تحدث مشكلة فقدان الطاقة في المباني بشكل رئيسي عند السعي لتجديد الهواء في مبنى مجهز بتكييف الهواء. خلال فصل الشتاء، يتم فقدان الهواء الدافئ إلى الخارج عندما نحاول تجديد الهواء، وخلال فصل الصيف، يتم طرد الهواء البارد من الداخل، مما يجعل أنظمة تكييف الهواء تعمل بجهد أكبر. ومع ذلك، من خلال دمج أ استرجاع الحرارةفمن الممكن تجنب هذه الخسائر واستخدام تلك الطاقة بكفاءة أكبر.
نشرح في هذه المقالة بالتفصيل كيفية عمل هذا النوع من الأنظمة والفوائد التي يقدمها ولماذا يمكن أن يكون استثمارًا ممتازًا في كفاءة الطاقة لمنزلك أو عملك.
ما هو استرداد الحرارة
استرداد الحرارة هو جهاز يسمح بتسخير الطاقة الحرارية للهواء المستخرج من المبنى ونقلها إلى الهواء النقي الذي يتم إدخاله من الخارج. ويتم ذلك من خلال نظام تهوية يستخرج الهواء القديم من الداخل، وبفضل التبادل الحراري، يقوم بتسخين أو تبريد الهواء الداخل إلى المبنى، اعتمادًا على الموسم من السنة.
بداخل استرجاع الحرارة يوجد مبادل حراري، يُعرف أيضًا بخلية التبادل، وهو العنصر الأساسي المسؤول عن تنفيذ عملية تبادل الطاقة هذه. ومن المهم ملاحظة عدم اختلاط تياري الهواء (الداخل والخارج)، مما يضمن الحفاظ على جودة الهواء، دون زيادة الحمل الحراري لنظام تكييف الهواء.
يعد تجديد الهواء داخل المبنى أمرًا ضروريًا لضمان بيئة صحية، نظرًا لأن الأنشطة البشرية تولد الملوثات والروائح التي يمكن أن تؤدي إلى تدهور جودة الهواء الداخلي. عند الاستخدام استعادة الحرارةيتم تسهيل عملية التجديد هذه دون فقدان الحرارة أو البرودة التي تم توليدها وتنظيمها بالفعل داخل المساحة.
حالة البناء الجوية
عندما يتم إدخال الهواء النقي إلى مبنى لا يحتوي على نظام استعادة الحرارة، يجب أن يكون مكيفًا بالكامل، مما يزيد من استهلاك الطاقة. ومن ناحية أخرى، تقوم وحدة استعادة الحرارة بتنفيذ مرحلة سابقة من المعالجة الحرارية للهواء الوارد، مما يقلل بشكل كبير من جهد نظام تكييف الهواء. توفر هذه العملية الطاقة، حيث يصل الهواء الداخل إلى درجة حرارة أقرب إلى تلك الموجودة بالفعل داخل المبنى.
خلال فصل الشتاء، يقوم جهاز التعافي بتسخين الهواء النقي مع حرارة الهواء القديم الذي يتم طرده، وفي فصل الصيف يتم عكس العملية، مما يساعد على تبريد الهواء الساخن الذي يدخل من الخارج. وبهذه الطريقة، لا نقوم فقط بتحسين كفاءة استخدام الطاقة في المبنى، ولكن أيضًا تحسين الراحة الحرارية.
المبادل الحراري ضروري لفصل تياري الهواء دون اختلاطهما، مما يضمن أن الهواء الساخن المستخرج من الداخل ينقل حرارته إلى الهواء البارد الذي يدخل دون تسربات كبيرة أو فقد حراري. بفضل هذه التقنية، يتم تقليل تكاليف طاقة تكييف الهواء، وفي الوقت نفسه يتم ضمان بيئة نظيفة وجيدة التهوية.
عملية استعادة الحرارة
جوهر وظيفي لاستعادة الحرارة هو المبادل. تم تصميم هذا المكون بشفرات تخلق تدفقات هواء متعارضة يتم من خلالها تدوير تيارات الهواء الواردة والصادرة. يسمح هذا النوع من التكنولوجيا بنقل الحرارة من تيار إلى آخر دون اختلاط التدفقات.
هناك عدة أنواع من المبادلات في السوق، ولكل منها أساليب مختلفة لزيادة كفاءة نقل الحرارة إلى الحد الأقصى:
- مبادلات التدفق المتوازي: في هذا النظام، تتدفق تيارات الهواء بشكل متوازٍ، مما يسمح بسطح تبادل أكبر، وبالتالي نقل حرارة أكبر. يمكن أن تصل كفاءة هذه المبادلات إلى 95%.
- المبادلات الدوارة: يستخدمون دوارًا يدور داخل الجهاز، مما يساعد على نقل الحرارة من تيار إلى آخر. وتصل كفاءتها إلى ما بين 65% و80% حسب ظروف الاستخدام.
- مبادلات التدفق المتقاطع: في هذا التصميم، تتقاطع تيارات الهواء بزوايا قائمة، مما يتيح كفاءة تتراوح بين 50% و85%، حسب جودة المبادل.
على أية حال، فإن الهدف من المبادل الحراري هو تحقيق أقصى قدر من توفير الطاقة عن طريق السماح بنقل الحرارة بين تيارات الهواء. يضمن هيكل الصفائح والقنوات أن يكون هذا النقل الحراري هو الأكثر كفاءة قدر الإمكان.
فوائد استعادة الحرارة
يوفر استرداد الحرارة من خلال هذه الأنظمة فوائد مهمة على المستويين الاقتصادي والبيئي. بعض الفوائد الرئيسية هي:
- توفير كبير في الطاقة: ومن خلال تقليل الحاجة إلى استخدام أجهزة تكييف الهواء أو التدفئة لتسخين أو تبريد الهواء الداخل إلى المبنى بشكل كامل، يتم تقليل تكاليف التشغيل بشكل كبير. وهذا يترجم إلى فواتير أقل، خاصة خلال الأشهر التي يرتفع فيها الطلب على الطاقة.
- تحسين كفاءة الطاقة: توفر أجهزة استعادة الحرارة ما يصل إلى 40% من الطاقة التي يمكن استخدامها في نظام تكييف الهواء دون استعادة الطاقة.
- الحد من التأثير البيئي: ومن خلال استخدام طاقة أقل، يتم إنتاج عدد أقل من الانبعاثات الملوثة، مما يساهم في الاستدامة البيئية. تعد كفاءة هذه الأنظمة أمرًا أساسيًا لتقليل استهلاك الطاقة العالمي.
- التنفيذ بأسعار معقولة: يمكن تركيب أنظمة استعادة الحرارة بسهولة في المباني التي تحتوي بالفعل على أنظمة تكييف الهواء، وتكون تكلفة التنفيذ منخفضة نسبيًا مقارنة بالتوفير الناتج.
كثرة الاستخدامات
تعتبر هذه الأنظمة مفيدة بشكل خاص في الأماكن التي تتطلب التحكم الدقيق في جودة الهواء والاستخدام الفعال للطاقة. تتضمن بعض الأماكن التي يتم فيها تركيب أجهزة استرداد الحرارة عادةً ما يلي:
- المباني التجارية والمكاتب: يوجد في هذه البيئات عدد كبير من الأشخاص ويتطلب الأمر تهوية مستمرة للحفاظ على بيئة صحية.
- المطاعم والمقاهي: إنها أماكن ذات معدل دوران مرتفع للأشخاص حيث تتطلب الروائح والملوثات الأخرى تهوية مستمرة، مما يجعل استعادة الحرارة أمرًا ضروريًا لتجنب تكاليف الطاقة الزائدة.
- المدارس والحضانات: في هذه الأماكن من الضروري الحفاظ على بيئة نظيفة وصحية للأطفال والموظفين الذين يعتنون بهم، بالإضافة إلى ضمان توفير الطاقة في سياق الاستخدام المكثف لتكييف الهواء.
تركيب استعادة الحرارة
يمكن أن يختلف تركيب استرداد الحرارة من حيث التعقيد، اعتمادًا على المبنى ونوع نظام تكييف الهواء الموجود. وفي المباني الجديدة، يتم تضمينه عادةً كجزء من التصميم منذ البداية، مما يسهل عملية التثبيت والتكامل. في الإصدارات الأقدم، يجب إجراء تقييم شامل لتحديد كيفية دمج النظام بكفاءة.
يجب أن يتم التثبيت دائمًا بواسطة محترفين، لأنه يتطلب معرفة متقدمة بأنظمة التهوية وتكييف الهواء. تبدأ العملية عادة بتحليل نظام تكييف الهواء الموجود (إن وجد)، للتحقق مما إذا كان من الممكن دمجه مع وحدة استعادة الحرارة. في حالة عدم وجود نظام تكييف الهواء، يمكن تصميم نظام جديد يتضمنه.
كما أن الصيانة بسيطة وتتكون بشكل أساسي من فحص المرشحات والمكونات الهامة الأخرى، مما يضمن أن النظام يعمل بشكل صحيح ويظل فعالاً مع مرور الوقت.
باختصار، تعد أنظمة استعادة الحرارة تقنية عالية الكفاءة لا تساهم في تقليل استهلاك الطاقة فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين جودة الهواء الداخلي بشكل كبير. وهو مثالي لمجموعة واسعة من القطاعات، من السكنية إلى الصناعية، ويوفر تركيبه فوائد اقتصادية وبيئية، مما يجعله خيارًا مستدامًا ومربحًا على المدى الطويل.