التركيب والوظيفة المتكاملة لأنظمة تكييف الهواء المركزي: تحليل معمق لمعدات التسخين، وحدات التبريد الضاغطة والامتصاصية، ودور المضخات والمواسير وأبراج التبريد

المكونات الأساسية والمعدات الميكانيكية في أنظمة تكييف الهواء المركزي

تعتمد أنظمة تكييف الهواء (HVAC) المركزية، سواء للتسخين أو التبريد، على مجموعة معقدة من المعدات المتخصصة تعمل بتناغم لضمان التحكم الأمثل في البيئة الداخلية. يمكن تصنيف هذه المعدات إلى سبعة أقسام رئيسية:

1. معدات التسخين (Heating Equipment)

تُعد معدات التسخين ضرورية لتوفير الحرارة اللازمة لتدفئة المبنى، وتختلف هذه المعدات في مصدر الطاقة وآلية التشغيل:

أ. السخانات الكهربائية:

تُستخدم لتوفير تدفئة نظيفة وسريعة. غالبًا ما تكون مصنوعة من مواد ذات مقاومة عالية مثل سبائك النيكل كروم (Nichrome)، وتعمل عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية مباشرة إلى حرارة.

ب. الأفران (Furnaces):

تعتمد على حرق وقود (مثل الغاز الطبيعي أو الزيت) لإنتاج الهواء الساخن الذي يُوزع عبر مجاري الهواء (Ducts).

ج. الغلايات البخارية (Steam Boilers):

تنتج بخارًا عند ضغط متوسط (مثل 103 كيلو باسكال). يشتمل نظامها على:

• ملفات تسخين: يسري خلالها البخار لتسخين الهواء المار فوقها.
• ملحقات هامة: مثل المصفاة (Strainer) لتنقية البخار، ومصيدة البخار (Steam Trap) لفصل الماء المكثف (Condensate) وإعادته إلى الغلاية أو خزان مخصص، بالإضافة إلى مضخات السريان والغلاية والخزان.

د. غلايات المياه الساخنة (Hot Water Boilers):

تنتج ماءً ساخنًا بدرجة حرارة عالية (قد تصل إلى 120°C) وضغط مرتفع (يصل إلى 1.1 ميجا باسكال). يشتمل نظامها على:

• ملفات التسخين: يسري خلالها الماء الساخن لتسخين الهواء.
• خزان التمدد (Expansion Tank): عنصر أساسي لاستيعاب التغير في حجم الماء الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة، مما يحافظ على ضغط النظام ضمن الحدود الآمنة.

2. معدات التبريد (Refrigeration Equipment)

تُعرف مكونات التبريد المركزية مجتمعة باسم وحدات التكثيف (Condensing Units)، وهي القلب النابض لدورة التبريد التقليدية:

• المكونات الرئيسية: تشمل الضاغط (Compressor)، المكثف (Condenser)، ووسائل الإدارة (المحركات) ومجموعة التحكم والأمان. قد تشمل الوحدات الكبيرة أيضًا المبرد الوسيط (Intercooler).
• أنواع الضواغط وتطبيقاتها حسب السعة التبريدية:

1. الضواغط الترددية (Reciprocating): تُستخدم عادةً للسعات التبريدية الصغيرة والمتوسطة، تتراوح بين 50 وات و 112 كيلو وات.
2. ضواغط الطرد المركزي (Centrifugal): تُستخدم للسعات التبريدية الأكبر من 350 كيلو وات، وتُفضل في المشاريع الضخمة لقدرتها العالية وكفاءتها عند الأحمال الكاملة.
3. الضواغط الحلزونية (Screw/Scroll): تغطي نطاقًا واسعًا من السعات المتوسطة والكبيرة، تتراوح بين 350 و 3500 كيلو وات.

3. مبردات المياه الامتصاصية (Absorption Water Chillers)

توفر هذه الوحدات بديلاً للوحدات الميكانيكية الضاغطة، حيث تستخدم الحرارة (عادةً من البخار أو الغاز) لتشغيل دورة التبريد:

• نظام التشغيل: تعتمد على نظام الليثيوم بروميد - ماء (${\text{Li.Br-H}}_2\text{O}$)، حيث يعمل الماء كمادة تبريد والبروميد الليثيوم كعامل امتصاص.
• الناتج: الغرض منها هو الحصول على ماء مُبرد (Chilled Water).
• السعات: تُستخدم هذه الوحدات للسعات التبريدية الكبيرة، وتتراوح بين 50 و 1500 طن تبريد.

4. أبراج التبريد (Cooling Towers)

تُستخدم أبراج التبريد لرفض الحرارة من نظام التكييف إلى الغلاف الجوي، وهي ضرورية لعمل المكثفات ذات التبريد المائي (Water-Cooled Condensers):

• وظيفتها: تقوم بتبريد المياه الساخنة الخارجة من المكثف عن طريق التبخير.
• السعات: تتراوح سعاتها من 5 إلى 500 طن تبريد للوحدات الصغيرة ومروراً بسعات ضخمة تصل إلى 4000 طن تبريد للوحدات المركزية الكبيرة.

5. المضخات والمواسير (Pumps and Piping)

أ. المضخات (Pumps):

تُستخدم عادةً مضخات الطرد المركزي (Centrifugal Pumps) لضمان سريان الموائع في جميع أنحاء النظام:

• التطبيقات: ضخ الماء المبرد إلى وحدات معالجة الهواء، ضخ الماء الساخن لملفات التسخين، ضخ نتاج تكثيف البخار (Condensate)، وكذلك ضخ مياه تغذية الغلاية والوقود (إذا كانت الغلاية تستخدم وقوداً سائلاً).

ب. المواسير (Piping):

تُستخدم المواسير لربط جميع المكونات وتوزيع الموائع، وتُقسم إلى نظامين رئيسيين:

• النظام الأول: المواسير الداخلية لربط المعدات ببعضها داخل غرفة المعدات (Central Plant).
• النظام الثاني: المواسير الخارجية التي تربط المعدات المركزية بملفات التسخين والتبريد الموجودة في الغرف والأماكن المراد تكييفها.

6. أجهزة القياس والتحكم (Instrumentation)

تُعد أجهزة القياس جزءًا لا يتجزأ من أي نظام تكييف مركزي لضمان التشغيل الآمن والفعال وإجراء الصيانة:

• أدوات المراقبة: تشمل مبينات الضغط (Pressure Gauges)، الترمومترات (Thermometers)، ومقاييس التدفق (Flow Meters).
• أدوات التحكم والضبط: تشمل معدات التعادل (Balancing Devices) لضمان التوزيع المتساوي للهواء أو الماء، وخوانق الهواء (Air Dampers) للتحكم في كمية الهواء المتدفقة في مجاري التكييف.