إحدى الطرق لتقليل مشكلات جودة الهواء والرطوبة داخل المنزل، دون الحاجة إلى فتح النافذة، هي تركيب نظام تهوية ميكانيكي مثل مبادل حراري بين الهواء إلى الهواء. يُدخل مبادل الحرارة بين الهواء إلى الهواء تيارين من الهواء بدرجات حرارة مختلفة إلى اتصال حراري، حيث ينقل الحرارة من الهواء الداخلي الخارج أثناء موسم التدفئة إلى الهواء الخارجي الداخل.
في فصل الصيف، يمكن لمبادل الحرارة تبريد الهواء الساخن الخارجي، وفي بعض الحالات إزالة الرطوبة منه، قبل دخوله إلى المنزل للتهوية. كما يعمل مبادل الحرارة بين الهواء إلى الهواء على إزالة الرطوبة الزائدة وطرد الروائح والملوثات الناتجة داخل المنزل.
Types
بشكل عام، تُصنَّف مبادلات الحرارة حسب طريقة مرور الهواء عبر الجهاز. ففي مبادل التدفق المعاكس، يتدفق تيارا الهواء الساخن والبارد بشكل متوازي لكن في اتجاهين متعاكسين. أما في وحدة التدفق المتعامد، فيسير تيارا الهواء بشكل عمودي على بعضهما البعض. وتستخدم وحدة التدفق المحوري عجلة كبيرة؛ حيث يسخن الهواء أحد جانبي العجلة، ثم ينقل هذا الحرارة إلى تيار الهواء البارد أثناء دورانها البطيء. وتستعمل وحدة أنابيب الحرارة مبرداً لنقل الحرارة. كما تتوفر وحدات أخرى لتطبيقات متخصصة. وعادةً ما تُستخدم مبادلات التدفق المعاكس أو المتعامد في المنشآت الصغيرة مثل المنازل.
مروحة استرجاع الحرارة أو مروحة استرجاع الطاقة والمناخ
غالبية مبادلات الهواء إلى الهواء المثبتة في المناخات الشمالية هي مراوح استرجاع الحرارة (HRVs). هذه الوحدات تستعيد الحرارة من الهواء الخارج وتعيد إدخالها إلى المبنى.
وقد أدت التطورات الحديثة في التكنولوجيا إلى زيادة استخدام مراوح استرجاع الطاقة (ERVs) أيضاً. ففي السابق، كانت مراوح ERV تُستخدم أساساً في المناخات ذات الرطوبة العالية والتي تتميز بحمل تبريد أكبر من حمل التدفئة. الفرق الأساسي بين النوعين هو أن مراوح HRV تستعيد الحرارة فقط، بينما تستعيد مراوح ERV الحرارة والرطوبة معاً. وقد واجهت مراوح ERV مشكلات في الكفاءة بسبب تشبع العجلات المجففة الداخلية خلال فترات طويلة من الرطوبة العالية، لكن مع التركيب والصيانة المناسبين، يمكنها أن توفر بيئة معيشية أكثر صحة وتوفيراً أكبر للطاقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن غالبية مراوح ERV المطروحة اليوم هي من نوع الألواح التي لا تحتوي على عجلة مجففة. يُرجى استشارة مقاول التدفئة والتبريد لتحديد ما إذا كان مبادل الحرارة أو مروحة استرجاع الطاقة سيكون الأكثر فائدة في حالتك.
Design
يستخدم التصميم العام لمبادل حراري هوائي-هوائي سلسلة من الصفائح، تُسمى النواة، مرصوفة عموديًا أو أفقيًا. تتمتع الصفيحة المثالية بموصوصية حرارية عالية، ومقاومة كبيرة للتآكل، وقدرة على امتصاص الضوضاء، وكلفة منخفضة ووزن خفيف. تشمل المواد الشائعة للصفائح الألومنيوم، وأنواعًا مختلفة من صفائح البلاستيك، بالإضافة إلى المواد المركبة المتقدمة. في البداية، كانت المبادلات الحرارية تعتمد على صفائح الألومنيوم، لكن ظهرت مشكلات التآكل في البيئة الرطبة الناجمة عن التكثيف، إلى جانب ضعف خصائص العزل الصوتي. حلّت المواد البلاستيكية مشكلات التآكل وبعض مشكلات الصوت، إلا أن الموصلية لم تكن مساوية لموصلية الألومنيوم، كما أن التكلفة كانت أعلى. أما المبادلات الحرارية الحديثة ذات التقنية العالية فتستخدم موادًا مركبة تحقق جميع المعايير المطلوبة.
إلى جانب النواة، يتألف الجهاز من حاوية معزولة، وأجهزة تحكم بإذابة الجليد لمنع تجمد الرطوبة على سطح النواة، ومراوح لتدوير الهواء. تحتاج جميع المبادلات الحرارية إلى عزل لزيادة الكفاءة وتقليل تكوّن التكثيف على السطح الخارجي للجهاز. تتوفر أنواع مختلفة من آليات إذابة الجليد، مزودة بأجهزة استشعار داخل الجهاز، للتحكم بعملية إذابة الجليد. وتقوم المراوح بتحريك الهواء لتوفير تدفق الهواء ومعدل التهوية اللازمين.
تتكون المبادلات الحرارية ذات التدفق المتعاكس من نواة مكونة من صفائح مسطحة. يدخل الهواء من أحد طرفي المبادل، وتنتقل الحرارة عبر الصفائح إلى الهواء الأكثر برودة. وكلما طال زمن مرور الهواء داخل الجهاز، زادت كمية التبادل الحراري. وتُعد نسبة استعادة الحرارة هي مقياس كفاءة الجهاز، وغالبًا ما تتراوح الكفاءة حول 80%. وبشكل عام، تكون هذه الأجهزة طويلة وضحلة ومستطيلة الشكل، مع قنوات في كلا الطرفين الطويلين.
تستخدم مبادلات الحرارة ذات التدفق المتعامد أيضًا ألواحًا مسطحة، لكن الهواء يتدفق بزاوية قائمة. تتميز هذه الوحدات بصغر حجمها وقد تتناسب حتى مع نافذة، إلا أنها تفقد جزءًا من كفاءة التدفق المعاكس. عادةً لا تتجاوز الكفاءة 75%. وغالبًا ما تكون هذه الوحدات ذات شكل مكعب، مع وجود جميع الوصلات على وجه واحد من المكعب. وتستخدم الغالبية العظمى من مبادلات الحرارة المستخدمة في التطبيقات السكنية تصميم التدفق المتعامد.
Choices
اختر النموذج الذي يلائم احتياجاتك الخاصة بشكل أفضل. ينبغي أخذ خصائص مثل المساحة المتاحة للتركيب، ومعدل التبادل المطلوب، والكفاءة المرغوبة بعين الاعتبار. ولسوء الحظ، فإن كل مصنع تقريبًا لديه طرق مختلفة لإعلان أرقام الكفاءة. فعلى سبيل المثال، تعتمد معدلات التهوية على مقاومة تدفق الهواء؛ إذ إن مروحة بسرعة تدفق تبلغ 150 قدمًا مكعبة في الدقيقة (cfm) قد لا تحقق هذا التدفق إلا عند ضغوط منخفضة جدًا. وبالمثل، قد يُعلن عن كفاءة وحدة بنسبة 85%، لكنها قد لا تكون أفضل من وحدة بكفاءة 80%، وذلك حسب درجة حرارة الاختبار.
<<>> الاختبارات والمقارنات
من أجل توحيد مطالبات الكفاءة الصادرة عن الشركات المصنعة، تقوم هيئة التهوية المنزلية (HVI) باختبار مبادلات الحرارة بين الهواء والهواء وغيرها من معدات التهوية. وتُستخدم هذه الاختبارات لإعداد بطاقة مواصفات لمبادل الحرارة بين الهواء والهواء. وتقوم هذه البطاقة بتوحيد المبادلات وفق مجموعة محددة من الضغوط ودرجات الحرارة، مما يتيح مقارنة الكفاءات ومعدلات تدفق الهواء بين مختلف النماذج. وتربط أرقام أداء التهوية معدلات تدفق الهواء بضغط معين، بينما يربط أداء الطاقة مجموعة محددة من درجات حرارة الهواء الخارجي بأنواع مختلفة من الكفاءات. وأهم كفاءة هي كفاءة الاستعادة الحسية حيث إن معظم عمليات تبادل الحرارة تحدث خلال هذا النوع من العمليات. وتقدم كفاءة الاستعادة الحسية كفاءات للوحدة عند معدلات تدفق محددة (cfm) ودرجات حرارة معينة. ويمكن مقارنة هذه الأرقام بين وحدات مختلفة لإجراء مقارنات صحيحة عند معدلات تدفق مماثلة.
