التدفئة: مزيج من التدفئة بالأشعة تحت الحمراء ومضخة الحرارة

يُمكن الجمع بين التدفئة بالأشعة تحت الحمراء ومضخة حرارية، وقد يكون ذلك مفيدًا في بعض الحالات. إليك بعض المعلومات المهمة حول هذا الموضوع:

كيف يعمل التدفئة بالأشعة تحت الحمراء

تعمل سخانات الأشعة تحت الحمراء عن طريق إصدار إشعاع الأشعة تحت الحمراء، الذي يسخن الأشياء والأشخاص مباشرةً. على عكس السخانات التقليدية التي تسخن الهواء، فإن سخان الأشعة تحت الحمراء يسخن الأسطح في الغرفة، والتي بدورها تشع الحرارة إلى الهواء المحيط.

كيف تعمل المضخة الحرارية

تستخدم المضخة الحرارية الطاقة من البيئة المحيطة (مثل الهواء أو الماء أو الأرض) وتحولها إلى حرارة لتدفئة المبنى. وهي تعمل وفق مبدأ التبادل الحراري، ويمكن استخدامها أيضاً للتبريد.

مزايا هذا المزيج

يُمكن أن يُوفر الجمع بين سخان الأشعة تحت الحمراء ومضخة حرارية العديد من المزايا. فبما أن سخانات الأشعة تحت الحمراء تُصدر حرارة مباشرة، فإنها تُوفر دفئًا مريحًا بسرعة. أما المضخة الحرارية، فتتميز بكفاءة تشغيلها واستخدامها لمصادر الطاقة المتجددة لتوليد الحرارة. وبذلك، يُمكنهما معًا توفير حل تدفئة مُوفر للطاقة ومريح.

استخدام المضخة الحرارية كمصدر التدفئة الرئيسي

في معظم الحالات، تُستخدم المضخة الحرارية كمصدر التدفئة الرئيسي نظرًا لكفاءتها العالية في استهلاك الطاقة. ويمكن استخدام التدفئة بالأشعة تحت الحمراء كمصدر تدفئة إضافي لتوفير حرارة إضافية بسرعة ودقة أكبر، خاصة في الغرف الأقل استخدامًا.

الرقابة والتنظيم

يُعدّ التحكم والتنظيم الدقيقان ضروريين لدمج النظامين بكفاءة. وتتوفر أنظمة تحكم ذكية قادرة على إدارة كلٍّ من المضخة الحرارية ونظام التدفئة بالأشعة تحت الحمراء لتحقيق درجة حرارة مثالية للغرفة وتوفير الطاقة.

مع ذلك، من المهم ملاحظة أن الجمع بين التدفئة بالأشعة تحت الحمراء ومضخة الحرارة يعتمد على عوامل متعددة، مثل عزل المبنى، ومساحة الغرفة، واحتياجات التدفئة الفردية. لذا يُنصح باستشارة خبراء متخصصين لإيجاد الحل الأمثل لحالتك.

تؤكد دراسة أجرتها جامعة دريسدن التقنية بعنوان "التقييم المحتمل لأنظمة التدفئة بالأشعة تحت الحمراء لتغطية ذروة الأحمال" أن التدفئة بالأشعة تحت الحمراء حلٌّ فعالٌ لتقليل استهلاك الوقود الأحفوري في المباني السكنية القائمة على المدى القصير، مع جعل المبنى في الوقت نفسه جاهزًا لاستخدام المضخات الحرارية. وسيتم عرض نتائج هذه الدراسة في مؤتمر "التدفئة بالأشعة تحت الحمراء في الإنشاءات السكنية"

يمكن لأصحاب المنازل الذين لا يستطيعون التحول سريعًا إلى نظام التدفئة بالمضخة الحرارية في منازلهم القائمة - سواءً بسبب صعوبات في الإمداد، أو ارتفاع تكاليف الاستثمار، أو ضيق وقت الفني - استخدام التدفئة بالأشعة تحت الحمراء مبدئيًا لتوفير الوقود الأحفوري على المدى القصير. لاحقًا، يمكن استبدال نظام التدفئة القديم الذي يعمل بالماء بمضخة حرارية ذات سعة أصغر وتشغيلها بالتزامن مع نظام التدفئة بالأشعة تحت الحمراء. ووفقًا لدراسة أجرتها جامعة دريسدن التقنية، فإن هذا النهج ممكن تقنيًا. يبدأ صاحب المنزل بخفض درجة حرارة نظام التدفئة بالغاز الحالي (درجة حرارة التدفق)، لتغطية الحمل الأساسي للمنزل فقط. ويمكن تلبية احتياجات التدفئة الأعلى - ما يُعرف بأحمال الذروة - باستخدام سخانات الأشعة تحت الحمراء سريعة الاستجابة. هذا يقلل من استهلاك الوقود الأحفوري مع الحفاظ على درجة حرارة مريحة باستمرار في المنزل، دون الحاجة إلى تجديدات مكلفة ومعقدة مثل تركيب مشعات أو نوافذ جديدة أو عزل الجدران الخارجية.

تمّ بحث هذا النهج وما ينتج عنه من طلب على الطاقة في دراسة بعنوان "التقييم المحتمل لأنظمة التدفئة بالأشعة تحت الحمراء لتغطية ذروة الأحمال" في جامعة دريسدن التقنية، باستخدام منزل عائلي نموذجي كمثال. وقدّم البروفيسور الدكتور المهندس يواكيم سيفيرت، رئيس قسم تكنولوجيا طاقة المباني في معهد تكنولوجيا الطاقة بجامعة دريسدن التقنية، النتائج لأول مرة في مؤتمر "التدفئة بالأشعة تحت الحمراء في المباني السكنية" الذي عُقد في 11 مايو 2023 في فورتسبورغ. وخلص الباحث إلى أن "أنظمة المضخات الحرارية، بالاشتراك مع سخانات الأشعة تحت الحمراء الكهربائية، تُمثّل خيارًا تقنيًا للمباني القائمة. ويمكن لهذا النظام المُدمج أن يضمن تلبية احتياجات التدفئة والراحة الحرارية على حدٍ سواء".

مزيج من التدفئة بالأشعة تحت الحمراء ومضخة الحرارة

في الدراسة التي أجرتها جمعية الصناعة IG Infrarot، قام علماء من جامعة دريسدن التقنية بالبحث فيما إذا كان من الممكن جعل نظام التدفئة المائية الحالي ذي درجات حرارة التدفق العالية مناسبًا للتشغيل مع مضخة حرارية منخفضة الحرارة عن طريق دمجه مع سخان الأشعة تحت الحمراء.

ولتمثيل المخزون العمراني في ألمانيا بطريقة تمثيلية، اختار الفريق منزلًا لعائلة واحدة بمساحة 160 مترًا مربعًا من المساحة القابلة للاستخدام والتدفئة، ومعيار عزل حراري وفقًا للائحة العزل الحراري رقم 95.

يبلغ الحمل الحراري القياسي 9.2 كيلوواط، بينما يبلغ الحمل الحراري النوعي 57.20 واط لكل متر مربع. وقد أُجريت المحاكاة باستخدام برنامج محاكاة المباني والمنشآت TRNSYS-TUD.

في المحاكاة، يحتوي المبنى القائم على غلاية غاز منخفضة الحرارة. ويتم نقل الحرارة عبر المشعات. وبناءً على ذلك، قام الباحثون بتخفيض درجة حرارة التدفق لإثبات إمكانية استخدام التدفئة بالأشعة تحت الحمراء للحفاظ على درجة حرارة أساسية باستخدام غلاية الغاز أو المشعات الموجودة.

مزيج من التدفئة الأساسية غير المنظمة والتدفئة بالأشعة تحت الحمراء المنظمة

أُجري التحليل وفق تسلسل يُحاكي الإجراءات العملية لأصحاب المنازل. في البداية، رُفعت درجة حرارة المبنى إلى مستوى أساسي باستخدام نظام التدفئة بالغاز. بدءًا من نظام تدفئة يعمل عند درجة حرارة تدفق 70 درجة مئوية ودرجة حرارة عودة 55 درجة مئوية (ϑV/ϑR = 70°C/55°C)، خُفِّضت درجة الحرارة القصوى لمنحنى التدفئة إلى درجة حرارة تدفق (ϑV) تبلغ 40 درجة مئوية، وضُبط منحنى التدفئة عند ϑV/ϑR = 40/30. في سبع من أصل عشر غرف، جرى تزويد المشعات غير المنظمة بسخانات تعمل بالأشعة تحت الحمراء.

في الخطوة التالية، استُبدل المرجل ذو درجة الحرارة المنخفضة بمضخة حرارية تعمل بالهواء إلى الماء. لم يُجرِ الباحثون أي تغييرات على أبعاد نظام نقل الحرارة، أي المشعات، أو على معايير العزل. وبناءً على ذلك، قُورن الخياران وحُدِّد الطلب النهائي على الطاقة. وكان من الشروط الأساسية في جميع الأوقات استيفاء معايير الراحة الحرارية خلال ساعات التشغيل. وباستخدام المعايير المختارة، يُغطي نظام التدفئة بالأشعة تحت الحمراء ما بين 26 و38 بالمئة من الطاقة المطلوبة.

يمكن تعويض أوجه القصور في الأداء عن طريق التسخين بالأشعة تحت الحمراء

كتب علماء جامعة دريسدن التقنية في ختام الدراسة: "تُظهر النتائج إمكانية تعويض النقص الناتج في الأداء باستخدام التسخين بالأشعة تحت الحمراء". وأضافوا: "بشكل عام، تُبين الدراسة أنه من خلال إضافة التسخين بالأشعة تحت الحمراء إلى نظام التدفئة المائية، يُمكن استخدام نظام تدفئة قائم مصمم لدرجات حرارة أعلى مع درجات حرارة منخفضة دون الحاجة إلى استبدال أسطح التسخين، مما يجعله مناسبًا تمامًا للدمج مع مضخة حرارية. وقد أظهرت التحليلات أنه بالمقارنة مع النظام الأساسي، يُمكن خفض استهلاك الطاقة النهائي بنسبة تصل إلى 62% من خلال هذا الاستخدام المُدمج". وبينما يُمكن تغطية أحمال الذروة عند درجة حرارة أساسية منخفضة بواسطة أنظمة مختلفة، "يُعد التسخين بالأشعة تحت الحمراء مناسبًا بشكل خاص لهذا الغرض نظرًا لسرعة استجابته"

استخدم المدخرات لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية

"بما أن سخانات الأشعة تحت الحمراء غير مكلفة ومتوفرة بسهولة ويمكن تركيبها في غضون ساعات قليلة، يمكن لأصحاب المنازل تطبيق هذا النهج في وقت قصير وبتكاليف استثمار منخفضة"، كما يقول لارس هنريك فوس، رئيس مجلس إدارة شركة IG Infrared Germany.

تُظهر الدراسة إمكانية تجنب التجديد الشامل لغلاف المبنى وتعديل نظام نقل الحرارة المائي. ويؤدي ذلك إلى انخفاض كبير في تكاليف الاستثمار، وبالتالي تخفيف العبء المالي على أصحاب المنازل، فضلاً عن تحقيق فائدة للاقتصاد الوطني، إذ لا حاجة إلى أي دعم حكومي. ويضيف ديرك بورنهورست، رئيس مجلس إدارة شركة IG Infrared: "يمكن استخدام الأموال الموفرة بهذه الطريقة بفعالية لإنشاء نظام كهروضوئي أكبر لتوليد طاقة شمسية أكثر ملاءمة للمناخ، ليس فقط لتدفئة المباني، بل أيضاً لتوفير الكهرباء للمستخدمين، والمياه الساخنة، والتنقل الكهربائي".

المصدر: بيان صحفي بعنوان "التدفئة بالأشعة تحت الحمراء تُسرّع التحول إلى المضخات الحرارية"

من الممكن عمومًا الجمع بين نظام تدفئة أساسي غير منظم ونظام تدفئة بالأشعة تحت الحمراء منظم. إليك بعض المعلومات حول هذا الموضوع:

التدفئة الأساسية غير المنظمة

يشير نظام التدفئة الأساسي غير المنظم عادةً إلى نظام التدفئة المركزية التقليدي حيث يتم توزيع الحرارة عبر المشعات أو التدفئة الأرضية. ويتم التحكم في هذا النوع من التدفئة غالبًا بواسطة منظم حرارة يقيس درجة حرارة الغرفة ويقوم بتشغيل التدفئة أو إيقافها وفقًا لذلك.

تسخين بالأشعة تحت الحمراء يتم التحكم فيه

على عكس التدفئة الأساسية غير المنظمة، يمكن التحكم في التدفئة بالأشعة تحت الحمراء عادةً بشكل فردي ودقيق. تحتوي أجهزة التدفئة بالأشعة تحت الحمراء الحديثة على منظمات حرارة مدمجة وأجهزة تحكم قابلة للبرمجة تسمح بضبط درجة حرارة الغرفة وأوقات التدفئة بدقة.

مجموعة من أنظمة التدفئة

قد يكون الجمع بين نظام تدفئة رئيسي غير منظم وسخان يعمل بالأشعة تحت الحمراء منظم مفيدًا في بعض الحالات. على سبيل المثال، يمكن أن يعمل نظام التدفئة الرئيسي كمصدر أساسي للحرارة، لرفع درجة حرارة الغرفة إلى حد أدنى محدد. بعد ذلك، يمكن استخدام سخان الأشعة تحت الحمراء كمصدر إضافي للحرارة لتوفير راحة إضافية وتدفئة موجهة في مناطق معينة من الغرفة.

مزايا هذا المزيج

بدمج نظام التدفئة التقليدي مع التدفئة بالأشعة تحت الحمراء، يمكنك الاستفادة من مزايا كليهما. يوفر نظام التدفئة التقليدي دفئًا متساويًا وعامًا للغرفة، بينما توفر التدفئة بالأشعة تحت الحمراء استجابة سريعة وتدفئة موجهة. يُعد هذا مفيدًا بشكل خاص في الغرف التي تُستخدم بشكل متقطع أو حيث توجد تفضيلات فردية للتدفئة.

الرقابة والتنظيم

من المهم وجود أدوات تحكم مناسبة لدمج نظامي التدفئة بكفاءة. من الأفضل أن يحتوي جهاز التدفئة بالأشعة تحت الحمراء على وحدة تحكم منفصلة يمكن ضبطها بشكل مستقل عن نظام التدفئة الرئيسي. يتيح لك ذلك تعديل درجة حرارة جهاز التدفئة بالأشعة تحت الحمراء وفقًا لاحتياجاتك الفردية وتوفير الطاقة.

يرجى ملاحظة أنه يُنصح باستشارة متخصصين بشأن المتطلبات الخاصة بمبناك ونظام التدفئة لديك. بإمكانهم مساعدتك في إيجاد أفضل الخيارات والتركيبات المناسبة لحالتك.