التدفئة المركزية

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة
غلاية تكثيف
وحدة تدفئة مركزية بالماء الساخن، تستخدم الخشب كوقود

يوفر نظام التدفئة المركزية الدفء لعدد من المساحات داخل المبنى من مصدر حرارة رئيسي واحد .

يحتوي نظام التدفئة المركزية على فرن يحوّل الوقود أو الكهرباء إلى حرارة عبر عمليات مختلفة. تُوزّع الحرارة في أرجاء المبنى إما بواسطة مراوح تدفع الهواء الساخن عبر قنوات ، أو بواسطة بخار منخفض الضغط يُوزّع على المشعات في كل غرفة مُدفأة، أو بواسطة مضخات تُوزّع الماء الساخن عبر مشعات الغرف. قد تشمل مصادر الطاقة الأساسية أنواع الوقود مثل الفحم أو الخشب ، أو النفط ، أو الكيروسين ، أو الغاز الطبيعي ، أو الكهرباء.

بالمقارنة مع أنظمة التدفئة التقليدية كالمدافئ ومواقد الحطب ، يوفر نظام التدفئة المركزية تحكمًا أكثر تجانسًا في درجة الحرارة في جميع أنحاء المبنى، ويشمل عادةً تحكمًا آليًا في الفرن. يمكن تقسيم المنازل أو المباني الكبيرة إلى مناطق قابلة للتحكم بشكل فردي، ولكل منها نظام تحكم مستقل في درجة الحرارة . كما يوفر نظام إدارة الوقود (وأحيانًا الرماد ) الآلي راحة أكبر مقارنةً بالمدافئ المنفصلة. في حال احتواء النظام على قنوات لتوزيع الهواء، يمكن إضافة نظام تكييف مركزي. قد يشغل نظام التدفئة المركزية مساحة كبيرة في المنزل أو المبنى، وقد يتطلب تركيب قنوات التزويد والعودة للهواء أثناء عملية البناء.

ملخص

يختلف نظام التدفئة المركزية عن التدفئة المركزية في أن توليد الحرارة يتم في مكان واحد، مثل غرفة التدفئة أو القبو في المنزل، أو غرفة الآلات في مبنى كبير (وإن لم يكن بالضرورة في النقطة "المركزية" هندسيًا). ويتم توزيع الحرارة في جميع أنحاء المبنى، عادةً عن طريق ضخ الهواء القسري عبر مجاري الهواء، أو عن طريق تدوير الماء عبر الأنابيب، أو عن طريق ضخ البخار عبر الأنابيب. وتتمثل الطريقة الأكثر شيوعًا لتوليد الحرارة في احتراق الوقود الأحفوري في فرن أو غلاية .

في معظم المناطق ذات المناخ المعتدل ، تم تركيب أنظمة التدفئة المركزية في أغلب المنازل المستقلة منذ ما قبل الحرب العالمية الثانية. وفي المناطق التي كان الفحم متوفراً فيها بكثرة (مثل منطقة فحم الأنثراسيت في شمال شرق ولاية بنسلفانيا بالولايات المتحدة)، كانت أنظمة التدفئة بالبخار أو الماء الساخن التي تعمل بالفحم شائعة. وفي وقت لاحق من القرن العشرين، تم تحديث هذه الأنظمة لتستخدم زيت الوقود أو الغاز، مما ألغى الحاجة إلى خزان تخزين كبير للفحم بالقرب من المرجل، والحاجة إلى إزالة رماد الفحم والتخلص منه.

يُعدّ نظام التدفئة بالهواء الساخن القسري بديلاً أرخص من التدفئة بالماء الساخن أو البخار . يعمل الفرن بحرق زيت الوقود أو الغاز، مما يُسخّن الهواء في مبادل حراري ، ثم تقوم مراوح النفخ بتوزيع الهواء الدافئ عبر شبكة من القنوات إلى غرف المبنى. يتميز هذا النظام بانخفاض تكلفته لأن الهواء ينتقل عبر سلسلة من القنوات بدلاً من الأنابيب، ولا يتطلب فني تركيب أنابيب . كما يُمكن استغلال المساحة بين عوارض الأرضية كجزء من شبكة القنوات، مما يُقلل التكاليف بشكل أكبر.

الأجيال الأربعة المختلفة لأنظمة التدفئة المركزية ومصادر الطاقة الخاصة بها

تُعدّ أنظمة التدفئة الكهربائية أقل شيوعًا، ولا تُعتبر عملية إلا عند استخدام الكهرباء منخفضة التكلفة أو عند استخدام مضخات حرارية أرضية . وبالنظر إلى النظام المُدمج لمحطة توليد الطاقة الحرارية والتدفئة الكهربائية، ستكون الكفاءة الإجمالية أقل من كفاءة استخدام الوقود الأحفوري مباشرةً لتدفئة المساحات. [ 1 ]

تستخدم بعض المباني الأخرى التدفئة الشمسية المركزية ، وفي هذه الحالة يستخدم نظام التوزيع عادةً دوران المياه.

من البدائل لهذه الأنظمة سخانات الغاز والتدفئة المركزية . تستخدم التدفئة المركزية الحرارة المهدرة من العمليات الصناعية أو محطات توليد الكهرباء لتوفير التدفئة للمباني المجاورة. وكما هو الحال في التوليد المشترك للطاقة ، يتطلب ذلك مدّ أنابيب تحت الأرض لتوزيع الماء الساخن أو البخار.

تاريخ

كوريا القديمة

رسم توضيحي لنظام الأوندول

تم العثور على استخدام الأوندول في مواقع أثرية في كوريا الشمالية الحالية. ويُظهر موقع أثري من العصر الحجري الحديث ، يعود تاريخه إلى حوالي 5000 قبل الميلاد، تم اكتشافه في سونبونغ ، ​​راسون ، في كوريا الشمالية الحالية ، بقايا واضحة من الغودول في المسكن الذي تم التنقيب عنه ( بالكورية : 움집 ). 

تتكون المكونات الرئيسية لـ "أوندول" التقليدي من "أغونغي " ( موقد أو صندوق نار ) يمكن الوصول إليه من غرفة مجاورة (عادةً المطبخ أو غرفة النوم الرئيسية)، وأرضية حجرية مرتفعة تعلوها ممرات أفقية للدخان، ومدخنة رأسية قائمة بذاتها على الجدار الخارجي المقابل لتوفير تيار هواء. وتُغطى الأرضية المُدفأة، المدعومة بأعمدة حجرية أو حواجز لتوزيع الدخان، بألواح حجرية وطين وطبقة عازلة مثل الورق المُشحم.

بدأت الأوندول في بداياتها كـ "غودول" (موقد تقليدي) يُستخدم للتدفئة المنزلية والطهي. عند إشعال النار في الفرن لطهي الأرز للعشاء، كان اللهب يمتد أفقيًا لأن مدخل المدخنة كان بجوار الفرن . كان هذا الترتيب ضروريًا لمنع الدخان من الصعود إلى الأعلى، مما كان سيؤدي إلى انطفاء اللهب مبكرًا. أثناء مرور اللهب عبر مدخل المدخنة، كان يتم توجيهه عبر شبكة الممرات مع الدخان. كانت تُبنى غرف كاملة فوق مدخنة الفرن لإنشاء غرف ذات أرضيات أوندول. [ 2 ]

كان يُستخدم الأوندول تقليديًا كمساحة معيشة للجلوس وتناول الطعام والنوم وقضاء أوقات الفراغ في معظم المنازل الكورية قبل ستينيات القرن الماضي. اعتاد الكوريون الجلوس والنوم على الأرض، والعمل وتناول الطعام على طاولات منخفضة بدلًا من الطاولات المرتفعة المزودة بكراسي. [ 3 ] كان الموقد يُحرق بشكل أساسي بقش حقول الأرز، ومخلفات المحاصيل الزراعية، والكتلة الحيوية ، أو أي نوع من الحطب الجاف. وللطهي لفترات قصيرة، كان يُفضل استخدام قش حقول الأرز أو مخلفات المحاصيل، بينما تتطلب ساعات الطهي الطويلة وتدفئة الأرضية حطبًا يحترق لفترة أطول. وعلى عكس سخانات المياه الحديثة، كان الوقود يُحرق إما بشكل متقطع أو منتظم (من مرتين إلى خمس مرات يوميًا)، وذلك حسب وتيرة الطهي والظروف الجوية الموسمية.

روما واليونان القديمتان

أطلال نظام التدفئة الأرضية تحت أرضية فيلا رومانية في لا أولميدا ، مقاطعة بالنسيا ( قشتالة وليون ، إسبانيا)

ابتكر الإغريق القدماء نظام التدفئة المركزية. كان معبد أفسس يُدفأ بواسطة مداخن مغروسة في الأرض، تعمل على تدوير الحرارة المتولدة من النار. كما استخدمت بعض المباني في الإمبراطورية الرومانية أنظمة التدفئة المركزية، حيث يتم تمرير الهواء المسخن بواسطة الأفران عبر الفراغات الموجودة أسفل الأرضيات، ثم يخرج من أنابيب (تُسمى قنوات التدفئة ) [ 4 ] داخل الجدران، وهو نظام يُعرف باسم نظام التدفئة تحت الأرضية (الهيبوكاوست ). [ 5 ] [ 6 ]

استمر استخدام نظام التدفئة الأرضية الروماني على نطاق أصغر خلال أواخر العصور القديمة ومن قبل الخلافة الأموية ، بينما استخدم البناؤون المسلمون اللاحقون نظامًا أبسط من الأنابيب تحت الأرض . [ 7 ]

بعد انهيار الإمبراطورية الرومانية ، وفي معظم أنحاء أوروبا، عادت وسائل التدفئة إلى استخدام المواقد البدائية لما يقرب من ألف عام.

في مرتفعات جبال الألب في أوائل العصور الوسطى، استُبدل نظام التدفئة الروماني (الهيبوكاوست) في بعض المواقع بنظام تدفئة مركزية أبسط، حيث تنتقل الحرارة عبر قنوات تحت الأرضية من غرفة الفرن. وفي دير رايشناو، قامت شبكة من القنوات الأرضية المتصلة بتدفئة قاعة اجتماعات الرهبان التي تبلغ مساحتها 300 متر مربع خلال أشهر الشتاء. وقد حُسبت كفاءة النظام بنسبة 90%. [ 8 ]

في القرن الثالث عشر، أعاد الرهبان السيسترسيون إحياء التدفئة المركزية في أوروبا المسيحية باستخدام تحويلات مياه الأنهار مع أفران داخلية تعمل بالحطب. ويُعدّ دير سيدة العجلة الملكي المحفوظ جيدًا (الذي تأسس عام ١٢٠٢) على نهر إيبرو في منطقة أراغون بإسبانيا مثالًا ممتازًا على هذا التطبيق.

أنظمة التدفئة المركزية الحديثة

تم تطوير الطرق الرئيسية الثلاث للتدفئة المركزية في أواخر القرن الثامن عشر وحتى منتصف القرن التاسع عشر. [ 9 ]

هواء ساخن

موقد الهواء الدافئ من صنع سيلفستر، 1819

صمّم ويليام ستروت مبنى مطحنة جديدًا في ديربي مزودًا بفرن هواء ساخن مركزي عام 1793، على الرغم من أن جون إيفلين كان قد اقترح الفكرة قبل ذلك بنحو مئة عام. يتألف تصميم ستروت من موقد كبير يُسخّن الهواء القادم من الخارج عبر ممر تحت الأرض واسع. ويتم تهوية المبنى عبر قنوات مركزية كبيرة.

في عام ١٨٠٧، تعاون مع المهندس البارز تشارلز سيلفستر في بناء مبنى جديد لإيواء مستشفى ديربي الملكي. وكان لسيلفستر دورٌ محوري في تطبيق نظام التدفئة المبتكر الذي ابتكره ستروت في المستشفى الجديد. وقد نشر أفكاره في كتابه " فلسفة الاقتصاد المنزلي"؛ كما يتضح في طريقة التدفئة والتهوية والغسيل والتجفيف والطهي، ... في مستشفى ديربيشاير العام عام ١٨١٩. وثّق سيلفستر الطرق الجديدة لتدفئة المستشفيات التي أُدرجت في التصميم، والميزات الصحية مثل المراحيض ذاتية التنظيف والمُنعشة للهواء. [ ١٠ ] سمح نظام التدفئة المبتكر في المستشفى للمرضى باستنشاق هواء دافئ نقي، بينما يُوجّه الهواء القديم إلى قبة زجاجية وحديدية في المركز. [ ١١ ]

أثبتت تصاميمهم تأثيرها الكبير، إذ تم نسخها على نطاق واسع في المطاحن الجديدة في منطقة ميدلاندز ، وخضعت لتحسينات مستمرة، حتى بلغت ذروتها مع عمل دي شابانيس على تهوية مجلس العموم في العقد الثاني من القرن التاسع عشر. وظل هذا النظام هو المعيار لتدفئة المباني الصغيرة طوال ما تبقى من ذلك القرن.

بخار

توماس تريدجولد ، مهندس بارز وخبير في أنظمة التدفئة المركزية في أوائل القرن التاسع عشر

اقترح الكاتب الإنجليزي هيو بلات نظام تدفئة مركزية يعمل بالبخار لدفيئة زراعية عام 1594، إلا أن هذه الفكرة كانت حالة معزولة ولم تُتابع حتى القرن الثامن عشر. ابتكر الكولونيل كوك نظام أنابيب لنقل البخار في أرجاء المنزل من غلاية مركزية، لكن المخترع الاسكتلندي جيمس وات كان أول من بنى نظامًا عمليًا في منزله. [ 12 ]

كانت غلاية مركزية تُزوّد ​​المبنى ببخار عالي الضغط، والذي بدوره كان يوزّع الحرارة داخله عبر شبكة من الأنابيب المدمجة في الأعمدة. وقد طبّق هذا النظام على نطاق أوسع بكثير في مصنع نسيج في مانشستر . وقدّم روبرتسون بوكانان وصفًا دقيقًا لهذه المنشآت في مؤلفاته المنشورة عامي 1807 و1815. كما وضّح توماس تريدغولد في كتابه " مبادئ تدفئة وتهوية المباني العامة " طريقة استخدام التدفئة بالبخار الساخن في المباني الصغيرة غير الصناعية. وبحلول أواخر القرن التاسع عشر، حلّت هذه الطريقة محل أنظمة الهواء الساخن.

ماء ساخن

كان القصر الصيفي في سانت بطرسبرغ مزوداً بنظام تدفئة مركزية مائية مبكر .

استُخدمت أنظمة المياه الساخنة المبكرة في روما القديمة لتسخين الحمامات الرومانية (Thermæ). [ 13 ] كما طُوّر نظام مياه ساخنة مبكر آخر في روسيا للتدفئة المركزية للقصر الصيفي (1710-1714) لبطرس الأكبر في سانت بطرسبرغ . وفي وقت لاحق، عام 1716، استُخدمت المياه لأول مرة في السويد لتوزيع التدفئة في المباني. استخدم المهندس السويدي مارتن تريوالد هذه الطريقة في دفيئة زراعية في نيوكاسل أبون تاين . وقدّم المهندس المعماري الفرنسي جان سيمون بونمان (1743-1830) [ 14 ] هذه التقنية للصناعة في تعاونية في شاتو دو بيك، بالقرب من باريس .

ومع ذلك، كانت هذه المحاولات المتفرقة معزولة ومقتصرة بشكل رئيسي على تطبيقها في البيوت الزجاجية . في البداية، رفض تريدغولد استخدامها باعتبارها غير عملية، لكنه غير رأيه في عام 1836، عندما دخلت التكنولوجيا مرحلة من التطور السريع. [ 15 ]

كانت الأنظمة القديمة تستخدم أنظمة مياه ذات ضغط منخفض، مما استلزم استخدام أنابيب كبيرة جدًا. ومن أوائل أنظمة التدفئة المركزية الحديثة بالماء الساخن التي عالجت هذا القصور، نظام أنجير مارش بيركنز الذي تم تركيبه في لندن في ثلاثينيات القرن التاسع عشر. في ذلك الوقت، كانت التدفئة المركزية تكتسب شعبية في بريطانيا، حيث كانت أنظمة البخار أو الهواء الساخن هي الأكثر استخدامًا.

تفاصيل الفرن وأنبوب التمدد من براءة اختراع بيركنز لعام 1838

قام جهاز بيركنز عام 1832 بتوزيع الماء عند درجة حرارة 200 درجة مئوية (392  درجة فهرنهايت) عبر أنابيب صغيرة القطر تحت ضغط عالٍ. وكان من أهم الاختراعات التي جعلت النظام عمليًا هو الوصلة الملولبة، التي سمحت للوصلة بين الأنابيب بتحمل ضغط مماثل لضغط الأنبوب نفسه. كما فصل بيركنز المرجل عن مصدر الحرارة لتقليل خطر الانفجار. تم تركيب الوحدة الأولى في منزل محافظ بنك إنجلترا، جون هورسلي بالمر، ليتمكن من زراعة العنب في مناخ إنجلترا البارد. [ 16 ]

تم تركيب أنظمته في المصانع والكنائس في جميع أنحاء البلاد، وظل العديد منها في حالة جيدة للاستخدام لأكثر من 150 عامًا. كما تم تكييف نظامه لاستخدامه من قبل الخبازين في تسخين أفرانهم وفي صناعة الورق من لب الخشب.

اخترع فرانز سان غالي ، رجل الأعمال الروسي المولود في بروسيا والذي كان يعيش في سانت بطرسبرغ ، جهاز التدفئة المركزية بين عامي 1855 و1857، وهو ما شكّل خطوةً هامةً في التشكيل النهائي لأنظمة التدفئة المركزية الحديثة. [ 17 ] [ 18 ] وانتشر جهاز التدفئة المصنوع من الحديد الزهر ، والذي يعود إلى العصر الفيكتوري، على نطاق واسع بحلول نهاية القرن التاسع عشر، حيث قامت شركات مثل شركة American Radiator Company بتوسيع سوق أجهزة التدفئة منخفضة التكلفة في الولايات المتحدة وأوروبا.

مصادر الطاقة

يختلف مصدر الطاقة المُختار لنظام التدفئة المركزية باختلاف المنطقة. ويُختار المصدر الأساسي للطاقة بناءً على التكلفة، وسهولة الاستخدام، والكفاءة، والموثوقية. تُعدّ تكلفة الطاقة للتدفئة من أهم تكاليف تشغيل المباني في المناطق الباردة. يمكن لبعض أنظمة التدفئة المركزية تغيير نوع الوقود لأسباب اقتصادية وأخرى تتعلق بسهولة الاستخدام؛ فعلى سبيل المثال، قد يقوم صاحب المنزل بتركيب فرن يعمل بالحطب مع نظام كهربائي احتياطي لتشغيله عند الحاجة دون مراقبة.

يمكن تخزين أنواع الوقود الصلب كالخشب والخث والفحم في مكان الاستخدام، إلا أنها غير عملية ويصعب التحكم بها آليًا. لا يزال الخشب يُستخدم حيثما يكون متوفرًا بكثرة ولا يمانع سكان المبنى من العمل المصاحب لنقل الوقود وإزالة الرماد وإشعال النار. يمكن لأنظمة وقود الكريات أن تُشعل النار تلقائيًا، ولكنها لا تزال تتطلب إزالة الرماد يدويًا. كان الفحم في الماضي وقودًا مهمًا للتدفئة المنزلية، ولكنه نادر الاستخدام اليوم، ويُفضل استخدام الوقود عديم الدخان كبديل في المواقد أو الأفران المفتوحة .

الوقود السائل هو منتجات بترولية مثل زيت التدفئة والكيروسين . ولا يزال يُستخدم على نطاق واسع في المناطق التي لا تتوفر فيها مصادر حرارة أخرى. يمكن تشغيل زيت الوقود تلقائيًا في أنظمة التدفئة المركزية، ولا يتطلب إزالة الرماد، كما أن صيانة نظام الاحتراق فيه قليلة. مع ذلك، يؤدي تقلب أسعار النفط في الأسواق العالمية إلى أسعار متقلبة ومرتفعة مقارنةً ببعض مصادر الطاقة الأخرى. يمكن لأنظمة التدفئة المؤسسية (كالمباني المكتبية أو المدارس، على سبيل المثال) استخدام وقود السفن منخفض الجودة والرخيص لتشغيل محطات التدفئة، لكن التكلفة الرأسمالية مرتفعة مقارنةً بالوقود السائل الذي يسهل استخدامه.

يُعدّ الغاز الطبيعي وقودًا شائعًا للتدفئة في أمريكا الشمالية وشمال أوروبا. وتُدار مواقد الغاز آليًا، ولا تتطلب إزالة الرماد، كما أنها قليلة الصيانة. مع ذلك، لا تتوفر شبكة توزيع الغاز الطبيعي في جميع المناطق. ويمكن تخزين غاز البترول المسال أو البروبان في موقع الاستخدام، وإعادة تعبئته دوريًا بواسطة خزان متنقل مثبت على شاحنة.

تتميز بعض المناطق بانخفاض تكلفة الكهرباء، مما يجعل التدفئة الكهربائية مجدية اقتصادياً. ويمكن أن تعتمد التدفئة الكهربائية إما على التسخين بالمقاومة الكهربائية فقط، أو على نظام مضخة حرارية للاستفادة من الحرارة المنخفضة في الهواء أو الأرض.

يستخدم نظام التدفئة المركزية غلايات أو سخانات مياه مركزية، ويوزع الطاقة الحرارية على المشتركين عبر تدوير الماء الساخن أو البخار. يتميز هذا النظام بوجود محول طاقة مركزي عالي الكفاءة، قادر على استخدام أفضل تقنيات مكافحة التلوث المتاحة، ويخضع لتشغيل احترافي. كما يمكن لنظام التدفئة المركزية استخدام مصادر حرارية يصعب تطبيقها على المنازل الفردية، مثل النفط الثقيل، ومخلفات الخشب، أو الطاقة النووية. ونظرًا لارتفاع تكلفة إنشاء شبكة التوزيع مقارنةً بالتدفئة بالغاز أو الكهرباء، فإن هذا النظام يقتصر وجوده على المناطق ذات الكثافة السكانية العالية أو التجمعات السكنية الصغيرة.

لا تتطلب جميع أنظمة التدفئة المركزية طاقة مُشتراة. فبعض المباني تُغذّى بالحرارة الجوفية المحلية، باستخدام الماء الساخن أو البخار من بئر محلية لتوفير التدفئة. وهذه المناطق نادرة. أما نظام الطاقة الشمسية السلبي فلا يتطلب وقودًا مُشترى، ولكنه يحتاج إلى تصميم دقيق يتناسب مع الموقع.

حساب ناتج السخان المطلوب

تُقاس قدرة السخانات بالكيلوواط أو وحدات حرارية بريطانية في الساعة. لتحديد موقع السخان المناسب في المنزل، يجب حساب مستوى القدرة الحرارية المطلوبة. يتم هذا الحساب بتسجيل عدة عوامل، منها: ما يوجد أعلى وأسفل الغرفة المراد تدفئتها، وعدد النوافذ، ونوع الجدران الخارجية، بالإضافة إلى عوامل أخرى تحدد مستوى الحرارة اللازم لتدفئة المكان بشكل كافٍ. يُسمى هذا الحساب بحساب فقد الحرارة، ويمكن إجراؤه باستخدام حاسبة وحدات حرارية بريطانية. بناءً على نتائج هذا الحساب، يمكن اختيار السخان المناسب للمنزل بدقة. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]

الفواتير

يمكن قياس ناتج الحرارة بواسطة موزعي تكلفة الحرارة ، بحيث يمكن فوترة كل وحدة على حدة على الرغم من وجود نظام مركزي واحد فقط.

أنواع التدفئة المركزية

تسخين المياه

سخان مياه غير مباشر نشط

يمكن استخدام الماء الساخن المتداول للتدفئة المركزية. وتسمى هذه الأنظمة أحيانًا أنظمة التدفئة المائية . [ 22 ]

تشمل المكونات الشائعة لنظام التدفئة المركزية الذي يستخدم دوران الماء ما يلي:

تستخدم أنظمة تدوير المياه حلقة مغلقة؛ حيث يتم تسخين الماء نفسه ثم إعادة تسخينه. يوفر النظام المغلق شكلاً من أشكال التدفئة المركزية حيث يدور الماء المستخدم للتدفئة بشكل مستقل عن إمدادات المياه العادية للمبنى.

خزان تمدد في نظام مغلق
حلقة تعبئة مضفرة مستقيمة تستخدم لإضافة الماء إلى نظام التدفئة المركزية المغلق في المملكة المتحدة

يحتوي خزان التمدد على غاز مضغوط، مفصول عن ماء النظام المغلق بغشاء. يسمح هذا بتغيرات الضغط الطبيعية في النظام. يسمح صمام الأمان بتصريف الماء من النظام عند ارتفاع الضغط بشكل مفرط، ويمكن فتح صمام آخر لإعادة ملء النظام بالماء من مصدر المياه الرئيسي في حال انخفاض الضغط بشكل كبير. توفر الأنظمة المغلقة بديلاً لأنظمة التهوية المفتوحة، حيث يمكن للبخار أن يتسرب منها، ويتم تعويضه من مصدر مياه المبنى عبر نظام تغذية وتخزين مركزي.

تجمع أنظمة التدفئة في المملكة المتحدة وأجزاء أخرى من أوروبا عادةً بين احتياجات تدفئة المساحات وتسخين المياه المنزلية. أما في الولايات المتحدة الأمريكية، فتقل هذه الأنظمة. في هذه الحالة، يتدفق الماء الساخن في نظام مغلق عبر مبادل حراري في خزان أو أسطوانة ماء ساخن، حيث يسخن الماء من شبكة المياه الصالحة للشرب لاستخدامه في صنابير المياه الساخنة أو الأجهزة المنزلية كالغسالات وغسالات الأطباق .

تستخدم أنظمة التدفئة الأرضية الإشعاعية المائية غلاية أو نظام تدفئة مركزية لتسخين المياه، ومضخة لتدوير المياه الساخنة في أنابيب بلاستيكية مثبتة في بلاطة خرسانية. تنقل هذه الأنابيب، المدفونة في الأرضية، المياه الساخنة التي تنقل الدفء إلى سطح الأرضية، حيث تبث الطاقة الحرارية إلى الغرفة العلوية. تُستخدم أنظمة التدفئة المائية أيضًا مع محاليل مانعة للتجمد في أنظمة إذابة الجليد والثلج للممرات ومواقف السيارات والشوارع. وهي أكثر شيوعًا في مشاريع التدفئة الأرضية الإشعاعية التجارية والمنزلية، بينما تُستخدم أنظمة التدفئة الإشعاعية الكهربائية بشكل أكثر شيوعًا في تطبيقات التدفئة الموضعية الصغيرة.

التدفئة بالبخار

يستفيد نظام التدفئة بالبخار من الحرارة الكامنة العالية المنبعثة عند تكثف البخار إلى سائل. في هذا النظام، تُجهز كل غرفة بمشع حراري موصول بمصدر بخار منخفض الضغط (غلاية). يتكثف البخار الداخل إلى المشع الحراري ويطلق حرارته الكامنة، عائدًا إلى حالته السائلة. بدوره، يُسخن المشع الحراري هواء الغرفة ويوفر بعض الحرارة الإشعاعية المباشرة . يعود ماء التكثف إلى الغلاية إما بفعل الجاذبية أو بمساعدة مضخة. تستخدم بعض الأنظمة أنبوبًا واحدًا فقط لعودة البخار وماء التكثف معًا. ولأن الهواء المحبوس يعيق الدوران السليم، تحتوي هذه الأنظمة على صمامات تهوية لتفريغ الهواء. في المباني السكنية والتجارية الصغيرة، يُولد البخار بضغط منخفض نسبيًا، أقل من 15 رطل لكل بوصة مربعة (100 كيلو باسكال) .  

نادرًا ما تُركّب أنظمة التدفئة بالبخار في المباني السكنية الجديدة ذات العائلة الواحدة نظرًا لتكلفة تركيب الأنابيب. يجب أن تكون الأنابيب مائلة بعناية لمنع انسدادها بتكاثف الماء. مقارنةً بأساليب التدفئة الأخرى، يصعب التحكم في إنتاج نظام البخار. مع ذلك، يمكن إرسال البخار، على سبيل المثال، بين المباني في الحرم الجامعي للاستفادة من غلاية مركزية فعّالة ووقود منخفض التكلفة. تستفيد المباني الشاهقة من انخفاض كثافة البخار لتجنب الضغط الزائد المطلوب لتدوير الماء الساخن من غلاية مثبتة في الطابق السفلي. في الأنظمة الصناعية، يمكن أيضًا استخدام بخار العمليات المستخدم لتوليد الطاقة أو لأغراض أخرى لتدفئة المساحات. كما يمكن الحصول على البخار لأنظمة التدفئة من غلايات استعادة الحرارة باستخدام الحرارة الناتجة عن العمليات الصناعية والتي كانت ستُهدر لولا ذلك. [ 23 ]

التدفئة الكهربائية

يحوّل نظام التدفئة الكهربائية، أو التدفئة المقاومة، الكهرباء مباشرةً إلى حرارة. غالباً ما تكون التدفئة الكهربائية أغلى ثمناً من التدفئة الناتجة عن أجهزة الاحتراق مثل الغاز الطبيعي والبروبان والنفط. ويمكن توفير التدفئة الكهربائية المقاومة عبر سخانات القاعدة، وسخانات الفضاء، والسخانات الإشعاعية، والأفران، وسخانات الجدران، أو أنظمة التخزين الحراري.

تُعدّ السخانات الكهربائية عادةً جزءًا من وحدة مروحة ملفية، وهي بدورها جزء من مكيف الهواء المركزي. تعمل هذه السخانات على تدوير الحرارة عن طريق نفخ الهواء فوق عنصر التسخين ، الذي يُغذّى إلى الفرن عبر قنوات الهواء الراجع. تُحرّك المراوح في الأفران الكهربائية الهواء فوق ملف أو خمسة ملفات مقاومة، أو عناصر تسخين، تُقدّر قدرتها عادةً بخمسة كيلوواط. يتم تشغيل عناصر التسخين واحدًا تلو الآخر لتجنب التحميل الزائد على النظام الكهربائي. يُمنع ارتفاع درجة الحرارة بواسطة مفتاح أمان يُسمى مُتحكّم الحد أو مفتاح الحد. قد يقوم مُتحكّم الحد هذا بإيقاف تشغيل الفرن في حال تعطل المروحة أو في حال وجود عائق أمام تدفق الهواء. ثم يُعاد توجيه الهواء الساخن إلى المنزل عبر قنوات التوزيع.

في التطبيقات التجارية الأكبر حجماً، يتم توفير التدفئة المركزية من خلال وحدة معالجة الهواء التي تتضمن مكونات مماثلة للفرن ولكن على نطاق أوسع.

يستخدم فرن البيانات أجهزة الكمبيوتر لتحويل الكهرباء إلى حرارة مع معالجة البيانات في الوقت نفسه.

مضخات الحرارة

مبادل حراري خارجي لمضخة حرارية تعمل بمصدر هواء

يمكن استخدام مضخة حرارية تعمل بالهواء لتكييف المبنى خلال الطقس الحار، ولتدفئة المبنى باستخدام الحرارة المستخرجة من الهواء الخارجي في الطقس البارد. في المناخات الباردة، يمكن استخدام مضخات حرارية أرضية لاستخراج الحرارة من باطن الأرض. ولتحقيق الكفاءة الاقتصادية، صُممت هذه الأنظمة لتناسب متوسط ​​درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء، وتستخدم تدفئة إضافية في حالات درجات الحرارة المنخفضة للغاية. وتكمن ميزة المضخة الحرارية في أنها تقلل من الطاقة المشتراة اللازمة لتدفئة المبنى؛ وغالبًا ما توفر أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية أيضًا الماء الساخن للاستخدام المنزلي. حتى في المناطق التي تُستمد فيها معظم الكهرباء من الوقود الأحفوري، قد يُساهم نظام الطاقة الحرارية الأرضية في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، نظرًا لأن معظم الحرارة تُستمد من البيئة المحيطة، مع استهلاك كهربائي لا يتجاوز 15-30%. [ 24 ]

الجوانب البيئية

تُعدّ العقارات العامة والتجارية مسؤولة بشكل مباشر وغير مباشر عن 30% من إجمالي الطاقة المستهلكة عالميًا، بما في ذلك ما يقارب 55% من استهلاك الكهرباء العالمي. [ 25 ] ويُشكّل التدفئة حاليًا حوالي 45% من انبعاثات المباني، ولا تزال تعتمد على الوقود الأحفوري لتوفير أكثر من 55% من استهلاكها النهائي للطاقة. [ 25 ]

أُطلقت حوالي 4.3  جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي عام 2019 لأغراض التدفئة في المباني، وذلك عند احتساب الانبعاثات الناتجة عن الاحتراق المباشر للوقود الأحفوري، بالإضافة إلى الانبعاثات الناتجة عن توليد الكهرباء والحرارة في المراحل السابقة. ويمثل هذا ما يقرب من 12% من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المرتبطة بالطاقة والعمليات الصناعية . [ 25 ]

من منظور كفاءة الطاقة، يُفقد قدر كبير من الحرارة أو يُهدر إذا كانت غرفة واحدة فقط بحاجة إلى التدفئة، نظرًا لوجود فاقد في توزيع الطاقة في أنظمة التدفئة المركزية، وقد تُسخّن (خاصةً في أنظمة الهواء القسري) بعض الغرف غير المأهولة دون داعٍ. في مثل هذه المباني التي تتطلب تدفئة منفصلة، ​​يُنصح بالنظر في أنظمة غير مركزية مثل سخانات الغرف الفردية، أو المواقد، أو غيرها من الأجهزة. بدلاً من ذلك، يمكن للمهندسين المعماريين تصميم مبانٍ جديدة تُغني فعليًا عن الحاجة إلى التدفئة، مثل تلك المبنية وفقًا لمعيار " البيت السلبي" .

مع ذلك، إذا كان المبنى بحاجة إلى تدفئة كاملة، فقد توفر التدفئة المركزية بالاحتراق حلاً أكثر ملاءمة للبيئة من التدفئة الكهربائية المقاومة . ينطبق هذا عندما تُستمد الكهرباء من محطة توليد طاقة تعمل بالوقود الأحفوري ، حيث تُفقد ما يصل إلى 60% من الطاقة الموجودة في الوقود (ما لم تُستخدم في التدفئة المركزية ) ونحو 6% في خسائر النقل . في السويد، توجد مقترحات للتخلص التدريجي من التدفئة الكهربائية المباشرة لهذا السبب (انظر التخلص التدريجي من النفط في السويد ). تُقلل مصادر الطاقة النووية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية من هذه النسبة.

في المقابل، يمكن لأنظمة التدفئة المركزية بالماء الساخن استخدام الماء المُسخّن داخل المبنى أو بالقرب منه باستخدام غلايات تكثيف عالية الكفاءة ، أو الوقود الحيوي ، أو التدفئة المركزية . وقد أثبتت التدفئة الأرضية المائية كفاءتها المثلى. وهذا يتيح خيار التحويل بسهولة نسبية في المستقبل لاستخدام تقنيات متطورة مثل المضخات الحرارية وأنظمة الطاقة الشمسية المدمجة ، مما يضمن مواكبة التطورات المستقبلية .

الكفاءات النموذجية للتدفئة المركزية (المقاسة عند شراء العميل للطاقة) هي:

  • 65-97% للتدفئة التي تعمل بالغاز ؛
  • 80-89% للمحطات التي تعمل بالنفط و
  • 45-60% للتدفئة التي تعمل بالفحم . [ 26 ]

يمكن أن تؤثر خزانات تخزين النفط، وخاصة الخزانات المدفونة ، على البيئة. حتى لو تم تحويل نظام التدفئة في المبنى من النفط منذ زمن، فقد يظل النفط يؤثر على البيئة من خلال تلويث التربة والمياه الجوفية. وقد يجد مالكو المباني أنفسهم ملزمين بإزالة الخزانات المدفونة وتحمل تكاليف المعالجة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "energy.og – التسخين بالمقاومة الكهربائية" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-01-2015 .
  2. ↑ "تاريخ أنظمة التدفئة والتبريد الإشعاعية" (ملف PDF) . Healthyheating.com . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 4 ديسمبر 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 مايو 2016 .
  3. ↑ دونالد ن. كلارك (2000). ثقافة وعادات كوريا . دار غرينوود للنشر. ص 94. ISBN  0313304564.
  4. ↑ هاريس، سيريل م. (28-02-2013). قاموس مصور للعمارة التاريخية . شركة كورير. ISBN 9780486132112.
  5. ↑ "بي بي سي - الرومان - التكنولوجيا" . بي بي سي . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-10-2007 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-03-2008 .
  6. ↑ "Hypocaust" . موسوعة . Britannica Online. 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-01-2009 .
  7. ↑ هيو ن. كينيدي، هيو (1985). "من المدينة إلى المدينة المنورة: التغير الحضري في أواخر العصور القديمة وبداية العصر الإسلامي في سوريا". الماضي والحاضر (106). مطبعة جامعة أكسفورد : 3-27 [10-1]. doi : 10.1093/past/106.1.3 .
  8. ^ هاجرمان وشنايدر 1997 ، ص 456-459 
  9. ↑ روبرت بروغمان. "التدفئة والتهوية المركزية: الأصول والتأثيرات على التصميم المعماري" (PDF) .
  10. ↑ سيلفستر، تشارلز (1819). فلسفة الاقتصاد المنزلي: كما يتضح في طريقة التدفئة ... ص 48 وآخرون .
  11. ↑ إليوت، بول (2000). "مستشفى ديربيشاير العام وفلاسفة ديربي: تطبيق العمارة الصناعية والتكنولوجيا على المؤسسات الطبية في أوائل القرن التاسع عشر في إنجلترا" . التاريخ الطبي . 46 (1): 65-92 . doi : 10.1017/S0025727300068745 . PMC 1044459. PMID 11877984 .  
  12. ↑ باتريك ميتشل (2008). التدفئة المركزية: التركيب والصيانة والإصلاح . دار نشر رايترز برينت شوب. ص 5. ISBN  9781904623625.
  13. ↑ فوكس، ف. أ. (1881). "قديمة + التدفئة + بالماء الساخن" "المباني الزراعية: بنائها، وتدفئتها، وتجهيزاتها الداخلية، وما إلى ذلك، مع ملاحظات حول بعض المبادئ المعنية وتطبيقها. (123 رسمًا توضيحيًا) . "
  14. ↑ إيمانويل غالو: "جان سيمون بونمان (1743-1830) وأصول التدفئة المركزية بالماء الساخن" في وقائع المؤتمر الدولي الثاني لتاريخ البناء (17 يونيو 2006)، الصفحات 1043-1060؛ تم استرجاعه من https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-00080479/en/ بتاريخ 5 فبراير 2007
  15. ↑ آدم غوبنيك (2012). "1". الشتاء: خمس نوافذ على الموسم . كويركوس. ISBN 9781780874463.
  16. ↑ ماكونيل، أ. (2004). " بيركنز، أنجير مارش (1799-1881) ". قاموس أكسفورد للسير الوطنية . مطبعة جامعة أكسفورد. تاريخ الوصول: 14 أغسطس 2007 (يتطلب اشتراكًا).
  17. ↑ عائلة سنجالي / سان جالي
  18. ↑ صناديق سان غالي الساخنة، مؤرشفة بتاريخ 2010-02-07 في أرشيف الإنترنت (باللغة الروسية)
  19. ↑ Warmteverliesberekening [ تمت إزالة الرابط ]
  20. ↑ Warmteverliesberekening: البرمجيات
  21. ↑ حساب فقدان الحرارة [ تمت إزالة الرابط ]
  22. ↑ دليل ASHRAE لعام 2012: التدفئة والتبريد وتكييف الهواء. 2012، رقم ISBN 978 1936 504 251الصفحة 13.1
  23. ↑ دليل ASHRAE لعام 2012: التدفئة والتبريد وتكييف الهواء. 2012، رقم ISBN 978 1936 504 251الفصل الحادي عشر
  24. ↑ كوبر، د. (27 مايو 2021). "المملكة المتحدة تُخرب خطتها الخاصة لإزالة الكربون من التدفئة" . إنجادجيت . مؤرشف من الأصل في 27 مايو 2021. تم الاطلاع عليه في 23 نوفمبر 2021 .
  25. 1 2 3 "هل التبريد هو مستقبل التدفئة؟ - تحليل" . وكالة الطاقة الدولية . 13 ديسمبر 2020. تاريخ الاسترجاع: 27 أبريل 2023 . تتضمن هذه المقالة نصًا متاحًا بموجب ترخيص CC BY 4.0 .
  26. ↑ دليل المستهلك الصادر عن مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة: اختيار أنواع وقود وأنظمة التدفئة

مصادر

  • هاجرمان، ديتر. شنايدر، هيلموث (1997). تقنية البروبيلين. Landbau und Handwerk، 750 ضد مركز حقوق الإنسان. مكرر 1000 ن. مركز حقوق الإنسان (الطبعة الثانية  ). برلين. رقم ISBN 3-549-05632-X.{{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )

للمزيد من القراءة

  • آدامز، شون باتريك. نيران المنازل: كيف حافظ الأمريكيون على دفئهم في القرن التاسع عشر (مطبعة جامعة جونز هوبكنز، 2014)، 183 صفحة