تحويل الحرارة وBTUs

علماء الجو وراء الرفاهية

HVAC هي تطبيق الديناميات الحرارية. كل نظام تدفئة وتبريد يعمل بواسطة نقل الحرارة من مكان إلى آخر. القانون الأول من الديناميات الحرارية يخبرنا أن الطاقة لا يمكن أن تُنشأ أو تُدمر: فقط نقل. مشغل الهواء لا يُنشأ البرودة. ينتقل الحرارة من داخل المبنى إلى خارج.

BTU (بريطاني حراري وحدة): الوحدة القياسية من الطاقة الحرارية في تجارة HVAC. يحتاج واحد BTU إلى حرارة لرفع رطل واحد من الماء بمقدار درجة فهرنهايت واحدة. تتميز وحدة التبريد المنزلية العادية بين 24,000 و 60,000 BTUs في الساعة. يبلغ طن التبريد 12,000 BTU / ساعة، وهذا يأتي من مقدار الحرارة اللازمة لذوبان طن من الجليد في 24 ساعة.

ثلاثة أنماط من نقل الحرارة:

التوصيل: نقل الحرارة من خلال اتصال مباشر بين المواد. خط التبريد المعدني الساخن الذي يحرك يديك هو توصيل. تتم عملية نقل الحرارة عبر جدران مبدل الحرارة بواسطة توصيل.

الانتشار: نقل الحرارة بواسطة سائل يتحرك (هواء أو سائل). يتم تسخين الهواء بواسطة منفذ مجفف هواء ويدفع بواسطة مروحة هو ذلك الانتشار. ينتقل السائل عبر النظام بواسطة الانتشار.

الاشعاع: نقل الحرارة بواسطة موجات إلكترومغناطيسية بدون وسط. الشمس التي تشتعل على السطح هي اشعاع. يتم تسخين الأرض بالتبريد بواسطة حرارة الاشعاع مباشرة دون تسخين الهواء أولاً.

الحرارة الحساسة مقابل الحرارة السكونية: الحرارة الحساسة تتغير درجة الحرارة للمادة ويمكن قياسها بواسطة ترمومتر. الحرارة السكونية تتغير حالة المادة (السائل إلى غاز أو الغاز إلى سائل) دون تغيير درجة الحرارة. في HVAC، الحرارة السكونية مهمة لأن مركب التبريد ينتشر بكميات هائلة من الحرارة عند تحولها من سائل إلى غاز داخل أنبوب التبريد. هذا التغير في الفصل هو ما يجعل تبريد الهواء ممكما.

الحساسية مقابل الحرارة السكونية

في يوم صيفي رطب، تدخل إلى مبنى معتمر بالهواء. تشعر بالبرودة والجفاف أكثر من الخارج. تلاحظ الماء المتدفق من خط التصريف بالقرب من وحدة الهواء الداخلي.

أربعة مكونات، حلقة واحدة

قلب كل مكيف هواء ومضخة حرارة

دورة التبريد بالضغط المرتفع هي المحرك الذي يدفع كل مكيف الهواء ومضخة الحرارة والمناشف والتجميد. إنها تحرك الحرارة من مكان ترغب في تبريده إلى مكان يمكنك إلقاءه. تتكون الدورة من أربعة مكونات رئيسية متصلين في حلقة مغلقة.

1. المكثف: محرك النظام. إنها机انزعج منخفض الضغط والحرارة من التكثيف وضغطها إلى ضغط مرتفع وحرارة مرتفعة. يضيف الانضغاط الطاقة إلى التبريد، مما يرفع درجة حرارته فوق درجة حرارة الهواء الخارجية حتى يمكنه رفض الحرارة خارجًا. المكثف هو المكون الأكثر تكلفة والذي يستهلك المزيد من الكهرباء.

2. المنشط (أنبوب خارجي): يدخل الغاز السائل المضغوط والمثير إلى أنبوب المنشط. يتنفس هواء الخارجي فوق الأنبوب. لأن التبريد أكثر سخونة من الهواء الخارجي، يتم نقل الحرارة من التبريد إلى الهواء. يتحرر التبريد من حرارته (بما في ذلك الحرارة اللزجة التي استهلكها داخلها) وتحولها من غاز إلى سائل مرتفع الضغط. التبطين هو التبريد الإضافي لل液ية تحت درجة حرارتها المنصهر، يضمن أن يكون جميع التبريد سائلًا قبل الوصول إلى جهاز الانضغاط.

3. جهاز الانضغاط (جهاز القياس): يمر السائل المضغوط عبر تقييد، محول ضغط ثابت أو مفتاح توزيع الحرارة. يسبب الانخفاض المفاجئ في الضغط انخفاض درجة حرارة الانبعاث. جزء من السائل يتحول إلى غاز، ويقل درجة حرارته. التبريد هو الآن بارد ومزج من السائل والغاز.

4. التكثيف (أنبوب داخل): يدخل التبريد البارد إلى أنبوب التكثيف. الهواء الداخلي يتنفس فوق الأنبوب بواسطة محرك المضخات. يستهلك التبريد الحرارة من الهواء الدافئ الداخلي وتحولها من سائل إلى غاز. الإفراط في الشغل هو التبريد الإضافي للغاز فوق درجة حرارته المنصهر، يضمن أن يكون جميع التبريد غازًا قبل العودة إلى المكثف، لأن الانزلاق السائل يمكنه تدميره.

تبدأ الدورة تكرارًا مستمرًا: ضغط، تبريد، انضغاط، تكثيف. الحرارة يتم استهلاكها داخل المنزل ويطرح خارج المنزل.

الغاز النفطية: سائل العمل في الدورة. R-22 (Freon) كان المعيار لسنوات عديدة ولكن تم إلغاؤه بسبب تآثره في تآكل الأوزون. R-410A استبدله في معظم أنظمة المنزل. R-454B هو الجيل التالي، مع تقليل المحتمل من تأثير الاحتباس الحراري. التعامل مع الغازات النفطية يتطلب شهادة EPA Section 608، والتخلص من الغاز النفطي إلى الهواء هو مخالف لاتفاقية حكومية.

تتبع الدورة

تتلقى مكالمة من مقيم يقول أن جهاز التبريد لديه مشكلة لأنّه لا يبرد. تصل إلى المكان وتجد أن وحدة الخارج تُلفّق بالهواء، والكمبرسور يعمل، والمنفذ الداخلي ينتشر الهواء. لكن الهواء المخرج من فتحات التوريد ساخن. تقوم بفحص خطوط الغاز النفطي وترى أن الخط الكبير (الذي يجب أن يكون باردًا ومتصبباً بالترطيب) ساخن للضغط.

المناجم، ومضخات الحرارة، والمحاريث

كيف تصبح المباني ساخنة

في حين أن تبريد الهواء يسيطر على العمل في الصيف، تستمر أنظمة التسخين في توفير عمل متواصل للمهندسين الميكانيكيين طوال الشتاء. تتضمن ثلاثة تقنيات تسخين رئيسية كل منها مبدأ عمل خاص.

المنجنيق: يشتعل الغاز الطبيعي أو البروبان في غرفة احتراق. يمر الحرارى المشتعلة من الاحتراق عبر مبدل الحرارة، وهو مجموعة من أنابيب المعدن أو مجمع كف الحرف. يمر الهواء الداخلي عبر الخارج من مبدل الحرارة، ويحصل على الحرارة، ويوزع عبر شبكة التهوية. تخرج غازات الاحتراق إلى الخارج عبر مجرى أو أنابيب البوليفينيل الفينيل. إنهاء مبدل الحرارة هو إحدى أخطر الفشلات في HVAC: يسمح بوجود ثاني أكسيد الكربون (CO) في إمداد الهواء الداخلي. فحص احتراق سنوي (تحقق من مستوى ثاني أكسيد الكربون، ضغط الغاز، درجة الحرارة الصاعدة، وضغط الانزلاق) مهم جداً من حيث الأمان.

مضخة حرارية: نفس دورة التبريد للمكيف، لكن مع مفاتيح عكسية تقلب اتجاه تدفق الثرموديناميكية. في وضع التبريد، ينتقل الحرارة من الداخل إلى الخارج، مثل المكيف القياسي. في وضع التسخين، تقلب المفاتيح العكسية، ويتم نقل الحرارة من الهواء الخارجي إلى المبنى. يصبح المكثف الخارجي المبرد (يستخلص الحرارة من الهواء الخارجي) والمكثف الداخلي المكثف (يفرز الحرارة داخل المبنى). يمكن لمنظومة مضخة الحرارة استخراج الحرارة من الهواء الخارجي حتى عند درجات حرارة منخفضة، لكن كفاءةها تقل عندما تنخفض درجة الحرارة. تشمل معظم أنظمة مضخات الحرارة شرائح تسخين كهربائية مقاومة لإيام الأيام الباردة جداً.

المحترق: يسخن الماء (نظام الهيدروليكي) أو ينتج بخارًا ويوزع عبر أنابيب إلى مراوح أو مصادر حرارة أساسية أو أنابيب راديانت تحت الأرض. تعمل المحارك على حرق الغاز أو الزيت أو استخدام عناصر كهربائية. أنظمة الهيدروليك شائعة في المباني القديمة والمستخدمة في التطبيقات التجارية. عمل المحارك يتضمن فهم كيمياء الماء والضغط والفوهات المكافئة والخزانات التوسعية ومضخات الدورة.

درجات كفاءة: يتم تصنيف المحارك حسب AFUE (كفاءة استهلاك الوقود السنوي). المحارك التي تصل إلى 96% AFUE تحول 96% من طاقة الوقود إلى حرارة. يتم تصنيف مضخات الحرارة حسب HSPF (معامل أداء موسمي التسخين) للحرارة وSEER (معامل كفاءة الطاقة الموسمية) للتبريد. الأعداد الأعلى تعني الكفاءة العالية.

مضخة حرارية مقابل محرقة

تستأذن سيدة في منزلهم في منطقة مناخية معتدلة (شتاء حوالي 30-40 درجة فهرنهايت) عما إذا كان يجب عليها استبدال محرقة الغاز القديمة بمضخة حرارية. ترغب في توفير المال على فواتير الطاقة وتقليل بصمتها الكربونية.

أنابيب التهوية والهواء والتصفية

الحصول على الهواء إلى حيث يجب أن يذهب

лучшая в мире не имеет значения إذا كان نظام توزيع الهواء لا يمكن أن ينتقل الهواء المناسب إلى كل غرفة. تصميم أنابيب التهوية وإدارة الهواء هي مهارات HVAC الأساسية.

أنواع الأنابيب: الفولاذ المقاوم للصدأ (مربع أو دائري مستوٍ) وأنابيب الهواء المطاطية (أنابيب مطاطية معزولة) ولوحة الدوائر (لوحات رقيقة من الفولاذ المقاوم للصدأ مع شاشات من الفولاذ المقاوم للصدأ). الفولاذ المقاوم للصدأ هو الأكثر استدامة والكفاءة. أنابيب الهواء المطاطية هي أقل تكلفة وأسهل في الإعداد ولكن يجب أن يتم امتصاصها بشكل صحيح ، وأنابيب الهواء المطاطية المضغوطة أو الملتفة تدمر تدفق الهواء. لكل نوع تطبيقاته بناءً على المبنى والbudget والمتطلبات القانونية.

قياس تدفق الهواء: يتم قياس حجم الهواء في CFM (كوب في الدقيقة). يتطلب كل غرفة CFM محدد بناءً على مساحته ووزن الحرارة ومعدل عدد السكان. قد تحتاج مساحة 2000 قدم مربع عادية إلى 800-1,200 CFM الإجمالية. يستخدم الفنيون أنبوب أنيموميتر أو كيس تدفق لقياس CFM في كل باب.

ضغط ثابت: مقاومة تدفق الهواء في نظام الأنابيب ، يتم قياسها في بوصات من柱 الماء (بوصة ماء) باستخدام مقياس ضغط. فكر في ذلك مثل ضغط الدم ، إذا كان مرتفعاً يعني أن هناك شيء يقيده (مصفف غير محدد ، انهيار الأنبوب ، أنابيب صغيرة الحجم). إذا كان منخفضاً يعني أن هناك فجوات أو جهاز ضعيف. الهدف من ضغط الوسيط الخارجي للنظم السكنية العادية هو 0.50 بوصة ماء أو أقل. الضغط العالي للثابت يضطر المضخ المحرك إلى العمل بجدية ، والتخلص من الطاقة ، وتقليل تدفق الهواء وتبديل الحياة.

تصفية الهواء: يتم إزالة الغبار والقشرة والجسيمات من الهواء المكرر بواسطة مرشحات الهواء. يتم تصنيف المرشحات حسب MERV (قيمة التقرير الأدنى للكفاءة) من 1 إلى 20. المرشحات السكنية العادية هي MERV 8-11. المرشحات المستشفى هي MERV 13-16. يعني MERV الأعلى تصفية أفضل ولكن أيضا ضغط ثابت أعلى ، أن المرشح الذي يقلق من النظام يخنق الهواء ويجمد أنبوب التبريد.

الهواء الراجع: معظم أنظمة الهواء لديها أنابيب تزويد (تزويد الهواء المشترك) وأنابيب استقبال (جذب الهواء إلى وحدة لإعادة التكييف). إذا كان هناك استهلاك هواء الراجع ، فإن هذا هو واحد من أكثر المشاكل شيوعًا في أنابيب التهوية السكنية ، مما يؤدي إلى مشاكل في التوازن الضغط ، مما يجعل الأبواب تصل ، وضبط النظام ضد نفسه.

تشخيص مشاكل تدفق الهواء

يشتكي مالك منزل أن غرف النوم العليا دائمًا ما تكون ساخنة في الصيف بينما تبقى الطابق السفلي مريحًا. يتم استخدام وحدة التبريد الواحدة مع ترميز واحدة فقط يقع في الطابق السفلي. تمر خطوط التهوية عبر غرفة ساخنة في السطح لوصول إلى مقابض التبريد العليا. تقيس الضغط الإستاتيكي وتبين أنه يبلغ 0.85 إنش و.س م: أعلى من الهدف 0.50 بنسبة كبيرة.

دخول التجارة

مهن HVAC والشهادات

تعد مهنة HVAC إحدى أكثر الأعمال الماهرة طلبًا في الدولة. يعتقد مكتب الإحصاءات العمالية أن معدل النمو سيكون أسرع من المتوسط، ولهذا السبب هناك فائض من الخبراء. لا يمكن نقل العمل إلى الخارج: يجب أن يكون المهندسين الصغائر متواجدين محليًا يمكنهم زيارة المبنى وتحسين النظام.

شهادة قسم 608 من إدارة البيئة: مطلوبة بموجب القانون الفيدرالي لشراء أو التعامل مع المبردات. هناك أربعة أنواع: نوع I (الأجهزة الصغيرة)، و نوع II (الأنظمة تحت ضغط عالي مثل التبريد المنزلي)، و نوع III (الأنظمة تحت ضغط منخفض مثل المجمعات الباردة)، و Universal (جميع الأنواع). يبدأ معظم فنيي التكييف بالشهادة العالمية في بداية تدريبهم. تتضمن الاختبارات التعامل مع المبردات، وإعادة استخدامها، وتدويرها، والقواعد البيئية.

شهادة NATE: إنجاز تقني شمال أمريكا، وهي شهادة صناعية رائدة. تتضمن اختبارات NATE أنواع مختلفة من الأنظمة (التبريد، والمضخات الحرارية، والمفاعلات الغازية، إلخ.) وتؤكد مهارات التشخيص في الواقع. يفضل العديد من الموظفين أو يطلبون من فنيي NATE.

التدريب مقابل المدرسة التجارية: تتعلم البرامج التجارية (6 أشهر إلى 2 سنوات) الأساسيات في الفصل الدراسي والمختبر. تجمع برامج التابعتين (عادة 4-5 سنوات) بين التعليم في الفصل الدراسي والتجربة العملية المدفوعة في الوظيفة تحت رجل تجارة. تؤدي كلا المسارات إلى حياة مهنية، لكن التدريب المدفوع يسمح لك بالتعلم أثناء العمل ويوفر آلاف ساعات من الخبرة العملية تحت إشراف رجل تجارة.

العقاري مقابل التجاري: تقنيو المنازل يعملون على المنازل، ووحدات التبريد المنزلية، والمفايات، والأنابيب. تقنيو التجاري يعملون على معدات أكبر: وحدات السطح، ومضخات التبريد، وناقلات الماء البارد، ووسائل التحكم في المباني، وأنظمة تدفق الهواء المتغير (VAV). العمل التجاري أكثر تعقيدًا ودفع أكثر عادةً.

التخصصات: التبريد (متاجر البقالة، والتخزين البارد، والخدمات الغذائية)، والتحكم وautomation (أنظمة التحكم المباشر (DDC)، وBACnet، ومستشعرات برمجية)، وجودة الهواء الداخلي، وتصميم الطاقة، وتصميم الأنظمة. تقنيي HVAC الذين يتعلمون التحكم والautomation في الأنظمة يطالب بهم بشكل خاص حيث تصبح المباني أذكى.

الأجور: تقنيي HVAC البوابين يبدأون عادةً بـ $35,000-$45,000. تقنيو المنازل الخبراء يربحون $50,000-$75,000. تقنيو التجاري والمصنعية مع الشهادات والاختصاصات يمكنهم ربح $75,000-$100,000 أو أكثر. مالكو الأعمال والمتعاقدون ليس لديهم سقف.

تخطيط مسارك

ربط HVAC بمستقبلك

عرفت الآن الترموديناميكية وراء التسخين والتبريد، دورة التبريد، كيفية توليد الحرارة بمفايات ولوحات التبديل الحرارية، وكيفية توصيل أنابيب التهوية بالبناء.