في بيتي السلبي ...

"يجب أن يكون الجو باردًا في الشتاء" ، هذا ما قالته الكلاسيكية. اتضح أنه ليس ضروريًا. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل الحفاظ على الدفء لفترة قصيرة ، لا يجب أن تكون متسخة ورائحة ومضرة بالبيئة.

في الوقت الحاضر ، يمكن أن يكون لدينا تدفئة في منازلنا ليس بالضرورة بسبب زيت الوقود والغاز والكهرباء. انضمت الطاقة الشمسية والحرارية الأرضية وحتى طاقة الرياح إلى المزيج القديم من الوقود ومصادر الطاقة في السنوات الأخيرة.

في هذا التقرير ، لن نتطرق إلى أكثر الأنظمة شيوعًا القائمة على الفحم أو النفط أو الغاز في بولندا ، لأن الغرض من دراستنا ليس تقديم ما نعرفه جيدًا بالفعل ، ولكن تقديم بدائل حديثة وجذابة من حيث حماية البيئة وكذلك توفير الطاقة.

بالطبع ، التدفئة القائمة على احتراق الغاز الطبيعي ومشتقاته صديقة للبيئة أيضًا. ومع ذلك ، من وجهة النظر البولندية ، فإن من العيوب أنه ليس لدينا موارد كافية من هذا الوقود لتلبية الاحتياجات المحلية.

الماء والهواء

يتم تدفئة معظم المنازل والمباني السكنية في بولندا بواسطة أنظمة الغلايات والرادياتير التقليدية.

يقع المرجل المركزي في مركز التدفئة أو غرفة المرجل الفردية في المبنى. يعتمد عملها على إمداد البخار أو الماء الساخن عبر الأنابيب إلى المشعات الموجودة في الغرف. عادةً ما يتم وضع المبرد الكلاسيكي - الهيكل الرأسي المصنوع من الحديد الزهر - بالقرب من النوافذ (1).

1. سخان تقليدي

في أنظمة الرادياتير الحديثة ، يتم توزيع الماء الساخن على المشعات باستخدام المضخات الكهربائية. يطلق الماء الساخن حرارته في المبرد ويعود الماء المبرد إلى الغلاية لمزيد من التسخين.

يمكن استبدال المشعاعات بلوحة أو سخانات جدارية أقل "عدوانية" من وجهة نظر جمالية - وأحيانًا يطلق عليها حتى ما يسمى. مشعات زخرفية مطورة مع مراعاة تصميم وديكور المباني.

المشعات من هذا النوع أخف وزنًا (وعادة ما تكون في الحجم) من المشعات المزودة بزعانف من الحديد الزهر. يوجد حاليًا العديد من أنواع المشعات من هذا النوع في السوق ، والتي تختلف بشكل أساسي في الأبعاد الخارجية.

تشترك العديد من أنظمة التدفئة الحديثة في مكونات مشتركة مع معدات التبريد ، ويوفر بعضها التدفئة والتبريد.

موعد تكييف مركزي (التدفئة والتهوية والتكييف) لوصف كل شيء والتهوية في المنزل. بغض النظر عن نظام HVAC المستخدم ، فإن الغرض من جميع معدات التدفئة هو استخدام الطاقة الحرارية من مصدر الوقود ونقلها إلى أماكن المعيشة للحفاظ على درجة حرارة محيطة مريحة.

تستخدم أنظمة التدفئة أنواعًا مختلفة من الوقود مثل الغاز الطبيعي أو البروبان أو زيت التدفئة أو الوقود الحيوي (مثل الخشب) أو الكهرباء.

استخدام أنظمة الهواء القسري فرن النفخ، التي تزود الهواء الساخن إلى مناطق مختلفة من المنزل من خلال شبكة من القنوات ، تحظى بشعبية في أمريكا الشمالية (2).

2. نظام غرفة المرجل مع دوران الهواء القسري

لا يزال هذا حلاً نادرًا نسبيًا في بولندا. يتم استخدامه بشكل أساسي في المباني التجارية الجديدة وفي المنازل الخاصة ، وعادة ما يتم استخدامه مع الموقد. أنظمة تدوير الهواء القسري (بما في ذلك. التهوية الميكانيكية مع استعادة الحرارة) ضبط درجة حرارة الغرفة بسرعة كبيرة.

في الطقس البارد ، تعمل كمدفأة ، وفي الطقس الحار ، تعمل كنظام تكييف هواء للتبريد. كما هو الحال في أوروبا وبولندا ، تُستخدم أنظمة ثاني أكسيد الكربون مع المواقد وغرف الغلايات والماء ومشعات البخار فقط للتدفئة.

عادةً ما تقوم أنظمة الهواء القسري بترشيحها لإزالة الغبار والمواد المسببة للحساسية. أجهزة الترطيب (أو التجفيف) مدمجة أيضًا في النظام.

عيوب هذه الأنظمة هي الحاجة إلى تركيب مجاري تهوية وتخصيص مساحة لها في الجدران. بالإضافة إلى ذلك ، تكون المراوح صاخبة في بعض الأحيان ويمكن أن ينشر الهواء المتحرك مسببات الحساسية (إذا لم يتم صيانة الوحدة بشكل صحيح).

بالإضافة إلى الأنظمة الأكثر شهرة لدينا مثل المشعات ووحدات التزويد بالهواء ، وهناك أخرى معظمها حديثة. وهي تختلف عن التدفئة المركزية المائية وأنظمة التهوية القسرية من حيث أنها تسخن الأثاث والأرضيات وليس الهواء فقط.

يتطلب التمديد داخل أرضيات خرسانية أو تحت أرضيات خشبية من أنابيب بلاستيكية مصممة لتسخين الماء. إنه نظام هادئ وشامل للطاقة. لا يسخن بسرعة ، لكنه يحتفظ بالحرارة لفترة أطول.

يوجد أيضًا "بلاط الأرضيات" ، والذي يستخدم التركيبات الكهربائية التي يتم تركيبها تحت الأرضية (عادةً بلاط السيراميك أو الحجر). فهي أقل كفاءة في استخدام الطاقة من أنظمة المياه الساخنة وعادة ما تستخدم فقط في المساحات الأصغر مثل الحمامات.

نوع آخر أكثر حداثة من التدفئة. النظام الهيدروليكي. يتم تثبيت سخانات المياه باللوح الأساسي منخفضًا على الحائط حتى يتمكنوا من سحب الهواء البارد من أسفل الغرفة ، ثم تسخينه وإعادته إلى الداخل مرة أخرى. تعمل في درجات حرارة أقل من كثير.

تستخدم هذه الأنظمة أيضًا غلاية مركزية لتسخين المياه التي تتدفق عبر نظام الأنابيب إلى أجهزة التسخين المنفصلة. في الواقع ، هذه نسخة محدثة من أنظمة الرادياتير العمودية القديمة.

لا تستخدم مشعات اللوحة الكهربائية والأنواع الأخرى بشكل شائع في أنظمة التدفئة المنزلية الرئيسية. سخانات كهربائيةويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع تكلفة الكهرباء. ومع ذلك ، فإنها تظل خيارًا شائعًا للتدفئة التكميلية ، على سبيل المثال في المساحات الموسمية (مثل الشرفات الأرضية).

السخانات الكهربائية بسيطة وغير مكلفة التركيب ولا تتطلب أنابيب أو تهوية أو أجهزة توزيع أخرى.

بالإضافة إلى سخانات اللوحة التقليدية ، هناك أيضًا سخانات كهربائية مشعة (3) أو مصابيح تسخين تنقل الطاقة إلى أشياء ذات درجة حرارة منخفضة من خلالها الإشعاع الكهرومغناطيسي.

3. سخان الأشعة تحت الحمراء

اعتمادًا على درجة حرارة الجسم المشع ، يتراوح الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء من 780 نانومتر إلى 1 مم. تشع سخانات الأشعة تحت الحمراء الكهربائية ما يصل إلى 86٪ من قدرتها الداخلة كطاقة مشعة. يتم تحويل كل الطاقة الكهربائية المجمعة تقريبًا إلى حرارة الأشعة تحت الحمراء من الفتيل وإرسالها عبر العاكسات.

بولندا الحرارية

أنظمة التدفئة الحرارية الأرضية - المتقدمة جدًا ، على سبيل المثال في أيسلندا ، تحظى باهتمام متزايدحيث يقوم مهندسو الحفر تحت (IDDP) بالانغماس أكثر فأكثر في مصدر الحرارة الداخلي للكوكب.

في عام 2009 ، أثناء حفر EPDM ، انسكب عن طريق الخطأ في خزان الصهارة الواقع على بعد حوالي 2 كم تحت سطح الأرض. وهكذا ، تم الحصول على أقوى بئر حرارة جوفية في التاريخ بسعة حوالي 30 ميغاواط من الطاقة.

يأمل العلماء في الوصول إلى سلسلة جبال وسط المحيط الأطلسي ، وهي أطول سلسلة تلال في منتصف المحيط على وجه الأرض ، وهي حدود طبيعية بين الصفائح التكتونية.

هناك ، تقوم الصهارة بتسخين مياه البحر إلى درجة حرارة 1000 درجة مئوية ، والضغط أعلى بمئتي مرة من الضغط الجوي. في ظل هذه الظروف ، من الممكن توليد بخار فوق الحرج بقدرة إنتاج تبلغ 50 ميغاواط ، وهي أكبر بحوالي عشر مرات من بئر الطاقة الحرارية الأرضية النموذجية. وهذا يعني إمكانية التجديد بمقدار 50 ألفًا. منازل.

إذا تبين أن المشروع فعال ، فيمكن تنفيذ مشروع مماثل في أجزاء أخرى من العالم ، على سبيل المثال ، في روسيا. في اليابان أو كاليفورنيا.

4. تصور ما يسمى ب. الطاقة الحرارية الجوفية الضحلة

من الناحية النظرية ، تتمتع بولندا بظروف حرارية أرضية جيدة جدًا ، حيث أن 80٪ من أراضي البلاد تحتلها ثلاث مقاطعات للطاقة الحرارية الأرضية: وسط أوروبا ، وكاربات ، وكاربات. ومع ذلك ، فإن الاحتمالات الحقيقية لاستخدام المياه الحرارية الجوفية تخص 40٪ من أراضي الدولة.

درجة حرارة المياه في هذه الخزانات هي 30-130 درجة مئوية (في بعض الأماكن حتى 200 درجة مئوية) ، وعمق حدوثها في الصخور الرسوبية من 1 إلى 10 كم. التدفق الطبيعي نادر جدًا (Sudety - Cieplice، Löndek-Zdrój).

ومع ذلك ، هذا شيء آخر. الطاقة الحرارية الجوفية العميقة بآبار يصل طولها إلى 5 كيلومترات ، وشيء آخر يسمى. الطاقة الحرارية الجوفية الضحلة، حيث يتم أخذ مصدر الحرارة من الأرض باستخدام منشأة مدفونة ضحلة نسبيًا (4) ، عادة من بضعة إلى 100 متر.

تعتمد هذه الأنظمة على مضخات حرارية ، وهي الأساس ، على غرار الطاقة الحرارية الأرضية ، للحصول على الحرارة من الماء أو الهواء. تشير التقديرات إلى أن هناك بالفعل عشرات الآلاف من هذه الحلول في بولندا ، وتتزايد شعبيتها تدريجياً.

تقوم المضخة الحرارية بأخذ الحرارة من الخارج ونقلها داخل المنزل (5). تستهلك كهرباء أقل من أنظمة التدفئة التقليدية. عندما يكون الجو دافئًا بالخارج ، يمكن أن يكون بمثابة عكس مكيف الهواء.

5. مخطط مضخة حرارية بسيطة للضاغط: 1) مكثف ، 2) صمام خانق - أو شعري ، 3) مبخر ، 4) ضاغط

نوع شائع من المضخات الحرارية لمصدر الهواء هو نظام الانقسام المصغر ، المعروف أيضًا باسم ductless. يعتمد على وحدة ضاغط خارجي صغير نسبيًا وواحدة أو أكثر من وحدات معالجة الهواء الداخلية التي يمكن إضافتها بسهولة إلى الغرف أو المناطق النائية من المنزل.

يوصى بتركيب مضخات الحرارة في الأجواء المعتدلة نسبيًا. تظل أقل فعالية في ظروف الطقس الحار جدًا والبارد جدًا.

أنظمة التدفئة والتبريد الامتصاصية لا يتم تشغيلها بالكهرباء ، ولكن بالطاقة الشمسية أو الطاقة الحرارية الجوفية أو الغاز الطبيعي. تعمل المضخة الحرارية بالامتصاص بنفس الطريقة التي تعمل بها أي مضخة حرارية أخرى ، ولكن لها مصدر طاقة مختلف وتستخدم محلول الأمونيا كمبرد.

الهجينة أفضل

تم تحقيق تحسين الطاقة بنجاح في الأنظمة الهجينة ، والتي يمكنها أيضًا استخدام المضخات الحرارية ومصادر الطاقة المتجددة.

شكل واحد من النظام الهجين هو مضخة حرارية في تركيبة مع غلاية التكثيف. تتحمل المضخة الحمل جزئيًا بينما يكون الطلب على الحرارة محدودًا. عند الحاجة إلى مزيد من الحرارة ، يتولى غلاية التكثيف مهمة التسخين. وبالمثل ، يمكن دمج مضخة حرارية مع غلاية تعمل بالوقود الصلب.

مثال آخر على النظام الهجين هو الجمع وحدة تكثيف مع نظام حراري شمسي. يمكن تثبيت مثل هذا النظام في كل من المباني القائمة والجديدة. إذا أراد مالك المنشأة مزيدًا من الاستقلالية فيما يتعلق بمصادر الطاقة ، فيمكن دمج المضخة الحرارية مع تركيب كهروضوئي وبالتالي استخدام الكهرباء المولدة بواسطة حلول المنزل الخاصة بهم للتدفئة.

يوفر التركيب الشمسي كهرباء رخيصة لتشغيل المضخة الحرارية. يمكن استخدام فائض الكهرباء المولدة من الكهرباء التي لا تستخدم مباشرة في المبنى لشحن بطارية المبنى أو بيعها للشبكة العامة.

يجدر التأكيد على أن المولدات الحديثة والمنشآت الحرارية عادة ما تكون مجهزة واجهات الإنترنت ويمكن التحكم فيه عن بُعد باستخدام تطبيق موجود على جهاز لوحي أو هاتف ذكي ، غالبًا من أي مكان في العالم ، مما يتيح أيضًا لمالكي العقارات تحسين التكاليف وتوفيرها.

لا يوجد شيء أفضل من الطاقة محلية الصنع

بالطبع ، سيحتاج أي نظام تدفئة إلى مصادر طاقة على أي حال. الحيلة هي جعل هذا الحل الأكثر اقتصادا وأرخص حل.

في نهاية المطاف ، مثل هذه الوظائف لها طاقة متولدة "في المنزل" في نماذج تسمى التوليد الصغير () أو مايكروتب ().

وفقًا للتعريف ، هذه عملية تكنولوجية تتكون من الإنتاج المشترك للحرارة والكهرباء (خارج الشبكة) بناءً على استخدام الأجهزة الصغيرة والمتوسطة المتصلة بالطاقة.

يمكن استخدام التوليد الدقيق في جميع المرافق التي توجد فيها حاجة متزامنة للكهرباء والتدفئة. المستخدمون الأكثر شيوعًا للأنظمة المزدوجة هم المستلمون الفرديون (6) والمستشفيات والمراكز التعليمية والمراكز الرياضية والفنادق والمرافق العامة المختلفة.

6. نظام الطاقة المنزلية

اليوم ، يمتلك مهندس الطاقة المنزلية العادي بالفعل العديد من التقنيات لتوليد الطاقة في المنزل وفي الفناء: الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والغاز. (الغاز الحيوي - إذا كانوا حقًا "يمتلكون").

لذلك يمكنك تركيبه على السطح ، بحيث لا يجب الخلط بينه وبين مولدات الحرارة والتي تستخدم غالبًا لتسخين المياه.

يمكن أن تصل أيضًا إلى حجم صغير توربينات الرياحللاحتياجات الفردية. غالبًا ما يتم وضعها على صواري مدفونة في الأرض. يمكن تركيب أصغرها ، بقوة 300-600 واط وبجهد 24 فولت ، على الأسطح ، بشرط أن يتكيف تصميمها مع ذلك.

في الظروف المحلية ، غالبًا ما توجد محطات طاقة بسعة 3-5 كيلو واط ، والتي ، حسب الاحتياجات ، وعدد المستخدمين ، وما إلى ذلك. - يجب أن تكون كافية للإضاءة وتشغيل الأجهزة المنزلية المختلفة ومضخات المياه لغاز ثاني أكسيد الكربون والاحتياجات الأخرى الأصغر.

تُستخدم الأنظمة التي يكون خرجها الحراري أقل من 10 كيلو وات والمخرج الكهربائي من 1 إلى 5 كيلوواط بشكل أساسي في المنازل الفردية. الفكرة من وراء تشغيل مثل هذا "المنزل الصغير CHP" هو وضع كل من مصدر الكهرباء والحرارة داخل المبنى المزود.

لا يزال يجري تحسين تقنية توليد طاقة الرياح المنزلية. على سبيل المثال ، تولد توربينات الرياح الصغيرة هانيويل التي تقدمها WindTronics (7) مع غطاء يشبه إلى حد ما عجلة دراجة ذات شفرات ، يبلغ قطرها حوالي 180 سم ، 2,752 كيلو وات في الساعة بمتوسط ​​سرعة رياح يبلغ 10 م / ث. يتم توفير طاقة مماثلة بواسطة توربينات Windspire بتصميم رأسي غير عادي.

7. توربينات هانيويل صغيرة مثبتة على سطح منزل

من بين التقنيات الأخرى للحصول على الطاقة من مصادر متجددة ، يجدر الانتباه إليها الغاز الحيوي. يستخدم هذا المصطلح العام لوصف الغازات القابلة للاحتراق الناتجة أثناء تحلل المركبات العضوية ، مثل مياه الصرف الصحي والنفايات المنزلية والسماد والنفايات الزراعية وصناعة الأغذية الزراعية ، إلخ.

إن التكنولوجيا التي نشأت من التوليد المشترك القديم ، أي الإنتاج المشترك للحرارة والكهرباء في محطات الطاقة والتدفئة المشتركة ، في نسختها "الصغيرة" ، هي تقنية حديثة العهد. البحث عن حلول أفضل وأكثر كفاءة لا يزال مستمرا. حاليًا ، يمكن تحديد العديد من الأنظمة الرئيسية ، بما في ذلك: المحركات الترددية ، والتوربينات الغازية ، وأنظمة محرك ستيرلينغ ، ودورة رانكين العضوية ، وخلايا الوقود.

محرك "ستيرلنغ" يحول الحرارة إلى طاقة ميكانيكية بدون عملية احتراق عنيفة. يتم إمداد الحرارة بسائل العمل - الغاز عن طريق تسخين الجدار الخارجي للسخان. من خلال توفير الحرارة من الخارج ، يمكن تزويد المحرك بالطاقة الأولية من أي مصدر تقريبًا: المركبات البترولية والفحم والخشب وجميع أنواع الوقود الغازي والكتلة الحيوية وحتى الطاقة الشمسية.

يتضمن هذا النوع من المحركات: مكبسان (بارد ودافئ) ، ومبادل حراري متجدد ومبادلات حرارية بين سائل العمل والمصادر الخارجية. أحد أهم العناصر التي تعمل في الدورة هو المُجدد ، الذي يأخذ حرارة مائع العمل أثناء تدفقه من الفضاء المسخن إلى الفضاء المبرد.

مصدر الحرارة في هذه الأنظمة هو غازات العادم المتولدة أثناء احتراق الوقود. على العكس من ذلك ، يتم نقل الحرارة من الدائرة إلى مصدر درجة الحرارة المنخفضة. في النهاية ، تعتمد كفاءة الدورة الدموية على اختلاف درجة الحرارة بين هذه المصادر. سائل العمل لهذا النوع من المحركات هو الهيليوم أو الهواء.

تشمل مزايا محركات "ستيرلنغ": الكفاءة الكلية العالية ، مستوى الضجيج المنخفض ، الاقتصاد في استهلاك الوقود مقارنة بالأنظمة الأخرى ، السرعة المنخفضة. بالطبع يجب ألا ننسى العيوب وأهمها سعر التثبيت.

آليات التوليد المشترك للطاقة مثل دورة رانكين (استعادة الحرارة في الدورات الديناميكية الحرارية) أو محرك ستيرلينغ لا يتطلب سوى الحرارة للعمل. يمكن أن يكون مصدره ، على سبيل المثال ، الطاقة الشمسية أو الطاقة الحرارية الأرضية. توليد الكهرباء بهذه الطريقة باستخدام المجمع والحرارة أرخص من استخدام الخلايا الكهروضوئية.

أعمال التطوير جارية أيضا خلايا الوقود واستخدامها في محطات التوليد المشترك للطاقة. أحد الحلول المبتكرة من هذا النوع في السوق هو كلير ايدج. بالإضافة إلى الوظائف الخاصة بالنظام ، تحول هذه التقنية الغاز الموجود في الأسطوانة إلى هيدروجين باستخدام تقنية متقدمة. لذلك لا يوجد حريق هنا.

تنتج خلية الهيدروجين الكهرباء ، والتي تستخدم أيضًا لتوليد الحرارة. خلايا الوقود هي نوع جديد من الأجهزة يسمح بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود الغازي (عادةً وقود الهيدروجين أو الهيدروكربون) بكفاءة عالية من خلال تفاعل كهروكيميائي إلى كهرباء وحرارة - دون الحاجة إلى حرق الغاز واستخدام الطاقة الميكانيكية ، كما هو الحال ، على سبيل المثال ، في المحركات أو التوربينات الغازية.

يمكن تشغيل بعض العناصر ليس فقط بالهيدروجين ، ولكن أيضًا بالغاز الطبيعي أو ما يسمى. إعادة التكوين (غاز إعادة التشكيل) الذي تم الحصول عليه نتيجة معالجة الوقود الهيدروكربوني.

تراكم الماء الساخن

نحن نعلم أن الماء الساخن ، أي الحرارة ، يمكن أن يتراكم ويخزن في حاوية منزلية خاصة لبعض الوقت. على سبيل المثال ، يمكن رؤيتها غالبًا بجوار مجمعات الطاقة الشمسية. ومع ذلك ، قد لا يعرف الجميع أن هناك شيئًا مثل احتياطيات كبيرة من الحرارةمثل مراكم الطاقة الضخمة (8).

8. تراكم حرارة ممتاز في هولندا

تعمل صهاريج التخزين القياسية قصيرة المدى تحت الضغط الجوي. إنها معزولة جيدًا وتستخدم بشكل أساسي لإدارة الطلب خلال ساعات الذروة. درجة الحرارة في هذه الخزانات أقل بقليل من 100 درجة مئوية. تجدر الإشارة إلى أنه في بعض الأحيان يتم تحويل خزانات الزيت القديمة إلى مراكم حرارية لتلبية احتياجات نظام التدفئة.

في عام 2015 ، أول ألماني صينية منطقة مزدوجة. هذه التكنولوجيا حاصلة على براءة اختراع من قبل Bilfinger VAM ..

يعتمد الحل على استخدام طبقة مرنة بين منطقتي المياه العلوية والسفلية. يخلق وزن المنطقة العلوية ضغطًا على المنطقة السفلية ، بحيث يمكن أن تزيد درجة حرارة الماء المخزن فيها عن 100 درجة مئوية. الماء في المنطقة العليا هو بالمقابل أكثر برودة.

تتمثل مزايا هذا الحل في زيادة السعة الحرارية مع الحفاظ على نفس الحجم مقارنة بخزان الغلاف الجوي ، وفي نفس الوقت انخفاض التكاليف المرتبطة بمعايير السلامة مقارنة بأوعية الضغط.

في العقود الأخيرة ، كانت القرارات المتعلقة ب تخزين الطاقة تحت الأرض. قد يكون خزان المياه الجوفية من الخرسانة أو الفولاذ أو البلاستيك المقوى بالألياف. يتم بناء الحاويات الخرسانية عن طريق صب الخرسانة في الموقع أو من العناصر الجاهزة.

عادةً ما يتم تثبيت طلاء إضافي (بوليمر أو صلب لا يصدأ) داخل القادوس لضمان إحكام الانتشار. يتم تركيب طبقة العزل الحراري خارج الحاوية. هناك أيضًا هياكل مثبتة فقط بالحصى أو محفورة مباشرة في الأرض ، وكذلك في طبقة المياه الجوفية.

علم البيئة والاقتصاد يدا بيد

لا تعتمد الحرارة في المنزل على كيفية تسخينه فحسب ، بل تعتمد قبل كل شيء على كيفية حمايته من فقدان الحرارة وإدارة الطاقة فيه. إن واقع البناء الحديث هو التركيز على كفاءة الطاقة ، وبفضل ذلك تفي الكائنات الناتجة بأعلى المتطلبات من حيث الاقتصاد والتشغيل.

هذا "بيئي" مزدوج - البيئة والاقتصاد. وضعت بشكل متزايد المباني الموفرة للطاقة وهي تتميز بجسم مضغوط ، حيث يكون خطر ما يسمى بالجسور الباردة ، أي مناطق فقدان الحرارة. هذا مهم من حيث الحصول على أصغر المؤشرات فيما يتعلق بنسبة مساحة الأقسام الخارجية ، والتي يتم أخذها في الاعتبار مع الأرضية الموجودة على الأرض ، إلى الحجم الإجمالي للتدفئة.

يجب إرفاق الأسطح العازلة ، مثل المعاهد الموسيقية ، بالهيكل بأكمله. إنهم يركزون الكمية المناسبة من الحرارة ، بينما يعطونها في نفس الوقت للجدار المقابل للمبنى ، والذي لا يصبح تخزينه فحسب ، بل أيضًا مشعاعًا طبيعيًا.

في فصل الشتاء ، يحمي هذا النوع من التخزين المؤقت المبنى من الهواء البارد جدًا. في الداخل ، يتم استخدام مبدأ التصميم العازل للمباني - تقع الغرف على الجانب الجنوبي ، وغرف المرافق - في الشمال.

أساس جميع المنازل الموفرة للطاقة هو نظام تسخين مناسب بدرجة حرارة منخفضة. يتم استخدام التهوية الميكانيكية مع استرداد الحرارة ، أي مع أجهزة التعافي ، التي تنفخ الهواء "المستخدم" للخارج ، وتحتفظ بالحرارة لتسخين الهواء النقي الذي يتم نفخه في المبنى.

يصل المعيار إلى أنظمة الطاقة الشمسية التي تسمح لك بتسخين المياه باستخدام الطاقة الشمسية. المستثمرون الذين يرغبون في الاستفادة الكاملة من الطبيعة يقومون أيضًا بتركيب مضخات الحرارة.

ضمان أحد المهام الرئيسية التي يجب أن تؤديها جميع المواد أعلى عزل حراري. وبالتالي ، لا يتم إنشاء سوى الحواجز الخارجية الدافئة ، والتي ستسمح للسقف والجدران والأسقف القريبة من الأرض بالحصول على معامل نقل الحرارة المناسب U.

يجب أن تكون الجدران الخارجية من طبقتين على الأقل ، على الرغم من أن النظام ثلاثي الطبقات هو الأفضل للحصول على أفضل النتائج. يتم الاستثمار أيضًا في نوافذ من أعلى مستويات الجودة ، غالبًا مع ثلاثة أجزاء وملامح محمية حراريًا بشكل كافٍ. أي نوافذ كبيرة هي من صلاحيات الجانب الجنوبي من المبنى - على الجانب الشمالي ، يتم وضع التزجيج في الاتجاه المعاكس وفي أصغر الأحجام.

تذهب التكنولوجيا إلى أبعد من ذلك منازل سلبيةمعروف منذ عدة عقود. مبتكرو هذا المفهوم هم Wolfgang Feist و Bo Adamson ، الذين قدموا في عام 1988 في جامعة Lund التصميم الأول لمبنى لا يتطلب أي عزل إضافي تقريبًا ، باستثناء الحماية من الطاقة الشمسية. في بولندا ، تم بناء أول هيكل سلبي في عام 2006 في Smolec بالقرب من فروتسواف.

في الهياكل السلبية ، يتم استخدام الإشعاع الشمسي ، واستعادة الحرارة من التهوية (الاسترداد) ، ومكاسب الحرارة من المصادر الداخلية مثل الأجهزة الكهربائية وشاغليها لموازنة الطلب على الحرارة في المبنى. فقط خلال فترات درجات الحرارة المنخفضة بشكل خاص ، يتم استخدام تدفئة إضافية للهواء الذي يتم توفيره للمباني.

المنزل السلبي هو أكثر من فكرة ، نوع من التصميم المعماري ، أكثر من كونه تقنية معينة واختراع. يتضمن هذا التعريف العام العديد من حلول البناء المختلفة التي تجمع بين الرغبة في تقليل الطلب على الطاقة - أقل من 15 كيلو واط / متر مربع سنويًا - وفقدان الحرارة.

لتحقيق هذه المعايير وتوفير المال ، تتميز جميع الأقسام الخارجية في المبنى بمعامل نقل حرارة منخفض للغاية U. يجب أن يكون الغلاف الخارجي للمبنى منيعًا لتسربات الهواء غير المتحكم فيها. وبالمثل ، تُظهر نجارة النوافذ فقدًا أقل للحرارة بشكل ملحوظ مقارنة بالحلول القياسية.

تستخدم النوافذ حلولًا مختلفة لتقليل الخسائر ، مثل الزجاج المزدوج مع طبقة أرجون عازلة بينهما أو الزجاج الثلاثي. تتضمن التكنولوجيا السلبية أيضًا بناء منازل ذات أسقف بيضاء أو فاتحة اللون تعكس الطاقة الشمسية في الصيف بدلاً من امتصاصها.

أنظمة التدفئة والتبريد الخضراء يتخذون المزيد من الخطوات إلى الأمام. تزيد الأنظمة السلبية من قدرة الطبيعة على التسخين والتبريد بدون مواقد أو مكيفات هواء. ومع ذلك ، هناك بالفعل مفاهيم منازل نشطة - انتاج فائض الطاقة. يستخدمون العديد من أنظمة التدفئة والتبريد الميكانيكية التي تعمل بالطاقة الشمسية أو الطاقة الحرارية الأرضية أو مصادر أخرى ، أو ما يسمى بالطاقة الخضراء.

إيجاد طرق جديدة لتوليد الحرارة

لا يزال العلماء يبحثون عن حلول طاقة جديدة ، يمكن أن يمنحنا الاستخدام الإبداعي لها مصادر جديدة غير عادية للطاقة ، أو على الأقل طرقًا لاستعادتها والحفاظ عليها.

قبل بضعة أشهر كتبنا عن القانون الثاني الذي يبدو متناقضًا للديناميكا الحرارية. تجربة الأستاذ. أندرياس شيلينغ من جامعة زيورخ. ابتكر جهازًا ، باستخدام وحدة بلتيير ، برد قطعة نحاسية تزن تسعة جرامات من درجة حرارة أعلى من 100 درجة مئوية إلى درجة حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة دون مصدر طاقة خارجي.

نظرًا لأنه يعمل من أجل التبريد ، يجب أيضًا تسخينه ، مما يمكن أن يخلق فرصًا لأجهزة جديدة أكثر كفاءة لا تتطلب ، على سبيل المثال ، تركيب مضخات حرارية.

في المقابل ، استخدم الأستاذان Stefan Seeleke و Andreas Schütze من جامعة Saarland هذه الخصائص لإنشاء جهاز تدفئة وتبريد عالي الكفاءة وصديق للبيئة يعتمد على توليد الحرارة أو تبريد الأسلاك المدفوعة. لا يحتاج هذا النظام إلى أي عوامل وسيطة ، وهي ميزته البيئية.

تريد دوريس سونج ، الأستاذة المساعدة في الهندسة المعمارية بجامعة جنوب كاليفورنيا ، تحسين إدارة طاقة المباني من خلال الطلاءات المعدنية الحرارية (9) ، مواد ذكية تعمل مثل جلد الإنسان - تحمي الغرفة بشكل ديناميكي وسريع من أشعة الشمس ، وتوفر تهوية ذاتية أو عزلها إذا لزم الأمر.

9. دوريس سونج و bimetals

باستخدام هذه التكنولوجيا ، طور Soong نظامًا نوافذ بالحرارة. عندما تتحرك الشمس عبر السماء ، يتحرك كل بلاطة مكونة للنظام بشكل مستقل وموحد معها ، وكل هذا يحسن النظام الحراري في الغرفة.

يصبح المبنى ككائن حي يتفاعل بشكل مستقل مع كمية الطاقة القادمة من الخارج. ليست هذه هي الفكرة الوحيدة لمنزل "حي" ، لكنها تختلف من حيث أنه لا يتطلب طاقة إضافية للأجزاء المتحركة. الخصائص الفيزيائية للطلاء وحدها كافية.

منذ ما يقرب من عقدين من الزمن ، تم بناء مجمع سكني في لينداس ، السويد ، بالقرب من جوتنبرج. بدون أنظمة تدفئة بالمعنى التقليدي (10). تسببت فكرة العيش في منازل بدون مواقد ومشعات في اسكندنافيا الباردة في مشاعر مختلطة.

10. أحد المنازل غير الفعالة بدون نظام تدفئة في ليندوس ، السويد.

ولدت فكرة المنزل ، بفضل الحلول والمواد المعمارية الحديثة ، وكذلك التكيف المناسب مع الظروف الطبيعية ، الفكرة التقليدية للحرارة كنتيجة ضرورية للاتصال بالبنية التحتية الخارجية - التدفئة ، الطاقة - أو حتى مع موردي الوقود تم التخلص منها. إذا بدأنا في التفكير بنفس الطريقة حول الدفء في منزلنا ، فنحن على الطريق الصحيح.

دافئ جدا ، أكثر دفئا ... حار!

مسرد المبادل الحراري

تدفئة مركزية (CO) - يعني بالمعنى الحديث تركيبًا يتم فيه توفير الحرارة لعناصر التسخين (المشعات) الموجودة في المبنى. يتم استخدام الماء أو البخار أو الهواء لتوزيع الحرارة. هناك أنظمة CO تغطي شقة واحدة ومنزلًا وعدة مبان وحتى مدن بأكملها. في المنشآت الممتدة على مبنى واحد ، يتم تدوير الماء عن طريق الجاذبية نتيجة لتغيرات الكثافة مع درجة الحرارة ، على الرغم من أن هذا يمكن أن يتم دفعه بواسطة مضخة. في التركيبات الكبيرة ، يتم استخدام أنظمة الدوران القسري فقط.

غرفة المرجل - مؤسسة صناعية ، وتتمثل مهمتها الرئيسية في إنتاج متوسط ​​درجة حرارة عالية (غالبًا ماء) لشبكة تدفئة المدينة. الأنظمة التقليدية (الغلايات التي تعمل بالوقود الأحفوري) نادرة اليوم. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه يتم تحقيق كفاءة أعلى بكثير من خلال الإنتاج المشترك للحرارة والكهرباء في محطات الطاقة الحرارية. من ناحية أخرى ، فإن إنتاج الحرارة باستخدام مصادر الطاقة المتجددة فقط يكتسب شعبية. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لهذا الغرض ، ولكن يتم بناء منشآت حرارية شمسية واسعة النطاق

مجمعات تسخين المياه للاحتياجات المنزلية.

منزل سلبي ، منزل موفر للطاقة - معيار بناء يتميز بمعايير عزل عالية للأقسام الخارجية واستخدام عدد من الحلول التي تهدف إلى تقليل استهلاك الطاقة أثناء التشغيل. يقل الطلب على الطاقة في المباني السلبية عن 15 كيلو واط في الساعة (متر مربع في السنة) ، بينما في المنازل التقليدية يمكن أن يصل حتى إلى 120 كيلو واط في الساعة / (متر مربع في السنة). في المنازل السلبية ، يكون انخفاض الطلب على الحرارة كبيرًا لدرجة أنها لا تستخدم نظام التدفئة التقليدي ، ولكن فقط التدفئة الإضافية لهواء التهوية. كما أنها تستخدم لموازنة الطلب على الحرارة.

الإشعاع الشمسي ، واستعادة الحرارة من التهوية (الاستعادة) ، وكذلك مكاسب الحرارة من المصادر الداخلية مثل الأجهزة الكهربائية أو حتى السكان أنفسهم.

Gzheinik (بالعامية - المبرد ، من calorifère الفرنسية) - مبادل حراري للهواء والبخار والهواء ، وهو عنصر من عناصر نظام التدفئة المركزية. حاليًا ، يتم استخدام مشعات الألواح المصنوعة من ألواح الصلب الملحومة بشكل شائع. في أنظمة التدفئة المركزية الجديدة ، لم يعد يتم استخدام المشعات ذات الزعانف عمليًا ، على الرغم من أن نمطية التصميم في بعض الحلول تسمح بإضافة المزيد من الزعانف ، وبالتالي تغيير بسيط في طاقة الرادياتير. يتدفق الماء الساخن أو البخار عبر السخان ، والذي عادة لا يأتي مباشرة من CHP. يتم تسخين المياه التي تغذي التركيب بأكمله في مبادل حراري بالماء من شبكة التدفئة أو في غلاية ، ثم يذهب إلى مستقبلات الحرارة ، مثل المشعات.

غلاية تدفئة مركزية - جهاز لحرق الوقود الصلب (الفحم ، الخشب ، فحم الكوك ، إلخ) ، الغازي (الغاز الطبيعي ، غاز البترول المسال) ، زيت الوقود (زيت الوقود) من أجل تسخين المبرد (عادة الماء) المتداول في دائرة CH. في اللغة الشائعة ، يشار إلى غلاية التدفئة المركزية بشكل غير صحيح على أنها موقد. على عكس الفرن الذي يبعث الحرارة المتولدة إلى البيئة ، فإن الغلاية تطلق حرارة المادة التي تحملها ، وينتقل الجسم المسخن إلى مكان آخر ، على سبيل المثال ، إلى المدفأة ، حيث يتم استخدامه.

غلاية التكثيف - جهاز بغرفة احتراق مغلقة. تتلقى الغلايات من هذا النوع كمية إضافية من الحرارة من غازات المداخن ، والتي تخرج في الغلايات التقليدية عبر المدخنة. بفضل هذا ، فإنها تعمل بكفاءة أعلى تصل إلى 109٪ ، بينما في النماذج التقليدية تصل إلى 90٪ - أي يستخدمون الوقود بشكل أفضل ، مما يترجم إلى انخفاض تكاليف التدفئة. يظهر تأثير تكثيف الغلايات بشكل أفضل في درجة حرارة غاز المداخن. في الغلايات التقليدية ، تكون درجة حرارة غازات المداخن أكثر من 100 درجة مئوية ، وفي غلايات التكثيف تبلغ 45-60 درجة مئوية فقط.