איך פועל מזגן? איך עובד מזגן?

צוות המומחים שלנו מגישים לכם את "המדריך המלא – איך פועל מזגן?" שמפרט את כל מה שצריך לדעת על עקרונות הפעולה של המזגן

המצאת המזגן

מערכת מיזוג האוויר המודרנית הראשונה הומצאה בשנת 1902 ע"י מהנדס חשמל צעיר בשם וויליס הבילנד קרייר (Willis Haviland Carrier). היא עוצבה לפתור בעיית לחות בחברת סקט-ווילהלם לליתוגרפיה ופרסום בברוקלין, ניו יורק. לפעמים מצבורי הנייר במפעל היו צוברים לחות מאוויר הקיץ החם, מה שהקשה על טכניקות הדפסת הדיו של אז. קרייר טיפל באוויר בתוך הבניין באמצעות העברתו בצינורות מקוררים. האוויר התקרר בעודו עובר דרך הצינורות, ומשום שאוויר קר לא יכול לשאת הרבה לחות כמו אוויר חם, התהליך הפחית את הלחות במפעל וייצב את הלחות של הנייר. הפחתת הלחות גם הורידה את הטמפרטורה באוויר – וטכנולוגיה חדשה נולדה לעולם.

קרייר הבין שהוא פיתח משהו בעל פוטנציאל עצום, ולא עבר הרבה זמן עד שמערכות מיזוג אוויר החלו לצוץ בתיאטרונים וחנויות, ועזרו להפוך את חודשי הקיץ החמים והארוכים להרבה יותר נוחים.

איך פועל מזגן? התהליך שבו מזגנים משתמשים על מנת להוריד את טמפרטורת האוויר בחדר מתבסס על עיקרון מדעי פשוט מאוד. השאר מושג באמצעות יישום של טכניקות מכניות חכמות יותר. למעשה, המזגן מאוד דומה למכשיר אחר בבית – המקרר. למזגנים אין דפנות חיצוניות שהמקרר מסתמך עליו על מנת לבודד את הקופסה שקר בה. במקום זאת, הקירות בבית שומרים על האוויר הקר בפנים ועל האוויר החם בחוץ.

איך מזגן מחמם – מה קורה לכל האוויר החם כשמשתמשים במזגן?

הבסיס של המזגןאיך פועל מזגן? איך עובד מזגן?

מזגנים משתמשים בקירור על מנת לקרר את האוויר הפנימי, ומנצלים חוק פיזי חשוב: כשנוזל הופך לגז (בתהליך שקוראים לו המרת פאזה) הוא סופג חום. המזגנים מנצלים את התכונה של המרת פאזה בכך שהם גורמים לחומרים כימיים מיוחדים להתאדות ולהידחס שוב ושוב ברשת סגורה של סלילים.

החומרים המעורבים הם מקררים בעלי תכונות המאפשרות להם להשתנות בטמפרטורות נמוכות יחסית. המזגנים גם מכילים מאווררים שמזרימים אוויר חם מבפנים  מעל הסלילים הקרים. למעשה, מזגנים מרכזיים הם בעלי מערכת שלמה של צינורות שעוצבה על מנת לרכז אוויר אל ומתוך הסלילים.

כאשר אוויר חם עובר מעל הסלילים, החומר המקרר שבתוכם סופג חוג כשהוא משתנה מנוזל לגז. על מנת לשמור שהקירור יהיה יעיל, המזגן צריך להמיר את הגז בחזרה לנוזל. לשם כך, ישנו מדחס שלוקח את הגז ומפעיל עליו לחץ גבוה, תהליך שיוצר חום לא רצוי. כל החום שנוצר מהדיחה של הגז מפונה החוצה באמצעות סט שני של סלילים בשם סלילי עיבוי, ומאוורר שני. כשהגז מתקרר, הוא הופך חזרה לנוזל, והתהליך מתחיל שוב ושוב. חשבו על זה כלולאה אינסופית ואלגנטית: נוזל קירור, המרת פאזה לגז/ספיגת חום, דחיסה והמרת פאזה בחזרה לנוזל.

לסיכום, איך פועל מזגן?

קל לראות שיש שני דברים שונים שמתרחשים במזגן. המקרר מקרר את האוויר בפנים, והגז שנוצר נדחס בכל פעם מחדש ומקורר בחזרה להיות נוזל. בדף הבא, נסתכל איך החלקים השונים במזגן עובדים על מנת להפוך את הכל לאפשרי.

איך פועל מזגן? החלקים שבמזגן

בכדי להבין בצורה מקיפה איך פועל מזגן, ראשית נפנה מהדרך כמה נושאים בתחזוקת בית לפני שאנחנו מדברים על הרכיבים הייחודיים שמרכיבים את המזגן. העבודה הגדולה ביותרב שמזגן צריך לעשות היא לקרר את האוויר בבית. עם זאת, זה לא כל מה שהוא עושה. המזגנים מפקחים ומווסתים את טמפרטורת האוויר באמצעות תרמוסטט. יש להם גם פילטר שמסלק חלקיקים שנמצאים באוויר הזורם. המזגנים עובדים כמורידי לחות. בגלל שטמפרטורה היא רכיב מפתח ללחות היחסית, הפחתת הטמפרטורה של אוויר לח גורמת לו לשחרר חלק מהלחות. זה למה יש ניקוז ותבניות לאיסוף לחות ליד או על המזגנים, וזוהי גם הסיבה שבגינה המזגנים פולטים מים כשהם עובדים ביום לח.

עדיין, החלקים העיקריים במזגן מנהלים את החומרים המקררים ומעבירים אוויר בשני כיוונים: פנימה והחוצה:

הצד הקר של המזגן מכיל את המאדה ומאוורר שמזרים אוויר מעל הסלילים הקרים אל תוך החדר. הצד החם מכיל את המדחס, המעבה ועוד מאוורר שמוציא אוויר חם החוצה מהמקרר. בין שני הסטים של הסלילים, יש שסתום מעבר. התפקיד שלו הוא לווסת את הכמות של נוזל דחוס וחומר מקרר שמועברים לתוך המאדה. ברגע שהם נמצאים במאדה, החומר מקרר חווה ירידה בלחץ, מתרחב ומשתנה בחזרה לגז. המדחס הוא למעשה משאבה חשמלית גדולה שיוצרת לחץ על הגז כחלק מהתהליך של החזרתו למצב נוזל. ישנם עוד חיישנים, טיימרים ושסתומים, אבל המאדה, המדחס, המעבה ושסתום המעבר הם החלקים העיקריים במזגן.

למרות שזהו מבנה קונבנציונלי למזגן, ישנן מספר וריאציות שכדאי שתדעו עליהן. מזגני חלון מכילים את כל הרכיבים הללו והם נמצאים על קופסת מתכת קטנה יחסית שמתקינים על חלון. האוויר החם יוצא דרך החלק האחורי של היחידה, בעוד שסלילי המעבה והמאוורר מקררים ומזרימים מחדש את האוויר בפנים. מזגנים גדולים יותר עובדים קצת אחרת: מזגנים מרכזיים חולקים תרמוסטט עם מערכת החימום הביתית, והמדחס והמעבה, הצד החם של המערכת, לא נמצאים בתוך הבית. הם נמצאים במערכת מופרדת בחוץ. בבניינים גדולים במיוחד, כמו בתי מלון או בתי חולים מערכת העיבוי החיצונית לרוב נמצאת על הגג.

עקרון פעולה של מזגן חלון

יחידה של מזגן חלון מטמיעה מזגן שלם בחלל קטן. היחידות קטנות מספיק על מנת להתאים למסגרת סטנדרטית של חלון. סוגרים את החלוןעקרון פעולה של מזגן - על היחידה, מחברים אותה ומדליקים על מנת לקבל אוויר קר. אם אתם מורידים את הכיסוי מיחידה מנותקת, אתם תגלו שהיא מכילה:

  • מדחס
  • שסתום מעבר
  • סליל חם (בחוץ)
  • סליל מקרר (בפנים)
  • שני מאווררים
  • יחידת בקרה

עקרון פעולה של מזגן מסתכם בכך שהמאווררים מעבירים אוויר מעל הסלילים על מנת לשפר את היכולת שלהם לפזר חום (החוצה) וקור (לתוך החדר).

איך עובד מזגן מיני מרכזי?

כשמסתכלים על מזגנים גדולים יותר, זה הזמן להתבונן על יחידות עם מערכות מפוצלות. מזגן עם מערכת מפוצלת מפצל את הצד החם מהצד הקר של המערכת. הצד הקר, שמכיל את שסתום המעבר והסליל הקר, לרוב נמצאה בתוך כבשן או מקור אחר לטיפול באוויר. שם האוויר יוצא מהסליל ומנתב אותו בתוך הבניין באמצעות רשת של צינורות. הצד החם, שידוע בתור היחידה המעבה, נמצאת מחוץ לבניין.

היחידה מכילה סליל ארוך וספירלי בצורת צילינדר. בתוך הסליל יש מאוורר שמעביר אוויר דרך הסליל, ביחד עם מדחס עמיד למזג האוויר וכמה אמצעי בקרה. הגישה הזאת התפתחה במשך השנים בגלל שהיא זולה, וגם בגלל שהיא לרוב מובילה להפחתה ברכש בתוך הבית (במחיר של רעש מוגבר בחוץ). פרט לעובדה שהצדדים החמים והקרים מפוצלים לגמרי והקיבולת גדולה יותר (הסלילים והמעבה גדולים יותר), אין הבדל בין מזגן חלון למזגן במערכת מפוצלת.

במחסנים, משרדי עסקים גדולים, קניונים, חנויות גדולות ובניינים גדולים אחרים, יחידת העיבוי לרוב נמצאת על הגג והגודל שלה די מסיבי. לחילופין, יכול להיות שיהיו מספר יחידות קטנות יותר על הגג, כל אחת מחוברת בפנים למטפל אוויר שמקרר אזור ספציפי בבניין.

בבניינים גדולים יותר, ובפרט בבניינים רבי קומות, הגישה של מערכת מפוצלת נתקלת בבעיות. אחת מהן היא שהצינור בין המעבה למטפל האוויר עובר את גבול המרחק (העברות ארוכות מדי עלולות ליצור בעיות סיכוך במעבה), או שכמות הצנרת ואורכה הופכים לבלתי ניתנים ליישום. בנקודה זו, זה הזמן לחשוב על מערכת עם מים קרים.

יחידות מיזוג אוויר עם מים קרים ומגדל קירור

למרות שהמזגנים הסטנדרטיים הם מאוד פופולריים, הם עלולים לצרוך הרבה אנרגיה וליצור לא מעט חום. עברו התקנות גדולות כמו בנייני משרדים, מיזוג אוויר וקירור לפעמים צריכים להתנהל קצת אחרת.

חלק מהמערכות משתמשות במים כחלק מתהליך הקירור. שני המזגנים המוכרים הם מערכות שמשתמשות במים קרים או במגדל קירור.

  • איך פועל מזגן מערכת מים קרים? במערכת מים קרים, כל המזגן מותקן על הגג או מאחורי הבניין. הוא מקרר מים לטמפרטורה של 40-45 מעלות פרנהייט (4.4-7.2 מעלות צלזיוס). המים הקרים מוזרמים בצינורות ברחבי הבניין והם מחוברים למטפלי האוויר. זו יכולה להיות מערכת מגוונת בה הצינורות עובדים כמו סלילי המאדה במזגן סטנדרטי. אם היא מבודדת היטב, אין גבול מרחק פרקטי לאורך של צינורות הקירור.
  • איך פועל מזגן בטכנולוגית מגדל הקירור – בכל מערכות מיזוג האוויר שתיארנו עד כה, משתמשים באוויר על מנת לפזר חום מסלילי המדחס. בחלק מהמערכות הגדולות, משתמשים במקום במגדל קירור. המגדל יוצר זרם של מים קרים שעובר בתוך חלפן חום, שמקררים את סלילי העיבוי החמים. המגדל מעביר אוויר דרך זרם המים וגורם לחלק מהמים להתאדות, והאידוי מקרר את זרם המים. אחד מהחסרונות של המערכת הזו הוא שצריך להוסיף מים באופן שגרתי על מנת לפצות על הנוזל שאובד באידוי. כמות הקירור שמזגן מקבל מקבל ממגדל קירור תלויה בלוחת היחסית של האוויר והלחץ הברומטרי.

בגלל שעלויות החשמל גדלות וחששות סביבתיים, יש מספר שיטות קירור נוספות בבדיקה. אחת היא קירור באמצעות קרח. מערכת כזו משתמשת בקרח שהוקפא בשעות הערב על מנת לקרר את האוויר הפנימי במהלך החלקים החמים של היום. למרות שהמערכת כן משתמשת באנרגיה, היא ברובה מתבזבזת כשהביקוש לכוח הוטא הנמוך ביותר. האנרגיה פחות יקרה בשעות שאינן שעות השיא, והצריכה המופחתת בשעות השיא מקלה על הביקוש מחברת החשמל.

BTU

רוב הקיבולות של המזגנים מדורגות לפי BTU (יחידות תרמיות בריטיות). BTU הוא כמות החום הנדרשת להעלות את הטמפרטורה של פאונד אחד (0.45 ק"ג) של מים במעלת פרנהייט אחת (0.56 מעלות צלזיוס). BTU אחד שווה ל-1055 ג'ול. במונחי חימום וקירור, טון אחד שווה 12,000 BTU.

מזגן חלון טיפוסי מדורג ב-10,000 BTU. לשם ההשוואה, בית ממוצע בגודל 2,000 רגל מרובע (185.8 מטר מרובע) ישתמש במזגן 5 טון (60,000 BTU), כלומר שכנראה שתצטרכו 30 BTU לכל רגל מרובע אחד.

5 (100%) 2 votes