خواص الهواء والخريطة السيكرومترية


#1

أولا: المقصود بتكييف الهواء : Air Conditioning

الهواء الجوي يتكون من مجموعة من الغازات أهمها غازات الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء . ونسبة الأكسجين في الهواء تمثل عاملا هاما في الحياة وراحة الإنسان فإن نقصها أو زيادتها يسبب اختلالا في التنفس مما يسبب مضايقة وضعف النشاط وقد يؤدي إلى أضرار أكبر في حالة تغيير النسبة بقيم كبيرة .

ولذلك فإنه يجب الاحتفاظ بنسبته في الحدود المسموح بها. والرطوبة الموجودة في الهواء لها تأثير كبير على الإنسان . وفي كثير من الصناعات تكون لنسبة بخار الماء تأثير على مستوى جودة الإنتاج ودقة التشغيل .

كما أن درجة الحرارة للهواء الجوي الجوي تؤثر على معدلات انتقال الحرارة من الجسم وعلى كفاءة عمل الرئة ومعدل إفرازات الجلد كما أن زيادة السرعة للتيارات الهوائية تؤدي إلى زيادة معدل التبخر من السطح التي يمر عليها الهواء وبالعكس يكون نقصان السرعة عن المعدل المناسب قي يؤدي إلى تراكم الإفرازات السائلة (العرق) على الجسم بأكثر من القيم الضرورية لترطيب سطح الجلد.

كل هذه العوامل لها تأثير مباشر ولذلك يكون تكييف الهواء الكامل Air Conditioning هو التحكم في جميع هذه العوامل وهي :

  1. مكونات الهواء .
  2. نسبة البخار.
  3. درجة الحرارة .
  4. سرعة الهواء .

ويكون التحكم لكل بند في الحدود المسموح بها تبعا لاستخدام ونوعية المكان في حالة التحكم الجزئي في أي عدد من هذه العوامل يكون تكييف الهواء جزائيا . Partial Air Conditioning.

ثانيا : أغراض تكييف الهواء Industerial Air Conditioning

تكييف الهواء Industerial Air Conditioning كم هو ضروري في العديد من الصناعات خصوصا في التخزين وصناعات الغزل والصناعات الدقيقة فهو أيضا ضروري في حياة الإنسان لراحته Comfort AC وقد وجد أن استخدام تكييف الهواء في المصانع يرفع من معدل الإنتاج كما يخفض نسبة تغييب العاملين هذا بخلاف الراحة النفسية للفرد.

تكييف الهواء في الصناعات يخضع أساسا للمتطلبات الخاصة بهذه الصناعة ولذلك فإن الخواص المطلوبة تتغير باستمرار . ولكن تكييف الهواء لراحة الإنسان تكون له قيم متوسطة (إحصائية ) بحيث أنه يمكن تحديد معدل التغيير المسموح به في العوامل الأساسية لتكييف الهواء .

ثالثا : خواص الهواء :

أ - مكونات الهواء الجوي:

يتكون الهواء الجوي من العديد من الغازات المختلفة مختلطا بعضها ببعض وتتغير نسب الغازات المختلفة من مكان لآخر على الكرة الأرضية . كما يحتوي الهواء أيضا على كمية من الكائنات الحية بعضها ضار ( الجراثيم ) كم يحتوي الهواء أيضا على كمية من الغبار والأتربة. وعند وجود بخار ماء في الهواء الجوي يعتبر الهواء رطبا Moist Air وتشكل جميع الغازات الأخرى مايسمى بالهواء الجاف Dry Air .

ب - درجة حرارة الهواء الجوي :

درجة حرارة الهواء ممكن قياسها بعديد من الدلائل وهي :

  1. درجة الحرارة الجافة Dry Bulb Temp.t وهي درجة الحرارة المقاسة بواسطة ترمومتر يكون الانتفاخ له جافا.

  2. درجة الحرارة الرطبة Wet Bulb Temp.tw وهي أقل درجة للحرارة تقاس بواسطة ترمومتر انتفاخه مبلل خفيفا بالماء ونتيجة لتبخر الماء من سطح انتفاخ الترمومتر تنخفض درجة الحرارة وتكون دائما اقل من درجة الحرارة الجافة كنتيجة لتبخر الماء الذي يمتص الحرارة الرطبة لهواء مشبع ببخار الماء تكون مساوية تماما لدرجة الحرارة الجافة.

  3. درجة التندي Dew Point Temp.t وهي درجة الحرارة التي يبدأ عندها بخار الماء الموجود في الهواء في التكثف . وتقاس بوضع ترمومتر في إناء به ماء ويبرد الماء تدريجيا حتى يلاحظ تكثف جزئيات من الماء على سطح الإناء الخارجي.

ج - الرطوبة :

هي كمية بخار الماء الموجود في الهواء تقاس بأي من الوحدات الآتية :

  1. الرطوبة النوعية ( Specific Humidity (humidity ratio) (X : وتقدر بكمية بخار الماء الموجود في الهواء الجاف . وتحدد من المعادلةالآتية :
    (X) = وزن بخار الماء / وزن الهواء الجاف = Ma/M H2O

ويقاس وزن بخار الماء بالجرام في النظام المتري والجرين في النظام الإنجليزي (الرطل يساوي 7000 جرين) . بينما يقاس وزن الهواء الجاف بالكيلو جرام والرطل .

  1. الرطوبة النسبية Relative Humidity : وهي نسبة ضغط بخار الماء الموجود في الهواء بالنسبة لضغط التشبع عند نفس الظروف.
    Psat / PH2O =

وهي تقاس بنسبة مئوية أو كسور عشرية . والرطوبة النسبية هي المؤثر الفعال بالنسبة لاحساس الإنسان بارتفاع أو انخفاض الرطوبة وتتأثر بدرجة حرارة الهواء الجوي . وعند زيادة الرطوبة النسبية يقل معدل تبخر العرق من سطح الجلد وبذلك يقل خروج العرق من داخل جسم الإنسان مما يسبب ترسيب الأملاح داخل الجسم وخصوص عند المفاصل وهذا يؤدي إلى أمراض الروماتيزم (التهاب المفاصل) وهذا بخلاف التأثير بالنسب للحويصلات الهوائية فزيادة الرطوبة النسبية تعني احتمال تكثف بخار ماء داخل الرئة وكذلك تؤدي إلى خفض معدل امتصاص الدم للأكسجين من الهواء . وانخفاض معدل الرطوبة عن الحد مسموح به يؤدي إلى جفاف الحويصلات الهوائية والجلد وبالتالي إلى الآم في التنفس وتشقق الجلد.

د - الانثالبي :

عند حساب الحمل الحراري اللازم لعمليات تكييف الهواء فلا بد من معرفة كمية الطاقة الحرارية الكلية في الهواء بالنسبة لوحدة الأوزان وهي ما تمسى بالانثالبي Enthalpy)) .

وتقاس بالوحدات الحرارية لكل وحدة وزن للهواء الجاف وتقاس في النظام الانجليزي بوحدة حرارية بريطانية لكل رطل هواء جاف (و.ح.ب/رطل) أو الكيلو سعر لكل كيلو جرام هواء جاف (كسعر/كجم).(الوحدة الحرارية البريطانية هي كمية الحرارة اللازمة للرفع درجة حرارة رطل واحد من الماء درجة واحدة فهرنهايت - الكيلو سعر هو كمية لحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلو جرام من الماء درجة واحدة مئوية).

رابعا : الخرائط السيكرومترية Psychrometric Chart

مما سبق يتضح لنا أنه يلزم معرفة مجموعة من الخواص المختلفة للهواء الجوي. وأكثرها يمكن حسابه بواسطة المعادلات المختلفة وهنا يستغرق وقتا وجهودا كبيرا ولذلك تستخدم عادة الخرائط السيكرومترية وهي خرائط خاصة تبين الخواص المتعددة للهواء وهي عادة ترسم بإحدى الطريقتين الموضحتين بالرسم رقم 1 (أ ،ب) . وتكون محوري الخريطة هما درجة الحرارة والرطوبة النوعية. ويمكن باستخدام أي من هذه الخرائط تحديد الخواص الضرورية للهواء.

منقول