מיזוג אוויר

היסטוריה

המדען והממציא הבריטי מייקל פאראדיי גילה כי דחיסתו והפיכתו לנוזל של גז מסוים יכולה לצנן את האוויר כאשר מאפשרים לאמוניה נוזלית להתאדות. הראשון ליישם רעיון זה היה ג'ון גורי, רופא מאפלצ'יקולה שבמדינת פלורידה בארצות הברית שיצר בשנת 1842 מכונה ליצירת קרח שהשיבה רוח על פני דלי של קרח, כדי לצנן חדרי חולים בהם שכבו חולי מלריה וקדחת צהובה. גורי רשם פטנט על ההמצאה, אך אחרי מותו של המממן העיקרי שלו בשנת 1851 לא הצליח גורי למצוא מממן מתאים להמשך פיתוח ההמצאה, שסבלה מדליפות ומפעולה לא אחידה. גורי האשים בכישלונו את פרדריק טיודור, "מלך הקרח" במדינה. לפי כותבת הביוגרפיה שלו, ויוויאן מ. שרלוק, סבר גורי כי טיודור הפעיל מסע השמצות נגדו. מסקנתו הסופית ביחס להמצאה, עם זאת, הייתה כי היא "הקדימה את צורכי המדינה". גורי מת בשנת 1855 ועמו שקעה גם המצאתו.
מערכות מיזוג אוויר עבור מוסדות רפואיים או עבור מוסדות ציבוריים החלו להיווצר בסוף המאה התשע עשרה. אחד היישומים הראשונים של טכנולוגית מיזוג האוויר נוצר על ידי המהנדס אלפרד וולף מהובוקן שבמדינת ניו ג'רזי, שיצר בשנת 1902 מערכת המספקת צינון וחימום לבורסה בניו יורק.
באותה שנה יצר ויליס קרייר מערכת מיזוג אוויר עבור בית דפוס גדול בברוקלין שבניו יורק. המערכת של קרייר סייעה גם בהשגת טמפרטורה נמוכה, וגם בהורדת רמת הלחות, כדי למנוע עיוותים בצורת הנייר ובמריחת הדיו בעת ההדפסה. מעט מאוחר יותר, בשנת 1906 ניסה סטיוארט וו. קריימר משרלוט שבצפון קרולינה למצוא דרכים להורדת הלחות באוויר במפעל הטקסטיל שלו. קריימר שילב שליטה בלחות ואוורור כדי לבקר את רמת הלחות והחום במפעל. קריימר היה גם זה שלו מיוחסת טביעת המונח "מיזוג אוויר", שבה השתמש בתביעת הפטנט שלו, כדי להבחין את המונח מ"מיזוג מים" שהיה הליך מקובל במפעלי טקסטיל.
מערכות מיזוג האוויר המודרניות הראשונות – הראשונה בהן היא זו שהותקנה בבית החולים רויאל ויקטוריה בבלפסט שבצפון אירלנד בשנת 1915 – השתמשו בסוגים שונים של גזים רעילים כמו אמוניה וכלורומתאן, שגרמו לתאונות קטלניות כאשר דלפו. המהנדס האמריקני תומאס מידג'לי היה הראשון (1928) שעשה שימוש בגז הפריאון, שהתברר כבטוח יותר לשימוש. כיום, בגלל נזקי הפריאון לשכבת האוזון מופחת השימוש בו בהדרגה ובמקומו משתמשים ב-R-410A, תערובת כמעט אזיאוטרופית של הגזים מתאן דו-פלואורי ואתאן חמש-פלואורי, הנפוצה בשם המסחרי "פיורון" (Puron).
השימוש במיזוג אוויר במערכות ביתיות החל רק בסוף שנות הארבעים ובתחילת שנות החמישים.

יישומי מערכות מיזוג אוויר

ישנם שני סוגים עיקריים של יישומי מערכות מיזוג אוויר. הראשון, המכונה יישום נוחות מכוון להציע טמפרטורה אחידה, נוחה לבני אדם, בתוך שטח סגור, בלי קשר לטמפרטורה החיצונית. הטענות לפיהן מערכות מיזוג אוויר מגבירות את פוריות העבודה שנויות במחלוקת (חלק מהחוקרים סבורים כי השינוי נובע מאפקט הות'ורן), אך מערכות מיזוג אוויר פותרות את אחת הבעיות העיקריות הקשורות ב"תכנון עומק" של בניינים, באפשרן בניית בניינים רחבים יותר וגבוהים יותר. מיזוג האוויר מאפשר אוורור ואספקת אוויר צח לחללים פנימיים ולחדרים בקומות גבוהות, בהן השימוש באוורור טבעי באמצעות רוח אינו אפשרי בגלל מהירות הרוח.
יישום אחר של מערכות מיזוג מכונה יישום תהליך וייעדו לספק סביבה המתאימה לקיום תהליכים מסוימים התובעים סביבה בטמפרטורה אחידה, כמו חדרי ניתוח בבתי חולים, תהליכי "חדר נקי" בייצור תרופות או שבבים אלקטרוניים, מתקנים במעבדות, מיזוג אוויר במטוסים, ועוד.

עוצמת המזגן

עוצמת המזגן נמדדת ביחידות BTU ‏(British Thermal Units). יחידת BTU אחת, השווה ל-1,055 ג'אול, היא כמות האנרגיה הדרושה לחימום פאונד אחד של מים (בערך 0.45 קילוגרם) לטמפרטורה של מעלת פרנהייט אחת (בערך 0.56 מעלות צלזיוס). את עוצמת הקירור של מזגנים מקובל לציין ביחידות של BTU לשעה (אם כי הנוהג הנפוץ והמטעה הוא לקרוא לכך רק "BTU"). כאשר מדובר במזגנים, טון קירור אחד שווה ל-12,000 BTU.
כדי לחשב את יעילות המזגן, מחלקים את כמות ה-BTU לשעה שהמזגן מפיק בהספק החשמלי שהוא צורך. לדוגמה: למזגן שמפיק 18,000 BTU לשעה ושצורך 2,250 ואט תהיה יעילות של 8 EER ‏(Energy Efficiency Ratio).
מדד אחר ליעילות המזגן הוא: COP - Coefficient Of Performance. ניתן להמיר את היעילות מ-EER ל-COP באמצעות חלוקה ב-3.413. לדוגמה מזגן בעל יעילות של 8 EER הוא למעשה בעל יעילות של 2.34 COP.

מזגן בתפוקה משתנה

מזגן בתפוקה משתנה (dc inverter air conditioner) הוא מזגן אוויר שביחידת המדחס שלו מנוע הפועל בזרם ישר במהירות משתנה.
כאשר משנים מהירות במנוע רגיל, הפועל בזרם חילופין מתקבל גם שינוי בכוח המנוע. לכן מנוע כזה אינו מתאים להפעלת מזגן במהירות משתנה - שימוש בו יגרום למנוע להיעצר בעת הורדת מהירות.
מנוע עדיף להפעלת מזגן במהירות משתנה הוא מנוע בזרם ישר. במנוע כזה ניתן להוריד מהירות ועדיין לשמור על כוח שיספיק להפעלת מדחס המזגן.
הפעלת מזגן בתפוקה משתנה מאפשרת עבודה רציפה של המזגן כאשר בשלב ההדלקה של המזגן המנוע מסתובב במהירות גבוהה. לאחר שהמזגן הגיע לטמפרטורה הרצויה המנוע יוריד מהירות, אך ישמור על מהירות נמוכה ומתאימה לצורכי המשתמש. במזגן רגיל המדחס נעצר עד אשר תעלה הטמפרטורה במספר מעלות ואז שוב פועל בעוצמה גבוהה.