أبعاد أنظمة المضخات الحرارية

ملخص

التحجيم الصحيح للمضخة الحرارية أمر ضروري لتحقيق تدفئة فعالة وموثوقة ومنخفضة الانبعاثات الكربونية. فالمضخة الحرارية التي تكون أكبر من اللازم قد تعمل بشكل متكرر، مما يزيد من التآكل ومخاطر الضوضاء واستهلاك الكهرباء، في حين أن المضخة الحرارية الأصغر من اللازم قد تعتمد بشكل مفرط على التدفئة الكهربائية الاحتياطية خلال الفترات الأكثر برودة.

من أجل تحديد حجم نظام المضخة الحرارية بشكل صحيح، يتعين على المصممين حساب حمل التدفئة التصميمي للمبنى، ومراعاة درجات حرارة توزيع الحرارة، ومتطلبات المياه الساخنة المنزلية، والظروف المناخية، واستخدام بيانات أداء المنتج الموثوقة والمُثبتة بشكل مستقل. ومع تسريع أوروبا لـإزالة الكربون من المباني، وتشديد توقعات الأداء الطاقي، والتحول نحو المبردات ذات القدرة على إحداث الاحترار العالمي (GWP) المنخفضة بموجب الإطار المنقح للغازات الفلورية (F-gas)، يصبح تحديد الأبعاد الدقيقة لأنظمة المضخات الحرارية أكثر أهمية من أي وقت مضى.

لماذا يعتبر تحديد أبعاد المضخات الحرارية أمرًا بالغ الأهمية؟

إن الفوائد الاقتصادية والبيئية لتوليد الحرارة باستخدام المضخات الحرارية مقارنةً بأنظمة الوقود الأحفوري لا تكون ذات أهمية إلا إذا تم تخطيط الأنظمة بعناية، وتحديد أبعادها وتركيبها بشكل صحيح، ثم تشغيلها على النحو السليم. وعلى وجه الخصوص، يمثل تحديد أبعاد أنظمة المضخات الحرارية تحديًّا تصميميًّا رئيسيًّا. وقد يكون للأخطاء تأثير أكبر مما هو عليه الحال مع غلايات النفط أو الغاز التقليدية، لأن كفاءة المضخة الحرارية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجات حرارة التشغيل، وأوقات التشغيل، والظروف المناخية، وتصميم النظام.

ما هو إجمالي الطلب على التدفئة وحمل التدفئة؟

يمكن لنظام توزيع الحرارة المصمم بشكل سيئ أو غير المطابق بشكل صحيح أن يقلل من كفاءة المضخة الحرارية ويقصر من عمرها التشغيلي. ويصعب إصلاح الأخطاء بمجرد تركيب النظام. لذلك، من أجل تحديد حجم طاقة المضخة الحرارية، من المهم تحديد كل من الطلب السنوي على التدفئة وحمل التدفئة التصميمي للمبنى. ويجب إجراء الحسابات وفقًا لأحدث المعايير السارية والطرق الوطنية المعمول بها في كل بلد.

الطلب على التدفئة وحمل التدفئة ليسا نفس الشيء. يشير الطلب على التدفئة إلى كمية الطاقة المطلوبة خلال فترة زمنية معينة، ويُعبر عنها عادةً بالكيلوواط/ساعة في السنة. يشير حمل التدفئة إلى الناتج الحراري، أو الطاقة، التي يجب أن يوفرها نظام التدفئة في الظروف الخارجية التصميمية، ويُعبر عنه عادةً بالكيلوواط. بالنسبة لتحديد حجم المضخة الحرارية، يُعد حمل التدفئة التصميمي هو المعلمة الرئيسية.

كيف يتم حساب الطلب على التدفئة؟

يعتمد الطلب المحدد على التدفئة لكل متر مربع من المساحة السكنية على بنية المبنى. وتعتمد القيم الفعلية على مستوى العزل، ومقاومة التسرب الهوائي، والجسور الحرارية، والتهوية، وهندسة المبنى، ودرجات الحرارة التصميمية الداخلية، والمناخ المحلي.

ملاحظة: القيم الواردة أدناه إرشادية فقط ولا ينبغي أن تحل محل حساب الحمل الحراري الخاص بالمشروع.

الصيغة لحساب الطلب على التدفئة للمبنى هي:

مساحة المعيشة [م²] × الطلب النوعي على التدفئة [كيلوواط/م²] = الطلب الإرشادي على تدفئة المبنى [كيلوواط]

يمكن أن يكون هذا الحساب المبسط مفيدًا للتقدير الأولي، ولكن لا ينبغي استخدامه كأساس نهائي لاختيار المضخة الحرارية. يُنصح بإجراء حساب تفصيلي لكل غرفة على حدة وفقًا للطريقة الوطنية المعمول بها، خاصةً في مشاريع التجديد، وأجهزة إشعاع الحرارة منخفضة الحرارة، والأنظمة الهجينة، والمباني ذات مستويات العزل المتفاوتة.

كيف يتم حساب حمل التدفئة؟

يُحسب حمل التدفئة للمبنى وفقًا للمعيار المعمول به أو الطريقة الوطنية، ويجب عدم الخلط بينه وبين إجمالي الطلب على التدفئة. يشير حمل التدفئة إلى الطاقة التي يجب أن يوفرها نظام التدفئة للحفاظ على درجة الحرارة الداخلية المطلوبة عند درجة الحرارة الخارجية المحددة في التصميم.

• الطلب السنوي على التدفئة = الطاقة / الاستهلاك على مدار الوقت
• عبء التدفئة = الطاقة المطلوبة للتدفئة في ظروف التصميم

لتحديد عبء التدفئة، تؤخذ الظروف المناخية في الاعتبار وتُدرج في شكل درجات حرارة خارجية قياسية للمناطق المعنية.

على سبيل المثال، في العديد من المناطق الداخلية أو المرتفعة في ألمانيا، يمكن أن تكون درجات الحرارة الخارجية المحددة في التصميم أقل بكثير من الصفر. أما في المناطق الساحلية الأكثر اعتدالًا، فعادةً ما تكون درجات الحرارة الخارجية المحددة في التصميم أقل قسوة. كما يتم تضمين مواد البناء، وقيم U، والجسور الحرارية، وفقدان الهواء بسبب التهوية، ومقاومة التسرب، وهندسة المبنى في الحساب.

في كثير من الأحيان، يتم تجاهل حساب حمل التدفئة والطلب السنوي على التدفئة ويتم اختيار مضخات حرارية أكبر حجمًا لتوفير هامش أمان. وفي حالات ليست نادرة، تكون المضخة الحرارية عندئذٍ أكبر بكثير مما هو مطلوب. وهذا يؤثر سلبًا على الكفاءة والراحة والعمر الافتراضي للضاغط. خاصةً في الفترة الانتقالية، أي في الربيع والخريف، يمكن أن تؤدي المضخة الحرارية ذات الحجم الزائد إلى دورات تشغيل وإيقاف متكررة، مع فترات تشغيل قصيرة قد تزيد من التآكل وتقلل من كفاءة النظام. إذا كانت الطاقة منخفضة جدًّا، فقد يحتاج السخان الاحتياطي إلى تغطية نسبة أكبر من الحمل أثناء الطقس البارد، مما يزيد من استهلاك الكهرباء وتكاليف التشغيل.

كما يجب أن يأخذ تحديد أبعاد المضخة الحرارية الصحيحة في الاعتبار ما يلي:

• نوع مصدر الحرارة ودرجة حرارة التدفق المطلوبة، مثل المشعات، والتدفئة الأرضية، ووحدات التبريد ذات المروحة، أو الأنظمة الهوائية
• التحسينات المخطط لها في بنية المبنى قبل أو بعد التركيب
• متطلبات إنتاج وتخزين المياه الساخنة المنزلية
• التشغيل ثنائي الطاقة أو الهجين، بما في ذلك درجة الحرارة التي يبدأ عندها التسخين الاحتياطي في العمل
• أداء المضخة الحرارية عند الحمل الجزئي وعند درجات حرارة خارجية مختلفة
• مستويات الطاقة الصوتية وقيود الموقع
• نوع المبرد والمتطلبات التنظيمية المستقبلية، بما في ذلك الانتقال إلى مبردات ذات مؤشر إجمالي للاحتباس الحراري (GWP) أقل بموجب اللائحة (الاتحاد الأوروبي) 2024/573.

كيف توفر الشهادات بيانات أداء دقيقة؟

حتى لو تم تحديد الطلب السنوي المتوقع لمبنى ما، والأهم من ذلك، الحمل التدفيري المطلوب بالضبط من قبل مستشار طاقة أو مهندس تصميم أو مُركِّب، فإن المعلومات غير الدقيقة المقدمة من الشركة المصنعة قد تظل تمثل مشكلة. تساعد الشهادة في استبعاد مصدر الخطأ هذا وتتيح للمضخات الحرارية تحقيق أكبر قدر ممكن من المزايا الاقتصادية والبيئية.

على سبيل المثال، تشترك شهادة الأداء المعتمدة من Eurovent للمضخات الحرارية (Eurovent-HP) ومعيار NF 414 للمضخات الحرارية في نفس نطاق المنتج والخصائص المعتمدة للمضخات الحرارية السكنية والتجارية الخفيفة التي تبلغ سعتها التدفئة 100 كيلوواط أو أقل. يمكن أن تشمل الخصائص المعتمدة قدرات التدفئة و/أو التبريد، ومدخلات الطاقة الكهربائية، ومعامل الأداء (COP)، والسعة التصميمية، ومعامل الأداء الموسمي (SCOP)، ومعامل الأداء الموسمي الشبكي (SCOPnet)، والكفاءة الموسمية، والاستهلاك السنوي، ومستويات الطاقة الصوتية.

تقدم شهادة يوروفنت (Eurovent Certification) أيضًا برامج أخرى متعلقة بالمضخات الحرارية، بما في ذلك الأداء المعتمد من يوروفنت للمبردات والمضخات الحرارية (LCP-HP)، وKEYMARK للمضخات الحرارية، وMCS للمضخات الحرارية، والمضخات الحرارية الهجينة NF 462. اعتمادًا على نوع المنتج والسوق المستهدفة، تدعم هذه البرامج الوصول إلى بيانات أداء قابلة للمقارنة ومُثبتة بشكل مستقل لأغراض المواصفات والتصميم والامتثال التنظيمي وبرامج الحوافز.

يتم إجراء الاختبارات المعملية من قبل أطراف ثالثة في ظل ظروف محددة بدقة ومتطابقة، باستخدام المعايير الأوروبية والدولية المعترف بها. وقد صُممت عمليات الفحص في المصنع، ومراقبة المنتج، والتحقق من البيانات لتلبية متطلبات الكفاءة والحياد والاستقلالية.

بالنسبة للمصممين والمركّبين ومعدّي المواصفات والمستخدمين النهائيين، تقلل البيانات المعتمدة من مخاطر الاعتماد على ادعاءات الشركات المصنعة غير المدعومة بأدلة. فهي تدعم تحديد الحجم الدقيق، ونمذجة الطاقة، ومقارنة المنتجات، ومواصفات المناقصات، وتقييم الضوضاء، وتوقعات الأداء على المدى الطويل. وهذا مهم بشكل خاص للمشاريع التي تُعد فيها المضخات الحرارية عنصراً أساسياً في استراتيجيات إزالة الكربون، وحيث تكون البيانات الموثوقة ضرورية لتجنب الأنظمة ذات الأداء الضعيف.

الأسئلة الشائعة

لماذا يُعد تحديد الحجم الصحيح للمضخة الحرارية أمراً مهماً؟

يضمن تحديد الحجم الصحيح للمضخة الحرارية قدرة النظام على تلبية احتياجات التدفئة في المبنى بكفاءة دون الحاجة إلى زيادة الحجم بشكل غير ضروري. قد تعمل المضخة الحرارية ذات الحجم الزائد بشكل متكرر، مما يقلل من الكفاءة ويزيد من تآكل المكونات. أما المضخة الحرارية ذات الحجم الأصغر من اللازم فقد تعتمد بشكل مفرط على التدفئة الاحتياطية في الطقس البارد، مما يزيد من استهلاك الكهرباء وتكاليف التشغيل.

ما الفرق بين الطلب على التدفئة وحمل التدفئة؟

الطلب على التدفئة هو كمية الطاقة التي يحتاجها المبنى بمرور الوقت، وعادةً ما يُعبَّر عنها بالكيلوواط/ساعة في السنة. أما حمل التدفئة فهو الطاقة الحرارية المطلوبة في الظروف الخارجية المحددة في التصميم، وعادةً ما يُعبَّر عنها بالكيلوواط. ويُعد حمل التدفئة الرقم الحاسم لاختيار المضخة الحرارية وتحديد أبعادها.

هل يمكنني تحديد حجم المضخة الحرارية باستخدام مساحة الأرضية فقط؟

يمكن أن توفر مساحة الأرضية تقديرًا أوليًا تقريبيًّا، لكنها لا تكفي لاختيار المضخة الحرارية النهائي. يجب أن يتضمن الحساب الموثوق مستوى العزل، وقيم U، ومقاومة التسرب الهوائي، والجسور الحرارية، وفقدان الطاقة الناتج عن التهوية، وهندسة المبنى، واحتياجات المياه الساخنة المنزلية، ومصادر الحرارة، ودرجات الحرارة التصميمية المحلية.

لماذا يجب عليك اختيار المضخات الحرارية الحاصلة على شهادة Eurovent؟

توفر المضخات الحرارية الحاصلة على شهادة Eurovent بيانات أداء تم التحقق منها بشكل مستقل، مما يساعد المستخدمين على مقارنة المنتجات باستخدام معلومات موثوقة ومتسقة. تدعم الشهادة تحديد الحجم الدقيق للنظام، وكفاءة الطاقة، والامتثال للوائح التنظيمية، والتقييم السليم، والثقة في أن الأداء المعلن قد تم التحقق منه من خلال اختبارات أجرتها جهات خارجية ومراقبة مستمرة.

اكتشف المزيد

الأداء المعتمد من Eurovent للمضخات الحرارية (Eurovent-HP)

الأداء المعتمد من Eurovent للمبردات والمضخات الحرارية (LCP-HP)

شهادة NF للمضخات الحرارية (NF414)

شهادة NF للمضخات الحرارية الهجينة (NF462)

علامة KEYMARK للمضخات الحرارية (HPKM)

شهادة MCS للمضخات الحرارية (MCS007)

قم بزيارة دليل المنتجات المعتمدة