الطاقة,مصادر الطاقة,الطاقة المتجددة,الطاقة الجديدة والمتجددة,الطاقة الشمسية

الطاقة وقود الحياة

لاشك أن الطاقة هى وقود الحياة على كوكب الأرض فبدون الطاقة لا تنتظم حياة الانسان....

معامل القدرة و ترشيد استهلاك الكهرباء

معامل القدرة و ترشيد استهلاك الكهرباء

ويمكن تقليل استهلاك الكهرباء عن طريق تقليل القدرة الغير فعالة المسحوبة من الشبكة الكهربية وذلك عن طريق ...

الطاقة,مصادر الطاقة,السخان الشمسي ذات مجمع القطع المكافئ Parabolic Trough Solar Heater,الطاقة المتجددة,الطاقة الجديدة والمتجددة,الطاقة الشمسية

السخان الشمسي ذات مجمع القطع المكافئ

يعتبر السخان الشمسي ذات مجمع القطع المكافئ جيل جديد من السخانات الشمسية يغزو السوق ...

الطاقة الشمسية والطاقة الشمسية المركزة

الطاقة الشمسية والطاقة الشمسية المركزة

أنظمة الطاقة الشمسية المركزة قد توفر 25% من الطاقة التي يحتاجها العالم بحلول عام 2050 ...

الهيدروجين وخلايا الاحتراق لانتاج الطاقة الكهربائية

الهيدروجين وخلايا الاحتراق لانتاج الطاقة الكهربائية

من المنتظر أن یلعب الهيدروجين دورا ریادیا في مجال الطاقة في المستقبل ، ولاسيما وأن المواد الأولية لإنتاجه غزیرة، ودائرة إنتاجه واستعماله تمتاز...

‏إظهار الرسائل ذات التسميات ترشيد استهلاك الكهرباء. إظهار كافة الرسائل
‏إظهار الرسائل ذات التسميات ترشيد استهلاك الكهرباء. إظهار كافة الرسائل

سلسلة ترشيد استهلاك الكهرباء - اجراءات بسيطة لترشيد استهلاك الكهرباء بالمنازل

فى هذا الموضوع من سلسلة ترشيد استهلاك الكهرباء نتحدث عن اجراءات قد نعرفها جيد لكن من باب التذكرة، نتحدث عن حقائق الجدوى من ترشيد استهلاك الكهرباء وكذلك اجراءات ترشيد استهلاك الكهرباء التى يمكن تطبيقها فى حياتنا اليومية ونحولها الى عادة سهلة التطبيق.

مقدمه عن ترشيد استهلاك الكهرباء  

لاشك أن ترشيد استهلاك الكهرباء موضوع مفيد للدول والأشخاص حيث أن ترشيد استهلاك الكهرباء يقلل نفقات انشاء المحطات و ترشيد استهلاك الكهرباء ايضا يخفف العبأ عن الشركات حيث يقلل معامل الحمل ويزيد من فرص استيعاب أحمال جديدة . ويعتبر ترشيد استهلاك الكهرباء حلا سريعا لأزمة الكهرباء فى الوطن العربى، ويعتبر ترشيد استهلاك الكهرباء من العلوم الحديثة التى يتحتم علينا الالمام به. فمن منا يكره تقليل النفقات مع مستوى مرضى من الراحة فموضوع ترشيد استهلاك الكهرباء لا يهدف أن تجلس فى الظلام وتقول أن ذلك من أجل ترشيد استهلاك الكهرباء بل تحقق لنفسك مستوى مرضى من الراحة مع ترشيد استهلاك الكهرباء.

لترشيد استهلاك الكهرباء الخاصة بك، وخاصة في فصل الصيف، وهي الفترة التي تتزايد فيها معدلات الطلب على الطاقة الكهربائية، يمكن الاعتماد على اجراءات بسيطة. هذه هي الاجراءات البسيطة لترشيد استهلاك الكهرباء يجب ممارستها في الحياة اليومية لتبسيط ترشيد استهلاك الكهرباء، مع ضمان الراحة الخاصة بك

حقائق عن جدوى ترشيد استهلاك الكهرباء

  • الإضاءة والثلاجة والتلفزيون عبارة عن 70٪ من استهلاك الكهرباء الخاصة بك.
  • اللمبات الموفرة تستهلك 4-5 مرات طاقة كهربية أقل من المصابيح التقليدية. مع متوسط ​​العمر المتوقع يصل الى 10 سنوات.
  • مكيف الهواء يستهلك من الطاقة الكهربائية من 3 إلى 5٪ لكل درجة حرارة بعد 24 درجة مئوية. لذلك، فان تعيين الحرارة عند 25 درجة مئوية من أجل التمتع بالحد الادنى من الراحة بادنى سعر.
  • درجة الحرارة المثالية لتخزين المواد الغذائية يتراوح من 2 إلى 7 ° درجة مئوية. وكل مستوى يزيد عن ذلك يزيد من الاستهلاك.
  • الأجهزة الإلكترونية في وضع الاستعداد (الانتظار) تستهلك أكثر من نصف الاستهلاك.
  • المنظفات عند درجة حرارة منخفضة (30 إلى 40 °) تستهلك طاقة 3 مرات أقل من استعمالها عند 90 درجة مئوية.

الإجراءات التي يجب اتخاذها لترشيد استهلاك الكهرباء

ترشيد استهلاك الكهرباء فى الإضاءة

  1. إطفاء الأنوار عند مغادرة الغرفة. أقول هذا الاجراء لأطفالك!
  2. تجنب مصابيح الهالوجين لأنها تستهلك 4-5 مرات أكثر من لمبة الطاقة الموفرة.
  3.  تحقيق الحد الأقصى من الضوء الطبيعي. 

ترشيد استهلاك الكهرباء فى مكيف الهواء ( التكييف )

  1. تجنب وضع أجهزة تكييف الهواء الخاص بك على درجات الحرارة الباردة جدا. فرق كبير بين درجة الحرارة في الأماكن المغلقة.
  2. درجة الحرارة في الخارج يمكن أن تؤثر على صحتك (ضبط درجة حرارة إلى 25 درجة كافى جدا).
  3. تنظيف فلتر الهواء الخاص بالتكييف باستمرار يعزز من ترشيد استهلاك الكهرباء.
  4. اغلاق الأبواب يحفاظ على غرف التكيف ويقلل تسريب الهواء البارد للخارج ويقلل استهراك الكهرباء.
  5. خلال القيلولة، فإنه من الأفضل التجمع في غرفة واحدة مع تكييف واحد بدلا من استخدام جميع التكيفات بالمنزلك.
  6. إيقاف تشغيل أجهزة تكييف الهواء عند الخروج من الغرفة يعزز ترشيد استهلاك الكهرباء.

ترشيد استهلاك الكهرباء فى الأجهزة الكهربائية والاليكترونية

  1. إيقاف الأجهزة في بدلا من وضعها فى وضع الاستعداد (أجهزة الكمبيوتر، والتلفزيون، مرحبا فاي، جهاز دي في دي ...).
  2. استخدام غسالة الصحون، أو مجفف الغسالة بعد ساعات الذروة.
  3. لا ينبغي أن توضع ثلاجات بالقرب من مصدر الحرارة.
  4. إيقاف الأجهزة بعد الاستعمال مباشرة
  5. شراء الأجهزة ذات كفاءة طاقة عالية لترشيد استهلاك الكهرباء عن طريق بطاقة كفاءة الطاقة الملصقة عليها.

 ترشيد استهلاك الكهرباء في مكتبك

  1. إطفاء الأنوار قبل أن تترك مكانك
  2. إغلاق الأبواب والنوافذ أثناء تشغيل أجهزة تكييف الهواء أو جهاز التدفئة
  3. لا تنسى إيقاف تشغيل الكهرباء عن الحاسب او الشاشة قبل مغادرة المكتب.
 اجراءات سهلة تهدف ترشيد استهلاك الكهرباء وتقليل النفقات يمكن الاعتياد عليها فى حياتنا اليومية
 

سلسلة ترشيد استهلاك الكهرباء - اساسيات نظم الاضاءة

سلسلة ترشيد استهلاك الكهرباء

 سنتناول فى سلسلة ترشيد استهلاك الكهرباء مواضيع كثيرة جدا كلها تتناول موضوع ترشيد استهلاك الكهرباء فى المنازل والمصانع والمنشأت التجارية و أول موضوع فى ترشيد استهلاك الكهرباء هو ترشيد استهلاك الكهرباء فى أنظمة الاضاءة وتم اختيار هذا الموضوع كأول المواضيع فى سلسلة ترشيد استهلاك الكهرباء لاحتياج القطاع السكنى والصناعى للاضاءة فهو موضوع مشترك بين جميع مستهلكى الكهرباء.


 الاهتمام بموضوع ترشيد استهلاك الكهرباء خاصة فى نظم الاضاءة يوفر الكثير على الدول انشاء محطات توليد الكهرباء باهظة التكاليف لذا يجب تناول الموضوع بعمق أكثر، وفى السطور القليلة القادمة لتناول موضوع ترشيد استهلاك الكهرباء فى نظم الاضاء من الناحية الفنية لفهم طبيعة الضوء وفرص ترشيد استهلاك الكهرباء وكذلك طرق ترشيد استهلاك الكهرباء بشكل مفصل. 

الضوء هو جزء من الموجات الكهرومغناطيسية المختلفة التى تحلق عبر الفضاء. وهذه الموجات الكهرومغناطيسية لها تردد وطول موجى يميز شكل الضوء عن أشكال الطاقة الأخرى عند تحليلها الى أطياف كهرومغناطيسية.
 
الضوء المرئي يمكن أن ينظر إليه على الطيف الكهرومغناطيسي على النحو المبين في الشكل التالى حيث يمثل نطاق ضيق بين الأشعة فوق البنفسجية ( ultraviolet ) و الأشعة تحت الحمراء ( infrared ). هذه الموجات الضوئية قادرة على اثارة شبكية العين مما يؤدي الى الإحساس البصري.
 


تعريف اللومن
 اللومن هو وحدة قياس تدفق الضوء وهو ما يعادل الفوتومترى للوات وكذلك يختلف قيمته مع اختلاف الطول الموجى للضوء وبالتالى مع اختلاف لونه أيضا ( لأن اللون يختلف مع تغير الطول الموجى كما بالشكل السابق ). 
1 وات = 683 لومن عند طول موجى 555 نانو متر
 يمكن للعين البشرية الاحساس بشدة اضاءة بحد أدنى حوالي 10 الفوتونات في الثانية بطول موجى 555 نانومتر. كما يمكن للعين الاحساس بشدة اضاءة بحد أدنى من 214 و 126 الفوتونات في الثانية عند 450 نانومتر و650، على التوالي. و أفضل حساسية، كما يرى من الشكل التالى هى عند طول موجى 555 نانومتر حيث يكون الضوء ذات لون أصفر مخضر حيث تكون فاعلية الضوء 683 لومن / الوات.
 من الشكل السابق نجد أن مصدر الضوء ذات الون الأزرق وله طول موجي 480 نانومتر حساسية العين النسبية له 0.1 و فعالية الضوء له حوالى من 60 حتي 70 لومن / الوات.

ثلاثة اعتبارات أساسية لضمان كفاءة استخدام الطاقة في أنظمة الإنارة هي:
  1. اختيار مصدر ضوء أكثر كفاءة من أجل تقليل تكاليف الطاقة وترشيد استهلاك الكهرباء.
  2. اختيار نوع المصباح المناسب لهذه المهمة أو تطبيق بما يتفق مع اللون المطلوب ودرجة السطوع المطلوبة وغيرها من المتطلبات.
  3. تحديد مستويات الضوء الكافي للحفاظ على الإنتاجية، وتحسين الأمن وزيادة السلامة 

المعلمات وشروط الأساسية في أنظمة إضاءة

التدفق الضوئي LUMINOUS FLUX 

 وهى مقدار الضوء مقدراً باللومن وهو يصف كمية الضوء المنبعث من مصدر الضوء. بل هو مقياس لكفاءة المصباح الاقتصادية. واللومن المقنن لمصباح كهربى هو قياس لإجمالى الضوء المنبعث من هذا المصباح. بالتالى فكل المصابيح الكهربية يدون عليها قيمة اللومن المقنن.



معامل القدرة و ترشيد استهلاك الكهرباء

معامل القدرة و ترشيد استهلاك الكهرباء

يحتوى أى نظام تيار متردد على نوعين من الطاقة الكهربية هما:-
1- الطاقة الفعالة: وهى الطاقة التى تتحول الى شغل ميكانيكى أو حرارى أوضوء .....الخ، وسميت بالفعالة لأنها الطاقة التى يستفاد بها ووحدتها الكيلو وات.
2- الطاقة الغير فعالة: وهى الطاقة التى لا يستفاد بها بشكل مباشر ولكن لايمكن الاستغناء عنها بل ان وجود الطاقة الفعالة أحيانا يعتمد فى الأصل على وجود الطاقة الغير فعالة كما فى المحولات والمحركات الكهربية،ووحدتها الكيلو فار.

طبيعة الطاقة الغير فعالة

جميع المحركات الكهربية وكذلك باقى أجهزة تحويل الطاقة الكهربية الى صورة أخرى من صور الطاقة تقوم بتحويل الطاقة الفعالة الكهربية والتى تقاس بالكيلو وات ساعة بواسطة عدادات الكهرباء. أما الطاقة الغير فعالة فتقوم الملفات المكونة للمحركات والمحولات (الأحمال الحثية عموما) فى اختزانها لاستخدامها فى انتاج المجال الكهربى الذى يبنى عليه نظرية عمل هذه الآلات والتى تقوم باعادة هذه الطاقة الى المنبع مرة أخرى مرتين فى كل نصف دورة (حيث تكون ترددها ضعف تردد المنبع). أما فى حالة الحمل السعوى كما فى المكثفات فيحدث نفس الشئ ولكن مع اختلاف الزاوية وذلك هو أساس استخدام المكثفات فى تحسين معامل القدرة. ومن الواضح أن هذه الطاقة الغير فعالة والتى تتسبب فى مرور تيار غير فعال بالشبكة الكهربية لوكانت غير موجودة فذلك يقلل الفقد فى الشبكة ويزيد من استيعاب الشبكة الكهربية لأحمال جديدة بدون تكاليف اضافية.
معامل القدرة: هو النسبة بين القدرة الفعالة (P) والقدرة الظاهرية (S) ، وهو جيب تمام الزاوية بين الجهد والتيار (COS Q)


ومعامل القدرة يختلف باختلاف نوعية الأحمال فهو يساوى الواحد الصحيح فى حالة الأحمال المادية ذات مقاومة فقط مثل السخانات ولمبات الاضاءة ذات فتيلة التنجستين ويكون أقل من الواحد الصحيح فى حالة الأحمال الحثية ذات مقاومة ومعاوقة حثية مثل المحركات والمحولات الكهربية.

ترشيد استهلاك الكهرباء وتقليل التكلفة

ويمكن تقليل استهلاك الكهرباء عن طريق تقليل القدرة الغير فعالة المسحوبة من الشبكة الكهربية وذلك عن طريق تعويضها من مصدر أخر وهو المكثفات، حيث يتم تركيب المكثفات بهدف تحسين معامل القدرة وكذلك تعويض القدرة الغير فعالة وذلك بعد عداد الكهرباء وليس قبله حتى لا يمر التيار الغير فعال الخارج من المكثفات على عداد الكهرباء فيقوم العداد بحسابه رغم تركيب المكثفات وهذا هو الخطأ الذى يقع فيه الكثير من المتخصصين بدون قصد.

تحديد المكثف المطلوب لحمل معين

 يتم شراء المكثفات تبعا لقدرتها بوحدة الفار وتبعا لجهد التشغيل وكذلك طريقة التوصيل دلتا أو استار
قدرة المكثف المطلوبة لحمل = قدرة الحمل (كيلو وات) X ظا (الزاوية بين الجهد والتيار الحالية - الزاوية بين الجهد والتيار الحالية)



ترشيد استهلاك الكهرباء

كتب: مهندس على محمد شعبان
مدير عام الأحمال والطاقة بشركة البحيرة لتوزيع الكهرباء
وعضو مجلس ادارة نقابة المهندسين بالبحيرة
ترشيد استهلاك الكهرباء

مقدمه عن ترشيد استهلاك الكهرباء

تعد الطاقة  بكافة صورها من أهم العوامل المؤثرة على الحياة الإنسانية و تطورها و لقد أنعم الله سبحانه و تعالى على الإنسان منذ عهوده الأولى بالطاقة من مصادر عديدة و بصور مختلفة. واعتمدت البشرية على هذه المصادر للطاقة و طوعتها بما يخدم احتياجاتها و تطورها و رقيها . و اختلفت على مر الأزمنة درجة الاعتماد على مصادر الطاقة المختلفة تبعا للاحتياجات الإنسانية و كذا القدرة على تطويعها بما يخدم أغراض الاستخدام المختلفة . و إن النظام الكهربائي هو أعظم الإنجازات الهندسية التي تمت خلال القرن العشرين حيث لا غنى عنه أبداً لتشغيل كل الصناعات و التكنولوجيا الحديثة هذا علاوة على دوره في تحسين نوعية الحياة الإنسانية و هذا النظام سوف يستمر الأكثر تأثيرا على الحياة الإنسانية . و يعد الحفاظ على التوازن ما بين إنتاج الطاقة الكهربائية و الطلب عليها هو في حقيقة الأمر يعتبر تحدياً هندسيا و تشغيلياً كبير و لقد وصل استهلاك الطاقة الكهربائية في الدول العربية إلى معدلات لم يسبق لها مثيل . لذلك و على ضوء هذا الأمر تقوم حكومات دول المنطقة بوضع إستراتيجيات جديدة لاعتماد سياسات موضوعية لتحديث و تطوير شبكات البنية التحتية للجهد العالي و المنخفض و إعادة تأهيل و إنشاء شبكات جديدة للنقل و التوزيع للطاقة الكهربائية . و منذ سنة 1973 عام أزمة البترول و ارتفاع ثمنه و مع التقدم المستمر للصناعة زاد الطلب على استخدام الطاقة فكان طبيعياً أن تبدأ حملات لبرامج إدارة الطلب على الطاقة و ترشيد استخدامها بهدف تقليل الاعتماد على الوقود السائل و حماية البيئة بالحد من انبعاث غازات الاحتباس الحراري.

إدارة طلب الطاقة :-


هي التخطيط لتطبيق برامج و تكنولوجيات متقدمة ومتطورة للأنشطة المختلفة ( المصانع / المباني التجارية)  بهدف ترشيد الوقود ( سولار – مازوت – كهرباء ....) مع عدم التعرض لكمية و جودة الإنتاج.
و من أهداف إدارة طلب الطاقة :-
· الوفر في قيمة فاتورة إستهلآك الكهرباء.
· توفير مصادر الطاقة بتكلفة أقل.
· الوصول إلى أفضل منحنى حمل لتقليل أحمال الذروة.
· حماية البيئة من التلوث الناتج من احتراق الوقود.
إرشادات ترشيد الطاقة لمختلف الأجهزة الكهربية : - 

الإضاءة: -

· يمكن خفض تكلفة الإضاءة في حدود 15% عن طريق مراعاة تنفيذ بعض السلوكيات التالية : -
· الإكثار من استخدام الضوء الطبيعي نهاراً.
· إطفاء الإنارة في الأماكن غير المشغولة فور مغادرتها.
· استبدال اللمبات العادية  ( التنجستين ) بلمبات مدمجة موفرة للطاقة.
· الاحتفاظ بمعدات الإضاءة نظيفة و استخدام العاكس لتقليل عدد اللمبات.
· استخدام اللمبات فلوريسنت موفرة للطاقة ذات القطر الأقل و الكفاءة الأعلى.

سخان المياه الكهربائي: -

السخان من أكثر الأجهزة المنزلية استهلاكا للطاقة و لذلك يجب مراعاة  الآتي عند استخدامه :-
· فصل الكهرباء عن السخان عند عدم استخدامه ولا تتركه مشغل طول اليوم لأن الحرارة تفقد بالإشعاع.
· ضبط منظم حرارة السخان ( ترموستات ) عند درجة حرارة لا تزيد عن 60 درجه مئوية.
· غلق المحابس جيداً في حالة عدم استخدام السخان.
· معالجة إصلاح أي مواسير يظهر بها تسرب للمياه الساخنة.
· يفضل عزل مواسير المياه الساخنة بمواد عازلة للحرارة لمنع تسربها.

التليفزيون : -

· إغلاق التليفزيون عند ترك الحجرة و عدم متابعة البرامج المذاعة.
· عدم ترك الريسيفر أو الفيديو يعمل عند إغلاق التليفزيون.


الثلاجة الكهربائية و الفريزر: -

· تأكد من إحكام غلق الباب ولا تحاول فتح باب الثلاجة بدون داع و عند فتح الباب أغلقه بسرعة لضمان عدم تسرب الهواء البارد خارجها.
· يراعى ترتيب الأشياء داخل الثلاجة حتى تكون عملية إدخال و إخراج الأشياء منها أكثر سهولة.
· تأكد دائما من نظافة المكثف الموجود في ظهر الثلاجة.
· تأكد من سلامة كاو تشوك الباب.
· استخدم مبرد مياه ( كولمان ) للشرب صيفا لتقليل عدد مرات فتح باب الثلاجة.
· إذابة الثلج من حين لآخر حتى لا يزيد سمك الثلج.
· وضع الثلاجة في مكان جيد التهوية.
· لا تضع الثلاجة بالقرب من الفرن أو البوتاجاز.

الغسالة الكهربية: -

· لا تقوم بالتشغيل إلا عند امتلاء الغسالة فإنها عادة تستهلك نفس الكهرباء و الماء الساخن و الصابون عند استخدام غسالة ممتلئة أو نصف ممتلئة.
· مراعاة موافقة نظام الغسيل المطلوب لكل نوع من الملابس.
· لا تستخدم درجات الحرارة العالية في الغسيل دائماً.

التكييف: -

هو سبب ارتفاع فاتورة الكهرباء صيفاً نتيجة استخدامه و للاحتفاظ بالمكان مكيفاً بأقل تكلفة يجب إتباع النصائح الآتية : -
· تأكد من نظافة فلتر التكييف.
· لا تستخدم التكييف إلا للضرورة.
· أُُضبط درجة الحرارة بحيث لا تقل عن 25 درجة مئوية.
· أغلق جهاز التكييف عند ترك الغرفة.
· في بعض الأيام المعتدلة الحرارة تكفى المروحة لتلطيف الجو.
· عليك بإسدال الستائر لمنع دخول الشمس و إبقاء الشقة معتدلة الحرارة في الأيام الحارة.
· عدم ترك باب الغرفة مفتوحاً عند تشغيل الجهاز و سد أي شقوق في الجدران أو النوافذ أو الأبواب.
· عمل صيانة للمكيف بمعرفة مركز الصيانة قبل دخول فصل الصيف.
· تركيب النوافذ من الزجاج العاكس للحرارة و المزدوج لتقليل انتقال الحرارة إلى داخل الغرفة.

الكمبيوتر: -

· استخدام شاشة مسطحة ( LCD ) بدلاً من الشاشة التقليدية التي تعمل بنظام أبنوب الكاثود يؤدى إلى توفير في الطاقة.
· تشغيل وظيفة ( إغلاق الشاشة ) التي تغلق الشاشة تلقائياً في حالة عدم استخدام الجهاز لمدة تتراوح مابين خمس إلى عشر دقائق حسب رغبة المستخدم مما يساعد على توفير الطاقة بشكل أكبر.
بعض الطرق لمواجهة ساعة الذروة ( مابين السادسة مساءًا حتى العاشرة مساءًا ) :
· تأجيل استخدام بعض الأعمال المنزلية مثل الغسيل و الكي إلى أوقات أُخرى خلال الفترة الصباحية.
· استخدام اللمبات الموفرة للطاقة.
· استخدام الدوائر الإليكترونية (كابحات إليكترونية للمبات الفلوريسنت – بدلاً من الكابحات التقليدية) .
· إطفاء لمبة أثناء فترة الذروة.
· استخدام السخانات الشمسية (solar energy heaters) حيث أنها أمنة و غير ملوثة للبيئة و عمر تشغيلها يتراوح ما بين 15 الى20 سنة.




الشبكة الكهربية والمحركات الكهربية وتأثير كلٍ منهما على الأخر


مقدمه
تمثل المحركات الكهربية أهم جزء فى الوسط الصناعى حيث يعتمد عليها بشكل واسع  فى عمليات السحب والدرفلة والكبس والقطع والثقب وضخ السوائل والنقل والتعبئة وغيرها من التطبيقات التى لا حصر لها ، ولم يقتصر استخدام المحركات الكهربية على الوسط الصناعى فحسب بل يمتد استخدامها الى الوسط المنزلى.حيث تستخدم فى غسالات الملابس وأجهزة التكييف والمكانس الكهربائية ومجفِّفات الشعر وآلات الخياطة .لذلك كان لابد من دراسة سلوك ومتطلبات هذه المحركات جيدا ودراسة تأثيرها على الشبكة الكهربية ، وفى هذا الموضوع نكتفى بالحديث عن أحد أنواع هذه المحركات وأكثرها شيوعا وهى المحركات التأثيرية.

تركيب المحركات التأثيرية

المحركات التأثيرية هى محركات تعمل على منبع تيار متردد أحادى الوجه أو ثلاثى الأوجه،وتتكون هذه المحركات من عضو ثابت اسطوانى مصنوع من شرائح الصلب السليكونى مكون من مجارى طولية فى المحيط الداخلى للعضو بها ملفات ذات أسلاك معزولة و ملفوفة بطريقة معينة لتعطى مجالا دوارا بسرعة تسمى سرعة التزامن وعضو دوّار اسطواني من شرائح الصلب السليكونى مكون من مجارى طولية فى المحيط الخارجى للعضو بها اما ملفات ذات أسلاك معزولة متصلة بحلقات انزلاق مثبتة على محور الدوران –وفى هذه الحالة يسمى المحرك محرك تأثيرى ذو حلقات انزلاق-أو بارات من الألومنيوم- وفى هذه الحالة يسمى المحرك محرك تأثيرى ذو القفص السنجابى-يتم توصيل العضو الثابت الى مصدر الكهرباء ولايتصل العضو الدوّار مباشرة بمصدر الكهرباء الخارجي. ويسري التيار المتناوب حول ملفات المجال في العضو الثابت مولدا مجالاً مغنطيسيا دواراً. ويولد هذا المجال تيارًا كهربائيًا في العضو الدوار مما ينتج عنه مجال مغنطيسي آخر. ويتفاعل المجال المغنطيسي الناشئ من العضو الدوار مع المجال المغنطيسي الآتي من العضو الثابت، مُسبِّبًا حركة العضو الدوار.الشكل رقم (1) يبين تركييب كل من العضو الثابت و الدوّار لمحرك ذو القفص السنجابى.
سلوك المحركات التأثيرية
في هذه النقطة سوف نستعرض منحنيات الأداء الكهربية والميكانيكية لمحرك تأثيري ثلاثي الأوجه 220فولت وجهي قدرة ثلاث أحصنة سرعة 1425لفة / الدقيقة . وحتى يفهم سلوك هذه المحركات و متطلباتها سوف يتم عرض هذه المنحنيات عند ظروف مختلفة من جهد التغذية.ولكن نكتفى بعرض منحنى الأداء عند الجهد المقنن للمحرك خلال فترتى البدء والاستقرار فى هذا العدد مع ارجاء الحديث عن ظروف التشغيل الأخرى للأعداد التالية باذن الله.
عند توصيل المحرك التأثيرى بمصدر جهد كهربي (جهده يساوى الجهد المقنن للمحرك) يسحب تيارا كبيرا يصل الى 10 أضعاف تيار الحمل الكامل الشكل رقم (2) يوضح موجه التيار المسحوب من المحرك التأثيري محملا بالحمل الكامل .
ويتضح من الشكل أن المحرك يستغرق 0.35ثانية في بدء الحركة وبالتالي فان كابلات تغذية المحرك في هذه الفترة تتعدى مقنناتها وتسبب هذه الفترة في إحداث نقرات في موجة الجهد(Voltage dips) والتي تؤثر بالسلب على جودة التغذية الكهربية وتسبب فصل للأحمال المجاورة أحيانا .
والشكل رقم (3) يوضح شكل العزم الكهربي المولد من المحرك .و يتضح من الشكل أن عزم البدء أكبر من عزم الحمل، وعزم البدء هذا كلما زاد بالنسبة إلى عزم الحمل الكامل كلما كان أفضل حيث تقل فترة البدء مع زيادته بالنسبة إلى الحمل الكامل . فعند شراء محرك تأثيري لابد من الإلمام بمتطلبات الحمل لتحديد هذه النسبة (عزم البدء/عزم الحمل الكامل) جيدا.
الشبكة الكهربية والمحركات الكهربية
 شكل رقم (1).                            شكل رقم (2).                                        شكل رقم (3).

والشكل رقم (4) يوضح منحنى السرعة خلال فترة البدء حتى الاستقرار حيث يصل المحرك إلى سرعة تعتمد على قيمة عزم الحمل المطبق على عامود الدوران وعلى عدد أقطاب المصمم عليها المحرك وعلى تردد مصدر الجهد الكهربي المتصل بالمحرك.
والشكل رقم (5) يوضح منحنى القدرة الفعالة المسحوبة من المصدر الكهربي والتي تكون كبيرة جدا في البداية نظرا لارتفاع تيار المحرك في هذه اللحظة وتنخفض إلى قيمه تقترب من قدرة الخرج الميكانيكية للمحرك ويوضح الشكل أيضا قدرة الخرج للمحرك والتي تكون كبيرة جدا في البداية وتنخفض إلى قيمه تعتمد على عزم الحمل المطبق على عامود الدوران للمحرك.ويوضح الشكل أيضا المفاقيد الحديدية والنحاسية ومن الواضح ثبوت قيمة المفاقيد الحديدية وتغير المفاقيد النحاسية خلال فترة البدء وذلك لأن المفاقيد الحديدية تعتمد فقط على جهد وتردد المصدر الكهربي وهما ثابتين في هذه الحالة أما المفاقيد النحاسية فهي تعتمد على تيارات المحرك والمقاومة الداخلية لكل من العضو الثابت والدوّار.
والشكل رقم (6) يوضح منحنى القدرة الغير فعالة المسحوبة من المصدر الكهربي والتي تكون كبيرة جدا في البداية نظرا لأن هذه القدرة الغير فعالة المسحوبة هي المسئولة عن تكوين المجال في العضو الدوّار حيث لا يوجد مجال في البداية لذلك يحتاج المحرك إلى قدرة غير فعالة كبيرة لتكوين هذا المجال في العضو الدوّار عند بدء الحركة.
وبملاحظة الشكلين رقم (5،6) يتضح أن القدرة الغير فعالة المسحوبة أكبر من القدرة الفعالة لذلك يفضل توصيل مكثفات تحسين معامل القدرة مع بدء تشغيل المحركات التأثيرية حتى يقلل من القدرة الغير فعالة المسحوبة مع مراعاة فصل هذه المكثفات قبل إيقاف التشغيل وذلك لأنها لو تم تركها مع إيقاف المحرك، يعمل المحرك كمولد وذلك غير مرغوب فيه.

الشبكة الكهربية والمحركات الكهربية

 شكل رقم (4).                               شكل رقم (5).                                شكل رقم (6).

التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء


التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء
مقدمة
‏يعتبر التصميم الحراري المناسب لغلاف المبنى والذي يشمل كافة العناصر الإنشائية الخارجية التي تحده بالبيئة الخارجية من أهم الوسائل المتبعة في ترشيد استهلاك الكهرباء. ويؤدي التصميم الحراري الصحيح إلى خفض الأحمال الحرارية والتبريدية والتي يتحدد بموجبها استخدام أجهزة تدفئة وتبريد ذات كلفة رأسمالية وتشغيلية منخفضة تحقق الهدف في توفير الجو الصحي المريح داخل المبنى. ويشكل العزل الحراري للعناصر الإنشائية الخارجية واختيار النوافذ الخارجية المناسبة من حيت النوع والمساحة والاتجاه الجغرافي واحكام إغلاق فواصلها أمام تسرب الهواء من خلالها عاملا مهما في التصميم الحراري للوصول إلى هذا الهدف بطريقة اقتصادية فعالة. كما أن استعمال وسائل وأساليب تصميمية أخرى كوسائل التصميم السلبي (Passive Design‏) أو ما يعرف بالتصميم المناخي (Climatic Design) هي إجراءات تصميمية مهمة يجب عدم إغفالها لتحسين الأداء الحراري للمبنى مما يزيد من توفير الطاقة ورفع مستوى الارتياح الحراري. 

اعتبارات عامة فى التصميم الحرارى

‏فيما يلي أهم الاعتبارات التي يجب أن تؤخذ في الحسبان عند تصميم المبنى حراريا:
1.  ‏معرفة وتقييم الظروف الداخلية التي تحقق الارتياح الحراري والصحة والأمان لشاغلي المبنى.
2.  معرفة وتحديد الأحوال والظروف المناخية السائدة لتوظيفها في أفضل تصميم يحقق المتطلبات النوعية المطلوبة.
3.  تحديد الوسائل والإجرادات التصميمية المراد اتباعها ومعرفة خصائص المواد الإنشائية والعازلة للحرارة المستخدمة للوصول إلى الفوائد التي تتحقق معها الظروف المناسبة للإقامة والعمل داخل حيز المبنى.
‏يجب قبل البدء بعملية التصميم تحديد المتطلبات اللازم توفرها داخل المبنى والظروف الجوية الخارجية السائدة صيفأ وشتاءا للمنطقة الجغرافية التي يقع فيها المبنى وتشمل:
1- داخل المبنى
·     درجة الحرارة التصميمية الداخلية.
·     الرطوبة النسبية المتوقعة.
2- خارج المبنى
·     درجة الحرارة التصميمية الخارجية.
·     الرطوبة النسبية الدنيا والقصوى.
·     سرعة ‏الرياح واتجاهها.
·     شدة الاشعاع الشمسي وزاوية سقوط الأشعة.

الهدف من التصميم الحرارى

‏يهدف التصميم الحراري للمباني إلى تحقيق ما يلي:
1-      ‏الحد من انتقال الحرارة عبر العناصر الإنشائية الخارجية لغلاف المبنى سواء كان ذلك على شكل فقدان حراري من داخل المبنى إلى خارجه في حال تدفئة المبنى في الشتاء أو على شكل كسب حراري من الخارج إلى الداخل في فصل الصيف.
2-      ‏توفير في الطاقة المستخدمة لأغراض التدفئة والتبريد.
3-      ‏رفع مستوى الارتياح الحراري وتوفير الجو الصحي الداخلي لشاغلي المبنى طيلة فصول السنة.
4-      حماية المبنى من تأثيرات البيئة الخارجية والاجهادات الحرارية والأضرار الناتجة عن ذلك.
5-      ‏منع أو التقليل من حدوث التكثف الداخلي في المباني وتجنب الأضرار الناجعة عن ذلك.
6-      ‏تخفيض تكاليف الصيانة الناتجة عن أضرار الرطوبة والاجهادات الحرارية للمباني.
7-      ‏تخفيض الكلفة الرأسمالية لأجهزة التدفئة والتبريد وتكاليف صيانتها.
‏يتضح من الأهداف المذكورة أن التصميم الحراري للغلاف الخارجي للمباني هو استثمار اقتصادي يؤدي إلى توفير الطاقة والمال بالإضافة إلى كونه ضرورة لا يمكن الاستغناء عنها لتحقيق متطلبات السكن الصحي المريح، كما يؤدي إلى رفع القيمة السكنية للمبنى ويزيد من العمر التشغيلي له بحمايته من أضرار الرطوبة وتأثيرات البيئة الخارجية.

‏تعتبر المتطلبات التصميمية المنصوص عليها في هذا الموضوع تخص فقط المباني والمنشات المستخدمة لأغراض الإشغال البشري كالبيوت والمباني السكنية و‏المدارس والجامعات ومعاهد التعليم والمكتبات والمستشفيات ودور الرعاية ورياض الأطفال والفنادق والمطاعم و‏المباني العامة والمنشات الحكومية ومباني الإدارة والمكاتب وقاعات الاجتماع والاحتفال والمسارح ودور العبادة المزودة بنظام تدفئة مركزية أو تكييف هواء. و‏يستثنى من ذلك كافة المباني والمنشات التي تقتضي طبيعتها أن تبقى مفتوحة للهواء الخارجي كالدكاكين وبعض المصانع والمشاغل والكراجات أو تلك غير المخصصة للإشغال البشري كالمخازن. كما تستثنى المباني التي تتطلب عزلآ حراريأ معينأ ولها متطلبات تصميمية خاصة كغرف التبريد والمستودعات المخصصة لحفظ المواد التموينية أوالأدوية.

العوامل المؤثرة فى التصميم الحرارى

1- الانتقالية الحرارية

‏تتعلق كمية الحرارة المتنقلة عبر عناصر المبنى الخارجية بشكل رئيسي بالخصائص الحرارية للمواد التي تتكون منها هذه العناصر وسماكاتها وتعرض سطوحها الخارجية للعوامل الجوية المؤثرة. ويمكن الحكم على مدى فقدان الحرارة من المبنى ومستوى أدائه الحراري بقيم الانتقالية الحرارية لعناصره الإنشائية التي تشكل الغلاف الخارجي. ويعتبر العزل الحراري للعناصر الخارجية من أهم العوامل المؤثرة في زيادة المقاومة الحرارية وبالتالي خفض قيمة الانتقالية الحرارية لهذه العناصر. فكلما قلت هذه القيمة كلما زادت قدرة العزل الحراري للمبنى بتقليل الحرارة المفقودة من المبنى في فترة التدفئة والحرارة المكتسبة في الصيف. وعليه، يجب تصميم العناصر الخارجية للمبنى بعزلها حراريأ بشكل تتحقق معه المتطلبات التصميمية المنصوص عليها.
‏وتشكل بعض أنواع النوافذ ذات الانتقالية الحرارية المنخفضة كالنوافذ ذات الزجاج المزدوج والزجاج المعالج عاملا مهمأ في المساهمة بتخفيض الانتقالية الحرارية الكلية للمبنى وتحسين أدائه الحراري.

2- الإتجاه الجغرافي

‏تؤثر الرياح في فصل الشتاء على المقاومة الحرارية للسطوح الخارجية لعناصر البناء المواجهة لها. وتتناسب شدة تأثر السطوح بالرياح مع شدة الرياح ذاتها، فكلما زادت سرعة الرياح انخفضت قيمة المقاومة الحرارية للعناصر الخارجية. هذا بالإضافة إلى أن كميات كبيرة من الحرارة يتم فقدانها بتسرب الهواء البارد بفعل الرياح إلى داخل المبنى من خلال فواصل الأبواب والنوافذ المواجهة للرياح وعبر الشقوق والفواصل الإنشائية غير محكمة الإغلاق.
‏من جهة أخرى، تعتبر أشعة الشمس المباشرة مصدرآ حراريأ إضافيا يمكن الاستفادة منه في فصل الشتاء. وبذلك نجد أن الاتجاه الجغرافي للمبنى له دورا مهما في عمليات فقد الحرارة وكسبها وعليه يجب مراعاة ما يلي:

·  أحكام إغلاق كافة فواصل المبنى إغلاقا جيدأ أمام تسرب الهواء إلى داخل حيز الإشغال وخاصة فواصل النوافذ والأبواب، مع مراعاة إيجاد تهوية طبيعية يمكن التحكم بها والضرورية لصحة المقيمين داخل المباني حسب طبيعة الاشغال.
·  ‏التقليل قدر الإمكان من مساحات الأبواب والنوافذ والواجهات المعرضة للرياح السائدة حيث أن زيادة هذه المساحات يؤدي إلى زيادة فقدان الحرارة.
·  زيادة مساحات الواجهات الزجاجية المواجهة للشمس (الشرقية والجنوبية) للاستفادة من حرارة أشعتها في فصل الشتاء.
·  ‏اتخاذ التدابير اللازمة لمنع دخول أشعة الشمس إلى داخل المباني صيفا، والمتمثلة بإجراءات التظليل الخارجية المناسبة التي تحد من دخول اشعة الشمس صيفأ وتسمح بدخول أشعة الشمس في فصل الشتاء. كما أن استعمال الأباجورات يقلل من الفقدان الحراري عبر النوافذ عند غياب الشمس في فصل الشتاء وفي فترة الليل.

3- شكل المبنى وموقعه

‏هنالك عوامل أخرى يجب أخذها فى الاعتبار عند إجراء عمليات التصميم وهي:
(أ) شكل المبنى:
‏يؤثر شكل المبنى الهندسي سلبا أو إيجابأ على كسب الحرارة وفقدانها من خلال العناصر الخارجية، فكلما زادت المساحة المعرضة للعوامل الخارجية إزداد معها الفقد والكسب الحرارى. وعلى المصمم أن يراعي اختيار الشكل المناسب للمبنى بتقليل مساحة الجدران الخارجية قدر الإمكان مقابل حجم المبنى، حيث تعتبر المباني مربعة الشكل أقل إهدارا للطاقة من المباني المستطيلة أو تلك المضلعة وكثيرة البروزات الخارجية. كما تعتبر المباني الممتدة أفقيأ اكثر فقدا وكسبا للحرارة من تلك الممتدة عموديأ. ويفضل أن تكون الأجزاء التي سيجرى تدفئتها أو تكييفها في المبنى متلاصقة ومتجاورة لا تفصل بينها أجزاء أخرى غير مدفأة أو غير مكيفة حيث يؤدي ذلك إلى توفير نسبة لا يستهان بها من الطاقة المستخدمة.
‏(ب) موقع المبنى الطبوغرافي:
‏إن وقوع المبنى أو المنشأ على هضبة مرتفعة يعرضه للرياح والأمطار وأشعة الشمس أكثر مما لو كان ‏واقعا في وادى منخفض في المنطقة ذاتها أو على سفح المرتفع. كما أن وقوع المبنى أو المنشأ على السفح المواجه للرياح السائدة يعرضه إلى عوامل التأثير المذكورة أكثر مما لو كان مقامأ على السفح المعاكس.
‏(ج) موضع المبنى من المباني المجاورة:
‏إن وقوع المبنى أو المنشأ ضمن مجمع سكني متعدد المباني يزيد في حمايته من تأثير الرياح والأمطار وأشعة الشمس.
‏(د) ارتفاع المبنى:
‏إن زيادة ارتفاع المبنى أو المنشأ عن باقي المباني المجاورة والمحيطة به يجعله عرضة لمواجهة الرياح والأمطار المباشرة أكثر مما لو كان متساويأ معها في الارتفاع. وبشكل عام، فكلما كان المبنى أكثر تعرضأ لعوامل ‏الجو الخارجية، تطلب ذلك اهتمامأ أكبر في عمليات التصميم من حيث الشكل المعماري ونسبة الفتحات والواجهات الزجاجية واتجاهاتها ونوعية المواد المستخدمة في الجدران والسقوف وسماكاتها وترتيب طبقاتها. ويراعى عند حساب الانتقالية الحرارية للعناصر الإنشائية أن تؤخذ درجة تعرض المبنى للعوامل الجوية بالحسبان.

الارتياح الحرارى

‏يعتبر الارتياح الحراري وتأمين الجو الصحي المريح من أهم الأهداف التي يسعى إليها التصميم الحراري للمبنى. ويعرف الارتياح الحراري حسب ما ورد في المواصفات الدولية (ISO-7730) بأنه (الحالة الذهنية التي يشعر فيها الإنسان بالرضى والنشاط في البيئة الحرارية ‏المحيطة به) ويتحدد مستوى الارتياح بمجموعة من العوامل المؤثرة على الحالة الفسيولوجية للإنسان في الحيز الذي يعيش فيه. ويصبح الشخص في حالة ارتياح حراري إذا كانت معدلات الطاقة التي ينتجها الجسم بما يتناوله من غذاء أو ما يسمى بالتفاعل الحيوي تعادل تلك التي يفقدها إلى الجو المحيط، ويعبر عن هذه الحالة أيضأ بالاتزان الحراري. أما العوامل المؤثرة على الارتياح الحراري للإنسان فهي:

‏أ) عوامل مرتبطة بالإنسان نفسه.

نوع النشاط: تتعلق معدلات الطاقة الحرارية الناتجة عن التفاعل الحيوي لجسم للإنسان والتي يقوم بتبديدها في الجو المحيط بنوع النشاط والعمل الذي يمارسه (انظر الجدول رقم(2) ).
الملابس: يحدد نوع اللباس الذي يرتديه الإنسان مدى المقاومة الحرارية التي يبديها الجسم أمام فقدانه للطاقة التي ينتجها إلى الجو المحيط. وتزداد هذه المقاومة بسماكة هذه الملابس ومقدرتها على عزل الحرارة.

ب) عوامل مؤثرة ذات ارتباط مباشر بالظروف البيئية المحيطة.

1- ‏درجة حرارة الهواء
2- ‏الرطوبة النسبية
3- ‏حركة أو سرعة الهواء
4- ‏متوسط الحرارة الإشعاعية
‏يمكن التحكم عمليا بالعوامل الثلاثة الأولى المذكورة في البند (ب) بواسطة أجهزة التدفئة والتكييف والتهوية الصناعية للوصول إلى المستويات المرغوب فيها. إلا أن درجة الحرارة الإشعاعية تتعلق مباشرة بدرجة حرارة العناصر الإنشائية المحيطة بحيز الإقامة كالجدران والسقف والنوافذ والتي لا يمكن التحكم بها وتقليل أثرها السلبي إلا عن طريق التصميم الحراري لهذه العناصر بعزلها حراريا بطريقة مناسبة. يجري تحديد مستوى الارتياح الحراري للعوامل المؤثرة المذكورة أعلاه بأشكال بيانية تبين المجال الذي يقع فيه هذا المستوى والذي يسمى مجال الارتياح الحراري.

يبين الشكل رقم (1) مجال الارتياح الحراري المتعلق بدرجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية. كما يبين الشكل رقم (2) المجال المتعلق بحركة الهواء .
‏أما الشكل رقم (3) فيظهر مجال الارتياح الحراري المتمثل بالعلاقة بين متوسط درجة حرارة الهواء داخل حيز الاشغال ومتوسط درجة حرارة السطوح الداخلية للعناصر الإنشائية.
‏يتبين من المثال الموضح في الشكل (3) أن متوسط درجة حرارة السطوح الداخلية لغرفة في مبان غير معزولة حراريأ والتي يعبر عنها (بمتوسط الحرارة الإشعاعية) تقل بشكل ملموس عند درجة حرارة هواء الغرفة المدفأة في الشتاء.
 


التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء


التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء



التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء


هذه الحالة تجعل الإقامة داخل المبنى غير مريحة بسبب ازدياد الإشعاع الحراري الصادر عن جسم الإنسان إلى السطوح الباردة المحيطة والتي تشكل الجزء الأكبر من الطاقة الحرارية التي يفقدها جسم الإنسان مما يؤدي إلى حدوث خلل في الاتزان الحراري. يتطلب هذا الوضع ضرورة رفع درجة حرارة المكان عدة درجات مئوية للدخول في مجال الراحة مما يعني هدر المزيد من الطاقة الحرارية من أجل الشمعور بالارتياح داخل حيز الإقامة. كما يتضح من الشكل أيضأ أن درجة حرارة سطوح العناصر الإنشائية المعزولة حراريأ تقع ضمن مجال الارتياح الحراري أو بمحاذاته حيث تكون قريبة من درجة حرارة الغرفة المدفأة مما يعني توفر الجو المريح داخل المبنى.
‏ومن جهة أخرى تتضح من الشكل الحدود القصرى للارتياح الحراري التي يجب مراعاتها في تصميم العناصر الخارجية للمبنى بهدف الوقاية الحرارية في فصل الصيف.


الإختزان الحراري

1-  تعريف الإختزان الحراري وأهميته في البناء

‏من الخواص الفيزيائية للمواد صفة اختزان الحرارة المنتقلة إليها والاحتفاظ بها بكميات مختلفة وكذلك فقدان هذه الحرارة المختزنة إذا لامست موادا أخرى أقل حرارة أو وسطا باردا. وتعرف هذه الخاصية أيضا بالكتلة الحرارية للمادة، حيث تكون هذه الكتلة أكبر كلما زادت قدرة المادة على اختزان الحرارة. وتتعلق كمية الطاقة الحرارية المختزنة في المادة بكثافتها (ρ) وسعتها الحرارية النوعية (C)  وحجمها (V) وفرق درجات الحرارة المؤثرة لرفع درجة حرارتها (t) . وتصاغ كمية الحرارة المختزنة (Q) بالعلاقة التالية:
 
التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء

 
تشكل المواد الثقيلة كالحجارة والرخام والباطون والطوب الإسمنتي أمثلة للمواد ذات الاختزان العالي للحرارة وهي بذلك مواد ذات كتلة حرارية عالية. ‏ويعتمد استقرار الجو الداخلي للمبنى والمحافظة على فروقات ضئيلة في درجات الحرارة الداخلية خلال ساعات النهار في أيام الصيف الحارة على قدرة المادة المكونة لأجزاء البناء المحيطة على اختزان الحرارة كون هذه الأجزاء ذات كثافة عالية.
‏لذلك فإنه من المهم حين تصميم المبنى مراعاة خاصية اختزان الحرارة في المواد المستعملة في بناء الجدران الخارجية والأ سقف واختيار المواد المناسبة في تركيبة هذه الأجزاء للحصول على الحد الأ قصى من الوقاية الحرارية. وتعتبر الجدران التقليدية ذات الواجهات الحجرية وجدران الطوب الاسمنتي وكذلك الجدران والسقوف الباطونية من العناصر ذات الاختزان العالي للحرارة. إلا أن هذه العناصر الإنشائية، في نفس الوقت عالية التوصيل للحرارة بحيث تتطلب عزلآ حراريأ في حال تزويدها بأنظمة تدفئة و/أو تبريد لتحسين أدائها الحراري في حفظ الطاقة.
‏وتمثل المباني التراثية ذات الجداران الحجرية السميكة والمباني الطينية مثالآ جيدا على خاصية الاختزان الحراري حيث تمتاز هذه المباني بجو داخلي معتدل مريح في فصل الصيف على الرغم من درجات الحرارة العالية المؤثرة في الخارج.
‏يتم التمييز بين العناصر الإنشائية حسب قدرتها على اختزان الحرارة إلى:
عناصر إنشائية ثقيلة (عالية الكثافة) ذات اختزان حراري عالي وهي بطيئة التسخين والتبريد (استجابة حرارية بطيئة).
عناصر إنشائية خفيفة (منخفضة الكثافة) ذات اختزان حراري منخفض وهي سريعة التسخين والتبريد (استجابة حرارية سريعة).
وتعتبر العناصر الخارجية متعددة الطبقات ذات استجابة حرارية سريعة إذا كانت الطبقة الداخلية فيها مكونة من مادة خفيفة وان كانت باقي طبقاتها عالية الكثافة.
‏يبين الشكل رقم (4) ارتفاع درجة حرارة السطوح الداخلية لجدران مختلفة الكثافة عند زيادة درجة حرارة هواء الغرفة ( 89) درجة مئوية خلال ثلاث ساعات وذلك حسب الاستجابة الحرارية لهذه الجدران

التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء

 ويمكن الحكم على مدى الاستجابة الحرارية للمواد التي تتكون منها العناصر الإنشائية والمتمثلة بسرعة تدفئة مكان الاشغال بمعامل النفاذ الحراري ويرمز له بالحرف (b‏) ويجري حسابه كالتالي: 
التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء
 ‏ويبين الجدول رقم (1) معامل النفاذ الحراري (b) لمواد إنشائية مختلفة.


التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء


التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء

 

2- تأثير موضع العازل الحراري في العناصر الإنشائية

‏من المهام الرئيسية للعازل الحراري تحسين الأداء الحراري للعناصر الإنشائية وتخفيض الحرارة المنتقلة عبرها، حيث يتم توفير نسبة عالية من الطاقة المستخدمة لتدفئة أو تبريد المباني بعزلها حراريا. إلا أن التصرف الحراري للعناصر المعزولة حراريا لا يتعلق فقط بعزلها حراريا وانما بموضع العازل الحراري فيها.
‏يبين الشكل رقم (5) ثلاث حالات لجدار خارجي عالي الاختزان الحراري تقع فيه طبقة العازل الحراري في الخارج والوسط والداخل، حيث يتضح تأثير الموضع لكل حالة كالتالي:

أ) عزل حراري خارجي:

‏في الحالة التي تكون فيها طبقة العازل الحراري خارجية فإن الطبقة الداخلية الثقيلة تقوم بإختزان جزء كبير من الحرارة الداخلية أثناء تدفئة المبنى في فصل الشتاء والاحتفاظ بالحرارة طويلا بينما تعمل طبقة العازل الحراري الخارجية على إعاقة انتقال هذه الحرارة المختزنة إلى الخارج والحيلولة دون فقدانها. إلا أن هذا الوضع يتطلب فترة زمنية طويلة في تدفئة المبنى قبل الوصول إلى استقرار حراري داخلي. كما أن هذه الحالة تتطلب تقنيات خاصة مكلفة في المباني المحلية ذات الواجهات الحجرية لصعوبة تثبيت العازل الحراري مباشرة تحت الواجهة الحجرية. ويمكن الاستفادة من هذه الحالة في المباني المنشأة من الطوب بحيث يمكن تثبيت العازل الحراري في الجهة الخارجية وحمايته بطبقة من القصارة السميكة.

‏ب) عزل حراري وسطي:

‏تمثل الحالة التي يكون فيها العازل في وسط الجدار حالة عملية سهلة التطبيق في الجدران الحجرية وسقوف المباني المحلية، كما يمكن تطبيقها في جدران الطوب بوضع العازل الحراري بين طبقتين من الطوب. تمتاز هذه الحالة بالإضافة إلى كونها سهلة التطبيق بتوفير أجواء مريحة في فصول السنة المختلفة. ففي فصل الشتاء تقوم الطبقة الداخلية باختزان حرارة الحيز المدفأ والاحتفاظ بها طويلا حتى في حالة توقف أو انقطاع التدفئة، في حين تعمل الطبقة العازلة التي تليها على إعاقة انتقال الحرارة إلى خارج البناء. أما في فصل الصيف فإن حرارة الجو الخارجي المرتفعة لا تنفذ بسهولة إلى داخل البناء بفضل الطبقة العازلة المتوسطة في حين تعمل الطبقة الداخلية كمنظم طبيعي للحرارة يمتص ويخمد الحرارة الصادرة عن الأشخاص والأجهزة وتلك المتسربة من خلال النوافذ وفتح الأبواب خلال النهار مما يؤمن أجواء داخلية معتدلة ومريحة للإقامة والسكن طيلة اليوم في المباني غير المكيفة. أما في المباني المزودة بأجهزة تكييف للهواء فإنه في حالة توقف الأجهزة عن العمل يبقى الجو الداخلي في حالة استقرار لفترة من الزمن بفضل الطبقة الداخلية الثقيلة كونها بطيئة الاستجابة الحرارية.

ج) عزل حراري داخلي:

‏هذه الحالة لها أثار سلبية خاصة في المباني غير المكيفة في أيام الصيف الحارة، حيث أن سرعة الاستجابة الحرارية للطبقة الداخلية، قليلة الاختزان الحراري، تؤدي إلى سرعة ارتفاع حرارة الهواء داخل المبنى (انظر الشكل رقم 4‏). فحرارة الإشعاع الشمسي النافذة إلى الداخل من خلال النوافذ والهواء الحار المتسرب إلى داخل المبنى من خلال فتح الأبواب والنوافذ سيؤدي إلى ارتفاع ملحوظ في درجة الحرارة الداخلية وانعدام الارتياح الحراري.


التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء


فالطبقة الداخلية العازلة للحرارة لن تكون قادرة على امتصاص الحرارة بحكم انخفاض خاصية اختزانها للحرارة وتشكل في الوقت ذاته حاجزا أمام امتصاص الحرارة من قبل الطبقة الثقيلة الموجودة خلفها.
‏مما سبق يتضح مدى أهمية الاختيار الصحيح لموضع الطبقة العازلة للحرارة في تصميم المباني وذلك بما يتناسب مع طبيعة إشغال المبنى. ففي المباني ذات الإشغال الدائم، كالمباني السكنية مثلا، يجري اختيار أحد الطريقتين في العزل الحراري الخارجي أو الوسطي وبما يتلاءم مع سهولة التطبيق في المبنى المراد عزله حراريا. ففي حين تناسب طريقة العزل الحراري الوسطي المباني التقليدية ذات الواجهات الحجرية لكونها طريقة اقتصادية وسهلة التطبيق فإن كلا الحالتين من العزل الخارجي والوسطي يمكن تطبيقهما في المباني ذات الجدران المنشأة من الطوب. ويمثل العزل الحراري الخارجي ميزة إيجابية كبيرة في فصل الصيف في المباني الواقعة في المناطق شديدة الحرارة وذلك لما تتميز به الطبقة الداخلية من استجابة حرارية بطيئة.
‏أما طريقة العزل الحراري الداخلي فعلى الرغم من سلبياتها المذكورة في المباني دائمة الإشغال إلا أنها مناسبة في المباني المدفأة و/أو المكيفة والمستعملة لأغراض الإشغال البشري في أوقات معينة كالمكاتب والمدارس وقاعات الاجتماع. ففي الشتاء يتم تدفئة المكان في وقت قصير بسبب سرعة الاستجابة الحرارية للطبقة الداخلية مما يوفي الارتياح داخل المبنى بسرعة لمستخدميه حال دخولهم للمبنى. ولا يضير في ذلك انخفاض درجة الحرارة الداخلية بسرعة بعد مغادرة المكان وايقاف التدفئة. وكذلك الأمر في حال التكييف الصيفي حيث يتم الوصول إلى درجة الحرارة الداخلية إلى المستوى المحدد بسرعة حين تشغيل أجهزة التكييف مما يوفي الارتياح المطلوب دون الانتظار طويلا.

3- تأثير الحرارة على المبانى فى الصيف

‏تتعرض العناصر الخارجية للمباني خلال أيام الصيف لموجات حرارية دورية تؤدي إلى انتقال تيار حراري دوري عبر هذه العناصر إلى داخل المباني. ينتج عن ذلك حدوث ترددات في درجة الحرارة الداخلية ليلا ونهارا وبصورة دورية (شكل رقم 6) . ففي منتصف النهار تصل درجة حرارة السطوح الخارجية إلى ذروتها ثم تعاود الانخفاض لتصل إلى نهايتها الصغرى في الليل. تنتقل الموجة الحرارية إلى السطوح الداخلية لعناصر البناء (السقف والجدران الخارجية) بتأخر زمني قد يتراوح من وقت قصير نسبيا إلى ساعات طويلة. كما أن حدة الموجة الحرارية المؤثرة في الخارج تضعف أثناء انتقالها إلى الداخل حيث يعمل العنصر الإنشائي على إخماد وامتصاص جزء منها.
‏يسمى الفارق الزمني في وصول الموجة الحرارية من السطح الخارجي للعنصر الإنشائي إلى سطحه الداخلي بالتخلف الزمني  ويقاس بالساعات، بينما تسمى النسبة بين أقصى تغير في درجات حرارة السطح الداخلي للعنصر وأقصى تغير في درجات حرارة سطحه الخارجي خلال  24 ساعة بمعامل النقص (انظر الشكل رقم 6‏).
‏تعتمد سرعة انتقال الحرارة الخارجية إلى الداخل ومدى ارتفاع درجات الحرارة الواصلة الى السطوح الداخلية على نوع المواد التي تتكون منها العناصر الإنشائية من حيث الموصلية الحرارية والكثافة والسعة الحرارية النوعية والسماكة.
فالعناصر الإنشائية ذات المواد الثقيلة والاختزان الحراري العالي تعمل على امتصاص جزء كبير من الحرارة المؤثرة في الخارج قبل وصولها إلى السطح الداخلي وذلك بخلاف العناصر المكونة من مواد أقل كثافة. وتزداد فاعلية إخماد الموجة الحرارية المؤثرة بسماكة العنصر الإنشائي، حيث يلاحظ هذا في المباني ذات الجدران الحجرية السميكة والتي تتميز بجو مريح في الداخل خلال أيام الصيف الحار. كذلك يؤثر موضع العازل الحراري داخل العنصر سلبا أو إيجابا. فوضع العازل الحراري كطبقة داخلية من شأنه أن يؤدي إلى ترددات عالية في درجات الحرارة الداخلية والمتمثلة بمعامل نقص (µ) عالي وبالتالي إلى انعدام الارتياح الحراري داخل المباني في أيام الصيف مما يتطلب تزويدها بأجهزة تكييف للهواء. أما الحالات التي يوضع فيها العازل الحراري كطبقة وسطية أو خارجية فتمتاز بمعاملات نقص متدنية. لذا فإنه يتوجب أخذ هذه المؤثرات في الاعتبار حين تصمم المباني لتوفير الوقاية الحرارية في فصل الصيف. 

التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء

الجسور الحرارية

‏تعتبر الجسور الحرارية في العناصر الإنشائية الخارجية مواضع ضعف ذات تأثير سلبي يجب تلافي حدوثها من قبل المهندس المصمم. والجسور الحرارية هى التي تتعرض لفقدان حراري عال يزيد عن ذلك الحاصل من الأجزاء المجاورة لها. وتعرف هذه الجسور أيضأ بالجسور الباردة، حيث تكون درجة الحرارة عند هذه الجسور متدنية في فصل الشتاء مما يجعلها عرضة لخطر التكثف السطحي ونمو العفن دون غيرها من سطوح العناصر الإنشائية الأخرى المجاورة.
وفيما يلي بعض الطرق الإنشائية المتاحة لتجنب بعض هذه الجسور الحرارية: 

‏(أ) زوايا الأعمدة المسلحة وأعمدة التقوية في الجدران الخارجية:

‏تعتبر هذه المواقع من الجسور الحرارية التي كثيرا ما يتم إهمال عزلها حراريا في المباني المحلية حيث تشكل مساربا لفقدان حراري شديد يؤدي إلى تدني درجة حرارتها مما يجعلها عرضة للتكثف السطحي ويزيد من احتمال نمو العفن عليها. يبين الشكل رقم (7) الحل المقترح لمعالجة مثل هذه الجسور الحرارية بضرورة استمرارية العازل الحراري عند زوايا الجدار.

التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء

‏(ب) مواضع إلتقاء الجدران الخارجية بالسقف:

‏تشكل هذه المواضع وكما يتبين من الشكل رقم (8-أ) جسورا حرارية أخرى ذات فقدان حراري عالي. ويلاحظ تكون العفن في كثيرمن المباني عند هذه الزوايا لعدم استمرارية العزل الحراري عندها. ويتمثل التنفيذ الصحيح بتركيب عازل حراري يكون متصلا بطبقة العازل الحراري في الجدران وممتدا على الحافة السفلية للسقف إلى الداخل بمسافة لا تقل عن 50  سم كما هوموضح في الشكل رقم (8-ب). يوضع في هذه الحالة شبك معدني خفيف مباشرة تحت العازل الحراري المضاف من أجل تماسك أفضل مع قصاره السقف. 
التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء

(ج) زوايا إلتقاء الجدران الخارجية مع الأرضيات:

‏تمثل زوايا إلتقاء الجدران الخارجية مع الأرضيات مواضع أخرى يتم عندها فقد كبير للحرارة قد يؤدى إلى تكثف الرطوبة وتشكل العفن عند هذه المواضع. لذا فإنه من الضروري أن لا يكتفي عند عزل الجدران الخارجية حراريا بإيصال طبقة العزل الحراري إلى مستوى أرضية المبنى حيث يشكل الموضع تحت العازل الحراري مسربا مهما لفقدان الحرارة كما يتضح في الشكل رقم (9‏). ويمكن معالجة ذلك بإكمال الطبقة العازلة للحرارة لتمتد إلى مسافة لا تقل عن 50  سم.


التصميم الحرارى للمبانى لترشيد استهلاك الكهرباء