يتزايد أهمية خفض استهلاك الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) نظرًا لارتفاع تكلفة الوقود الأحفوري والمخاوف البيئية. لذلك، يُعدّ إيجاد طرق مبتكرة لخفض استهلاك الطاقة في المباني دون المساس بالراحة وجودة الهواء الداخلي تحديًا بحثيًا مستمرًا. ومن الطرق المُثبتة لتحقيق كفاءة الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء تصميم أنظمة تستخدم تكوينات جديدة لمكونات النظام الحالية. لكل تخصص في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء متطلبات تصميمية خاصة، ويتيح كل منها فرصًا لتوفير الطاقة. يمكن إنشاء أنظمة تدفئة وتهوية وتكييف هواء موفرة للطاقة من خلال إعادة تكوين الأنظمة التقليدية لتحقيق استخدام أكثر استراتيجية لأجزاء النظام الحالية. وقد أثبتت الأبحاث الحديثة أن الجمع بين تقنيات تكييف الهواء الحالية يمكن أن يوفر حلولًا فعالة للحفاظ على الطاقة والراحة الحرارية. تبحث هذه الورقة وتستعرض التقنيات والأساليب المختلفة، وتوضح قدرتها على تحسين أداء أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء من أجل خفض استهلاك الطاقة. يُقدّم وصف موجز لكل استراتيجية، ثم يُستعرض تأثير كل طريقة على توفير الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء من خلال مراجعة الدراسات السابقة. وأخيرًا، تُجرى دراسة مقارنة بين هذه الأساليب.
توصي معايير ASHRAE بكمية الهواء النقي المطلوبة للمباني المختلفة. يزيد الهواء غير المكيف بشكل كبير من احتياجات المبنى للتبريد، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة إجمالي استهلاك الطاقة لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المبنى. في محطة التبريد المركزية، يتم تحديد كمية الهواء النقي بناءً على الحدود العليا لتركيزات ملوثات الهواء الداخلي والتي تتراوح عادةً بين 10٪ و 30٪ من إجمالي معدل تدفق الهواء [69]. في المباني الحديثة، يمكن أن تصبح خسائر التهوية أكثر من 50٪ من إجمالي الخسائر الحرارية [70]. ومع ذلك، يمكن أن تستهلك التهوية الميكانيكية ما يصل إلى 50٪ من الطاقة الكهربائية المستخدمة في المباني السكنية [71]. بالإضافة إلى ذلك، في المناطق الحارة والرطبة، تستوعب أنظمة التهوية الميكانيكية حوالي 20-40٪ من إجمالي استخدام الطاقة لأنظمة تكييف الهواء [72]. درس ناصيف وآخرون [75] الاستهلاك السنوي للطاقة لمكيف هواء مقترن بمبادل حراري غشائي/حراري وقارنوه بتكييف الهواء التقليدي. ووجد الباحثون أنه في المناخ الرطب، من الممكن توفير ما يصل إلى 8% من الطاقة سنويًا عند استخدام المبادل الحراري الغشائي بدلاً من نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التقليدي.
مبادل حراري كلي هولتوبمصنوع من ورق ER الذي يتميز بنفاذية عالية للرطوبة، وإحكام جيد للهواء، ومقاومة ممتازة للتمزق، ومقاومة للشيخوخة. المسافة بين الألياف صغيرة جدًا، مما يسمح بمرور جزيئات الرطوبة ذات القطر الصغير فقط، بينما لا تسمح جزيئات الروائح ذات القطر الأكبر بالمرور. بهذه الطريقة، يمكن استعادة درجة الحرارة والرطوبة بسلاسة، ومنع تسرب الملوثات إلى الهواء النقي.
6. تأثير سلوك البناء
لا يعتمد استهلاك الطاقة في نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء على أدائه ومعاييره التشغيلية فحسب، بل يعتمد أيضًا على خصائص طلب التدفئة والتبريد والسلوك الديناميكي الحراري للمبنى. ويكون الحمل الفعلي لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء أقل مما هو مصمم له في معظم فترات التشغيل بسبب سلوك المبنى. لذلك، فإن أهم العوامل التي تساهم في خفض استخدام طاقة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في أي مبنى هو التحكم السليم في طلب التدفئة والتبريد. ويمكن أن يؤدي التحكم المتكامل في مكونات حمل تبريد المبنى، مثل الإشعاع الشمسي والإضاءة والهواء النقي، إلى توفير كبير في الطاقة في محطة تبريد المبنى. وتشير التقديرات إلى أن حوالي 70% من توفير الطاقة ممكن من خلال استخدام تقنيات تصميم أفضل لتنسيق طلب المبنى مع سعة نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. وقد بحث كوروليجا وآخرون في العلاقة بين حمل التدفئة والتبريد في المبنى واستخدام الطاقة اللاحق في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء المختلفة. وأشارت نتائجهم إلى أنه لا يمكن تقييم أداء طاقة المبنى بناءً على طلب التدفئة والتبريد فقط نظرًا لاعتماده على الخصائص الحرارية لنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. هوانغ وآخرون. طوّروا وقيّموا خمس وظائف للتحكم في إدارة الطاقة، مُبرمجة وفقًا لسلوك المبنى، وطُبّقت لنظام تدفئة وتكييف هواء ذي حجم هواء متغير. أظهرت نتائج المحاكاة إمكانية توفير 17% من الطاقة عند تشغيل النظام بهذه الوظائف.
تعتمد أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التقليدية بشكل كبير على الطاقة المولدة من الوقود الأحفوري، والتي تُستنزف بسرعة. وقد استلزم هذا، إلى جانب الطلب المتزايد على البنية التحتية والأجهزة منخفضة التكلفة، تركيبات جديدة وتحديثات جذرية في المباني المأهولة لتحقيق كفاءة الطاقة والاستدامة البيئية. لذلك، لا يزال إيجاد طرق مبتكرة لبناء مبانٍ خضراء دون المساس بالراحة وجودة الهواء الداخلي تحديًا للبحث والتطوير. ويعتمد التخفيض الإجمالي الممكن تحقيقه في استهلاك الطاقة وتعزيز راحة الإنسان في المباني على أداء أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. ومن الطرق المُثبتة لتحقيق كفاءة الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء تصميم أنظمة تستخدم تكوينات جديدة لمكونات النظام الحالية. وقد أثبتت الأبحاث الحديثة أن الجمع بين تقنيات تكييف الهواء الحالية يمكن أن يوفر حلولًا فعالة للحفاظ على الطاقة والراحة الحرارية. وقد بحثت هذه الورقة استراتيجيات مختلفة لتوفير الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، ونوقشت قدرتها على تحسين أداء النظام. وقد وُجد أن هناك عدة عوامل تؤثر في ذلك، مثل الظروف المناخية، والراحة الحرارية المتوقعة، والتكلفة الأولية وتكلفة رأس المال، وتوافر مصادر الطاقة، والتطبيق.
اقرأ الورقة كاملة علىورقة مراجعة حول تقنيات كفاءة الطاقة في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
تي واي – جور
AU – بهاجوات، أجاي
AU – تيلي، س.
AU – غوناكي، براديب
AU – ماجالي، فيجاي
السنة التمهيدية – 2015/12/01
س ب -
T1 - ورقة مراجعة حول تقنيات كفاءة الطاقة للتدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)
VL – 6
JO – المجلة الدولية للبحوث العلمية والهندسية
ER-
وقت النشر: ١٠ يوليو ٢٠٢٠
