أسئلة شائعة حول مضخات الحرارة من الهواء إلى الماء

أجهزة ضخ الحرارة هي نوع من أنظمة التدفئة والتبريد التي تشتهر بتنوعها وكفاءتها. فهي تختلف عن وحدات التكييف القياسية، وأحيانًا يستخدم مصطلح 'جهاز ضخ الحرارة' كعبارة شاملة لأنواع عديدة من أنظمة التدفئة والتبريد (HVAC). لذلك، سنحاول في هذه المقالة الإجابة على أسئلة مثل:

س. ما هو جهاز ضخ الحرارة؟

ج. جهاز ضخ الحرارة هو تقنية كهربائية قديمة ومعروفة بكفاءتها العالية وتُستخدم للتدفئة والتبريد في المساحات، تسخين المياه، وجفاف الملابس. تعتمد أجهزة ضخ الحرارة على مواد التبريد والتكنولوجيا نفسها المستخدمة في الأجهزة الشائعة للتكييف، لكنها تختلف عن أجهزة التكييف لأنها توفر أنواعًا مختلفة من التدفئة لمنزلك.

س. ما هي أنواع الأجهزة والمعدات المختلفة لأجهزة ضخ الحرارة المستخدمة في المنازل؟

تُستخدم مضخات الحرارة في المنازل بشكل شائع لتسخين وتهوية المساحات وتوفير المياه الساخنة. أنظمة مضخات الحرارة الأكثر شيوعًا المستخدمة لتسخين وتهوية المساحات (وأحيانًا تُسمى "تحسين جودة الهواء") تقوم بتبادل الحرارة بين الهواء الداخلي والخارجي، ويُشار إليها باسم أنظمة "مصدر الهواء" أو "هواء إلى هواء". أما مسخنات المياه التي تعمل بنظام مضخات الحرارة فتُعرف بأنظمة "هواء إلى ماء" وتُركب بشكل منفصل لتوفير الماء الساخن للدش والمغاسل مثل المسخنات التقليدية. مضخات الحرارة الجيothermal المستخدمة لتحسين جودة الهواء (راجع التفاصيل أدناه) هي أنظمة "ماء إلى هواء" أو "ماء إلى ماء". وأخيرًا، يتم استخدام تقنية مضخات الحرارة أيضًا في أجهزة تجفيف الملابس.

س. ما هي مزايا مضخات الحرارة؟

أ. على عكس الأنظمة التي تحترق فيها الغازات لإنتاج الحرارة، لا تطلق مضخات الحرارة غازات الدفيئة في الغلاف الجوي أثناء التشغيل. يمكن لمضخات الحرارة أن تعمل بالكهرباء المولدة من أنظمة الطاقة الشمسية فوق أسطح المنازل أو من مصادر المرافق. اعتمادًا على كفاءة نظامك الحالي وما إذا كنت تقوم أيضًا بتحسينات على القنوات الهوائية وأعمال أخرى لسد الفجوات، فمن المحتمل أن يكون فاتورتك السنوية للمرافق أقل مع نظام مضخة الحرارة. النهج الأكثر عملية هو استبدال الأنظمة القديمة التي على وشك الفشل بأنظمة أكثر كفاءة بشكل عام لمضخات الحرارة. يجب أن تكون تكاليف المشروع حوالي 600 إلى 2700 دولار أمريكي أقل لاستبدال كل من التكييف والفرن بمضخة حرارة بدلاً من استبدالهما بتكييف جديد وفرن. تم حساب هذه التكاليف بمتوسطها على مجموعة من الكفاءات والأحجام واستُخلصت من دليل التقديرات والاستبيانات الخاصة بالمتعهدين.

س. هل هناك حوافز لمضخات الحرارة؟

نعم! في مقاطعة يولا، يسمح برنامج TECH Clean California الجديد للمقاولين المشاركين بتحقيق مكافآت تتراوح بين 3000 إلى 4800 دولار أمريكي كإعانات لمضخات حرارة تكييف الهواء، بناءً على الوقود وكفاءة الأنظمة الموجودة، بالإضافة إلى إعانات إضافية إذا تم تنفيذ ختم القنوات وحسابات الحجم التفصيلية. كما تتوفر إعانات لمضخات حرارة المياه تصل إلى 3800 دولار يمكن تركيبها من قبل السباكين، وللمباني السكنية متعددة الوحدات، هناك إعانة إضافية قدرها 2800 دولار لتحديث اللوح الكهربائي عند الحاجة. يتم تقديم إعانات مشابهة للشقق السكنية متعددة العائلات. ابحث عن المقاولين المشاركين في موقع برنامج TECH.

إن حوافز برنامج TECH الجديد مصممة لتتكامل مع الموجودة حالياً برنامج إعانة المنزل المريح من خلال PG&E الذي يعرض كلا الإعانات جنبًا إلى جنب على موقعها الإلكتروني.

لماذا يجب أن أخطط لاستبدال أنظمتي الحالية بمضخات حرارة الآن؟

أ. إذا انتظرت حدوث عطل، فمن المحتمل أنك ستحتاج إلى نظام جديد بسرعة، مما لا يمنحك الوقت الكافي لاختيار مضخة الحرارة الأنسب لك. إذا كان جهاز التكييف الخاص بك عمره أكثر من 15 عامًا، أو خاصة إذا كان يعاني من أعطال، فإن الحصول على ثلاث عروض من المقاولين المشاركين الآن سيسمح لك تجنب اتخاذ قرارات مرهقة في موقف عاجل. بالإضافة إلى ذلك، لم تكن الحوافز أفضل من أي وقت مضى: من المقرر أن ينتهي برنامج TECH في ديسمبر 2025 (برنامج المنزل المريح، الذي يشكل جزءًا صغيرًا جدًا من الحوافز، يتم تجديده سنويًا).

س. هل هناك أمور أخرى يجب أن أفكر فيها؟

نعم تمامًا! خاصة إذا كنت تعيش في منزل قديم وشبكات الهواء موجودة في السطح، يجب أن تفكر بجدية في إزالة عزل السقف، وإغلاق تسربات الهواء في السقف، واستبدال شبكات الهواء بشبكات جديدة معزولة على الأقل إلى R-6. يجب تركيب شبكات الهواء بحيث تكون مستقرة على أرضية السطح، ثم يمكن وضع عزل جديد بدرجة R-49 (أو أفضل) فوق شبكات الهواء لزيادة العزل. يمكن أيضًا تقصير طول شبكات الهواء لتقليل المساحة السطحية والخسائر الحرارية. وأخيرًا، بدلاً من تركيب نظام بنفس الحجم كما كان سابقًا، يجب تحديد حجم المضخة الحرارية الجديدة بناءً على تقليل الحمل الحراري والبرودي وتقليل خسائر شبكات الهواء. هذه هي الأمور الأكثر أهمية التي يمكنك القيام بها لتقليل استهلاك الطاقة السنوي والتكلفة وتحسين الراحة.

س. لقد سمعت الكثير عن "المقاطع المصغرة". هل هم أيضًا مضخات حرارية؟

نعم. معظم المنازل ذات الوحدة السكنية تحتوي على نظام تدفئة وتبريد مركزي يخدم كل غرفة باستخدام قنوات توصيل الهواء عبر فتحات التهوية. يمكن لأنظمة التبريد والتدفئة التقليدية وأنظمة مضخات الحرارة استخدام القنوات، ولكن خلال العقد الماضي أصبحت مضخات الحرارة "المصغرة" أو "بدون قنوات" شائعة أيضًا. تحتوي المضخات المصغرة على قدرة أقل في التدفئة والتبريد مقارنة بأنظمة مضخات الحرارة المركزية التي تعتمد على القنوات، وعادة ما تخدم غرفة أو غرفتين فقط من الصعب تسخينهما أو تبريدهما باستخدام النظام المركزي بسبب عدة أسباب. باستخدام وحدات "رأسية" مثبتة على الحائط أو السقف، تكون مضخات الحرارة المصغيرة أكثر كفاءة. ومع ذلك، فإن معظم المنازل ستحتاج إلى أكثر من وحدة واحدة لتغطية عدة غرف، وقد تصبح تكلفة معالجة المنزل بالكامل بهذه الطريقة غير مجدية اقتصاديًا. على الرغم من هذه الفروقات، تعمل المضخات المصغرة على نفس المبادئ مثل مضخات الحرارة وهي مؤهلة لنفس类型的 الاستردادات.

ما هي أنظمة "هجينة" أو ثنائية الوقود؟

عندما تقترب درجات الحرارة من النقطة التجمدية، يمكن أن تكون مكيفات الهواء ذات "المصدر الهوائي" أقل كفاءة لأنها تحتاج إلى التوقف لفترة قصيرة لذوبان الجليد عن线圈 الخارجي (بإعادة العملية والانتقال مؤقتًا إلى وضع التبريد لذوبان الجليد عن الخطاف). أحد الحلول لهذه المشكلة هو الأنظمة الهجينة أو ثنائية الوقود. تتضمن الأنظمة الهجينة أو ثنائية الوقود مدفأة تعمل بالغاز الطبيعي لتغطية الأوقات التي لا تستطيع فيها المضخات الحرارية تقديم التدفئة الكافية بسرعة أو كفاءة (في الأيام الباردة أو عند التعافي من انخفاض درجة الحرارة أثناء الليل أو الإجازات). يمكن أن توفر الأنظمة الهجينة الطمأنينة للأشخاص الذين يترددون في التخلص الكامل من الغاز الطبيعي.

س. كم ستكلفني ترقية خدمة الكهرباء؟

أ. المنازل المبنية قبل عام 1990 قد تحتاج إلى زيادة سعة الخدمة الكهربائية لاستيعاب العبء الإضافي الناتج عن أنظمة مضخات الحرارة. إذا كان لوحة التوزيع الكهربائي الموجود لديك مصنفًا بـ 200 أمبير أو أكثر، باستثناءات نادرة، فإنه يجب أن يدعم نظام تدفئة وتبريد مضخة الحرارة، ومدفأة المياه التي تعمل بنظام مضخة الحرارة، وشاحن السيارة الكهربائية. متوسط تكلفة ترقية الخدمة الكهربائية حوالي 3,000 دولار. بالنسبة للمنازل القديمة التي يتم خدمتها بواسطة أسلاك معلقة أو المنازل الأحدث ذات الخدمة الأرضية مع الأسلاك العابرة عبر الأنابيب، فإن التكلفة نسبيًا منخفضة. تكون عمليات ترقية الخدمات أعلى حيث يتم دفن الأسلاك مباشرة ويجب تركيب أنابيب وأسلاك جديدة.

س. هل أحتاج إلى مقاومة كهربائية "شرائط التدفئة" كجزء من نظام مضخة الحرارة الخاص بي؟

شريطات الحرارة هي ميزة تسخين إضافية أقل كفاءة تُركب أحيانًا من قبل المقاولين لتوفير التدفئة الإضافية أثناء الطقس البارد جدًا (ودورة إذابة ثلج مضخة الحرارة). يعتقد بعض المقاولين أن شريطات الحرارة ليست ضرورية في مناخنا إذا تم تصميم الأنظمة بشكل صحيح باستخدام حسابات الحمل الدقيقة، وخاصة إذا كانت الأنابيب داخل المساحة المشذبة أو مغلقة ومعزولة جيدًا في السطح. لا تستخدم مضخات الحرارة المصغرة ذات الضواغط بسرعات متغيرة شريطات الحرارة. كما أن شريطات الحرارة تتطلب دائرة كهربائية مخصصة بجهد 240 فولت مما يضيف إلى التكاليف.

س. أنا بصدد بناء منزل جديد، ما نوع أنظمة التدفئة التي يجب أن أفكر فيها؟

أ. من منظور تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة، فإن التكييف الكهربائي وتسخين المياه هما الخياران الوحيدان. الانتقال إلى النظام الكهربائي بالكامل باستخدام مراوح الحرارة وأسطح الطهي بالاستقراء أكثر تكلفة في التركيب، لكن - بالنسبة لبناء المنازل الجديدة - يتم تعويض هذه التكلفة بإلغاء تكلفة تركيب أنابيب الغاز. بالإضافة إلى ذلك، يتم القضاء على الرسوم المستمرة لخدمة الغاز، سواء تم استهلاك الغاز أم لا. بما أن المنازل الجديدة مطلوب لها أن تكون مزودة بأنظمة الطاقة الشمسية فوق السطح في كاليفورنيا، فمن المرجح أن يؤدي إنتاج الكهرباء المحلي إلى تقليل تكاليف التشغيل.

س. كيف تعمل مراوح الحرارة؟

أ. تمامًا كما يجري الماء نحو الأسفل تحت تأثير الجاذبية، فإن "الحرارة" تتدفق بشكل طبيعي من "الساخن" إلى "البارد" تحت تأثير القوى الحرارية الديناميكية. وبنفس الطريقة التي يمكن بها للكهرباء تشغيل مضخة مياه لضخ الماء صعودًا، يمكن أيضًا استخدامها لنقل الحرارة من البارد إلى الساخن باستخدام دورة التبريد. على سبيل المثال، تعمل الثلاجات وال conditioners الهوائية على استخراج الحرارة من داخل غلاف عازل و"ضخ"ها إلى البيئة المحيطة. ويمكن لمضخات الحرارة أن تعمل في الاتجاهين، أي أنها يمكن أن تنقل الحرارة من الداخل إلى الخارج (تبريد) ومن الخارج إلى الداخل (تدفئة).

للتبريد، يوجد مضغوط داخل الوحدة الخارجية "وحدة المكثف" يقوم بضغط غاز التبريد، مما يرفع درجة حرارته. يتم تبريد الغاز الساخن وتبريده إلى سائل عن طريق تشغيله عبر لفافة مبردة بالمحرك存在于 المكثف. يتم نقل السائل البارد إلى لفافة أخرى تقع في وحدة التعامل مع الهواء الداخلي حيث يمر عبر جهاز توسع، وعندما يتغير التبريد إلى غاز مرة أخرى، فإنه يمتص الحرارة من اللفافة. ولتقديم التدفئة، يتم عكس العملية، ويتم تكثيف التبريد في اللفافة الداخلية حيث يطلق الحرارة والسائل يتوسع في اللفافة الخارجية حيث يسحب الحرارة من الهواء الخارجي.

المرجع هو من ديفيد كول، شكراً!