في أنظمة التبريد، تعمل ملفات المكثف كمكان يتم فيه التخلص من معظم الحرارة أثناء التشغيل. عندما يقوم الضاغط بضخ مادة التبريد على شكل بخار ساخن، فإنها تتدفق مباشرة إلى هذه الملفات. وعند حدوث ذلك، تفقد المنظومة الحرارة إلى البيئة المحيطة من خلال التلامس المباشر وحركة الهواء حول الملفات. يتضمن تصميم المكثفات الحديثة مساحة سطح كبيرة بفضل الزعانف المعدنية الصغيرة التي نراها غالبًا بارزة. وتُستخدم مواد مثل النحاس أو الألومنيوم بشكل شائع لأنها توصّل الحرارة بكفاءة عالية. ووفقًا للمعايير الصناعية، فإن حوالي ثلثي كمية الحرارة التي تم امتصاصها بواسطة مادة التبريد تُفقد فعليًا من خلال هذا الجزء. وعادةً ما تكون الوحدات التجارية مزودة بمراوح أكبر تهب عبر الملفات، مما يساعد على التبريد بشكل أسرع عند زيادة العبء التشغيلي. ويؤدي إنجاز هذه المرحلة بشكل دقيق إلى خروج مادة التبريد عند درجة الحرارة المناسبة تمامًا، بحيث يمكن أن تتحول مرة أخرى إلى الحالة السائلة بالشكل الصحيح.
عندما يبرد المبرد داخل وحدة المكثف، يتغير حالته من بخار إلى سائل. ما نسميه التبريد الفرعي يحدث عندما يتم تبريد هذا السائل أكثر من نقطة درجة حرارة التشبع. تمنع هذه الخطوة الإضافية من التبريد تكون الغازات اللحظية (Flash gas) مباشرة قبل الوصول إلى صمام التمدد. يمكن لممارسات التبريد الفرعي الجيدة أن تعزز الأداء الكلي للنظام بنسبة تتراوح بين 12 إلى 15 في المئة تقريبًا، وذلك لأنها تحافظ على تدفق المبرد بشكل متسق عبر النظام وفقًا لبحث معهد تقنيي تكييف الهواء والتدفئة (HVAC Tech Institute) الذي أُجري العام الماضي. تقوم الملفات في هذه الأنظمة بإحداث اضطرابات تساعد على توزيع الحرارة بالتساوي على الأسطح. بعد أن يتحول المبرد بالكامل إلى حالة سائلة ويتم تبريده فرعيًا بشكل مناسب، ينتقل نحو قسم المبخر. تتمكن النماذج الحديثة التي تستخدم تقنية القنوات الدقيقة (microchannel) من تحقيق التبريد الفرعي بشكل أسرع بكثير مقارنةً بالتصاميم القديمة، مما يعني أن الثلاجات الحديثة تستهلك عمومًا طاقة أقل أثناء أداء نفس الوظيفة.
تعتمد طريقة انتقال الحرارة عبر ملفات المكثف على عمليتين رئيسيتين: التوصيل والتوصيل العُرضي. عندما تسخن المادة المبردة داخل الملف، فإنها تُوصِل الحرارة مباشرة خلال جدران المعدن هذه. وفي الوقت نفسه، تقوم الهواء المحيط بالتبريد الانتقالي، أي أنه يمتص الحرارة الزائدة. تعتمد بعض الأنظمة على حركة الهواء الطبيعية، لكن معظم الأنظمة الحديثة تحتوي على مراوح تُطلق هواءً عبر الملفات، وهي تعمل بكفاءة أعلى بكثير في الحفاظ على برودة النظام. تشير الدراسات إلى أن توسيع مساحة سطح المكثف بنسبة حوالي 30 بالمئة قد يزيد من كفاءة فقدان الحرارة ما بين 18 إلى 25 بالمئة، رغم تفاوت النتائج حسب الظروف الخاصة. ولهذا السبب يصمم العديد من المصنّعين ملفاتهم باستخدام أنابيب نحاسية طويلة ومتشعبة مقترنة بعدد كبير من الشفرات الألومنيومية المنتوسبة في كل مكان. وتلك الشفرات تزيد بشكل كبير من مساحة التلامس مع الهواء المبرد، مما يجعل النظام بأكمله يعمل بجدٍ أكبر للتخلص من الحرارة.
إن شكل وتصميم المكثفات مهم جدًا من حيث الكفاءة في التعامل مع الحرارة. النحاس مادة ممتازة لهذا الغرض لأنه يوصل الحرارة بكفاءة عالية تبلغ حوالي 401 واط/متر كلفن. وهذا يعني أن الحرارة تنتقل خلاله بسرعة. كما تساعد الزعانف المصنوعة من الألومنيوم المتصلة بهذه المكونات النحاسية، لأنها تزيد من مساحة السطح، مما يُحسّن التبريد من خلال التوصيل الحراري. نحن نشهد في الآونة الأخيرة زيادة في استخدام تصاميم القنوات الدقيقة، والتي يمكن أن تقلل من احتياجات المبردات بنسبة تتراوح بين 25٪ و40٪ مقارنةً بالأنماط القديمة من نوع الأنبوب والزعانف. وعندما ينظم المصنعون أنماط الزعانف بشكل متداخل، فإنهم يخلقون في الواقع اضطرابًا أكبر في تدفق الهواء، ما يعزز معدلات التخلص من الحرارة بنسبة تتراوح بين 12٪ و18٪ في الأنظمة التي يتم فيها دفع الهواء عبرها. ويؤيد هذا ما جاء في تقرير كفاءة مواد المبخر. كل هذه التحسينات تعني أن الوحدات المنزلية الصغيرة يمكنها الأداء بشكل جيد رغم المساحة المحدودة المتاحة لها.
يتكون نظام المكثف الحلزوني النموذجي لثلاجة من ثلاثة أجزاء رئيسية تعمل معًا للتفريغ من الحرارة بشكل صحيح. وعادةً ما تكون هذه الملفات على شكل حلزوني وتُصنع إما من النحاس أو الألمنيوم، لأن هذه المواد تتيح مساحة تلامس جيدة عند نقل الحرارة بعيدًا عن النظام. كما يتم توصيل أنابيب دخول وخروج للتحكم في سرعة مرور المبرد خلال النظام. وهذا يساعد في الحفاظ على فرق الضغط المناسب بين المكان الذي يضخ فيه الضاغط المبرد والمكان الذي يستخرجه منه مرة أخرى عند المبخر. أظهرت بعض الأبحاث الحديثة من ASHRAE عام 2023 أن ضبط تدفق المبرد بشكل صحيح يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 12 بالمئة في طرازات الثلاجات العادية. وهذا يمثل وفرًا كبيرًا بمرور الوقت لكل من الأسر المعيشية وأصحاب الأعمال.
لا تزال معظم المنازل تعتمد على الأنابيب النحاسية لتلبية احتياجاتها من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، حيث تحتفظ بحوالي ثلاثة أرباع السوق بفضل قدرتها العالية على توصيل الحرارة. ومع ذلك، بدأ الألمنيوم يحقق تقدماً في المشاريع التجارية الكبيرة، حيث استحوذ على نحو 22٪ من هذا القطاع نظراً لكونه أخف بكثير، مما يسهل التعامل معه أثناء التركيب. وعند إعداد هذه الأنظمة، يربط الفنيون عادةً أنابيب الدخول بمخارج الضواغط تتراوح أقطارها بين 1/4 بوصة و3/8 بوصة للحفاظ على تدفق سلس دون حدوث اختناقات. وتساعد طريقة تهيئة المخارج في تبريد المبرد بشكل مناسب قبل وصوله إلى صمام التمدد. ويُعدّ تنفيذ ذلك بالشكل الصحيح أمراً بالغ الأهمية للحفاظ على تشغيل مستقر وضمان حدوث تغيرات الطور المناسبة في الوقت المطلوب.
يمكن للمراوح المحورية التي تعمل بمحركات تيار مستمر بدون فرش أن تنقل ما بين 150 و300 قدم مكعب من الهواء في الدقيقة عبر الملفات. وهذا في الواقع أفضل بنسبة 40 بالمئة تقريبًا مقارنةً بتصاميم المحركات ذات الأقطاب المظللة القديمة التي كنا نستخدمها في عام 2018. يتم ضبط شفرات هذه المراوح بزوايا تتراوح بين 22 درجة و35 درجة تقريبًا، مما يساعد على نقل الحرارة بكفاءة أكبر مع الحفاظ في الوقت نفسه على مستوى الضوضاء أقل من 45 ديسيبليل في معظم الأجهزة المنزلية اليوم. ووجدت دراسات أجريت على أنظمة التبريد التجارية أمرًا مثيرًا للاهتمام أيضًا. عندما انتقل المصنعون إلى مراوح متغيرة السرعة بدلًا من تلك ذات السرعة الثابتة، لاحظوا انخفاض استهلاك الطاقة السنوي لديهم بنسبة حوالي 18%. تقوم هذه المراوح الذكية ببساطة بتعديل كمية الهواء التي تمر من خلالها بناءً على احتياجات النظام الفعلية في كل لحظة.
يعتمد حوالي 92 في المئة من أنظمة التدفئة والتبريد وتكييف الهواء التجارية على أنظمة تدفق الهواء القسري لأنها تحتاج إلى الحفاظ على فرق درجة الحرارة (ΔT) فوق 15 درجة فهرنهايت. وفي الوقت نفسه، لا يزال حوالي ثلث المنازل الصغيرة يستخدم طرق التوصيل الطبيعي للهواء نظرًا لبساطتها وانخفاض تكلفة تركيبها. أما النماذج الهجينة الأحدث فتدمج هاتين الطريقتين معًا، حيث تعمل المراوح الإضافية فقط عندما تتجاوز درجات الحرارة الداخلية نقاطًا معينة. ووفقًا لأحدث أرقام برنامج Energy Star لعام 2023، فإن هذا الأسلوب الذكي يقلل من عدد مرات تشغيل الضواغط وإيقافها بنحو 23 في المئة تقريبًا. وكلما قل عدد الدورات، زاد عمر الأجزاء الافتراضي وتحسّنت أداء النظام الكلي بمرور الوقت.
عندما تتراكم الأتربة على ملفات المكثف، فإن ذلك يقلل من كفاءة انتقال الحرارة بنسبة تصل إلى حوالي 30%. وهذا يعني أن الضواغط يجب أن تعمل بجهد إضافي، حيث تزداد مدة تشغيلها بين 12 و18% فقط للحفاظ على درجة الحرارة المناسبة. والنتيجة هي أن الوحدات السكنية تستهلك طاقة أكثر بنسبة تتراوح بين 15 و25% مما ينبغي. أما بالنسبة للأعمال التجارية التي تعمل فيها المعدات باستمرار طوال اليوم، فإن هذه الأرقام تصبح أسوأ. فشفرات التبريد المسدودة تتحول عمليًا إلى فخ صغير للحرارة، ما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة فوق الحد الآمن للنظام. ستوضح معظم أدلة الصيانة الخاصة بأنظمة التبريد التجارية للمشغلين أن التنظيف المنتظم هو العامل الحاسم. وبعد تنظيف جيد، تعود معظم الأنظمة إلى العمل الطبيعي بسرعة كبيرة، وعادة خلال يومين تقريبًا. ويجدر بذل هذا الجهد لأن الحفاظ على نظافة هذه الملفات يوفر المال على المدى الطويل ويمنع الأعطال المبكرة للمعدات.
تؤدي مستويات المبردات غير الصحيحة إلى مشكلات تشغيلية مميزة:
تشير البيانات الميدانية إلى أن 42% من أعطال الضواغط ناتجة عن اختلالات في المبردات لفترات طويلة. وغالبًا ما يؤدي الشحن الزائد إلى دخول السائل إلى الضاغط (Slugging)، مما يتسبب في تلف صفائح الصمامات في 93% من هذه الحالات. أما الشحن الناقص فيسرّع تدهور زيت التشحيم بثلاثة أضعاف مقارنةً بالأنظمة المشحونة بشكل صحيح، مما يقلل فعالية التزييت ويقصر عمر الضاغط.
تتفوق تقنية المكثف القنوي الدقيق الحديثة على أنظمة الأنابيب والزعانف التقليدية من حيث كفاءة التخلص من الحرارة، حيث تحقق أداءً أفضل بنسبة 22٪ تقريبًا. ما الذي يجعل هذه الطرازات الجديدة فعّالة إلى هذا الحد؟ إنها تتميز بمسارات للسائل المبرد أضيق بنسبة 40٪ تقريبًا مقارنة بالسابق. بالإضافة إلى ذلك، تم تصنيعها من الألومنيوم الذي يوصل الحرارة أسرع بثلاث مرات من البدائل الفولاذية. ولا ننسَ دليلات تدفق الهواء الذكية التي توفر فعليًا في استهلاك طاقة المروحة بنسبة تصل إلى 18٪. كل هذه الترقيات تعني أداءً أفضل للنظام بشكل عام. كما تنخفض تكاليف الصيانة أيضًا، بما يتراوح بين ستين ومئة وأربعين دولارًا سنويًا لكل وحدة مثبتة. بالنسبة لمديري المصانع الذين يسعون للامتثال للوائح الصارمة الجديدة لوزارة الطاقة لعام 2024، فإن هذا النوع من الكفاءة يُحدث فرقًا كبيرًا في القدرة على المنافسة دون تحمّل أعباء مالية جسيمة.
EN
أخبار ساخنة