الأسئلة الشائعة حول مضخات الحرارة من الهواء إلى الماء

المضخات الحرارية هي نوع من أنظمة التدفئة والتبريد التي تحظى بشعبية كبيرة بسبب تنوعها وكفاءتها. وهي تختلف عن وحدات تكييف الهواء القياسية، ويُستخدم مصطلح "المضخة الحرارية" أحيانًا للإشارة إلى عدة أنواع من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. لذا، في هذه المقالة سنهدف إلى الإجابة على أسئلة مثل:

س. ما هي المضخة الحرارية؟

أ. المضخة الحرارية هي تقنية راسخة وعالية الكفاءة تعمل بالكهرباء وتستخدم في تدفئة وتبريد المساحات وتسخين المياه وتجفيف الملابس. تستخدم المضخات الحرارية مادة مبردة وتقنية مشابهة جدًا لتلك المستخدمة في مكيفات الهواء العادية، ولكن على عكس مكيفات الهواء، يمكن للمضخات الحرارية أيضًا توفير أنواع مختلفة من التدفئة لمنزلك.

س. ما هي أنواع الأجهزة والمعدات المضخة الحرارية المختلفة المستخدمة في المنازل؟

أ. تُستخدم المضخات الحرارية في المنازل بشكل شائع لتدفئة وتبريد المساحات وتسخين المياه. تتبادل المضخات الحرارية الأكثر شيوعًا المستخدمة لتدفئة وتبريد المساحات (والتي تسمى أحيانًا "تكييف المساحات") الحرارة بين الهواء الداخلي والخارجي ويشار إليها باسم "مصدر الهواء" أو أنظمة "الهواء إلى الهواء". يُشار إلى سخانات المياه بالمضخات الحرارية باسم أنظمة "الهواء إلى الماء" ويتم تركيبها بشكل منفصل لتسخين المياه للاستحمام والمغاسل تمامًا مثل سخانات المياه التقليدية. مضخات الحرارة الجوفية المستخدمة لتكييف المساحات (انظر التفاصيل أدناه) هي أنظمة "ماء إلى هواء" أو "ماء إلى ماء". أخيرًا، تُستخدم تقنية المضخات الحرارية أيضًا في أجهزة تجفيف الملابس.

س. ما هي مزايا المضخات الحرارية؟

أ. على عكس الأنظمة التي تحرق الغاز لتوليد الحرارة، لا تطلق المضخات الحرارية غازات الدفيئة في الغلاف الجوي أثناء التشغيل. يمكن تشغيل المضخات الحرارية بالكهرباء المولدة من أنظمة الطاقة الشمسية على أسطح المنازل أو مصادر المرافق. اعتمادًا على كفاءة نظامك الحالي وما إذا كنت تقوم أيضًا بتحسينات في القنوات وإجراءات أخرى للإغلاق، فمن المرجح أن تكون فاتورة المرافق السنوية أقل مع نظام المضخة الحرارية. النهج الأكثر عملية هو استبدال الأنظمة القديمة الجاهزة للفشل بأنظمة مضخات حرارية أكثر كفاءة بشكل عام. يجب أن تكون تكاليف المشروع أقل بحوالي 600 إلى 2,700 دولار لاستبدال كل من مكيف الهواء والفرن بمضخة حرارية، بدلاً من مكيف هواء وفرن جديدين. تم حساب متوسط ​​هذه التكاليف على مدى مجموعة من الكفاءات والأحجام وتم استخلاصها من أدلة التقدير واستطلاع للمقاولين.

س. هل هناك حوافز للمضخات الحرارية؟

ج. نعم! في مقاطعة يولو، يسمح برنامج TECH Clean California الجديد للمقاولين المشاركين بكسب ما بين 3000 إلى 4800 دولار أمريكي كخصومات على مضخات الحرارة لتكييف المساحات، اعتمادًا على الوقود وكفاءة الأنظمة الحالية، بالإضافة إلى خصومات إضافية إذا تم إجراء سد القنوات وحسابات الحجم التفصيلية. تتوفر أيضًا خصومات على سخانات المياه بمضخة الحرارة تصل إلى 3800 دولار أمريكي، والتي يمكن تركيبها بواسطة السباكين، وفي الإعدادات السكنية متعددة العائلات، يوجد 2800 دولار أمريكي إضافية للترقيات المطلوبة للوحة الكهربائية. يتم توفير خصومات مماثلة للشقق متعددة العائلات. ابحث عن المقاولين المشاركين على موقع برنامج TECH على الويب.

تم تصميم حوافز برنامج TECH الجديد لتتوافق مع الحوافز الحالية خصم على المنزل المريح البرنامج من خلال شركة PG&E التي يعرض موقعها الإلكتروني كلا الخصمين جنبًا إلى جنب.

س. لماذا يجب أن أقوم بوضع خطة لاستبدال أنظمتي الحالية بمضخات حرارية الآن؟

أ. إذا انتظرت حتى حدوث عطل، فمن المحتمل أنك ستحتاج إلى نظام جديد بسرعة، وهو ما لا يمنحك الوقت لاختيار مضخة الحرارة المناسبة لك. إذا كان عمر مكيف الهواء لديك أكثر من 15 عامًا، أو خاصة إذا كان معطلاً، فإن الحصول على ثلاثة عروض من المقاولين المشاركين الآن سيسمح لك بتجنب القرارات المرهقة في المواقف العاجلة. بالإضافة إلى ذلك، لم تكن الحوافز أفضل من أي وقت مضى: من المقرر أن ينتهي برنامج TECH في ديسمبر 2025 (يتم تجديد برنامج المسكن المريح، الذي يشكل جزءًا أصغر بكثير من الحوافز، سنويًا).

س. هل هناك أشياء أخرى ينبغي أن أفكر فيها؟

ج. بالتأكيد! وخاصة إذا كنت تعيش في منزل قديم وكانت القنوات في العلية، فيجب أن تفكر بجدية في إزالة عزل السقف، وسد تسربات الهواء في السقف، واستبدال القنوات بقنوات جديدة معزولة بما لا يقل عن R-6. يجب تركيب القنوات بحيث تستقر على أرضية العلية، ثم يمكن نفخ عزل جديد R-49 (أو أفضل) فوق القنوات لتوفير عزل إضافي. يمكن أيضًا تقصير مسارات القنوات لتقليل مساحة السطح والخسائر الحرارية. أخيرًا، بدلاً من تركيب نفس حجم النظام كما كان من قبل، يجب تحديد حجم مضخة الحرارة الجديدة بحيث تأخذ في الاعتبار انخفاض حمل التدفئة والتبريد وتقليل خسائر القنوات. هذه هي أهم الأشياء التي يمكنك القيام بها لتقليل استخدام الطاقة في المنزل والتكاليف السنوية، وتحسين الراحة.

س. لقد سمعت كثيرًا عن "الوحدات المنفصلة الصغيرة". هل هي عبارة عن مضخات حرارية أيضًا؟

ج. نعم. تحتوي معظم المنازل العائلية على نظام تدفئة وتبريد "مركزي" يخدم كل غرفة باستخدام قنوات تقوم بتوصيل الهواء عبر السجلات. يمكن لكل من الأنظمة التقليدية وأنظمة المضخات الحرارية استخدام القنوات، ولكن على مدار العقد الماضي أصبحت المضخات الحرارية "المنقسمة الصغيرة" أو "بدون قنوات" شائعة أيضًا. تتمتع أنظمة التكييف المنفصلة الصغيرة بسعة تدفئة وتبريد أقل من أنظمة المضخات الحرارية المركزية المقسمة وعادةً ما تخدم غرفة أو غرفتين فقط يصعب تدفئتهما أو تبريدهما باستخدام نظام مركزي مقسم لأسباب متنوعة. باستخدام "رؤوس" مثبتة على الحائط أو السقف، تميل مضخات الحرارة المنفصلة الصغيرة إلى أن تكون أكثر كفاءة. ومع ذلك، تتطلب معظم المنازل أكثر من وحدة لتغطية غرف متعددة، وقد تصبح تكلفة معالجة المنزل بالكامل بهذه الطريقة باهظة التكلفة. وعلى الرغم من هذه الاختلافات، تعمل أنظمة التكييف المنفصلة الصغيرة على نفس مبادئ المضخات الحرارية وهي مؤهلة للحصول على خصومات مماثلة أيضًا.

س. ما هي أنظمة الوقود الهجينة أو المزدوجة؟

أ. عندما تقترب درجات الحرارة من التجمد، يمكن أن تكون مضخات الحرارة "المصدرة للهواء" أقل كفاءة لأنها تحتاج إلى التوقف مؤقتًا لإزالة الجليد من الملف الخارجي (عن طريق عكس الدورة والانتقال لفترة وجيزة إلى وضع التبريد لإذابة الجليد من الملف). أحد الأساليب لمعالجة هذا القيد هو الأنظمة الهجينة أو ثنائية الوقود. تتضمن الأنظمة الهجينة أو ثنائية الوقود فرن غاز طبيعي لتغطية الأوقات التي لا تستطيع فيها المضخات الحرارية توفير تدفئة كافية بسرعة أو بكفاءة (في الأيام الباردة أو عند التعافي من انتكاسة ليلية أو إجازة). يمكن أن توفر الأنظمة الهجينة راحة البال للأفراد المترددين في التخلص من الغاز الطبيعي تمامًا.

س. ما هي التكلفة التي سأتحملها إذا كان عليّ ترقية الخدمة الكهربائية الخاصة بي؟

أ. قد تتطلب المنازل التي بُنيت قبل عام 1990 زيادة سعة الخدمة الكهربائية لاستيعاب الحمل الإضافي من أنظمة المضخات الحرارية. إذا كانت اللوحة الكهربائية الحالية لديك مقدرة بـ 200 أمبير أو أكثر، مع استثناءات نادرة، فيجب أن تدعم نظام التدفئة والتبريد بالمضخة الحرارية، وسخان المياه بالمضخة الحرارية، وشاحن السيارة الكهربائية. يبلغ متوسط ​​تكلفة ترقية الخدمة الكهربائية حوالي 3,000 دولار. بالنسبة للمنازل القديمة التي تخدمها الأسلاك العلوية أو للمنازل الأحدث التي تخدمها الأسلاك تحت الأرض من خلال الأنابيب، تكون التكلفة منخفضة نسبيًا. تكون ترقيات الخدمة أعلى حيث يتم دفن الأسلاك مباشرة ويجب تركيب أنابيب وأسلاك جديدة.

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

أ. تعتبر شرائح التدفئة ميزة تدفئة مساعدة أقل كفاءة يتم تركيبها أحيانًا بواسطة المقاولين لتوفير تدفئة تكميلية أثناء الطقس البارد جدًا (ودورات إزالة الجليد من المضخة الحرارية). يعتقد بعض المقاولين أن شرائح التدفئة ليست ضرورية في مناخنا إذا تم تصميم الأنظمة بشكل صحيح مع حسابات الحمل الدقيقة وخاصة إذا كانت القنوات في مساحة مكيفة أو محكمة الغلق ومعزولة جيدًا في العلية. لا تستخدم مضخات الحرارة المنقسمة الصغيرة ذات ضواغط السرعة المتغيرة شرائح التدفئة. تتطلب شرائح التدفئة أيضًا دائرة مخصصة 240 فولت مما يزيد من التكاليف.

س. أنا أقوم ببناء منزل جديد، ما هي أنواع أنظمة التدفئة التي يجب أن أفكر فيها؟

أ. من منظور الحد من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري، فإن تكييف الهواء وتسخين المياه باستخدام الكهرباء هما الخياران الوحيدان. إن التحول إلى الكهرباء بالكامل مع مضخات الحرارة ومواقد الحث الحراري أكثر تكلفة في التركيب، ولكن - بالنسبة لبناء المنازل الجديدة - يتم تعويض هذه التكلفة من خلال التخلص من تكلفة تركيب أنابيب الغاز. كما يتم التخلص من رسوم خدمة الغاز المستمرة، سواء تم استهلاك الغاز أم لا. نظرًا لأن المنازل الجديدة ملزمة بتركيب أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح في كاليفورنيا، فمن المرجح أن يؤدي توليد الكهرباء في الموقع إلى تقليل تكاليف التشغيل.

س. كيف تعمل المضخات الحرارية؟

أ. تمامًا كما يتدفق الماء إلى أسفل تحت تأثير قوة الجاذبية، يتدفق "الساخن" بشكل طبيعي إلى "البارد" تحت تأثير القوى الديناميكية الحرارية. وكما يمكن للكهرباء تشغيل مضخة مياه لضخ الماء إلى أعلى، فيمكن أيضًا استخدامها لنقل الحرارة من البارد إلى الساخن باستخدام دورة التبريد. على سبيل المثال، تستخرج الثلاجات ومكيفات الهواء الحرارة من داخل حاوية معزولة و"تضخها" إلى البيئة المحيطة. يمكن أن تعمل المضخات الحرارية في كلا الاتجاهين، أي أنها يمكنها نقل الحرارة من الداخل إلى الخارج (التبريد) ومن الخارج إلى الداخل (التدفئة).

لتوفير التبريد، يضغط الضاغط الموجود داخل وحدة "المكثف" الخارجية غاز التبريد، مما يرفع درجة حرارته. يتم تبريد الغاز الساخن وتكثيفه إلى سائل عن طريق تشغيله عبر ملف مبرد بمروحة في المكثف. يتم توصيل السائل المبرد بملف آخر يقع في معالج الهواء الداخلي حيث يمر عبر جهاز تمدد، وعندما يتحول المبرد مرة أخرى إلى غاز، فإنه يمتص الحرارة من الملف. لتوفير التدفئة، يتم عكس العملية، حيث يتم تكثيف المبرد في الملف الداخلي حيث ينبعث منه الحرارة ويتمدد السائل في الملف الخارجي حيث يسحب الحرارة من الهواء الخارجي.

المرجع من Cool David، شكرًا لك!