نسبة كفاءة الطاقة الموسمية

نسبة كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) هي مقياس يُستخدم لتقييم كفاءة مكيفات الهواء. تُحسب نسبة SEER للجهاز بقسمة ناتج التبريد خلال موسم تبريد نموذجي على إجمالي استهلاك الطاقة الكهربائية خلال الفترة نفسها. كلما ارتفعت نسبة SEER للجهاز، زادت كفاءته في استهلاك الطاقة.

يُعرّف معهد تكييف الهواء والتدفئة والتبريد ، وهو جمعية تجارية ، معامل كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) في الولايات المتحدة الأمريكية ، وذلك في معياره الصادر عام 2008، AHRI 210/240، بعنوان " تقييم أداء وحدات تكييف الهواء ومعدات مضخات الحرارة الهوائية" . ^{[ 1 ]} ويُعرّف هذا المعيار معامل كفاءة الطاقة الموسمية بأنه نسبة التبريد بوحدات حرارية بريطانية (BTU) إلى الطاقة المستهلكة بوحدات واط-ساعة. وقد تم تعديل بروتوكول اختبار الجهاز في عام 2023 ليشمل بدقة أكبر الطاقة المستخدمة عند دفع الهواء المبرد عبر القنوات. وينتج عن البروتوكول المُعدّل أرقام أصغر، تُعرف في الوثائق باسم قياسات SEER2.

يُعرّف التشريع الأوروبي معامل كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) بأنه نسبة الطلب السنوي المرجعي على التبريد إلى الاستهلاك السنوي للكهرباء اللازمة لتبريد جهاز ما. ^{[ 2 ]} ويشترط هذا التشريع أن تحمل العديد من مكيفات الهواء المعروضة للبيع في الاتحاد الأوروبي ملصقات تتضمن تصنيفات SEER المقاسة بطريقة موحدة. ويُشار إلى هذا غالبًا باسم معامل كفاءة الطاقة الموسمية الأوروبي (ESEER) لتمييزه عن المعيار الأمريكي. تُحسب قيم SEER (ESEER) في أوروبا باستخدام ظروف التحميل ودرجات الحرارة الخارجية والأوزان الخاصة بأوروبا، ووحدات النظام الدولي للوحدات (SI) بدلًا من وحدة BTU، مما يجعل هذه الأرقام غير قابلة للمقارنة المباشرة مع تلك الموجودة في الولايات المتحدة. ^{[ 3 ]}

يتناول الجزء المتبقي من هذه المقالة مؤشر كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) كما هو محدد في معيار AHRI 210/240.

على سبيل المثال، ضع في اعتبارك وحدة تكييف هواء بسعة تبريد تبلغ 5000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة و SEER تبلغ 10 وحدة حرارية بريطانية/واط ساعة، تعمل لمدة 8 ساعات يوميًا خلال موسم تبريد سنوي مدته 125 يومًا (1000 ساعة كل عام).

سيكون إجمالي إنتاج التبريد السنوي كما يلي:

$${\displaystyle {\frac {\mathrm {5,000~BTU} }{\mathrm {1~{\cancel {h}}} }}\times {\frac {\mathrm {8~{\cancel {h}}} } {\mathrm {1~{\cancel {day}}} }}\times {\frac {\mathrm {125~{\cancel {day}}} }{\mathrm {1~year} }}=\mathrm {5,000,000~{\frac {BTU}{year}}} .}$$

سيكون الاستهلاك السنوي للطاقة الكهربائية كما يلي:

$${\displaystyle {\frac {\mathrm {سنوي~إجمالي~التبريد~الناتج} }}={\frac {\mathrm {5,000,000~BTU} } {\mathrm {10~BTU~per~Wh} }}=500,000~Wh=500~kWh}$$

يمكن حساب متوسط ​​استهلاك الطاقة ببساطة على النحو التالي:

$${\displaystyle {\frac {\mathrm {التبريد~السعة}} {\mathrm {SEER} }}={\frac {\mathrm {5,000~BTU~لكل~ساعة} }{\mathrm {10~BTU~per~Wh} }}=500~W=0.5~kW}$$

إذا كانت تكلفة الكهرباء 0.20 دولار/كيلوواط ساعة، فإن التكلفة لكل ساعة تشغيل هي:

$${\displaystyle 0.5~kW\times \$0.20~per~kWh=\$0.10~per~hour}$$

نسبة كفاءة الطاقة (EER) لجهاز تبريد معين هي نسبة طاقة التبريد الناتجة (بوحدة BTU) إلى الطاقة الكهربائية الداخلة (بوحدة واط-ساعة) عند نقطة تشغيل محددة. تُحسب نسبة كفاءة الطاقة عادةً باستخدام درجة حرارة خارجية تبلغ 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت) ودرجة حرارة داخلية (هواء العودة) تبلغ 27 درجة مئوية (80 درجة فهرنهايت) ورطوبة نسبية 50% .    

يرتبط معدل كفاءة الطاقة (EER) بمعامل الأداء ( COP ) المستخدم عادةً في الديناميكا الحرارية، حيث يعبر كلا المعدلين عن الكفاءة من حيث الطاقة/الطاقة. وهذا يعني أنهما بلا وحدات من حيث التحليل البُعدي . ولأن معدل كفاءة الطاقة (EER) يستخدم وحدات طاقة مختلطة - بينما لا يستخدمها معامل الأداء (COP) - يُضرب معامل التحويل من واط-ساعة إلى وحدة حرارية بريطانية (1 واط-ساعة = 3.41214 وحدة حرارية بريطانية) في معامل الأداء (COP) للحصول على معدل كفاءة الطاقة (EER) كما يلي: EER = COP × 3.41214 وحدة حرارية بريطانية/واط-ساعة

نسبة كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) هي نفسها نسبة أداء الطاقة (COP) أو نسبة كفاءة الطاقة (EER) مُقاسة بوحدة حرارية بريطانية/واط ساعة، ولكن بدلاً من تقييمها عند ظروف تشغيل واحدة، فإنها تُمثل الأداء الإجمالي المتوقع لظروف الطقس النموذجية في موقع مُحدد خلال عام. وبالتالي، تُحسب نسبة كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) عند نفس درجة الحرارة الداخلية، ولكن ضمن نطاق درجات حرارة خارجية يتراوح بين 18 درجة مئوية (65 درجة فهرنهايت) و 40 درجة مئوية (104 درجة فهرنهايت) ، مع نسبة زمنية مُحددة في كل فئة من الفئات الثماني التي يبلغ فرقها 2.8 درجة مئوية (5 درجات فهرنهايت). ولا يُراعي هذا التصنيف اختلاف المناخات، وإنما يهدف إلى توضيح كيفية تأثر نسبة كفاءة الطاقة (EER) بنطاق درجات الحرارة الخارجية خلال موسم التبريد.      

معدل كفاءة الطاقة النموذجي لوحدات التبريد المركزي السكنية = 0.875 × معدل كفاءة الطاقة الموسمية. معدل كفاءة الطاقة الموسمية أعلى من معدل كفاءة الطاقة لنفس الجهاز. ^{[ 1 ]}

تستخدم هذه الصيغة طريقة أكثر تفصيلاً لتحويل SEER إلى EER:

EER = −0.02 × SEER² + 1.12 × SEER ^{[ 4 ]} لاحظ أن هذه الطريقة تُستخدم فقط لنمذجة المعايير المرجعية، وهي غير مناسبة لجميع الظروف المناخية. ^{[ 4 ]}

إن قيمة SEER البالغة 13 تعادل تقريبًا قيمة EER البالغة 11، وقيمة COP البالغة 3.2، مما يعني أنه يتم إزالة 3.2 وحدة من الحرارة من الداخل لكل وحدة طاقة مستخدمة لتشغيل مكيف الهواء.

تُحدَّد قيمتا كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) وكفاءة الطاقة الموفرة للطاقة (EER) لمكيف الهواء بقوانين الديناميكا الحرارية . وتُعدّ دورة كارنو عملية التبريد ذات الكفاءة القصوى الممكنة . معامل الأداء (COP) لمكيف الهواء الذي يستخدم دورة كارنو هو:

${\displaystyle COP_{Carnot}={\frac {T_{C}}{T_{H}-T_{C}}}}$

أين${\displaystyle T_{C}}$هي درجة الحرارة الداخلية و${\displaystyle T_{H}}$هي درجة الحرارة الخارجية. يجب قياس كلتا الدرجتين باستخدام مقياس حراري ديناميكي يعتمد على الصفر المطلق ، مثل كلفن أو رانكين . يتم حساب معامل كفاءة الطاقة (EER) بضرب معامل الأداء (COP) في 3.412 وحدة حرارية بريطانية/واط ساعة كما هو موضح أعلاه.

${\displaystyle EER_{Carnot}=3.412{\frac {T_{C}}{T_{H}-T_{C}}}}$

بافتراض درجة حرارة خارجية تبلغ 95 درجة فهرنهايت (35 درجة مئوية) ودرجة حرارة داخلية تبلغ 80 درجة فهرنهايت (27 درجة مئوية) ، فإن المعادلة أعلاه تعطي (عند تحويل درجات الحرارة إلى مقياس كلفن أو رانكين) معامل أداء (COP) يبلغ 36، أو معامل كفاءة طاقة (EER) يبلغ 120. وهذا أكثر كفاءة بحوالي 10 مرات من مكيف الهواء المنزلي النموذجي المتوفر اليوم.    

ينخفض ​​الحد الأقصى لمعامل كفاءة الطاقة (EER) مع ازدياد الفرق بين درجة حرارة الهواء الداخلي والخارجي، والعكس صحيح. ففي المناخ الصحراوي حيث تبلغ درجة الحرارة الخارجية 49 درجة مئوية (120 درجة فهرنهايت) ، ينخفض ​​الحد الأقصى لمعامل الأداء (COP) إلى 13، أو ما يعادل معامل كفاءة طاقة (EER) قدره 46 (عند درجة حرارة داخلية تبلغ 27 درجة مئوية (80 درجة فهرنهايت) ).    

يمكن حساب الحد الأقصى لـ SEER عن طريق حساب متوسط ​​الحد الأقصى لـ EER على مدى نطاق درجات الحرارة المتوقعة للموسم.

يعكس تصنيف SEER كفاءة النظام الإجمالية على أساس موسمي، بينما يعكس تصنيف EER كفاءة النظام في استهلاك الطاقة عند ظروف تشغيل محددة. كلا التصنيفين مفيدان عند اختيار المنتجات، ولكن يجب استخدام التصنيف نفسه للمقارنة.

يمكن تحقيق وفورات كبيرة في الطاقة من خلال أنظمة أكثر كفاءة. على سبيل المثال، من خلال الترقية من SEER 9 إلى SEER 13، ينخفض ​​استهلاك الطاقة بنسبة 30% (أي ما يعادل 1 - 9/13).

في حالة وجود وحدات تكييف هواء لا تزال تعمل بكفاءة وتخضع لصيانة جيدة، وعند مراعاة القيمة الزمنية للنقود ، قد يكون الاحتفاظ بالوحدات الحالية بدلاً من استبدالها استباقياً هو الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة. مع ذلك، قد تتراجع كفاءة مكيفات الهواء بشكل ملحوظ بمرور الوقت. ^{[ 5 ]}

لكن عند استبدال المعدات أو تحديد مواصفات تركيبات جديدة، تتوفر مجموعة متنوعة من وحدات التكييف ذات كفاءة الطاقة الموسمية (SEER). في معظم التطبيقات، تُعد الوحدات ذات كفاءة الطاقة الموسمية الدنيا أو شبه الدنيا هي الأكثر فعالية من حيث التكلفة، ولكن كلما طالت مواسم التبريد، ارتفعت تكاليف الكهرباء، وطالت مدة امتلاك المشترين للأنظمة، كلما زادت الحاجة إلى وحدات ذات كفاءة طاقة موسمية أعلى. تتوفر الآن وحدات تكييف الهواء المنفصلة للمنازل بكفاءة طاقة موسمية تبلغ 20 أو أكثر. تتميز الوحدات ذات كفاءة الطاقة الموسمية الأعلى عادةً بملفات تبريد أكبر وضواغط متعددة، كما تتميز بعضها بتدفق متغير للمبرد وتدفق متغير للهواء المُزوَّد.

تُقاس القدرة الكهربائية عادةً بالكيلوواط (kW). أما الطاقة الكهربائية فتُقاس عادةً بالكيلوواط ساعة (kW·h). على سبيل المثال، إذا  تم تشغيل جهاز كهربائي يستهلك 1.5 كيلوواط من الطاقة لمدة 8 ساعات، فإنه يستهلك 12  كيلوواط ساعة من الطاقة الكهربائية. في الولايات المتحدة، يُحاسب المستهلك المنزلي على الكهرباء بناءً على كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة. وتُبين شركة الكهرباء في فاتورة المستهلك كمية الطاقة الكهربائية التي استهلكها منذ الفاتورة السابقة، بالكيلوواط ساعة (kW·h)، بالإضافة إلى تكلفة الطاقة لكل كيلوواط ساعة (kW·h).

تُقاس أحجام مكيفات الهواء عادةً بوحدة "طن" التبريد ، حيث يعادل طن التبريد الواحد 12000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة (3.5 كيلوواط) . ويعادل طن التبريد الواحد كمية الطاقة اللازمة لتشغيل المكيف بشكل مستمر على مدار 24 ساعة لإذابة طن واحد من الجليد.  

يمكن حساب التكلفة السنوية للطاقة الكهربائية التي يستهلكها مكيف الهواء على النحو التالي:

(التكلفة ، دولار/سنة ) = (حجم الوحدة ، وحدة حرارية بريطانية/ساعة ) × (ساعات في السنة ، ساعة ) × (تكلفة الطاقة ، دولار/كيلوواط ساعة ) ÷ (كفاءة الطاقة الموسمية ، وحدة حرارية بريطانية/واط ساعة ) ÷ (1000 ، واط/كيلوواط )

مثال 1:

وحدة تكييف هواء بقدرة 72,000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة (21 كيلوواط) (6 أطنان)، ومعامل كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) 10، تعمل 1000 ساعة سنويًا بتكلفة طاقة كهربائية قدرها 0.12 دولار لكل كيلوواط ساعة. ما هي التكلفة السنوية للطاقة الكهربائية التي تستهلكها؟  

(72,000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة) × (1000 ساعة/سنة) × (0.12 دولار/كيلوواط ساعة) ÷ (10 وحدات حرارية بريطانية/واط ساعة) ÷ (1000 واط/كيلوواط) = 860 دولارًا/سنة

المثال الثاني.

يوجد في منزل بالقرب من شيكاغو مكيف هواء بقدرة تبريد 4 أطنان ومعامل كفاءة طاقة موسمية (SEER) 10. يعمل المكيف 120 يومًا في السنة، بمعدل 8 ساعات يوميًا (960 ساعة سنويًا)، وتبلغ تكلفة الطاقة الكهربائية 0.10 دولار لكل كيلوواط ساعة. ما هي تكلفة تشغيله السنوية من حيث الطاقة الكهربائية؟ أولًا، نحول أطنان التبريد إلى وحدة حرارية بريطانية/ساعة (BTU/h):

(4 أطنان) × (12000 (وحدة حرارية بريطانية/ساعة)/طن) = 48000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة.

تبلغ التكلفة السنوية للطاقة الكهربائية ما يلي:

(48,000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة) × (960 ساعة/سنة) × (0.10 دولار/كيلوواط ساعة) ÷ (10 وحدات حرارية بريطانية/واط ساعة) ÷ (1000 واط/كيلوواط) = 460 دولارًا/سنة

تتوفر اليوم وحدات تكييف هواء صغيرة منفصلة (بدون قنوات) بمعدل كفاءة طاقة موسمية (SEER) يصل إلى 42. ^{[ 12 ] [ 13 ]} خلال معرض AHR Expo 2014، كشفت ميتسوبيشي عن وحدة تكييف هواء صغيرة منفصلة جديدة بدون قنوات بمعدل كفاءة طاقة موسمية (SEER) يبلغ 30.5. ^{[ 14 ]} كما أصدرت شركة GREE وحدة تكييف صغيرة منفصلة بمعدل كفاءة طاقة موسمية (SEER) يبلغ 30.5 في عام 2015. ^{[ 15 ]} وأطلقت شركة Carrier مكيف هواء بدون قنوات بمعدل كفاءة طاقة موسمية (SEER) يبلغ 42 خلال معرض الإلكترونيات الاستهلاكية (CES) 2018، الذي أقيم في لاس فيغاس. ^{[ 16 ]} تتميز أنظمة التكييف التقليدية المزودة بقنوات بمعدلات كفاءة طاقة موسمية (SEER) قصوى أقل بقليل من هذه المستويات. عمليًا، ستكون نسبة كفاءة الطاقة الفعلية للأنظمة المركزية أقل بنسبة 10-20% من المعدل المذكور على لوحة البيانات بسبب الفاقد الناتج عن القنوات.

بالإضافة إلى ذلك، توجد وحدات تكييف هواء سكنية تعمل بالطاقة الحرارية الأرضية، تصل كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) فيها إلى 75. ^{[ 17 ]} ومع ذلك، تعتمد الكفاءة الفعلية لمضخات الحرارة الأرضية على درجة حرارة الأرض أو مصدر المياه المستخدم. ففي المناخات الحارة، تكون درجة حرارة الأرض أو المياه السطحية أعلى بكثير من المناخات الباردة، وبالتالي لن تتمكن من تحقيق هذه الكفاءة. علاوة على ذلك، يسمح نظام تصنيف ARI لمضخات الحرارة الأرضية بتجاهل طاقة المضخة المطلوبة في تصنيفاتها إلى حد كبير، مما يجعل قيم SEER التي يمكن تحقيقها عمليًا أقل من أعلى كفاءة لمعدات مصدر الهواء، لا سيما لتبريد الهواء . هناك مجموعة متنوعة من التقنيات التي ستتيح زيادة تصنيفات SEER وEER في المستقبل القريب. ^{[ 18 ]} تشمل بعض هذه التقنيات الضواغط الدوارة، والمحولات، ومحركات التيار المستمر عديمة الفرش، ومحركات السرعة المتغيرة، والأنظمة المتكاملة مثل تلك الموجودة في مكيفات الهواء التي تعمل بالطاقة الشمسية . ^{[ 18 ]}

يمكن تشغيل دورة التبريد كمضخة حرارية لنقل الحرارة من الخارج إلى داخل المنزل. عادةً ما تكون المضخة الحرارية ذات تصنيف SEER أعلى في وضع التبريد أكثر كفاءة في وضع التدفئة، ويتم تقييمها باستخدام معامل أداء التدفئة الموسمية (HSPF) . عند تشغيلها في وضع التدفئة، تكون المضخة الحرارية عادةً أكثر كفاءة من المدفأة الكهربائية المقاومة. وذلك لأن المدفأة الكهربائية لا تحول سوى الطاقة الكهربائية الداخلة مباشرةً إلى طاقة حرارية، بينما تنقل المضخة الحرارية الحرارة من الخارج. في وضع التدفئة، يُمثل معامل الأداء نسبة الحرارة المُوفرة إلى الطاقة المُستهلكة. المدفأة المقاومة المثالية التي تحول 100% من الكهرباء الداخلة إلى حرارة يكون لها معامل أداء يساوي 1، أي ما يعادل 3.4 EER. تقل كفاءة المضخة الحرارية مع انخفاض درجة الحرارة الخارجية، وقد يصبح أداؤها مماثلاً لأداء المدفأة المقاومة. بالنسبة لمضخة حرارية ذات كفاءة تبريد لا تقل عن 13 SEER، يكون هذا عادةً أقل من -23 درجة مئوية (-10 درجة فهرنهايت) . ^{[ 19 ]}  

قد تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى تشغيل المضخة الحرارية بكفاءة أقل من كفاءة سخان المقاومة، لذا غالبًا ما تتضمن المضخات الحرارية التقليدية ملفات تسخين أو تدفئة إضافية باستخدام غاز البترول المسال أو الغاز الطبيعي لمنع انخفاض كفاءة دورة التبريد. صُممت المضخات الحرارية "للمناطق الباردة" لتحسين الكفاءة عند درجات حرارة أقل من -18 درجة مئوية . اعتبارًا من عام 2023، تُسوَّق مضخات حرارية تستخلص الحرارة من درجات حرارة خارجية منخفضة تصل إلى -40 درجة مئوية . في المناطق الباردة، تُعد المضخات الحرارية المائية أو الأرضية الحل الأمثل في كثير من الأحيان. فهي تستخدم درجة الحرارة الثابتة نسبيًا للمياه الجوفية أو المياه في حلقة مدفونة كبيرة لتخفيف فروق درجات الحرارة بين الصيف والشتاء وتحسين الأداء على مدار العام. تُعكس دورة المضخة الحرارية في الصيف لتعمل كمكيف هواء.    

• مكيف هواء
• تكييف
• كفاءة استهلاك الوقود السنوية (AFUE)
• معامل الأداء
• نجمة الطاقة
• مضخة حرارية
• عامل حماية من ارتفاع ضغط الهواء
• نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
• الكفاءة الحرارية

• مقياس جديد لكفاءة الطاقة في أجهزة التدفئة والتبريد – معلومات من دايكن حول الكفاءة الموسمية
• تأثيرات المناخ على معامل الأداء الموسمي للتدفئة (HSPF) ونسبة كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) لمضخات الحرارة ذات المصدر الهوائي
• وضع التشغيل التلقائي مقابل وضع التبريد: أيهما أفضل؟ - مقارنة بين وضع التشغيل التلقائي ووضع التبريد في مكيفات الهواء، تشمل كفاءة الطاقة، وأداء التبريد، والتحكم في الرطوبة، ومدى ملاءمتها لحالات الاستخدام المختلفة.