مضخات الحرارة للمناخ البارد: منازل دافئة في أماكن شديدة البرودة - CleanTechnica

الاشتراك في تحديثات الأخبار اليومية من CleanTechnica على البريد الإلكتروني. أو تابعنا على أخبار جوجل!

---

مع وصول الطقس الشتوي إلى ذروته في جميع أنحاء الولايات المتحدة، يتساءل الكثير منا عما إذا كان بإمكاننا حقًا تدفئة منازلنا في درجات حرارة شديدة البرودة دون حرق الوقود الأحفوري. في خريف 2021، كان لدينا نفس السؤال. كان فرن الغاز البالغ من العمر 35 عامًا في شقة عائلتنا المزدوجة في كليفلاند بولاية أوهايو في حالة فوضى. نحن من أشد المؤيدين للتخلص من الوقود الأحفوري، لكننا كنا متوترين بشأن إزالة الفرن والتدفئة حصريًا باستخدام المضخات الحرارية. بالتأكيد، نحن نفعل هذا في موقعنا منزل خاص في بورتلاند، أوريغون، ولكن متوسط ​​درجات الحرارة في فصل الشتاء في كليفلاند هو 15 درجة فهرنهايت أبرد من بورتلاند مع ما يقرب من 50 بوصة من الثلوج. هل يمكن لهذا المنزل أن يبقي ضيوفنا على Airbnb دافئين خلال فصل الشتاء البارد في الغرب الأوسط دون حرق الوقود الأحفوري؟ وما الذي يمكن أن تفعله المضخات الحرارية بفواتير الطاقة لدينا؟

في ذلك الوقت، لم نكن نعرف شيئًا عن مضخات الحرارة المناخية الباردة التي أبقت المنازل دافئة في أبرد مناطق العالم لعقود من الزمن. تتمتع النرويج والسويد وفنلندا ببعض من أعلى احتياجات التدفئة في العالم حتى الآن قيادة في تركيبات المضخات الحرارية، والتي نمت بشكل كبير في الدول الاسكندنافية على مدى العقدين الماضيين. تقريبا النصف من بين جميع منازل بلدان الشمال الأوروبي تحتوي على مضخات حرارية، في حين أن فقط 13% من المنازل في الولايات المتحدة تفعل ذلك. في اليابان، مسقط رأس المضخة الحرارية، 90 ٪ من المنازل استخدمها، بما في ذلك المدن الباردة مثل سابورو التي تتساقط فيها الثلوج بمئات البوصات سنويًا.

وفي الولايات المتحدة، تجاوزت مبيعات المضخات الحرارية أفران الغاز لأول مرة عام 2022، معظم اختراق المضخة الحرارية يكون في الأجزاء الجنوبية الشرقية من البلاد حيث الشتاء معتدل. لكن رابع أبرد ولايتنا، ولاية ماين، كان بها 300٪ زيادة في مبيعات المضخات الحرارية من 2018 إلى 2022 (9,000 إلى 28,000 سنويًا) والآن لديها أكثر من 100,000 مضخة حرارية تم تركيبها في 600,000 منزل.

اختيار نموذج المضخة الحرارية المناسب لمناخك

ومع اقتراب فصل الشتاء، قمنا باستكشاف كل من المضخات الحرارية وفرن الغاز البديل (من أجل المقارنة) مع عطاءات من أربع شركات. وبما أننا لا نعيش في كليفلاند، لم يكن لدينا شبكة مقاولين حالية. للعثور على شركات تركيب المضخات الحرارية ذات السمعة الطيبة، استخدمنا مواقع الشركات المصنعة التي تتيح لك البحث عن مقاولين معتمدين في منطقتك. (يمكنك القيام بذلك على ميتسوبيشي, لينوكسو دايكن المواقع على سبيل المثال).

لقد بحثنا أيضًا في كيفية عمل مضخات الحرارة في المناخ البارد بسحرها. تحتوي جميع المضخات الحرارية للمناخ البارد على ضواغط متغيرة السرعة (انظر موقعنا آخر مضخة الحرارة للحصول على تفسير)، وهي أكثر كفاءة لأنها يمكن أن تتصاعد وتنخفض مع تغير درجات الحرارة. تتمتع المضخات الحرارية للمناخ البارد بعدد من الميزات الأخرى: 1) صمامات التمدد الإلكترونية التي تغير ضغط سائل التبريد بسرعة أكبر؛ 2) دورات تذويب ذكية تعمل على إذابة أي صقيع متراكم في الخارج؛ 3) إزالة الجليد من وعاء التصريف لمنع تجمد أي مكثفات؛ و4) أجهزة الكمبيوتر والخوارزميات الفريدة للعمل في المناخ البارد.

لقد وجدنا اثنين من الموارد الرائعة للمساعدة في عملية اتخاذ القرار لدينا:

1) مفتاح الكربون مراجعة مضخات الحرارة المناخية الباردة ولاحظوا مقدار الحرارة التي ينتجونها في المناخات الباردة. (ميتسوبيشي تتصدر التصنيف العالمي).

2) يوضح تصنيف المضخات الحرارية للمناخ البارد من ENERGY STAR أي المضخات الحرارية معتمدة للأماكن الباردة. على موقعها على الانترنت، تحت كليهما بلا مجرى or أنبوبي خيارات، يمكنك تحديد مربع "المناخ البارد" (المربع الأزرق أدناه) لتصفية المضخات الحرارية بهذا التصنيف.

يعرض موقع ENERGY STAR الإلكتروني أرقامًا مثل HSPF2 (المربع الأحمر أدناه) الذي يقيس مدى كفاءة المضخة الحرارية في تسخين المساحة (درجة 8.5 جيدة؛ وأكثر من 10 درجة ممتازة؛ وبعض النماذج ذات التصنيف الأعلى لها درجات أعلى من 15.) ويوضح الموقع أيضًا مقدار الحرارة التي تنتجها المضخة الحرارية عند 5 درجات فهرنهايت (الصندوق البرتقالي) والتي يمكنك مقارنتها بكمية الحرارة التي تنتجها عند 47 درجة (الصندوق الأخضر).

3) كهربة الآن قائمة مرجعية بالأشياء التي يجب أن تطلبها من مقاول المضخات الحرارية يساعد على ضمان حصولك على المضخة الحرارية ذات الحجم المناسب لمكان إقامتك. (الكشف الكامل: جو نشط كهربة الآن متطوع.)

العطاءات موجودة

لقد تلقينا عطاءات وتوصيات من أربعة مقاولين وكنا سعداء، وفوجئنا إلى حد ما، بأن المضخة الحرارية للمناخ البارد (من نوع Daikin Fit) والتي توفر أيضًا تكييف الهواء، تم تشغيلها أرخص خيار بسعر 12,000 دولار تقريبًا. كان سعر فرن الغاز عالي الكفاءة بالإضافة إلى تكييف الهواء أعلى بكثير حيث بلغ 16,000 دولار.

مضخات الحرارة المناخية الباردة عادة التكلفة 20-30% أكثر من المضخات الحرارية القياسية بسبب الميزات الإضافية التي تجعلها تعمل بشكل جيد في درجات الحرارة الباردة. هناك العديد من المضخات الحرارية للمناخ البارد التي تعمل في درجات حرارة أكثر برودة، لكننا اخترنا المضخة ذات التكلفة الأولية الأقل.

حقيقة أن Daikin Fit احتلت المرتبة رقم 3 في تبديل الكربون المراجعة أعلاه جعلتنا واثقين من الاختيار.

تركيب المضخات الحرارية للمناخ البارد

في أواخر أكتوبر 2021، قام المقاول الذي اخترناه بإزالة فرن الغاز القديم ومكيف الهواء، وقام بتغطية خط الغاز وقام بتركيب مضخة حرارية جديدة للمنزل بأكمله. لقد اخترنا نظام مجاري الهواء بسبب التصميم والقنوات الموجودة. يشبه نظام المضخة الحرارية الجديد إلى حد كبير نظام الغاز + مكيف الهواء القديم، مع وجود وحدة داخلية (معالج الهواء) في الطابق السفلي ووحدة خارجية تشبه مكيف الهواء القديم.

لقد قمنا بالتثبيت احتياطية المقاومة الكهربائية (تسمى أحيانًا "تقطيع الحرارة") لتكملة المضخة الحرارية في الأيام الباردة. يعد استخدام المقاومة الكهربائية أقل كفاءة وأكثر تكلفة، لكن عامل التركيب لدينا أكد لنا أن المضخة الحرارية تعمل بكامل طاقتها حتى 5 درجات فهرنهايت ولديها خوارزميات ذكية تضيف دفعات صغيرة من التسخين بالمقاومة الكهربائية عندما تنخفض درجة الحرارة عن ذلك.

اتبعت عملية التثبيت التي قمنا بها بعضًا من أفضل الممارسات لمضخات الحرارة في المناخ البارد، بما في ذلك: 1) رفع الوحدة الخارجية عن الأرض حتى لا تبقى في الجليد أو الثلج (يحير الثلوج يمكن أن يساعد إذا كان عليه الجلوس على الأرض)؛ و2) إجراء حساب حمل التدفئة/التبريد لتجنب زيادة حجم المضخة الحرارية. من السهل أن نفترض أن الحجم الأكبر هو الأفضل، ولكن تحديد حجم المضخة الحرارية لمنزلك أمر ضروري لأن الوحدة كبيرة الحجم سيتم إيقاف تشغيلها وتشغيلها بشكل متكرر مما يؤدي إلى ضعف الكفاءة وعمر افتراضي أقصر من المضخة الحرارية ذات الحجم المناسب التي تعمل بشكل مستمر.

تكاليف المرافق والراحة

بعد التثبيت، انتظرنا ظهور الفواتير ومراجعات Airbnb. هل ستستخدم المضخة الحرارية الكثير من المقاومة الكهربائية وتزيد من تكاليف المرافق؟ هل سيلاحظ ضيوفنا الفرق؟ دوبلكس كليفلاند يخلق الكمال دراسة حالة، حيث يعمل أحد الجانبين على مضخات حرارية والآخر لا يزال يحترق بالغاز. يسعدنا أن نعلن أنه بعد إضافة المضخات الحرارية، ظلت فواتير الخدمات لدينا كما هي تقريبًا. كان إجمالي تكاليف الطاقة لكل جانب من جوانب وحدة الطباعة على الوجهين، بشكل ملحوظ، في حدود 10 دولارات لكل جانب بعد السنة الأولى. ولم يكن لدينا "أشعر بالبرد!" شكوى من الضيوف في السنتين منذ التثبيت.

نأمل أن تقنعك تجربتنا أنه حتى لو كنت تعيش في مكان تنخفض فيه درجات الحرارة بانتظام إلى ما دون الصفر، فهناك مضخة حرارية مناسبة لك. يعمل نظام المضخة الحرارية بشكل رائع في ولاية الغرب الأوسط ولا يكلف شراءه أو تشغيله أكثر من فرن الغاز. نحن فخورون بالانضمام إلى الملايين من أصحاب المنازل - من ولاية ماين إلى النرويج إلى اليابان، والآن كليفلاند - الذين يتخلصون من الوقود الأحفوري لصالح آلات التدفئة النظيفة التي تحافظ على دفء المنازل في أكثر المناخات برودة.

للغوص بشكل أعمق في مضخات الحرارة المناخية الباردة، شاهد أ الويبينار لقد فعلنا ذلك مع Daikin وMitsubishi وEfficiency Maine في ديسمبر من عام 2022.

هذه المقالة جزء من سلسلة تسمى إزالة الكربون من حياتك. وبخطوات متواضعة وتكاليف معقولة، تمكنت عائلتنا من خفض الانبعاثات بشكل كبير وتقوم بعزل ما تبقى من خلال مشروع صغير لإعادة التشجير. حياتنا أفضل لذلك. إذا كنا نستطيع أن نفعل ذلك، يمكنك أيضا.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://cleantechnica.com/2024/01/26/cold-climate-heat-pumps-toasty-homes-in-frigid-places/