قصة اختراع سخان المياه

مقدمة عامة:

في البداية، كان هناك ماء بارد ولم يستحم الناس كثيرًا، لقد قاموا بإخفاء رائحة الجسم بالعطور والزيوت، حتى وقت قريب في مطلع القرن، كان تشغيل الماء الساخن متاح فقط لمن هم ميسور الحال، في الولايات المتحدة، يُنظر إلى الإمداد الشخصي بالمياه الساخنة على أنّه ضرورة، مع الطعام والمأوى.

بمرور الوقت قام الناس بتسخين الماء بعدة طرق، عدّ تسخين المياه عملية مفيدة للإنسان منذ فترة طويلة، سخانات المياه هي تركيبات مألوفة في معظم المنازل، عادةً ما تبدو مثل أسطوانات معدنية كبيرة، وبراميل طويلة تتميز الأنماط الأحدث ببعض الميزات المثيرة للاهتمام.

طرق تسخين المياه:

في فكرة الموقد / خزان التخزين وهو سخان (scuttle-a-day) الذي يستخدم الفحم، كان هذا جهازًا صغيرًا من الحديد الزهر، يتم توصيله بصهريج تخزين بنفس طريقة عودة الماء، ويستخدم سطل واحد من الفحم يوميًا للحفاظ على الماء ساخنًا نسبيًا على الأقل، ألغى استخدام (Scuttle-a-day) الحاجة إلى إشعال موقد المطبخ عند الحاجة إلى الماء الساخن، يحتوي هذا السخان على أدوات تحكم لضبط معدل الاحتراق، ولكن تسخين المياه التلقائي بالكامل لم يأت بعد.

كان هناك نوع آخر مثير للاهتمام من السخان هو الذراع الجانبية، عادةً ما يحتوي على موقد غاز يوضع تحت ملف نحاسي، في غلاف من الحديد الزهر، يتم تسخين الماء في الملف، ومن ثمّ سيقود الحمل الحراري الماء المسخن إلى صهريج تخزين، تمامًا كما حدث في موقد الفحم.

بدأ تسخين المياه بالطاقة الشمسية في الظهور في مطلع القرن، في الأصل كانت هناك سخانات دفعية، تسمّى الآن وحدات التجميع والتخزين الداخلية (ICS)، تحتوي هذه السخانات على خزان واحد أو أكثر موضوع خلف زجاج في صندوق مغلق، إنّها بسيطة للغاية بدون أجزاء متحركة وخطر ضئيل للتجميد، عيبها الرئيسي هو فقدان الحرارة بين عشية وضحاها.

حتى تسعينيات القرن التاسع عشر، كانت جميع أشكال تسخين المياه تسخن وتخزن المياه، لكن الغازات وفرت خيارًا آخر، تمّ استخدام الكيروسين والبنزين ومجموعة متنوعة من الغازات لتسخين المياه، يمكن حتى تصنيع بعض الغازات، مثل الأسيتيلين وغاز المنتجين في الموقع، مع ظهور الوقود السائل والغازي عالي الطاقة، أصبح التسخين الفوري ممكنًا، كان تنظيم أنواع الوقود هذه أسهل بكثير من تنظيمها تلقائيًا من الخشب أو الفحم.

عندما كان الخشب والفحم هما الوقود السائد، كان يتم تسخين الماء عادةً في قدر فوق النار أو في غلاية فوق موقد الطهي، تحتوي بعض المواقد على خزان مبطن بالقصدير أو النحاس أو الخزف، يتم ملئها بالماء للتدفئة، كان تسخين كمية كافية من الماء للاستحمام محنة تستغرق وقتًا طويلاً.

ما هي قصة اختراع سخان المياه؟

إنّ فهم كيفية تقدم التكنولوجيا، وأخذ الوقت الكافي للنظر في الكم الهائل من التموجات التي أحدثتها عبر تاريخ البشرية، هو مهمة جديرة بالاهتمام، يعد سخان المياه أحد أهم الأجهزة، إن لم يكن أهمها في منازل الناس اليوم، إنّ التساؤل عن كيفية تعامل البشر مع سخان المياه عبر التاريخ سيمنحك تقديرًا لا يقدر بثمن لشيء يعتبره معظم الناس أمرًا مفروغًا منه.

يعتبر تصميم سخان المياه القديم والذي كان يستخدم على نطاق واسع في الولايات المتحدة اليوم هو في الحقيقة جهاز بسيط للغاية؛ فهو عبارة عن أسطوانة مملوءة بالماء ومجهزة بآلية تسخين في الأسفل أو في الداخل، ما يجعلها مثيرة للاهتمام هو أنّها تستغل مبدأ ارتفاع الحرارة لتوصيل الماء الساخن إلى الصنبور مباشرةً، تتميز سخانات المياه بتصميم مبتكر من الداخل لشيء يبدو عاديًا جدًا من الخارج.

إنّ تاريخ سخانات المياه كان في وقت قريب من الثورة الصناعية، سارت طرق التسخين بالنار التي كانت مستخدمة لآلاف السنين، في حين تم اختراع التكنولوجيا الجديدة وانتشارها لاحقًا باعتبارها الدعامة الأساسية لبناء المنزل والحياة المنزلية، مثل الكثير من العناصر الشائعة الأخرى التي استخدمها البشر منذ زمن بعيد، فإنّ تسخين المياه له تاريخ طويل.

ونظرًا لأنّ البشر قاموا بتسخين المياه لأسباب مختلفة، فلا توجد طريقة لمعرفة مصدر هذه الممارسة أو ما هي الطريقة الأولى المستخدمة، ومع ذلك تعتبر واحدة من أهم وأقدم الممارسات البشرية، في الماضي كان يجب أن يتم تسخين المياه بنوع من مصدر خارجي وجاهز للحرارة، طوال معظم التاريخ المسجل تم ذلك باستخدام أوعية معدنية موضوعة فوق الحرائق، مع ظهور الموقد أصبح أكثر انسيابية قليلاً، لكن ليس كثيرًا.

الثورة الصناعية وظهور المخترعين الذين ساهموا في تطوير  سخانات المياه:

بنجامين وادي:

كان لا يزال يتعين على العائلات التي ترغب في الاستحمام سحب حوض معدني كبير وغلي أواني فردية من الماء الساخن، في عام 1868م بعد ظهور الثورة الصناعية قدم الإنجليزي بنجامين وادي براءة اختراع لسخان مياه يستخدم الغاز، مع عدم وجود طريقة للتهوية كان سخان (Waddy) خطيرًا للاستخدام في المنزل لأنّه قد يؤدي إلى تسرب أول أكسيد الكربون، المبتكر الذي ابتكر أرضية جديدة مع تسخين المياه كان المهندس الميكانيكي النرويجي إدوين رود.

إدوين رود:

صمم (Ruud) أول سخان مياه أصبح شائعًا للاستخدام المنزلي، كان بسخان المياه الخاص به الحاصل على براءة اختراع في عام 1889م، بعض المخاطر والمخاوف، وأبرزها عدم وجود مداخن لتنفيس الغاز الزائد المستخدم في التدفئة، على الرغم من ابتكاراته لا يزال سخان رود يعاني من بعض المضاعفات التي لم تكن لتلحظ تحسنًا حتى ما يسمّى بـ “العصر الذهبي” لتسخين المياه خلال أوائل القرن العشرين.

Stiebel – Eltron:

قدمت العديد من الشركات التي تأسست في الولايات المتحدة الأمريكية خلال هذا الوقت أفكارًا جديدة وأدرجت تقنيات حديثة لتحسين التصميم العام لسخان المياه، كان أحد التحسينات الملحوظة هو سخان المياه بدون خزان، تم اختراع سخان حديث من نوعه وهو السخان الكهربائي في عام 1929م، والذي حصل على براءة اختراع من قبل (Stiebel-Eltron)، وكان قادرًا على تسخين المياه على الفور دون الحاجة إلى خزان للاحتفاظ بخزان من الماء الساخن، مما جعله متاحًا بسهولة أكبر، ومع ذلك كانت النماذج التي تعمل بالغاز أكثر كفاءة، وأصبحت الأكثر شيوعًا.

التطور في سخانات المياه:

حتى السبعينيات من القرن الماضي، لم تكن تقنية سخانات المياه بدون خزان فعالة بما يكفي لجعلها بدائل قابلة للتطبيق لسخان المياه القياسي، بدأت الكفاءة في الزيادة وبدأت أوروبا في اعتماد المزيد والمزيد من هذه الأنظمة الموفرة للطاقة والمساحة، بسبب الابتكارات المختلفة، أصبح سخان المياه معروفًا بالعديد من الأسماء المختلفة في يومنا هذا وعصرنا، مثل السخان أو الغلاية أو وعاء التشتيت أو الجرة الكهربائية، كان السخان من نوع التخزين هو أكثر أنواع السخانات شيوعًا المستخدمة اليوم.

الابتكارات والتصاميم لسخانات المياه:

سمحت العديد من الابتكارات في التصميم الأصلي لـ (Ruud) على مر السنين لسخانات التخزين المنحدرة من تصميمه الأصلي بأداء مجموعة واسعة من الأدوار في مجموعة متنوعة من المنازل والمؤسسات التجارية المختلفة وفي بعض مناطق العالم التي تشكل تحديات مختلفة لتشتت المياه الساخنة، مثل المناطق ذات الكثافة السكانية المنخفضة مثل الدول الاسكندنافية، أو المناطق ذات الكثافة السكانية العالية مثل الصين.

بالنسبة للسيناريوهات المختلفة التي تجعل السخانات من نوع التخزين غير فعالة، شهدت مجموعة واسعة من الحلول بدون خزان أو تشتت التدفئة الجماعية قدرًا كبيرًا من الشعبية، المشكلة الرئيسية مع سخانات التخزين هي أنّها لا توفر حقًا تدفقًا ثابتًا للماء الساخن، من الممكن استخدام مخزون الماء الساخن، مما يتطلب الصبر للسماح للحرارة بالتراكم مرة أخرى، هذا يجعل سخانات الخزان حلولًا أقل جاذبية للسخانات الكبيرة الحجم التي تتطلب كمية كبيرة من الماء الساخن.

تُعتبر سخانات المياه المركزية فعالة حتى يومنا هذا للمباني الأصغر ذات الطلب الأقل على الماء الساخن، ومع ذلك بالنسبة للعديد من البيئات المنزلية الحديثة، مثل المباني السكنية الكبيرة ذات الطلب المتقطع على الماء الساخن، قد يكون استخدام سخانات المياه المتعددة (POU) (نقطة الاستخدام) حلاً أفضل، الميزة الرئيسية لاستخدام السخانات بدون خزان في نقاط الاستخدام هي أنّها توفر تدفقًا مستمرًا وفيرًا من الماء الساخن، وتسمح ببعض توفير الطاقة في ظل ظروف معينة.

كان هناك الكثير من الابتكارات المؤثرة على مدار تاريخ تسخين المياه، ومن الصعب تخيل المستقبل بدون مزيد من الابتكار، من المؤكد أنّ الكثافة السكانية والتركيبة السكانية المتطورة ستشكل تحديات جديدة ومختلفة للجنس البشري، سيتعين علينا الحفاظ على أساليب تسخين المياه الخاصة بنا في مواكبة احتياجات وتحديات الجيل الجديد.

من أجل التطور وظيفيًا كمجتمع، إنّ السماح بتلاشي المعرفة والاحترام لهذه القطع الهامة من التكنولوجيا يمكن أن يمنع البشر في المستقبل من الوصول إلى إمكانات تسخين المياه الكاملة، جنبًا إلى جنب مع الابتكارات الجديدة والمثيرة التي يمكن أن نتوقعها لتقديم تنازلات للاحتياجات الديموغرافية المتغيرة بسرعة، يجب أن تصبح سخانات المياه تدريجياً أقل تكلفة وأكثر كفاءة.