تنفيس الفرن عالي الكفاءة: ما تحتاج إلى معرفته

يعتبر الفرن عالي الكفاءة ابتكارًا جديدًا نسبيًا في تكنولوجيا HVAC السكنية. عندما أفران أنظمة تدفئة منزلية تعمل بالهواء القسري دخلت حيز الاستخدام ، قاموا جميعًا في البداية بتنفيس غازات العادم الخاصة بهم بطريقة تقليدية جدًا ، على غرار الطريقة التي يتم بها تنفيس المواقد التي تعمل بحرق الأخشاب. تم تنفيس غازات العادم عموديًا في مدخنة من الطوب ، تصطف أحيانًا بمداخن معدنية ، تمر عبر المنزل وتخرج من السقف. منذ عام 1935 ، عندما تم اختراع أنظمة الهواء القسري ، في سنوات أزمة الطاقة في الثمانينيات ، كان هذا هو نظام التهوية التقليدي لجميع أفران الهواء القسري التي تعمل بالوقود.

خلال هذه الفترة ، حققت حتى أفضل وحدات الأفران التقليدية كفاءة بنسبة 60 إلى 70 في المائة فقط في أحسن الأحوال - مما يعني أن 30 إلى 40 في المائة من الطاقة ارتفعت في المدخنة كحرارة مهدرة. عند النقطة التي جعلتها تكاليف الطاقة المرتفعة قابلة للتطبيق ، بدأ المصنعون في تطوير سلسلة من تصميمات الأفران الجديدة التي تحترق بشكل أكثر كفاءة. بعض هذه التصميمات قديمة منذ فترة طويلة (فرن Pulse الخاص بشركة Carrier ، على سبيل المثال) ، ولكن من هذه الفترة من الابتكار جاء التصميم الأساسي الذي يحكم اليوم العصر الحديث.

أصبحت الأفران عالية الكفاءة التي تحقق معدلات 90 في المائة أو أعلى شائعة بشكل متزايد بدءًا من عام 2010 تقريبًا. بحلول عام 2012 ، على سبيل المثال ، كانت نسبة كفاءة الطاقة في 35 بالمائة من جميع الأفران المباعة 90 بالمائة أو أعلى. إذا كان لديك فرن أقل من 10 سنوات ، من المحتمل جدًا أن يكون لديك بالفعل وحدة عالية الكفاءة ، خاصة إذا كنت تعيش في مناخ شتوي بارد. إذا كنت تخطط لتركيب فرن جديد - أو كنت تعيش في منزل جديد - فمن المحتمل جدًا أن يكون نموذجًا عالي الكفاءة.

ابتكارات الأفران عالية الكفاءة

شهدت الثمانينيات والتسعينيات مجموعة متنوعة من الابتكارات التي كانت ضرورية لتحسين كفاءة أفران الهواء القسري:

• ​اشتعال السطح الساخن:استخدمت الأفران القديمة مصابيح إرشادية دائمة تحرق باستمرار كمية صغيرة من الوقود. تم استبدال هذه الميزة في النهاية بـ الإشعال الإلكتروني الذي يشعل الغاز فقط عند إرسال إشارة إلى الفرن. الطريقة الأكثر فعالية على الإطلاق توجد في الأفران الحديثة عالية الكفاءة ، حيث يوجد الوقود بواسطة جهاز إشعال السطح الساخن الذي يخلق درجات الحرارة العالية اللازمة لإشعال وقود.
  
• ​الشعلات "داخل اللقطة":استخدمت الأفران القديمة نوعًا سلبيًا إلى حد ما لهب الموقد على غرار ما هو موجود في موقد الغاز. من ناحية أخرى ، يستخدم الفرن الحديث عالي الكفاءة الموقد الذي ينفخ اللهب بقوة في مبادل حراري بطريقة تستخرج أكبر قدر ممكن من الطاقة من الوقود.
  
• ​مبادل حراري مزدوج:بدلاً من السماح لغازات العادم الساخنة بالتنفيس عن طريق فيزياء بسيطة (ارتفاع الهواء الساخن) فوق المدخنة ، فإن الكفاءة العالية تستخدم الأفران مبادل حراري ثانوي لسحب قدر أكبر بكثير من الحرارة من العادم قبل تنفيسه خارج منزل. تكون غازات العادم في الفرن الحديث باردة جدًا في الوقت الذي تغادر فيه النظام.
  
• ​مروحة السحب: لأن غازات العادم في الفرن الحديث الفعال قد تم تصريفها تقريبًا من كل حرارتها ، فهناك لم تعد طاقة كافية لتوليد تيار الحمل الحراري الذي يسمح للغازات بالارتفاع بشكل طبيعي إلى أ مدخنة. وهكذا ، ثانوي مروحة الحث ضروري لإنشاء تيار هوائي لتحريك أدخنة العادم إلى أنبوب التهوية.

ومع ذلك ، لا توجد ابتكارات للأفران عالية الكفاءة في أي مكان أكثر أهمية من تلك المطلوبة لنظام تهوية الفرن.

معيار الكفاءة مقابل. تنفيس عالي الكفاءة

قد يهدر الفرن ذو الكفاءة القياسية أو الكفاءة المتوسطة بعض الطاقة ، لكن نظام التهوية نفسه هو أعجوبة الفيزياء البسيطة. نظرًا لأن غازات العادم شديدة السخونة ، فإنها ترتفع بشكل طبيعي إلى مدخنة رأسية تصعد مدخنة عادية وتخرج من المنزل. لا يلزم أي مساعدة ميكانيكية على الإطلاق (على الرغم من أن بعض الأفران القديمة بها مراوح محفز تعمل على دفع العادم إلى أعلى المدخنة).

إذا كان الفرن الخاص بك عبارة عن وحدة قديمة منخفضة الكفاءة أو متوسطة الكفاءة (أقل من 90 في المائة من الكفاءة) ، فمن المحتمل أنه لا يزال ينفث بهذه الطريقة. ومع ذلك ، فمن النادر بشكل متزايد رؤية أفران جديدة من هذا النوع ، على الرغم من أن 80 في المائة لا يزال الحد الأدنى من الكفاءة الرسمية لوزارة الطاقة لمناطق الشتاء الدافئ.

من ناحية أخرى ، تتطلب الأفران عالية الكفاءة بعض التقنيات المحسنة من أجل التنفيس بشكل صحيح. تُعرف هذه الأفران باسم "أفران التكثيف" نظرًا لأن أحد المنتجات الثانوية ذات الكفاءة العالية للغاية هو أن الماء المكثف يتم إنتاجه كأخر سعرات حرارية يتم استخلاصها من غازات العادم. وبالتالي ، فإن هذه الأفران تحتوي دائمًا على أنبوب الصرف الذي يمتد إلى مصرف أرضي أو تركيبات تصريف أخرى.

من الآثار الجانبية الأخرى للاحتراق عالي الكفاءة أن الغازات باردة جدًا بحيث لا تحتوي على حمل طبيعي يسمح للأبخرة بالتدفق إلى أعلى المدخنة. وبالتالي ، فإن هذه الأفران لن تنفجر على الإطلاق ما لم يكن هناك محرك مروحة إضافي - يسمى مروحة الحث - لجذب أبخرة العادم إلى المداخن.

أخيرًا ، من الآثار الجانبية المؤسفة الأخرى للحرق عالي الكفاءة أن غازات العادم المتبقية تصبح خليطًا شديد التآكل من ثاني أكسيد الكربون والرطوبة الحمضية. غاز العادم هذا مادة أكالة لدرجة أنها تدمر بسرعة ملاط ​​المدخنة والمعدن الموجود في المداخن المستخدمة في تنفيس الأفران القديمة.

لاستيعاب الطبيعة الفريدة لغازات العادم في فرن التكثيف عالي الكفاءة ، يتم تهوية العادم عادةً من خلال الجدار الجانبي للمنزل من خلال الأنابيب البلاستيكية البلاستيكيةوليس المعدن. هذه إحدى أسهل الطرق لتحديد ما إذا كان المنزل يحتوي على فرن عالي الكفاءة - ابحث عن وجود واحد أو اثنين من الأنابيب البلاستيكية التي تخرج من المنزل عند نفس مستوى الفرن تقريبًا. (تُستخدم أيضًا أنابيب ABS أو CPVC في بعض الأحيان ، على الرغم من أن PVC أكثر شيوعًا.)

تنفيس فرن الجدار الجانبي: أنظمة أحادية أو ثنائية الأنابيب

جدار التنفيس بالنسبة لفرن التكثيف عالي الكفاءة ، يمكن عمل نوعين مختلفين من التركيب: أنظمة أحادية الأنابيب أو أنظمة ثنائية الأنابيب.

غالبًا ما يكون التنفيس ثنائي الأنابيب هو الأفضل ، خاصة في المنازل الحديثة محكمة الإغلاق للغاية. في هذا النظام ، غالبًا ما يشار إليه على أنه تركيب تنفيس مباشر ، يسحب أحد أنابيب PVC الهواء الخارجي النقي لتغذية احتراق الفرن. يشار إلى هذا عادةً باسم أنبوب سحب الهواء ، أو ببساطة أنبوب السحب. أنبوب PVC الآخر هو أنبوب العادم ، الذي ينقل غازات العادم المستنفدة من الفرن.

تبدو بعض التركيبات وكأنها أنظمة أحادية الأنابيب ولكنها في الواقع أنظمة ثنائية الأنابيب لأنها تستخدم نوعًا خاصًا أنبوب متحدة المركز مزدوج الجدار يجلب الهواء النقي على طول حجرة واحدة مختومة من الأنبوب أثناء استنفاده عبر غرفة أخرى. تبدو هذه الفتحة متحدة المركز وكأنها نظام أحادي الأنبوب ، لكنها في الواقع عبارة عن تركيب ثنائي الأنابيب.

في أنظمة الأنبوب الواحد ، يسحب الفرن الهواء المحيط من داخل المنزل لتوفير الهواء لاحتراق الوقود. في بعض الأحيان ، يقوم فنيو التركيب بتركيب فتحة تهوية ثانوية في غرفة المرافق أو الطابق السفلي الذي يسمح ببساطة بدخول الهواء الخارجي إلى الغرفة لضمان احتواء الفرن على هواء نقي كافٍ. هذا صحيح بشكل خاص في المنازل الحديثة الموفرة للطاقة والتي تكون محكمة الإغلاق للغاية. إنه أقل أهمية في المنازل القديمة ، والتي تكون ممتلئة بالرياح بشكل طبيعي بطريقة تضمن وجود ما يكفي من الهواء النقي.

تعتبر التركيبات ثنائية الأنابيب أكثر كفاءة وبالتالي فهي مفضلة ، لكن التركيبات أحادية الأنبوب مسموح بها في معظم قوانين البناء. في الواقع ، يمكن تكييف معظم الأفران الجديدة لتركيب أنبوب واحد أو أنبوبين. أيًا كانت الطريقة المستخدمة ، من الأهمية بمكان أن يتم تركيب أنابيب التهوية بشكل صحيح - محكم الإغلاق ومنحدر مناسب - حتى يعمل الفرن بأمان.

من المهم أيضًا أن يتم وضع أنبوب سحب الهواء بحيث يكون الهواء المسحوب منعشًا حقًا وغير ملوث بأبخرة من أي أنابيب عادم مستخدمة للفرن أو سخان المياه. قد يكون هذا أمرًا صعبًا في المنازل السكنية أو الوحدات السكنية ، حيث يكون الجدار الخارجي لغرفة المرافق محدودًا إلى حد ما. وبالتالي ، فإن تركيب الفرن عادة ما يكون عملاً لمقاول مرخص. تمنع بعض المجتمعات أصحاب المنازل من القيام بأي من هذا العمل ، وحيث يُسمح بالتثبيت الذاتي ، يمكنك أن تتوقع أن تكون عملية التفتيش صارمة للغاية.