ما هو المخطط السيكرومتري (Psychrometric Chart)؟
يعد علم القياسات الرطوبية (Psychrometrics) دراسةً للخصائص الديناميكية الحرارية لخليط الهواء والبخار، ومقياساً لكمية الطاقة لكل رطل من الهواء الجاف؛ وهو يمثل الأساس لفهم كيفية عمل الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).
يعدّ المخطط السيكرومتري (Psychrometric Chart) الأداة الأمثل لتحليل أنماط الهواء. تشبه هذه المخططات الخرائط التي تُظهر خصائص الهواء، مما يُساعدنا على تحديد كيفية عمل النظام بناءً على عوامل مثل ظروف الهواء الخارجي والداخلي.
كما تساعدنا على فهم كيفية تفاعل هذه الخصائص وتغيرها مع بعضها البعض، وكيف تُؤثر على أداء النظام ككل.
يشمل علم السيكرومترية أيضًا مستوى راحة المكان بالنسبة لشعور الشخص. هناك توازن بين درجة الحرارة الجافة والرطوبة التي نشعر بها، ويُعرف هذا بالحمل المحسوس (درجة الحرارة الجافة) والحمل الكامن (درجة الحرارة الرطبة).
على سبيل المثال، قد تشير قراءة درجة حرارة مكان ما إلى 21 درجة مئوية، ولكن إذا كانت مستويات الرطوبة تتراوح بين 65% و70%، فسيُشعر الأشخاص بالتعرق وعدم الراحة.
مصطلحات المخطط السيكرومتري
فيما يلي المصطلحات التي تتعلق بالمخطط السيكرومتري:
1. درجة الحرارة: يظهر المخطط نوعين: درجة حرارة الهواء الجاف (درجة حرارة الهواء العادية) ودرجة حرارة الهواء الرطب (درجة حرارة الهواء بعد تبريده بالتبخر).
2. الرطوبة النسبية: تشير إلى كمية بخار الماء الموجودة في الهواء. يمكن أن تكون رطوبة نسبية (مقارنةً بأقصى كمية يمكن للهواء استيعابها) أو رطوبة مطلقة (كتلة بخار الماء لكل وحدة حجم من الهواء). تقاس هذه القيمة كنسبة مئوية تصل إلى 100%.
3. نسبة الرطوبة: كمية الرطوبة الموجودة في وحدة الهواء الجاف. أي كمية الرطوبة التي يمكن للهواء استيعابها. تقاس هذه النسبة بحبيبات الماء لكل رطل من الهواء الجاف.
4. نقطة الندى: درجة الحرارة التي يتكثف عندها بخار الماء في الهواء. تحدث نقطة الندى عند خط التشبع حيث تساوي الرطوبة النسبية 100%.
5. الكثافة / الحجم النوعي: تمثل الكثافة كتلة الهواء لكل وحدة حجم. يكون الهواء دائمًا أكثر كثافة في درجات الحرارة المنخفضة. الحجم النوعي هو مقلوب الكثافة. لذا، كلما زادت الكثافة، قلّ الحجم النوعي.
6. المحتوى الحراري: مقياس للطاقة الكلية في نظام ديناميكي حراري.
7. نسبة الحرارة المحسوسة: تستخدم هذه القيمة لوصف نسبة حمل الحرارة المحسوسة إلى إجمالي حمل الحرارة في الحيز.
8. الهواء المختلط: هي درجة حرارة الهواء عند مزج الهواء النقي الخارجي مع هواء العودة الداخلي. ويتم ذلك عادةً باستخدام عجلة استعادة الطاقة أو صندوق خلط مزود بمخمدات. هذا هو الهواء الذي سيدخل إلى ملف التبريد.
9. منطقة الراحة: هي المنطقة التي يشعر فيها الأشخاص بالراحة تجاه الهواء. وتختلف هذه المنطقة تبعًا لعوامل مثل خصائص الهواء، وفصل السنة، وعدد الأشخاص الموجودين في الحيز.
إقرأ أيضاً… ما هي درجة حرارة الصفر المطلق؟
استخدامات المخطط السيكرومتري
1. قراءة نقاط البيانات: تظهر كل نقطة على المخطط حالة الهواء في وقت ومكان محددين. من خلال النظر إلى هذه النقاط، يمكننا فهم كيفية تغير خصائص الهواء.
عند البحث عن قيم البيانات، يكفي معرفة نقطتي بيانات فقط. غالبًا ما تكون هاتان النقطتان هما درجة حرارة الهواء الجاف ودرجة حرارة الهواء الرطب، أو درجة حرارة الهواء الجاف والرطوبة النسبية.
قد تجد بعض الصيغ للزوج الأول من البيانات على النحو التالي: 95 درجة فهرنهايت / 75 درجة فهرنهايت، أو للرطوبة النسبية، 80 درجة فهرنهايت / 70%. بمجرد معرفة هاتين النقطتين، يمكن تحديد جميع العناصر الأخرى على المخطط.
2. فهم العلاقات: يساعدنا المخطط على فهم العلاقة بين درجة الحرارة والرطوبة والطاقة. على سبيل المثال، يمكن للهواء الدافئ أن يحمل رطوبة أكبر، بينما يؤدي تبريد الهواء الرطب إلى تكوّن قطرات الماء (التكثيف).
كما يساعد استخدام المخطط على التنبؤ بدرجة حرارة الهواء الخارج من نظام التزويد، بالإضافة إلى تحديد معدل تدفق الهواء المتغير (cfm) عند ظروف الحمل الجزئي.
3. تحليل العمليات: تساعدنا المخططات السيكرومترية في حساب وفهم عمليات تكييف الهواء، مثل مزج الهواء الخارجي مع الهواء الراجع. يمكننا رسم القيم بيانيًا لمعرفة شكل منحنى تبريد النظام.
كما يظهر الرسم البياني عملية التبريد، بالإضافة إلى عملية إزالة الرطوبة. من المهم ملاحظة هذه الاتجاهات عند مقارنة أنظمة مثل نظام حجم الهواء المتغير (VAV) بنظام حجم الهواء الثابت (CAV).
كما أنه عادةً ما يسحب نظام VAV كمية أكبر من الرطوبة من الهواء، مما ينتج عنه انحدار أكبر في المنحنى.
4. ابتكار الحلول: تعدّ خصائص الهواء في نظام التكييف والتهوية مهمة لتحقيق أقصى أداء للوحدة، فضلاً عن ابتكار حلول أفضل. تتغير أنماط الهواء باستمرار، ويُعدّ مخطط الرطوبة أداةً أساسيةً في تصميم أنظمة التكييف والتهوية، لا سيما عند تصميم وحدةٍ لمختلف المناخات.
إقرأ أيضاً… ما هو المقصود بمصطلح “درجة حرارة الغرفة”؟
الخلاصة
يُعدّ إتقان فنّ قراءة المخططات السيكرومترية أمرًا بالغ الأهمية لكلّ من يعمل في مجال هندسة التكييف والتهوية.
فمن خلال فهم كيفية تفسير هذه المخططات، يستطيع المهندسون والفنيون اتخاذ قرارات مدروسة، وتصميم أنظمة تكييف فعّالة، وحلّ المشكلات المعقدة المتعلقة بمعالجة الهواء والتحكّم في المناخ.
ومع الممارسة والخبرة، يصبح استخدام المخططات السيكرومترية أمرًا بديهيًا، مما يمكّن المتخصصين من التفوّق في أدوارهم وتقديم حلول مثالية في مجال التكييف والتهوية.
المصادر والمراجع
[1] How to Read a Psychrometric Chart – processsensing.com
[2] Psychrometric Chart – sunbirddcim.com
[3] Understanding the Psychrometric Chart: A Vital Tool for Cold Storage – ultigroup.co.nz
