דרך דלת פתוחה או חלון.
מסיבות אילו הפעלת מצנן אוויר ומזגן על קירור ביחד, עלולה לפגום ביעילות של שני המכשירים, משום שהמזגן מוריד את הלחות בקירור והמצנן מעלה אותה.
לפני המצאת המזגן המודרני, נעשה שימוש באדריכלות ייעודית עבור קירור מבנים באזורים חמים ויבשים.
דוגמה לכך היא מגדל רוח, ארובה חיצונית צמודה למבנה אשר מקורה באיראן.
השימוש באלמנטים אדריכליים לקירור מבנים הוזנח על ידי האדריכלות המודרנית, משיקולים של יעילות ופשטות עבודה, אולם בשנים האחרונות יש עניין מחודש בהטמעת שיטות לאוורור בניינים מודרניים, לטובת הגברת האוורור וחסכון בחשמל.
מאחר שאופן הפעולה תלוי באקלים ותנאים מקומיים, לא כל השיטות מתאימות בכל מקום, ויש להתאים את התכנון לגאוגרפיה.
מזגני אוויר מותקנים בספרייה הלאומית, 1961, באתר ארכיון הסרטים הישראלי בסינמטק ירושלים
עופר אדרת, המזגן לא תמיד היה איתנו. כך זה נראה לפני 60 שנה, באתר הארץ, 5 ביולי 2021Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
