ما هي الفروق بين مضخات الحرارة التي تعمل بمصدر الهواء ومصدر الماء ومصدر الأرض؟

مقدمة

أصبحت المضخات الحرارية واحدة من أكثر الطرق كفاءة وصديقة للبيئة لتدفئة وتبريد المباني مع توفير المياه الساخنة أيضًا. من بين الأنواع المختلفة المتاحة،مضخات الحرارة الهوائية (مستشفيات ومراكز الرعاية الصحية الأمريكية)، ومضخات الحرارة المائية (محطات الطاقة الشمسية)، ومضخات الحرارة الأرضية (GSHPs)هناك ثلاثة خيارات أساسية. يستخدم كل من هذه الأنظمة وسطًا مختلفًا لتبادل الحرارة - الهواء أو الماء أو الأرض - لنقل الحرارة، مما يجعلها مناسبة للمناخات والمواقع والتطبيقات المختلفة.

تستكشف هذه المقالة المفتاحالاختلافات والفوائد وأفضل حالات الاستخداممن هذه الأنواع الثلاثة من المضخات الحرارية.

1. مضخات الحرارة الهوائية (مستشفيات ومراكز الرعاية الصحية الأمريكية): الخيار الأكثر شيوعًا وتنوعًا

كيف تعمل أنظمة المضخات الصحية الأمريكية (مستشفيات ومراكز الرعاية الصحية الأمريكية)

تستخرج مضخات الحرارة التي تعمل بالهواء الحرارة من الهواء المحيط وتنقلها إلى الداخل للتدفئة أو تعكس العملية للتبريد. وهي تستخدم دورة تبريد لامتصاص الحرارة من الهواء الخارجي، وضغطها لزيادة درجة الحرارة، ثم إطلاقها في المساحة الداخلية أو نظام المياه.

مزايا المضخات الحرارية الهوائية

✔أسهل وأرخص في التثبيت- لا يتطلب أنابيب تحت الأرض أو الوصول إلى مصدر للمياه.
✔تطبيقات متعددة الاستخدامات- يمكن توفير التدفئة والتبريد والمياه الساخنة.
✔مناسبة لمعظم المناخات- يعمل بشكل فعال في المناخات المعتدلة والدافئة.
✔انخفاض التكلفة الأولية- أكثر تكلفة مقارنة بمضخات الحرارة المائية والأرضية.

حدود المضخات الحرارية الهوائية

• أقل كفاءة في البرد الشديد- ينخفض ​​أداؤهم في درجات الحرارة الأقل من-20 درجة مئوية (-4 درجة فهرنهايت)حيث أن هناك حرارة أقل في الهواء لاستخراجها.

• ارتفاع استهلاك الطاقة في الشتاء- قد يتطلب تدفئة احتياطية في المناطق الباردة للغاية.

• تعرض الوحدة الخارجية- يتطلب مساحة خارجية لوحدة الضاغط، والتي قد تكون مزعجة.

أفضل حالات الاستخدام

🏡 التدفئة والتبريد السكني فيمناخات معتدلة.
🏢 المباني التجارية حيث لا يكون تركيب نظام المياه أو الأرض ممكنًا.
🌍 الدول ذات الشتاء المعتدل، مثلالمملكة المتحدة، الولايات المتحدة الأمريكية (الولايات الجنوبية)، واليابان.

2. مضخات الحرارة المعتمدة على مصدر المياه (محطات الطاقة الشمسية): فعّالة ولكنها تتطلب وجود مسطح مائي

كيف تعمل محطات الطاقة الشمسية

تعمل مضخات الحرارة التي تعمل بمصدر المياه بشكل مشابه لمضخات الحرارة الهوائية، ولكن بدلاً من استخراج الحرارة من الهواء، فإنها تستخدمالأنهار والبحيرات والآبار أو المسطحات المائية الأخرىكمصدر لتبادل الحرارة. لأن الماء يحافظ علىدرجة حرارة أكثر استقرارا من الهواءيمكن لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية أن تعمل بكفاءة أكبر على مدار العام.

مزايا محطات الطاقة الشمسية الكهرومائية

✔كفاءة أعلى من المضخات الحرارية الهوائية- تظل درجة حرارة الماء أكثر استقرارًا، مما يؤدي إلى تحسين الأداء.
✔يعمل بشكل جيد في المناخات الباردة والساخنة- أكثر ثباتًا من المضخات الهوائية الهوائية الجمعية الأمريكية لطب الدواجن، حتى في فصل الشتاء.
✔مطلوب مساحة خارجية أقل- لا حاجة لوحدة خارجية كبيرة، مما يجعلها مناسبة للمناطق الحضرية.
✔انخفاض تكاليف التشغيل- يستخدم كهرباء أقل مقارنة بمضخات الحرارة الهوائية بسببدرجات حرارة المياه مستقرة.

حدود محطات الطاقة الشمسية الكهرومائية

• يتطلب الوصول إلى مصدر المياه- غير عملي بالنسبة للعقارات التي لا يوجد بالقرب منها نهر أو بحيرة أو بئر.

• التثبيت أكثر تعقيدًا- يتطلبالتصاريحوالعمل الهندسيلضمان الاستخدام السليم للمياه.

• اللوائح البيئية المحتملة- بعض المناطق لديها قيود على استخدام مصادر المياه الطبيعية.

أفضل حالات الاستخدام

🏡 المنازل والشركاتبالقرب من البحيرات أو الأنهار أو الآبار الكبيرة.
🏭 المنشآت الصناعية التي تحتاج إلىالتدفئة والتبريد المستمر.
🏙 المناطق الحضرية حيث تكون الأراضي محدودة، ولكن مصدر المياه متاح.

3. مضخات الحرارة الأرضية (GSHPs): الأكثر كفاءة، ولكن تركيبها مكلف

كيف تعمل GSHPs

مضخات الحرارة الأرضية، والمعروفة أيضًا باسممضخات الحرارة الجوفية، استخراج الحرارة منأرضيمن خلال شبكة من الأنابيب المدفونة المملوءة بخليط من المبرد أو الماء.يحافظ على درجة حرارة ثابتةعلى مدار العام، عادة بين10–16 درجة مئوية (50–60 درجة فهرنهايت)مما يجعل المضخات الحرارية الجوفية فعالة للغاية.

أنواع أنظمة جي اس اتش بي

هناكنوعان رئيسيانمن تكوينات مضخة الحرارة الأرضية:

1. أنظمة الحلقة الأفقية- يتم وضع الأنابيب في خنادق ضحلة(عمق 1-2 متر)على مساحة كبيرة. الأفضل للمنازل ذاتياردات كبيرة.

2. أنظمة الحلقة العمودية- يتم حفر الأنابيب عميقًا في الأرض(عمق 50-150 متر). الأفضل لـخصائص أصغرحيث المساحة محدودة.

مزايا المضخات الحرارية الجوفية

✔أكثر أنواع المضخات الحرارية كفاءة في استخدام الطاقة- يمكن تحقيقتصنيف الكفاءة 400-500% (شرطي 4-5).
✔يعمل في المناخات القاسية- يوفر تدفئة موثوقة حتى فيشتاء بارد.
✔انخفاض التكاليف على المدى الطويل- تكلفة تركيب أعلى ولكن فواتير الطاقة أقل بمرور الوقت.
✔عمر طويل- الأنابيب تحت الأرض تدومأكثر من 50 سنة، والمضخات الحرارية تستمر20-25 سنة.
✔صديق للبيئة- يقلل من البصمة الكربونية بشكل كبير مقارنة بالتدفئة باستخدام الوقود الأحفوري.

حدود GSHPs

• تكلفة التثبيت الأولية عالية- يتطلبالحفر أو التنقيب، وهو أمر باهظ الثمن.

• هناك حاجة إلى مساحة أكبر للحلقات الأفقية- غير مناسب للعقارات ذات مساحة الأرض المحدودة.

• فترة سداد أطول– يستغرق الاستثمار الأولي من 5 إلى 10 سنوات للتعافي من خلال توفير الطاقة.

أفضل حالات الاستخدام

🏡 عقارات سكنية كبيرةمع مساحة للحلقات الأفقية.
🏢 المباني التجارية التي تتطلبالتدفئة والتبريد المستمر.
❄ المناخات الباردة حيثتصبح أجهزة الضخ الهوائية أقل فعالية في الشتاء.

4. اختيار مضخة الحرارة المناسبة لاحتياجاتك

النتيجة: أي مضخة حرارية يجب عليك اختيارها؟

• اختر مضخة الحرارة الهوائية (الجمعية الأمريكية لطب الدواجن)إذا كنت تريدبأسعار معقولة، وسهلة التركيبخيار للمناخات المعتدلة.

• اختر مضخة الحرارة المعتمدة على مصدر المياه (شركة دبليو إس إتش بي)إذا كان لديك إمكانية الوصول إلىنهر أو بحيرة أو بئرو أريدكفاءة أعلىمن مستشفيات ومراكز الرعاية الصحية الأمريكية.

• اختر مضخة الحرارة الأرضية (جي اس اتش بي)إذا أردتالأكثر كفاءةالنظام وهم على استعداد للاستثمار فيهتكاليف أولية أعلىللادخار على المدى الطويل.

بغض النظر عن النوع الذي تختاره، فإن المضخات الحرارية هيفعالة من حيث التكلفة ومستدامةحلول للتدفئة والتبريد واحتياجات المياه الساخنة، مما يجعلها استثمارًا ممتازًا لأصحاب المنازل والشركات المهتمين بالطاقة.