اقتباسات من الخبراء حول كفاءة مضخات الحرارة – الصورة: xpert.digital
كفاءة المضخات الحرارية: بديل مستدام لأنظمة التدفئة الأحفورية
أصبحت المضخات الحرارية أكثر أهمية بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة، خاصة في سياق تحول الطاقة وحماية المناخ. تعتبر واحدة من أكثر التقنيات كفاءة وصديقة للبيئة لتدفئة المباني. ولكن ما الذي يجعل المضخات الحرارية مميزة جدًا ولماذا ينظر إليها الخبراء كحل موجه نحو المستقبل؟ تسلط هذه المقالة الضوء على أهم جوانب كفاءة المضخة الحرارية، مكملة بحقائق وتفسيرات مثيرة للاهتمام.
1. الكفاءة والفعالية
وظائف وكفاءة المضخات الحرارية
تستخدم المضخات الحرارية الطاقة المخزنة في البيئة لتدفئة المباني أو تبريدها. فهي تستخرج الحرارة من الهواء المحيط أو التربة أو المياه الجوفية وتحولها إلى طاقة تسخين قابلة للاستخدام. والميزة الكبرى لهذه التكنولوجيا هي أنها توفر حرارة أكثر عدة مرات لكل كيلووات ساعة من الكهرباء المستخدمة. وفقًا لمزود خدمات الطاقة GASAG، تحقق المضخات الحرارية كفاءات تتراوح من 250 إلى 500 بالمائة. وهذا يعني أنها يمكن أن تولد حوالي 2.5 إلى 5 أضعاف الطاقة الحرارية من كيلووات ساعة واحدة من الكهرباء. وبعبارة أخرى: "تولد المضخات الحرارية ما بين 25 إلى 50 كيلووات/ساعة من الحرارة من 10 كيلووات/ساعة من الكهرباء"، مما يجعلها أكثر كفاءة بشكل ملحوظ من أنظمة تسخين الوقود الأحفوري التقليدية.
مقارنة بالتدفئة الأحفورية
وبالمقارنة، تحقق غلايات النفط أو الغاز الحديثة كفاءة تبلغ حوالي 80 إلى 90 بالمائة. تحرق هذه الأنظمة الوقود الأحفوري لإنتاج الحرارة، مع بقاء بعض الطاقة غير مستخدمة ومفقودة كحرارة مهدرة. من ناحية أخرى، تستخدم المضخات الحرارية طاقة بيئية مجانية لا تنضب، مما يزيد من كفاءتها بشكل كبير.
مناسب ل:
2. عامل الأداء السنوي (JAZ)
عامل الأداء السنوي (JAZ) كمؤشر للكفاءة
من المؤشرات المهمة لكفاءة المضخة الحرارية ما يسمى بعامل الأداء السنوي (JAZ). يشير هذا إلى مقدار الحرارة المتولدة على مدار عام بالنسبة للطاقة الكهربائية المستخدمة. على سبيل المثال، JAZ يساوي 4 يعني أن هناك حاجة إلى 1 كيلووات/ساعة فقط من الكهرباء لتوفير 4 كيلووات/ساعة من حرارة التدفئة. وتؤكد الوكالة الفيدرالية للبيئة: "كلما ارتفع عامل الأداء السنوي للمضخة الحرارية، كلما كانت أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وصديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة".
ومع ذلك، يعتمد JAZ بشكل كبير على عوامل مختلفة، مثل نوع المضخة الحرارية (الهواء أو الماء أو مضخة الحرارة الجوفية)، ودرجة الحرارة الخارجية وجودة عزل المبنى. في المباني المعزولة جيدًا ذات متطلبات التدفئة المعتدلة، يمكن للمضخات الحرارية تحقيق قيم JAZ عالية بشكل خاص.
3. الكفاءة في المناطق الباردة
الاستخدام في المناطق الباردة: نظرة على الدول الاسكندنافية
من الانتقادات التي يتم التعبير عنها بشكل متكرر للمضخات الحرارية هو كفاءتها المنخفضة المفترضة في المناخات الباردة. لكن الدول الاسكندنافية على وجه الخصوص تظهر العكس بشكل مثير للإعجاب: ففي دول مثل السويد والنرويج، حيث يكون الشتاء غالبا طويلا وقاسيا، أثبتت المضخة الحرارية نفسها كحل فعال للغاية للتدفئة. تتمتع هذه البلدان بأعلى كثافة للمضخات الحرارية في أوروبا. "مع أعلى نسبة للمضخات الحرارية في أوروبا، تُظهر الدول الاسكندنافية مدى فعالية استخدام هذه التكنولوجيا حتى في المناطق الباردة." وبفضل التقنيات الحديثة مثل المضخات الحرارية العاكسة أو المبردات الخاصة، يمكن لهذه الأنظمة العمل بكفاءة حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
في الدول الاسكندنافية، غالبًا ما تُستخدم المضخات الحرارية الأرضية لأن درجات حرارة الأرض ثابتة نسبيًا حتى في فصل الشتاء. وهذا يعني أن كفاءة هذه الأنظمة تظل عالية حتى في درجات حرارة أقل من الصفر.
4. الصداقة البيئية والاستدامة
بالإضافة إلى كفاءتها العالية ، تسجل مضخات الحرارة في المقام الأول بسبب الود البيئي. نظرًا لأنها تستخدم مصادر الطاقة المتجددة بشكل أساسي – وهي حرارة الهواء أو الأرض أو الماء – فإنها تساهم بشكل كبير في تقليل انبعاثات CO₂. على عكس أنظمة التدفئة الأحفورية ، لا توجد انبعاثات مباشرة أثناء تشغيلها. هذا يجعلها تقنية مهمة في مكافحة تغير المناخ.
والميزة الأخرى هي مرونتها من حيث استخدام الطاقات المتجددة لتوفير الكهرباء. إذا تم تشغيل المضخة الحرارية بالكهرباء الخضراء، فيمكن أن يكون تشغيلها محايدًا للمناخ تقريبًا. وهذه نقطة حاسمة فيما يتعلق بإزالة الكربون من قطاع البناء.
5. جوانب التكلفة: تكاليف الاستثمار والتشغيل
على الرغم من أن تكاليف شراء المضخة الحرارية أعلى من تكلفة أنظمة التدفئة التقليدية مثل سخانات الغاز أو الزيت، إلا أنه غالبًا ما يتم إطفاء هذه التكاليف الإضافية على مر السنين بسبب انخفاض تكاليف التشغيل. نظرًا لأن المضخات الحرارية تتطلب كهرباء أقل بكثير من أنظمة التدفئة الكهربائية التقليدية ولا تستخدم أي وقود أحفوري، فإن تكاليف التشغيل تكون أقل.
بالإضافة إلى ذلك، لدى العديد من البلدان برامج تمويل حكومية وإعانات لتركيب أنظمة المضخات الحرارية. يمكن أن يغطي هذا الدعم المالي جزءًا كبيرًا من الاستثمار الأولي ويجعل التحول إلى هذه التكنولوجيا أكثر جاذبية.
6. تحديات استخدام المضخات الحرارية
على الرغم من مزاياها العديدة، هناك أيضًا بعض التحديات عند استخدام المضخات الحرارية. أحدها هو الاعتماد على درجة الحرارة الخارجية لمضخات تسخين الهواء. وبينما تعمل هذه الأنظمة بكفاءة عالية في الطقس المعتدل، فإن أدائها ينخفض إلى حد ما في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. ولذلك فإن مضخات الحرارة الهوائية مناسبة بشكل خاص للمناطق ذات المناخ المعتدل أو كمكمل لأنظمة التدفئة الأخرى.
التحدي الآخر هو أن المباني القديمة غالبًا ما تكون معزولة بشكل سيئ وبالتالي تتطلب درجات حرارة تدفق أعلى ليتم تسخينها بشكل مناسب. في مثل هذه الحالات، قد يكون من الضروري تجديد كفاءة الطاقة في المبنى أو اختيار حل هجين يتم فيه دمج المضخة الحرارية مع نظام تدفئة آخر.
7. دور المضخة الحرارية في تحول الطاقة
ستستمر أهمية مضخات الحرارة في الزيادة في السنوات القادمة ، خاصة في سياق أهداف المناخ الأوروبية والخروج من الوقود الأحفوري. وضع الاتحاد الأوروبي نفسه هدف تقليل انبعاثات CO₂ إلى الصفر بحلول عام 2050 – وهو مشروع لا يمكن الوصول إليه بالكاد دون مفتاح شامل إلى تقنيات التدفئة المستدامة.
تلعب المضخات الحرارية دورًا رئيسيًا في هذا لأنها لا تعمل بكفاءة فحسب، بل يمكن أيضًا دمجها مع الطاقات المتجددة. وبالاشتراك مع أنظمة الطاقة الشمسية أو محطات طاقة الرياح، يمكنها تقديم مساهمة كبيرة في تقليل استهلاك الطاقة في قطاع البناء.
بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن يؤدي التقدم التكنولوجي إلى تحسين كفاءة وأداء أنظمة المضخات الحرارية. يمكن للتطورات الجديدة مثل المضخات الحرارية ذات درجة الحرارة العالية أن تجعل من الممكن تدفئة المباني القديمة بكفاءة دون الحاجة إلى أعمال تجديد واسعة النطاق.
8. تكنولوجيا واعدة ذات إمكانيات كبيرة
توفر المضخات الحرارية بديلاً فعالاً للغاية وصديقًا للبيئة لأنظمة التدفئة التقليدية المعتمدة على الوقود الأحفوري. بفضل كفاءتها التي تصل إلى 500 بالمائة، فإنها تتجاوز بكثير أنظمة تسخين النفط والغاز وتساعد في الوقت نفسه على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. أدائهم مثير للإعجاب بشكل خاص في المناخات الباردة مثل الدول الاسكندنافية.
على الرغم من بعض التحديات – وخاصة في المباني الأقدم أو درجات الحرارة الباردة للغاية – تعد المضخات الحرارية تقنية تبرز إلى الأمام مع إمكانات كبيرة للاستخدام في المباني الجديدة والمباني الموجودة.
مع مزيد من التطورات التكنولوجية وزيادة الاستخدام للطاقات المتجددة ، من المتوقع أن تسود هذه التكنولوجيا أكثر في السنوات القادمة – وهي خطوة مهمة نحو مستقبل ودي.
مناسب ل: