شترستوك

أصبحت المضخات الحرارية منتشرة في جميع أنحاء العالم الذي يتعين عليه خفض انبعاثات الكربون بسرعة مع خفض تكاليف الطاقة. في المباني ، تحل محل تدفئة الأماكن وتسخين المياه - وتوفر التبريد كمكافأة.

تستخرج المضخة الحرارية الحرارة من الخارج ، وتركزها (باستخدام ضاغط كهربائي) لرفع درجة الحرارة ، وتضخ الحرارة إلى المكان المطلوب. في الواقع ، تمتلك ملايين المنازل الأسترالية بالفعل مضخات حرارية على شكل ثلاجات ومكيفات هواء ذات دورة عكسية تم شراؤها للتبريد. يمكنهم التسخين أيضًا ، وتوفير الكثير من المال مقارنة بأشكال التدفئة الأخرى!

حتى قبل القيود المفروضة على إمدادات الغاز الروسي ، العديد من الدول الأوروبية كانوا يطرحون مضخات حرارية - حتى في المناخات الباردة. حاليا، السياسات الحكومية تسرع التغيير. الولايات المتحدة ، التي كان لديها غاز رخيص للغاية في السنوات الأخيرة ، انضمت إلى الاندفاع: انضم الرئيس جو بايدن معلن تعتبر المضخات الحرارية "ضرورية للدفاع الوطني" ويجب زيادة الإنتاج المطلوب.

تشجع حكومة ACT كهربة المباني باستخدام المضخات الحرارية ، وهي كذلك النظر في التشريعات لتفويض هذا في التطورات السكنية الجديدة. أطلقت الحكومة الفيكتورية مؤخرًا ملف خارطة طريق استبدال الغاز وتقوم بإعادة صياغة برامج الحوافز الخاصة بها تجاه المضخات الحرارية. الولايات والأقاليم الأخرى أيضا تراجع السياسات.

ما حجم التوفير في تكلفة الطاقة؟

بالنسبة إلى سخان المروحة الكهربائية أو خدمة الماء الساخن الكهربائية التقليدية ، أحسب أن المضخة الحرارية يمكن أن توفر 60-85٪ من تكاليف الطاقة ، وهو نطاق مشابه لـ تقديرات الحكومة ACT.

تعتبر المقارنات مع الغاز صعبة ، حيث تختلف الكفاءات وأسعار الطاقة كثيرًا. عادة ، على الرغم من أن المضخة الحرارية تكلف حوالي نصف تكلفة الغاز للتدفئة. إذا كنت تستخدمه لتشغيل مضخة حرارية بدلاً من تصدير ناتجك الشمسي الزائد على السطح ، فأعتقد أنه سيكون أرخص بنسبة 90٪ من الغاز.

مضخات الحرارة جيدة أيضًا للمناخ. تُظهر حساباتي أن المضخة الحرارية النموذجية التي تستخدم متوسط ​​الكهرباء الأسترالية من الشبكة ستخفض الانبعاثات بحوالي الربع مقارنة بالغاز وثلاثة أرباع نسبة إلى مروحة كهربائية أو سخان لوحة.

إذا استبدلت المضخة الحرارية عالية الكفاءة تسخين الغاز غير الفعال أو كانت تعمل بشكل أساسي على الطاقة الشمسية ، فقد تكون التخفيضات أكبر بكثير. تتسع الفجوة حيث تحل الكهرباء المتجددة عديمة الانبعاثات محل توليد الفحم والغاز ، وتصبح المضخات الحرارية أكثر كفاءة. البيانات: خارطة طريق ولاية فيكتوريا لإحلال الغاز لعام 2022, CC BY

كيف تعمل مضخات الحرارة؟

تحقق المضخات الحرارية المتاحة اليوم كفاءة بنسبة 300-600٪ - أي ، لكل وحدة من الكهرباء المستهلكة ، تنتج ثلاث إلى ست وحدات من الحرارة. يمكن أن تعمل المضخات الحرارية في ظروف التجميد أيضًا.

كيف يكون هذا ممكنا ، عندما تكون أقصى كفاءة للسخانات الكهربائية والغازية التقليدية 100٪ ، والهواء البارد بارد؟

إنه ليس سحر. فكر في ثلاجتك ، وهي عبارة عن مضخة حرارة صغيرة. يوجد داخل الثلاجة لوحة باردة تسمى المبخر. تمتص الحرارة من الطعام الدافئ والمصادر الأخرى ، لأن الحرارة تتدفق بشكل طبيعي من جسم دافئ إلى جسم أكثر برودة. يعمل المحرك الكهربائي الموجود أسفل الثلاجة على تشغيل ضاغط يقوم بتركيز الحرارة على درجة حرارة أعلى ، والتي يتم التخلص منها في مطبخك. تسخن جوانب الثلاجة النموذجية ومؤخرتها عند حدوث ذلك. لذلك تقوم ثلاجتك بتبريد الطعام أثناء تسخين المطبخ قليلاً.

تخضع المضخة الحرارية لقوانين الديناميكا الحرارية ، والتي تسمح لها بالعمل بكفاءات تتراوح من 200٪ إلى أكثر من 1,000٪ نظريًا. ولكن كلما زاد الاختلاف في درجة الحرارة ، قلت كفاءة المضخة الحرارية.

 إذا احتاجت المضخة الحرارية إلى سحب الحرارة من البيئة ، فكيف يمكن أن تعمل في الطقس البارد؟ تذكر أن ثلاجتك تحافظ على حجرة الفريزر باردة أثناء ضخ الحرارة في مطبخك. تلعب قوانين الفيزياء دورًا. ما نختبره بدرجة حرارة باردة هو في الواقع شديد الحرارة: كل شيء نسبي.

الفضاء الخارجي قريب من درجة الحرارة المعروفة بالصفر المطلق، أو صفر درجة كلفن، أو -273 درجة مئوية. إذن درجة الحرارة 0؟ (حيث يتجمد الماء)، أو حتى درجة حرارة الفريزر الموصى بها والتي تبلغ -18 درجة مئوية، هي في الواقع ساخنة جدًا بالنسبة للفضاء الخارجي.

تكمن المشكلة الرئيسية لمضخة الحرارة في الطقس "البارد" في أن الجليد يمكن أن يتشكل على مبادلها الحراري ، حيث يبرد بخار الماء في الهواء ويتكثف ، ثم يتجمد. يحجب هذا الجليد تدفق الهواء الذي يوفر عادة الهواء "الساخن" لمضخة الحرارة. يمكن تصميم مضخات الحرارة لتقليل هذه المشكلة.

كيف تختار المضخة الحرارية المناسبة لمنزلك؟

قد يكون اختيار مضخة حرارية مناسبة (المعروفة أكثر باسم مكيف الهواء ذي الدورة العكسية) أمرًا صعبًا ، حيث يتم استخدام معظم المستشارين لمناقشة خيارات الغاز. موارد مثل yourhome.gov.au, Choice.com.au وصفحة Facebook الشعبية بلدي كفاءة الكهربائية الرئيسية يمكن أن تساعد.

يجب أن تحمل جميع الوحدات المنزلية ملصقات الطاقة (انظر powerrated.gov.au): كلما زاد عدد النجوم كلما كان ذلك أفضل. المستقل فير إير تتيح لك حاسبة الويب تقدير متطلبات التدفئة والتبريد للمنزل والحجم المطلوب للحفاظ على الراحة.

المضخات الحرارية الأكبر أغلى ثمناً ، لذا فإن زيادة الحجم غير الضرورية يمكن أن تكلف الكثير. أيضًا ، تسمح لك المسودات العازلة والختم وتدابير كفاءة البناء الأخرى بشراء مضخة حرارية أصغر وأرخص والتي ستستخدم طاقة أقل وتوفر راحة أفضل.

عند استخدام المضخة الحرارية ، من المهم جدًا تنظيف الفلتر كل بضعة أشهر. يقلل الفلتر المسدود الكفاءة وإخراج التدفئة والتبريد. إذا كان لديك مضخة حرارية قديمة لم تعد توفر قدرًا كبيرًا من الحرارة (أو التبريد) ، فربما فقدت بعض مادة التبريد وتحتاج إلى إعادة تعبئة.

نبذة عن الكاتب

آلان بيرز، زميل أول في الصناعة ، جامعة RMIT

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.