مضخة حرارية

مبادل حراري خارجي لمضخة حرارية تعمل بالهواء لأغراض التدفئة والتبريد
وحدة تكييف هواء داخلية جدارية تعمل بمضخة حرارية من ميتسوبيشي إلكتريك

المضخة الحرارية هي جهاز يستخدم الطاقة الميكانيكية أو الحرارية لنقل الحرارة من مكان إلى آخر. تستخدم المضخة الحرارية الميكانيكية الطاقة الكهربائية لنقل الحرارة عن طريق الضغط . وبشكل أدق، تنقل الطاقة الحرارية من خلال دورة المضخة الحرارية والتبريد ، فتبرد مكاناً وتدفئ آخر. [ 1 ]

في الشتاء، يمكن لمضخة الحرارة نقل الحرارة من الخارج البارد لتدفئة المنزل؛ وفي الصيف، قد تُصمَّم أيضاً لنقل الحرارة من المنزل إلى الخارج الأكثر دفئاً، وتعمل بنفس طريقة مكيف الهواء . ولأنها تنقل الحرارة بدلاً من توليدها، فهي أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من التدفئة بواسطة غلاية الغاز . [ 2 ]

في مضخة حرارية نموذجية تعمل بضغط البخار ، يُضغط غاز التبريد ، مما يؤدي إلى ارتفاع ضغطه ودرجة حرارته. عندما تعمل المضخة كمدفأة في الطقس البارد، يتدفق الغاز الدافئ إلى مبادل حراري في الحيز الداخلي، حيث تُنقل بعض طاقته الحرارية إلى ذلك الحيز، مما يتسبب في تكثف الغاز إلى سائل. يتدفق غاز التبريد السائل إلى مبادل حراري في الحيز الخارجي، حيث ينخفض ​​الضغط، ويتبخر السائل ، وتنخفض درجة حرارة الغاز. الآن، وقد أصبح أبرد من درجة حرارة الحيز الخارجي المستخدم كمصدر للحرارة، يمكنه امتصاص الطاقة من مصدر الحرارة مرة أخرى، ثم يُضغط، وتتكرر الدورة.

تُعدّ المضخات الحرارية التي تعمل بالهواء أكثر أنواع المضخات الحرارية شيوعًا، بينما تشمل الأنواع الأخرى المضخات الحرارية التي تعمل بالأرض ، والمضخات الحرارية التي تعمل بالماء ، والمضخات الحرارية التي تعمل بهواء العادم . [ 3 ] كما تُستخدم المضخات الحرارية واسعة النطاق في أنظمة التدفئة المركزية . [ 4 ]

بسبب كفاءتها العالية وتزايد حصة مصادر الطاقة الخالية من الوقود الأحفوري في شبكات الكهرباء، تلعب المضخات الحرارية دورًا في التخفيف من آثار تغير المناخ . [ 5 ] [ 6 ] بتكلفة 1  كيلوواط/ساعة من الكهرباء، يمكنها نقل ما بين 1 [ 7 ] إلى 4.5  كيلوواط/ساعة من الطاقة الحرارية إلى المبنى. يعتمد البصمة الكربونية للمضخات الحرارية على طريقة توليد الكهرباء ، ولكنها عادةً ما تقلل الانبعاثات. [ 8 ] يمكن للمضخات الحرارية تلبية أكثر من 80% من احتياجات التدفئة والتبريد العالمية ببصمة كربونية أقل من غلايات التكثيف التي تعمل بالغاز ؛ ومع ذلك، في عام 2021، لم تُلبِّ سوى 10% فقط، [ 4 ] وقد عجّلت مقاطعة الغاز الطبيعي الروسي بالحاجة إلى التحول نحو البدائل؛ [ 9 ] تم بيع 3 ملايين مضخة حرارية أوروبية في عام 2023. [ 10 ] على الرغم من النمو الكبير في المبيعات، إلا أن استخدامها لا يزال محدودًا. [ 11 ]

عملية

أ: حجرة داخلية، ب: حجرة خارجية، ل: عازل، ١: مكثف، ٢: صمام تمدد، ٣: مبخر، ٤: ضاغط

تنتقل الحرارة تلقائيًا من منطقة ذات درجة حرارة أعلى إلى منطقة ذات درجة حرارة أقل. لا تنتقل الحرارة تلقائيًا من درجة حرارة أقل إلى درجة حرارة أعلى، ولكن يمكن توجيهها في هذا الاتجاه ببذل شغل . عادةً ما يكون الشغل المطلوب لنقل كمية معينة من الحرارة أقل بكثير من كمية الحرارة المكتسبة؛ وهذا هو الدافع وراء استخدام المضخات الحرارية في تطبيقات مثل تسخين المياه وتدفئة المباني. [ 12 ]

تعمل المضخة الحرارية باستخدام نظام تكييف ذي دورة عكسية. يتدفق سائل التبريد عبر ملفات في وحدة التبريد، حيث يمتص الحرارة ويتحول إلى غاز يُضغط لرفع درجة الحرارة. يُضخ غاز التبريد هذا إلى ملفات أخرى في وحدة التسخين، حيث تدفع مروحة الهواء فوق الملفات لامتصاص الحرارة وتسييل غاز التبريد. تتميز معظم المضخات الحرارية بقدرتها على نقل الحرارة في كلا الاتجاهين، مما يعني، على سبيل المثال، أنها قادرة على تدفئة وتبريد المكان.

كمية العمل المطلوبة لتوفير كمية من الحرارة Q إلى خزان حراري ذي درجة حرارة أعلى مثل الجزء الداخلي من مبنى، مع استخراج الحرارة من خزان حراري ذي درجة حرارة أقل مثل الهواء المحيط هي:دبليو=سؤالجياP{\displaystyle W={\frac {Q}{\mathrm {COP} }}}أين

  • دبليو{\displaystyle W}هو العمل الذي يقوم به ضاغط المضخة الحرارية على سائل التشغيل .
  • سؤال{\displaystyle Q}هي الحرارة المنبعثة في الخزان ذي درجة الحرارة الأعلى.
  • جياP{\displaystyle \mathrm {COP} }يمثل معامل الأداء اللحظي لمضخة الحرارة عند درجات الحرارة السائدة في الخزانات في لحظة معينة.

معامل أداء المضخة الحرارية أكبر من واحد، لذا فإن الشغل المطلوب أقل من الحرارة المنبعثة، مما يجعلها وسيلة تدفئة أكثر كفاءة من التدفئة بالمقاومة الكهربائية . ومع ارتفاع درجة حرارة الخزان ذي درجة الحرارة الأعلى استجابةً لتدفق الحرارة إليه، ينخفض ​​معامل الأداء، مما يؤدي إلى زيادة كمية الشغل المطلوبة لكل وحدة حرارة منقولة. [ 12 ]

يمكن حساب معامل الأداء والعمل المطلوب بواسطة المضخة الحرارية بسهولة من خلال اعتبار مضخة حرارية مثالية تعمل على دورة كارنو المعكوسة :

  • إذا كانت درجة حرارة خزان التبريد 270 كلفن (-3 درجة مئوية) ودرجة حرارة داخل المبنى 280 كلفن (7 درجات مئوية)، فإن معامل الأداء النظري الأقصى هو 28. وهذا يعني أن جولًا واحدًا من الشغل ينقل 28 جولًا من الحرارة إلى داخل المبنى. ويتحول الجول الواحد من الشغل في النهاية إلى طاقة حرارية داخل المبنى، بينما يُنقل 27 جولًا من الحرارة من خزان التبريد. [ ملاحظة 1 ]    
  • مع ارتفاع درجة حرارة المبنى تدريجيًا إلى 300 كلفن (27 درجة مئوية)، ينخفض ​​معامل الأداء تدريجيًا إلى 10. وهذا يعني أن كل جول من الشغل مسؤول عن نقل 9 جول من الحرارة من الخزان ذي درجة الحرارة المنخفضة إلى داخل المبنى. ومرة ​​أخرى، يتحول الجول الواحد من الشغل في النهاية إلى طاقة حرارية داخل المبنى، وبالتالي تُضاف 10 جول من الحرارة إلى داخل المبنى. [ ملاحظة 2 ]  

هذه هي الكمية النظرية للحرارة التي يتم ضخها، ولكنها عمليًا ستكون أقل لأسباب مختلفة، على سبيل المثال إذا تم تركيب الوحدة الخارجية في مكان لا يوجد فيه تدفق هواء كافٍ. ويمكن أن يؤدي تبادل المزيد من البيانات مع الملاك والأكاديميين - ربما من خلال عدادات الحرارة - إلى تحسين الكفاءة على المدى الطويل. [ 14 ]

تاريخ

المعالم الرئيسية:

1748
قام ويليام كولين بتوضيح التبريد الاصطناعي. [ 15 ]
1834
حصل جاكوب بيركنز على براءة اختراع لتصميم ثلاجة عملية تستخدم ثنائي ميثيل الإيثر . [ 16 ]
1852
يصف اللورد كلفن النظرية الكامنة وراء المضخات الحرارية. [ 17 ]
1855–1857
قام بيتر فون ريتينجر بتطوير وبناء أول مضخة حرارية. [ 18 ]
1877
قبل عام 1875، كان يجري البحث عن مضخات حرارية لتبخير البخار المضغوط (عملية المضخة الحرارية المفتوحة) في مصانع الملح، لما لها من مزايا واضحة في توفير الخشب والفحم. في عام 1857، كان بيتر فون ريتينجر أول من حاول تطبيق فكرة ضغط البخار في محطة تجريبية صغيرة. يُفترض أن أنطوان بول بيكارد من جامعة لوزان والمهندس جيه إتش ويبيل من شركة ويبيل-بريكيه في جنيف، سويسرا، استوحيا من تجارب ريتينجر في إيبنسي، فقاما ببناء أول نظام ضغط بخار فعال في العالم مزود بضاغط مكبسي ثنائي المراحل. في عام 1877، تم تركيب أول مضخة حرارية في سويسرا في مصنع ملح بيكس . [ 17 ] [ 19 ]
1928
قام أوريل ستودولا بإنشاء مضخة حرارية ذات دائرة مغلقة (مصدر المياه من بحيرة جنيف ) والتي توفر التدفئة لمبنى بلدية جنيف حتى يومنا هذا. [ 20 ]
1937–1945
خلال الحرب العالمية الأولى ، كانت أسعار الوقود مرتفعة في سويسرا، لكنها كانت تتمتع بوفرة في الطاقة الكهرومائية . [ 17 ] : 18 في الفترة التي سبقت الحرب العالمية الثانية ، وخاصة خلالها ، عندما كانت سويسرا المحايدة محاصرة بدول يحكمها النظام الفاشي، عاد نقص الفحم ليُثير القلق. وبفضل ريادتها في تكنولوجيا الطاقة، قامت الشركات السويسرية سولزر وإيشر ويس وبراون بوفيري ببناء وتشغيل حوالي 35 مضخة حرارية بين عامي 1937 و1945. وكانت مصادر الحرارة الرئيسية هي مياه البحيرات والأنهار والمياه الجوفية والحرارة المهدرة. ومن الجدير بالذكر بشكل خاص المضخات الحرارية التاريخية الست في مدينة زيورخ، والتي تتراوح قدرتها الحرارية من 100  كيلوواط إلى 6  ميغاواط. ومن الإنجازات الدولية البارزة المضخة الحرارية التي بنتها شركة إيشر ويس في عامي 1937/1938 لاستبدال مواقد الحطب في مبنى بلدية زيورخ. ولتجنب الضوضاء والاهتزازات، تم استخدام ضاغط مكبس دوار تم تطويره حديثًا آنذاك. قامت هذه المضخة الحرارية التاريخية بتدفئة مبنى البلدية لمدة 63 عامًا حتى عام 2001. ولم يتم استبدالها إلا بعد ذلك بمضخة حرارية جديدة أكثر كفاءة. [ 17 ]
1945
قام جون سومنر، مهندس الكهرباء في مدينة نورويتش ، بتركيب نظام تدفئة مركزية تجريبي يعمل بمضخة حرارية مائية، مستخدماً مياه نهر قريب لتدفئة المباني الإدارية الجديدة التابعة للمجلس. وقد بلغت نسبة كفاءته الموسمية 3.42، ومتوسط ​​إنتاجه الحراري 147  كيلوواط، وذروة إنتاجه 234  كيلوواط. [ 21 ]
1948
يُنسب الفضل إلى روبرت سي. ويبر في تطوير وبناء أول مضخة حرارية أرضية المصدر. [ 22 ]
1951
أول تركيب واسع النطاق - تم افتتاح قاعة رويال فستيفال في لندن - باستخدام مضخة حرارية عكسية تعمل بالغاز الطبيعي ، وتتغذى من نهر التايمز ، لتلبية احتياجات التدفئة الشتوية والتبريد الصيفي. [ 21 ]
2019
يدخل تعديل كيغالي حيز التنفيذ بهدف التخلص التدريجي من المبردات الضارة.

الأنواع

مصدر الهواء

مضخة حرارية في شرفة الشقة

تستطيع مضخة الحرارة الهوائية (ASHP)، وهي النوع الأكثر شيوعًا [23] من مضخات الحرارة، امتصاص الطاقة ( الحرارة ) من الهواء البارد المحيط خارج المبنى، وإطلاقها عند درجة حرارة أعلى لتدفئة المبنى، إما عن طريق الهواء الساخن أو الماء الساخن. ويتم تشغيل المضخة الميكانيكية (الضاغط) بالكهرباء، حيث توفر الطاقة الكهربائية المستخدمة عادةً طاقة حرارية مضخوخة تفوق بثلاث أو أربع مرات الطاقة الحرارية المضخوخة التي توفرها التدفئة المقاومة البسيطة بتقنية جول .

تستخدم المضخات الحرارية نفس عملية التبريد بضغط البخار ، وتستخدم نفس المعدات تقريبًا المستخدمة في مكيفات الهواء ، ولكن في الاتجاه المعاكس، أو بالأحرى يمكن تبديل المصدر والهدف. ونظرًا لتوافر الهواء المحيط في كل مكان تقريبًا، تُعد المضخات الحرارية الهوائية (ASHPs) النوع الأكثر شيوعًا، وعادةً ما تكون صغيرة الحجم، لذا تُستخدم لتدفئة المنازل أو الشقق الفردية بدلًا من المباني أو الأحياء أو العمليات الصناعية. [ 24 ]

توفر مضخات الحرارة من نوع هواء-هواء هواءً ساخناً أو بارداً مباشرةً إلى غرف منفردة، ولكنها لا توفر عادةً الماء الساخن. أما مضخات الحرارة من نوع هواء-ماء فتستخدم أنابيب المياه والمشعات أو التدفئة الأرضية لتدفئة منزل كامل، وغالباً ما تُستخدم أيضاً لتوفير الماء الساخن للاستخدام المنزلي .

تستطيع مضخة الهواء عادةً توليد 4  كيلوواط ساعة من الطاقة الحرارية مقابل 1  كيلوواط ساعة من الطاقة الكهربائية، وبالتالي فإن معامل أدائها (COP) هو 4. وهي مُحسَّنة للعمل عند درجات حرارة تدفق تتراوح بين 30 و40  درجة مئوية (86 و104  درجة فهرنهايت)، مما يجعلها مناسبة للمباني ذات مشعات حرارية مصممة للعمل عند درجات حرارة تدفق منخفضة. مع بعض الفقد في الكفاءة، يمكن لمضخة الهواء توفير تدفئة مركزية كاملة حتى عند درجة حرارة تدفق تصل إلى 80  درجة مئوية (176  درجة فهرنهايت). [ 25 ]

اعتبارًا من عام 2023، كان حوالي 10% من تدفئة المباني في جميع أنحاء العالم يتم باستخدام مضخات الحرارة الهوائية. وهي الطريقة الرئيسية للتخلص التدريجي من غلايات وأفران الغاز في المنازل، لتجنب انبعاثات غازات الاحتباس الحراري . [ 26 ]

تُستخدم مضخات الحرارة الهوائية لنقل الحرارة بين مبادلين حراريين، أحدهما خارج المبنى مزود بزعانف يُدفع الهواء من خلالها بواسطة مروحة، والآخر يُسخّن الهواء داخل المبنى مباشرةً أو يُسخّن الماء الذي يُعاد تدويره في أرجاء المبنى عبر مشعات التدفئة أو التدفئة الأرضية، مما يُطلق الحرارة إلى داخل المبنى. ويمكن لهذه الأجهزة أيضًا العمل في وضع التبريد، حيث تستخلص الحرارة عبر المبادل الحراري الداخلي وتُطلقها في الهواء المحيط باستخدام المبادل الحراري الخارجي. كما يُمكن استخدام بعضها لتسخين الماء للغسيل وتخزينه في خزان ماء ساخن منزلي. [ 27 ]

تُعدّ المضخات الحرارية الهوائية سهلة التركيب وغير مكلفة نسبيًا، لذا فهي النوع الأكثر استخدامًا. في الطقس المعتدل، قد يتراوح معامل الأداء  (COP) بين 2 و5، بينما في درجات حرارة أقل من حوالي -8 درجة مئوية (18  درجة فهرنهايت)، قد تحقق المضخة الحرارية الهوائية معامل أداء يتراوح بين 1 و4. [ 28 ]

في حين أن مضخات الحرارة القديمة التي تعمل بالهواء كانت ذات أداء ضعيف نسبياً في درجات الحرارة المنخفضة وكانت أكثر ملاءمة للمناخات الدافئة، فإن الطرازات الأحدث المزودة بضواغط متغيرة السرعة لا تزال تتمتع بكفاءة عالية في ظروف التجمد مما يسمح باعتمادها على نطاق واسع وتوفير التكاليف في أماكن مثل مينيسوتا ومين في الولايات المتحدة. [ 29 ]

في أوروبا، ساهمت مقاطعة الغاز الروسي في تسريع التحول نحو البدائل. [ 30 ] إذا تحول 14 مليون شخص إلى استخدام المضخات الحرارية، فمن الممكن خفض الاستهلاك بمقدار 13 مليار متر مكعب. وتُعد المضخات الحرارية أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة بخمس مرات من الغلايات التقليدية [ 31 ] ، وفي المملكة المتحدة، أصبحت أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) أرخص بنحو 27% في التشغيل من غلايات الغاز. [ 32 ]

مصدر أرضي

مضخة حرارية مع تخزين الحرارة والبرودة

مضخة الحرارة الأرضية (وتُعرف أيضًا بمضخة الحرارة الجيوحرارية) هي نظام تدفئة/تبريد للمباني، يستخدم مضخة حرارية لنقل الحرارة من وإلى الأرض، مستفيدًا من ثبات درجات حرارة الأرض نسبيًا على مدار الفصول. تُعدّ مضخات الحرارة الأرضية (GSHPs)، أو مضخات الحرارة الجيوحرارية (GHPs) كما هو شائع في أمريكا الشمالية، من بين أكثر التقنيات كفاءة في استهلاك الطاقة لتوفير التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وتسخين المياه ، حيث تستهلك طاقة أقل من تلك التي تستهلكها السخانات الكهربائية المقاومة .

تُقاس الكفاءة بمعامل الأداء (CoP)، والذي يتراوح عادةً بين 3 و6، ما يعني أن هذه الأجهزة تُنتج من 3 إلى 6 وحدات حرارية لكل وحدة كهرباء مُستهلكة. وتكون تكاليف التركيب أعلى من أنظمة التدفئة الأخرى نظرًا لضرورة تركيب أنابيب أرضية على مساحات واسعة أو حفر آبار. [ 33 ] تتميز مضخات الحرارة الهوائية بتكاليف تركيب أقل، ولكن معامل أدائها (CoP) يكون أقل في الطقس شديد البرودة أو شديد الحرارة.

تهوية لاستعادة الحرارة

تستخلص مضخات الحرارة التي تعمل على سحب الهواء الحرارة من هواء العادم في المبنى، وتتطلب تهوية ميكانيكية . يوجد نوعان منها:

  • تقوم مضخات الحرارة التي تعمل على تحويل هواء العادم إلى هواء السحب بنقل الحرارة.
  • تقوم مضخات الحرارة التي تعمل بالهواء والماء بنقل الحرارة إلى دائرة تدفئة تتضمن خزانًا للمياه الساخنة المنزلية.

مدعوم بالطاقة الشمسية

ألواح شمسية هجينة كهروضوئية حرارية ضمن نظام طاقة شمسية كهروضوئية في منشأة تجريبية بقسم الطاقة في جامعة البوليتكنيك في ميلانو

المضخة الحرارية المدعومة بالطاقة الشمسية (SAHP) هي نظام يجمع بين المضخة الحرارية والألواح الشمسية الحرارية و/أو الألواح الشمسية الكهروضوئية في نظام متكامل واحد. [ 34 ] تتطلب المضخات الحرارية مصدر حرارة منخفض الحرارة، والذي يمكن توفيره بواسطة الطاقة الشمسية. عادةً ما تُستخدم هاتان التقنيتان بشكل منفصل (أو يتم توصيلهما بالتوازي فقط) لإنتاج هواء دافئ أو ماء ساخن . [ 35 ] في هذا النظام، تعمل الألواح الشمسية الحرارية كمصدر حرارة منخفض الحرارة، وتُغذي الحرارة المُنتجة مُبخر المضخة الحرارية. [ 36 ] يهدف هذا النظام إلى الحصول على معامل أداء عالٍ ( COP ) ومن ثم إنتاج الطاقة بطريقة أكثر كفاءة وأقل تكلفة. تتميز المضخات الحرارية التي تعمل بمصدر هواء، والتي يتم تسخينها مسبقًا بواسطة مُجمّعات الهواء الشمسية، بميزة إضافية تتمثل في انخفاض تكاليف الصيانة، حيث يمكن حماية وحدة المروحة الخارجية من قسوة فصل الشتاء.

يمكن للطاقة الشمسية الكهروضوئية تشغيل المضخة الحرارية كهربائيًا لتمكين تدفئة المباني [ 37 ] والبيوت الزجاجية [ 38 ] . تُمكّن هذه الأنظمة من كهربة التدفئة والتبريد [ 39 ] ، وعادةً ما تكون مدفوعةً بالاعتبارات الاقتصادية [ 40 ] وأهداف خفض الانبعاثات الكربونية [ 41 ] . وقد ثبتت جدوى هذه الأنظمة اقتصاديًا في الشرق الأوسط [ 42 ] ، وأمريكا الشمالية [ 43 ] ، وآسيا [ 44 وأوروبا [ 45 ] .

يمكن استخدام أي نوع من أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية المزودة بمجمعات هوائية أو سائلة (ألواح وأنابيب، أو ألواح ملحومة باللفائف، أو أنابيب حرارية، أو ألواح حرارية) أو أنظمة هجينة ( أحادية / متعددة البلورات ، أو أغشية رقيقة ) مع المضخة الحرارية. ومع ذلك، يُفضل استخدام الألواح الهجينة لأنها تُغطي جزءًا من احتياجات المضخة الحرارية من الكهرباء، مما يُقلل من استهلاك الطاقة وبالتالي التكاليف المتغيرة للنظام.

مصدر المياه

تركيب مبادل حراري يعمل بمصدر مائي

تعمل المضخة الحرارية المائية بطريقة مشابهة للمضخة الحرارية الأرضية، إلا أنها تستمد الحرارة من مصدر مائي بدلاً من الأرض. مع ذلك، يجب أن يكون حجم المسطح المائي كافياً لتحمل تأثير التبريد الناتج عن الوحدة دون أن يتجمد أو يُلحق ضرراً بالحياة البرية. [ 46 ] وقد تم تركيب أكبر مضخة حرارية مائية في مدينة إيسبيرغ الدنماركية عام 2023. [ 47 ] [ 48 ]

آحرون

تعمل المضخة الحرارية الصوتية الحرارية كمحرك حراري صوتي حراري بدون مادة تبريد، ولكنها تستخدم بدلاً من ذلك موجة مستقرة في حجرة مغلقة يتم تشغيلها بواسطة مكبر صوت لتحقيق فرق في درجة الحرارة عبر الحجرة. [ 49 ]

المضخات الحرارية الكهروحرارية هي مضخات صلبة الحالة. [ 50 ]

التطبيقات

قدّرت وكالة الطاقة الدولية أن القدرة الإجمالية لمضخات الحرارة المُثبّتة في المباني، اعتبارًا من عام 2021، تتجاوز 1000 جيجاواط. [ 4 ] تُستخدم هذه المضخات للتدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، وقد تُستخدم أيضًا لتوفير المياه الساخنة المنزلية وتجفيف الملابس. [ 51 ] وتُغطّى تكاليف الشراء في العديد من البلدان من خلال حوافز للمستهلكين. [ 52 ]

تدفئة المساحات وأحيانًا تبريدها أيضًا

في تطبيقات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، تُعدّ المضخة الحرارية عادةً جهاز تبريد يعمل بضغط البخار ، ويحتوي على صمام عكسي ومبادلات حرارية مُحسّنة تسمح بعكس اتجاه تدفق الحرارة (حركة الطاقة الحرارية). يقوم الصمام العكسي بتغيير اتجاه غاز التبريد خلال الدورة، وبالتالي يمكن للمضخة الحرارية أن تُزوّد ​​المبنى بالتدفئة أو التبريد.

نظرًا لأن مبادلَي الحرارة، المكثف والمبخر، يتبادلان وظائفهما، فقد تم تحسينهما ليعملا بكفاءة في كلا الوضعين. ولذلك، فإن تصنيف كفاءة الطاقة الموسمية (SEER في الولايات المتحدة) أو نسبة كفاءة الطاقة الموسمية الأوروبية لمضخة حرارية عكسية يكون عادةً أقل بقليل من مثيلاتها في جهازين مُحسَّنين بشكل منفصل. وللحصول على تصنيف Energy Star الأمريكي ، يجب أن يكون تصنيف كفاءة الطاقة الموسمية للمعدات 14 على الأقل. وتُعتبر المضخات ذات تصنيف 18 أو أعلى عالية الكفاءة. أما أعلى كفاءة مُصنّعة من المضخات الحرارية فتصل إلى 24. [ 53 ]

يُعدّ معامل الأداء الموسمي للتدفئة (في الولايات المتحدة) أو معامل الأداء الموسمي (في أوروبا) تصنيفاتٍ لأداء التدفئة. ويُحسب معامل الأداء الموسمي بقسمة إجمالي إنتاج الحرارة السنوي على إجمالي استهلاك الكهرباء السنوي؛ أي بعبارة أخرى، هو متوسط ​​معامل أداء التدفئة (COP) على مدار العام. [ 54 ]

مضخة حرارية مثبتة على النافذة

رسم ثلاثي الأبعاد لمضخة حرارية مثبتة على نافذة بتصميم سرجي

تعمل مضخات التدفئة والتبريد المثبتة على النوافذ في الولايات المتحدة على منافذ التيار المتردد القياسية 120 فولت، وتوفر التدفئة والتبريد والتحكم في الرطوبة. وهي أكثر كفاءة، مع مستويات ضوضاء أقل، وإدارة أفضل للتكثيف، وحجم أصغر من مكيفات الهواء المثبتة على النوافذ التي تقتصر وظيفتها على التبريد فقط. [ 55 ]

تسخين المياه

في تطبيقات تسخين المياه ، يمكن استخدام المضخات الحرارية لتسخين المياه أو تسخينها مسبقًا لحمامات السباحة أو المنازل أو المصانع. عادةً ما تُستخلص الحرارة من الهواء الخارجي وتُنقل إلى خزان مياه داخلي. [ 56 ] [ 57 ]

التدفئة المركزية

تُستخدم مضخات حرارية كبيرة (بمقياس الميغاواط) في التدفئة المركزية . [ 58 ] ومع ذلك، اعتبارًا من عام 2022يُستمد حوالي 90% من التدفئة المركزية في بعض المناطق من الوقود الأحفوري . [ 59 ] في أوروبا، لا تُمثل المضخات الحرارية سوى 1% من إمدادات التدفئة في شبكات التدفئة المركزية، لكن العديد من الدول لديها أهداف لإزالة الكربون من شبكاتها بين عامي 2030 و2040. [ 4 ] تشمل المصادر المحتملة للحرارة لهذه التطبيقات مياه الصرف الصحي ، والمياه المحيطة (مثل مياه البحر والبحيرات والأنهار)، والحرارة المهدرة من الصناعات ، والطاقة الحرارية الأرضية ، وغازات المداخن ، والحرارة المهدرة من التبريد المركزي ، والحرارة من تخزين الطاقة الحرارية الشمسية الموسمية . [ 60 ] توفر المضخات الحرارية واسعة النطاق للتدفئة المركزية، بالإضافة إلى تخزين الطاقة الحرارية، مرونة عالية لدمج مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة . لذلك، تُعتبر تقنية أساسية للحد من تغير المناخ من خلال التخلص التدريجي من الوقود الأحفوري . [ 60 ] [ 61 ] كما أنها عنصر حاسم في الأنظمة التي يمكنها تدفئة وتبريد المناطق . [ 62 ]

التدفئة الصناعية

توجد إمكانات هائلة لخفض استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري المرتبطة بها في الصناعة من خلال استخدام المضخات الحرارية الصناعية، على سبيل المثال لتوفير الحرارة اللازمة للعمليات الصناعية . [ 63 ] [ 64 ] ويمكن تحقيق فترات استرداد قصيرة تقل عن سنتين، مع خفض كبير في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (في بعض الحالات أكثر من 50%). [ 65 ] [ 66 ] وتستطيع المضخات الحرارية الصناعية التسخين حتى 200 درجة مئوية، وتلبي احتياجات التدفئة للعديد من الصناعات الخفيفة . [ 67 ] [ 68 ] وفي أوروبا وحدها، يمكن تركيب 15 جيجاواط من المضخات الحرارية في 3000 منشأة في قطاعات الورق والأغذية والكيماويات. [ 4 ]  

أداء

يتحدد أداء المضخة الحرارية بقدرتها على استخلاص الحرارة من بيئة منخفضة الحرارة (المصدر ) ونقلها إلى بيئة ذات درجة حرارة أعلى ( المستقبل ). [ 69 ] ويختلف الأداء تبعًا لتفاصيل التركيب، وفروق درجات الحرارة، وارتفاع الموقع، وموقع المضخة، ومسارات الأنابيب، ومعدلات التدفق، والصيانة.

تعمل المضخات الحرارية بأعلى كفاءة لها عندما يكون فرق درجة الحرارة بين مصدر الحرارة ومشتت الحرارة ضئيلاً. ونتيجة لذلك، يكون أداؤها في أفضل حالاته في المناخات المعتدلة، وفي حالة التدفئة، تنخفض كفاءتها مع انخفاض درجات الحرارة الخارجية. وقد صُممت تقييمات أداء المستهلك لتعكس هذه الاختلافات في ظل ظروف مختلفة.

من مقاييس الأداء الشائعة معامل كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) (في وضع التبريد) ومعامل الأداء الموسمي (SCOP) (يُستخدم عادةً للتدفئة فقط)، مع العلم أنه يمكن استخدام SCOP لكلا وضعي التشغيل. [ 69 ] تشير القيم الأعلى لأي من المقياسين إلى أداء أفضل. [ 69 ] عند مقارنة أداء المضخات الحرارية، يُفضل استخدام مصطلح " الأداء" على "الكفاءة" ، حيث يُستخدم معامل الأداء (COP) لوصف نسبة الحرارة المُستفادة لكل وحدة طاقة مُدخلة. [ 69 ] يبلغ معامل الأداء (COP) لسخان المقاومة الكهربائية 1.0، وهو أقل بكثير من معامل الأداء (COP) لمضخة حرارية مُصممة جيدًا، والذي يتراوح عادةً بين 3 و5 عند درجة حرارة خارجية 10  درجات مئوية ودرجة حرارة داخلية 20  درجة مئوية. ولأن الأرض مصدر حرارة ثابت، فإن المضخة الحرارية الأرضية لا تتعرض لتقلبات كبيرة في درجات الحرارة، ولذلك فهي أكثر أنواع المضخات الحرارية كفاءة في استهلاك الطاقة. [ 69 ]

يُعدّ "معامل الأداء الموسمي" (SCOP) مقياسًا لكفاءة الطاقة الإجمالية على مدار عام واحد، وهو يعتمد على المناخ الإقليمي. [ 69 ] ويُقدّم أحد أطر هذا الحساب لائحة المفوضية الأوروبية رقم 813/2013. [ 70 ]

يتم تحديد أداء تشغيل المضخة الحرارية في وضع التبريد في الولايات المتحدة إما من خلال نسبة كفاءة الطاقة (EER) أو نسبة كفاءة الطاقة الموسمية (SEER)، وكلاهما بوحدات BTU/(h·W) (لاحظ أن 1 BTU/(h·W)  = 0.293 W/W) وتشير القيم الأكبر إلى أداء أفضل.

معامل تغير الأداء مع درجة حرارة الخرج
نوع المضخة ومصدرهاالاستخدام النموذجي35  درجة مئوية (على سبيل المثال، أرضية خرسانية ساخنة )45  درجة مئوية (على سبيل المثال، أرضية خرسانية ساخنة)55  درجة مئوية (مثل الأرضيات الخشبية المدفأة، أو المشعات، أو سخانات المياه المنزلية )65  درجة مئوية (مثلاً: مشعاع أو ماء ساخن للاستخدام المنزلي)75  درجة مئوية (مثلاً: مشعاع أو سخان مياه)85  درجة مئوية (مثلاً: مشعاع أو سخان مياه)
مضخة حرارية عالية الكفاءة تعمل بمصدر هواء (ASHP)، هواء عند درجة حرارة -20  درجة مئوية [ 71 ]2.22.0----
مضخة حرارية هوائية ثنائية المرحلة، هواء عند درجة حرارة -20  درجة مئوية [ 72 ]درجة حرارة المصدر المنخفضة2.42.21.9---
مضخة هواء عالية الكفاءة، هواء عند درجة حرارة 0  درجة مئوية [ 71 ]درجة حرارة منخفضة للمخرج3.82.82.22.0--
نموذج أولي لثاني أكسيد الكربون فوق الحرج2 (R744) مضخة حرارية مع مبرد غاز ثلاثي الأجزاء، مصدر عند 0 درجة مئوية [ 73 ]درجة حرارة عالية للخرج3.3--4.2-3.0
مضخة حرارية أرضية المصدر (GSHP)، ماء عند درجة حرارة 0  درجة مئوية [ 71 ]5.03.72.92.4--
GSHP، مطحون عند 10  درجة مئوية [ 71 ]درجة حرارة منخفضة للمخرج7.25.03.72.92.4-
الحد النظري لدورة كارنو ، المصدر -20  درجة مئوية5.64.94.44.03.73.4
الحد النظري لدورة كارنو ، المصدر 0  درجة مئوية8.87.16.05.24.64.2
الحد النظري لدورة لورنتزن ( CO2 مضخة)، سائل الإرجاع 25 درجة مئوية، المصدر 0 درجة مئوية [ 73 ]10.18.87.97.16.56.1
الحد النظري لدورة كارنو ، المصدر 10  درجة مئوية12.39.17.36.15.44.8

البصمة الكربونية

يعتمد البصمة الكربونية لمضخات الحرارة على كفاءتها الفردية وكيفية إنتاج الكهرباء. وسيؤدي ازدياد الاعتماد على مصادر الطاقة منخفضة الكربون، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، إلى تقليل الأثر على المناخ.

نظام التدفئةانبعاثات مصدر الطاقةكفاءةالانبعاثات الناتجة عن الطاقة الحرارية
مضخة حرارية تعمل بطاقة الرياح البرية11  غرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة [ 74 ]400% (COP=4)3  غرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة
مضخة حرارية مع مزيج من الكهرباء العالمية436  غرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة [ 75 ] (2022)400% (COP=4)109  غرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة
الطاقة الحرارية بالغاز الطبيعي (عالية الكفاءة)201  غرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة [ 76 ]90%223  غرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة
توليد الكهرباء بواسطة مضخة حرارية تعمل بالفحم البني (محطة توليد طاقة قديمة) وأداء منخفض1221  غرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة [ 76 ]300% (COP=3)407  غرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة

في معظم الحالات، تُقلل المضخات الحرارية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مقارنةً بأنظمة التدفئة التي تعمل بالوقود الأحفوري . [ 77 ] في المناطق التي تستهلك 70% من الطاقة العالمية ، تتجاوز نسبة توفير الانبعاثات الناتجة عن المضخات الحرارية مقارنةً بغلايات الغاز عالية الكفاءة 45% في المتوسط، وتصل إلى 80% في الدول التي تستخدم مزيجًا أنظف من مصادر الطاقة الكهربائية. [ 4 ] ويمكن تحسين هذه النسب بمقدار 10 نقاط مئوية باستخدام مواد تبريد بديلة. في الولايات المتحدة، يمكن لـ 70% من المنازل خفض انبعاثاتها عن طريق تركيب مضخة حرارية. [ 78 ] [ 4 ] ومن المتوقع أن يؤدي ارتفاع حصة توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة في العديد من البلدان إلى زيادة وفورات الانبعاثات الناتجة عن المضخات الحرارية مع مرور الوقت. [ 4 ]

تُعدّ أنظمة التدفئة التي تعمل بالهيدروجين الأخضر منخفضة الكربون أيضاً، وقد تُصبح منافسةً للأنظمة التقليدية، إلا أنها أقل كفاءةً بكثير بسبب فقد الطاقة المرتبط بتحويل الهيدروجين ونقله واستخدامه. إضافةً إلى ذلك، من المتوقع ألا يتوفر ما يكفي من الهيدروجين الأخضر قبل عامي 2030 أو 2040. [ 79 ] [ 80 ]

عملية

الشكل 2: مخطط درجة الحرارة والإنتروبيا لدورة ضغط البخار
منظر داخلي للوحدة الخارجية لمضخة حرارية تعمل بمصدر هواء من نوع إيكودان
نظام مضخة حرارية كبير لمبنى تجاري
الأسلاك والوصلات بوحدة تكييف مركزية داخلية

تستخدم تقنية ضغط البخار مادة تبريد متداولة كوسيط لامتصاص الحرارة من حيز ما، ثم ضغطها لرفع درجة حرارتها قبل إطلاقها في حيز آخر. يتكون النظام عادةً من ثمانية مكونات رئيسية: ضاغط ، وخزان، وصمام عكسي لاختيار وضع التدفئة أو التبريد، وصمامين للتمدد الحراري (أحدهما يُستخدم في وضع التدفئة والآخر في وضع التبريد)، ومبادلين حراريين، أحدهما مرتبط بمصدر/مستودع الحرارة الخارجي والآخر بالداخلي. في وضع التدفئة، يعمل المبادل الحراري الخارجي كمبخر، بينما يعمل الداخلي كمكثف؛ أما في وضع التبريد، فتنعكس الأدوار.

يدخل غاز التبريد المتداول إلى الضاغط في حالة ديناميكية حرارية تُعرف بالبخار المشبع [ 81 ] ، ويُضغط إلى ضغط أعلى، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. يصبح البخار الساخن المضغوط في حالة ديناميكية حرارية تُعرف بالبخار المحمص، ويكون عند درجة حرارة وضغط يسمحان بتكثيفه باستخدام ماء التبريد أو هواء التبريد المتدفق عبر الملف أو الأنابيب. في وضع التدفئة، تُستخدم هذه الحرارة لتدفئة المبنى باستخدام المبادل الحراري الداخلي، وفي وضع التبريد، تُطرد هذه الحرارة عبر المبادل الحراري الخارجي.

يُوجَّه سائل التبريد المكثف، في حالته الديناميكية الحرارية المعروفة بالسائل المشبع ، عبر صمام تمدد حيث يتعرض لانخفاض مفاجئ في الضغط. ويؤدي هذا الانخفاض إلى تبخر جزء من سائل التبريد تبخرًا سريعًا. ويخفض تأثير التبريد الذاتي الناتج عن هذا التبخر السريع درجة حرارة خليط سائل وبخار التبريد إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة الحيز المغلق المراد تبريده.

يُمرر المزيج البارد عبر الملف أو الأنابيب في المبخر. تقوم مروحة بتدوير الهواء الدافئ في الحيز المغلق عبر الملف أو الأنابيب التي تحمل مزيج سائل وبخار المبرد البارد. يعمل هذا الهواء الدافئ على تبخير الجزء السائل من مزيج المبرد البارد. في الوقت نفسه، يبرد الهواء المتداول، مما يخفض درجة حرارة الحيز المغلق إلى الدرجة المطلوبة. في المبخر، يمتص المبرد المتداول الحرارة ويتخلص منها، ثم تُطرد هذه الحرارة إلى المكثف وتُنقل إلى مكان آخر بواسطة الماء أو الهواء المستخدم في المكثف.

لإكمال دورة التبريد ، يصبح بخار المبرد الخارج من المبخر بخارًا مشبعًا مرة أخرى ويتم توجيهه مرة أخرى إلى الضاغط.

بمرور الوقت، قد يتجمع الجليد أو الماء في المبخر من الرطوبة المحيطة . يذوب الجليد من خلال دورة إزالة الجليد . يُستخدم مبادل حراري داخلي إما لتسخين/تبريد الهواء الداخلي مباشرةً أو لتسخين الماء الذي يُعاد تدويره عبر المشعات أو دائرة التدفئة الأرضية لتسخين أو تبريد المبنى.

تحسين معامل الأداء عن طريق التبريد الفرعي

يمكن تحسين مدخلات الحرارة إذا دخل المبرد إلى المبخر بمحتوى بخاري أقل. ويتحقق ذلك بتبريد المبرد السائل بعد التكثيف. يتكثف المبرد الغازي على سطح التبادل الحراري للمكثف. ولتحقيق تدفق حراري من مركز التدفق الغازي إلى جدار المكثف، يجب أن تكون درجة حرارة المبرد السائل أقل من درجة حرارة التكثيف.

يمكن تحقيق تبريد إضافي عن طريق التبادل الحراري بين سائل التبريد الدافئ نسبيًا الخارج من المكثف وبخار التبريد البارد الخارج من المبخر. يؤدي فرق المحتوى الحراري اللازم للتبريد الإضافي إلى تسخين البخار المسحوب إلى الضاغط. عندما تكون الزيادة في التبريد الناتجة عن التبريد الإضافي أكبر من طاقة تشغيل الضاغط اللازمة للتغلب على فقدان الضغط الإضافي، فإن هذا التبادل الحراري يحسن معامل الأداء. [ 82 ]

من عيوب التبريد الفائق للسوائل ضرورة وجود فرق كبير بين درجة حرارة التكثيف ودرجة حرارة المشتت الحراري. وهذا يؤدي إلى فرق ضغط مرتفع نسبيًا بين ضغط التكثيف وضغط التبخر، مما يزيد من طاقة الضاغط. [ 83 ]

اختيار مادة التبريد

يمكن تقسيم المبردات النقية إلى مواد عضوية ( الهيدروكربونات (HCs)، ومركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs)، ومركبات الهيدروكلوروفلوروكربون (HCFCs)، ومركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs)، ومركبات الهيدروفلوروأوليفينات (HFOs)، ومركبات الهيدروفلوروأوليفينات (HCFOs))، ومواد غير عضوية ( الأمونيا ( NH3)3ثاني أكسيد الكربون(CO2والماء(H2 O) [ 84 ] ). [ 85 ] عادةً ما تكون درجات غليانها أقل من -25 درجة مئوية. [ 86 ]

على مدى المئتي عام الماضية، شهدت معايير ومتطلبات المبردات الجديدة تغيرات. فاليوم، يُشترط انخفاض معامل الاحترار العالمي (GWP)، بالإضافة إلى المتطلبات السابقة المتعلقة بالسلامة، والجدوى العملية، وتوافق المواد، وعمر التبريد المناسب في الغلاف الجوي، والتوافق مع المنتجات عالية الكفاءة. وبحلول عام 2022، كانت حصة الأجهزة التي تستخدم مبردات ذات معامل احترار عالمي منخفض للغاية في السوق ضئيلة، ولكن من المتوقع أن يزداد دورها نتيجة للوائح المُطبقة، [ 87 ] حيث صادقت معظم الدول على تعديل كيغالي لحظر مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs). [ 88 ] يُعد كل من الإيزوبيوتان (R600A) والبروبان (R290) أقل ضررًا بالبيئة من مركبات الهيدروفلوروكربون التقليدية (HFCs)، ويُستخدمان بالفعل في مضخات الحرارة الهوائية . [ 89 ] وقد يكون البروبان هو الأنسب لمضخات الحرارة ذات درجات الحرارة العالية. [ 90 ] كما يتميز كل من الأمونيا (R717) وثاني أكسيد الكربون ( R-744 ) بانخفاض معامل الاحترار العالمي. اعتبارًا من عام 2023انخفاض نسبة ثاني أكسيد الكربون2- لا تتوفر مضخات الحرارة على نطاق واسع، ويستمر البحث والتطوير فيها. [ 91 ] وذكر تقرير صدر عام 2024 أن المبردات ذات معامل الاحتباس الحراري معرضة لمزيد من القيود الدولية. [ 92 ]

حتى تسعينيات القرن الماضي، كانت المضخات الحرارية، إلى جانب الثلاجات وغيرها من المنتجات ذات الصلة، تستخدم مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) كمواد تبريد، مما تسبب في أضرار جسيمة لطبقة الأوزون عند إطلاقها في الغلاف الجوي . وقد تم حظر استخدام هذه المواد الكيميائية أو تقييده بشدة بموجب بروتوكول مونتريال الصادر في أغسطس 1987. [ 93 ]

تُعدّ بدائل غازات التبريد، مثل R-134a و R-410A ، من مركبات الهيدروفلوروكربون (HFC) ذات خصائص ديناميكية حرارية مماثلة، مع قدرة ضئيلة على استنفاد طبقة الأوزون (ODP)، ولكنها تُسبب مشاكل في الاحتباس الحراري العالمي (GWP). [ 94 ] تُعتبر مركبات الهيدروفلوروكربون من غازات الاحتباس الحراري القوية التي تُساهم في تغير المناخ. [ 95 ] [ 96 ] كما اكتسب ثنائي ميثيل الإيثر (DME) شعبيةً كمبرد عند استخدامه مع R404a. [ 97 ] ومن المبردات الأحدث ثنائي فلورو الميثان (R32) ذو قدرة أقل على الاحتباس الحراري العالمي، ولكنها لا تزال تتجاوز 600.

مادة التبريدإجمالي أقساط التأمين لمدة 20 عامًاإجمالي مدفوعات القرض السنوي لمدة 100 عام
البروبان R-290 [ 98 ]0.0720.02
إيزوبوتان R-600a3 [ 99 ]
R-32 [ 98 ]491771
R-410a [ 100 ]47052285
R-134a [ 100 ]40601470
R-404a [ 100 ]72584808

من المتوقع أن تلعب الأجهزة التي تعمل بغاز التبريد R-290 (البروبان) دورًا محوريًا في المستقبل. [ 90 ] [ 101 ] يُعدّ معامل الاحترار العالمي للبروبان على مدى 100 عام منخفضًا للغاية، حيث يبلغ 0.02، أي أقل بحوالي 7000 مرة من معامل الاحترار العالمي لغاز التبريد R-32. مع ذلك، تتطلب قابلية البروبان للاشتعال اتخاذ تدابير أمان إضافية: فقد حُدّدت كميات الشحن الآمنة القصوى عند مستويات أقل بكثير من تلك الخاصة بغازات التبريد الأقل قابلية للاشتعال (حيث يُسمح باستخدام كمية من غاز التبريد في النظام أقل بحوالي 13.5 مرة من تلك المستخدمة مع غاز التبريد R-32). [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] هذا يعني أن غاز التبريد R-290 غير مناسب لجميع الظروف أو المواقع. ومع ذلك، بحلول عام 2022، ازداد عدد الأجهزة التي تعمل بغاز التبريد R-290 والمتاحة للاستخدام المنزلي، لا سيما في أوروبا. [ 105 ] [ 106 ]

مع ذلك، لا تزال مُبرّدات مركبات الكربون الهيدروفلورية (HFC) تُهيمن على السوق. وقد شهدت قرارات حكومية حديثة التخلص التدريجي من مُبرّد R-22 . ويتم الترويج لبدائل مثل R-32 وR-410A باعتبارها صديقة للبيئة، ولكنها لا تزال ذات قدرة عالية على إحداث الاحتباس الحراري. [ 107 ] تستخدم المضخة الحرارية عادةً 3  كيلوغرامات من المُبرّد. ومع استخدام R-32، لا تزال هذه الكمية تُحدث تأثيرًا على مدى 20 عامًا يُعادل 7 أطنان من ثاني أكسيد الكربون ، وهو ما يُعادل عامين من التدفئة بالغاز الطبيعي في منزل متوسط. وقد تم بالفعل التخلص التدريجي من المُبرّدات ذات قدرة استنفاد الأوزون العالية. [ 108 ]

حوافز حكومية

تهدف الحوافز المالية إلى حماية المستهلكين من ارتفاع تكاليف الغاز الأحفوري والحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، [ 109 ] وهي متاحة حاليًا في أكثر من 30 دولة حول العالم، وتغطي أكثر من 70٪ من الطلب العالمي على التدفئة في عام 2021. [ 4 ]

أستراليا

يستكشف مصنّعو الأغذية، ومصانع الجعة، ومنتجو أغذية الحيوانات الأليفة، وغيرهم من مستخدمي الطاقة الصناعية، جدوى استخدام الطاقة المتجددة لإنتاج الحرارة الصناعية. وتُشكّل عمليات التسخين الصناعي الحصة الأكبر من استهلاك الطاقة في مواقع التصنيع الأسترالية، حيث تُعدّ العمليات التي تتطلب درجات حرارة منخفضة، مثل إنتاج الأغذية، مناسبةً بشكل خاص للانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة.

لمساعدة المنتجين على فهم كيفية استفادتهم من التحول إلى الطاقة المتجددة، قدمت الوكالة الأسترالية للطاقة المتجددة (ARENA) تمويلًا للتحالف الأسترالي لإنتاجية الطاقة (A2EP) لإجراء دراسات جدوى أولية في مواقع متعددة في جميع أنحاء أستراليا، على أن تنتقل المواقع الواعدة إلى دراسات الجدوى الكاملة. [ 110 ]

في مسعى لتحفيز كفاءة الطاقة والحد من الأثر البيئي، طبّقت ولايات فيكتوريا ونيو ساوث ويلز وكوينزلاند الأسترالية برامج حوافز تستهدف تحديث أنظمة تسخين المياه القائمة. وتشجع هذه البرامج تحديدًا على التحوّل من أنظمة الغاز أو الكهرباء التقليدية إلى أنظمة تعتمد على المضخات الحرارية. [ 111 ] [ 112 ] [ 113 ] [ 114 ] [ 115 ]

كندا

في عام 2022، قدمت منحة كندا للمنازل الخضراء [ 116 ] ما يصل إلى 5000 دولار للتحسينات (بما في ذلك مضخات حرارية معينة)، و600 دولار لتقييمات كفاءة الطاقة.

الصين

أدت إعانات الشراء في المناطق الريفية في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين إلى تقليل حرق الفحم للتدفئة، والذي كان يسبب اعتلال الصحة. [ 117 ]

في تقرير وكالة الطاقة الدولية لعام 2024 بعنوان "مستقبل المضخات الحرارية في الصين"، تم التأكيد على أن الصين، باعتبارها أكبر سوق في العالم للمضخات الحرارية في المباني، تلعب دورًا محوريًا في هذه الصناعة العالمية. إذ تستحوذ الصين على أكثر من ربع المبيعات العالمية، مع زيادة قدرها 12% في عام 2023 وحده، على الرغم من انخفاض المبيعات العالمية بنسبة 3% في العام نفسه. [ 118 ]

تُستخدم المضخات الحرارية حاليًا في حوالي 8% من إجمالي مبيعات معدات التدفئة للمباني في الصين اعتبارًا من عام 2022، وتزداد شعبيتها في المناطق الوسطى والجنوبية لأغراض التدفئة والتبريد. ورغم ارتفاع تكلفتها الأولية وقلة الوعي بها نسبيًا، تُفضّل المضخات الحرارية لكفاءتها العالية في استهلاك الطاقة، إذ تستهلك طاقة أقل بثلاث إلى خمس مرات من السخانات الكهربائية أو حلول التدفئة التي تعمل بالوقود الأحفوري. وتمثل المضخات الحرارية اللامركزية المُثبّتة في المباني الصينية حاليًا ربع القدرة العالمية المُثبّتة، ​​بسعة إجمالية تتجاوز 250 جيجاواط، ما يُغطي حوالي 4% من احتياجات التدفئة في المباني. [ 118 ]

بموجب سيناريو التعهدات المعلنة (APS)، الذي يتماشى مع أهداف الصين لتحقيق الحياد الكربوني، من المتوقع أن تصل القدرة الإنتاجية إلى 1400 جيجاواط بحلول عام 2050، ما يغطي 25% من احتياجات التدفئة. ويتطلب هذا السيناريو تركيب حوالي 100 جيجاواط من المضخات الحرارية سنويًا حتى عام 2050. علاوة على ذلك، يوظف قطاع المضخات الحرارية في الصين أكثر من 300 ألف شخص، ومن المتوقع أن يتضاعف هذا العدد بحلول عام 2050، مما يؤكد أهمية التدريب المهني لنمو هذا القطاع. ومن المتوقع أن يلعب هذا التطور القوي في سوق المضخات الحرارية دورًا هامًا في خفض الانبعاثات المباشرة في المباني بنسبة 30%، وخفض انبعاثات الجسيمات الدقيقة (PM2.5) من التدفئة المنزلية بنسبة تقارب 80% بحلول عام 2030. [ 118 ] [ 119 ]

الاتحاد الأوروبي

بهدف تسريع وتيرة نشر المضخات الحرارية، أطلقت المفوضية الأوروبية منصة تسريع المضخات الحرارية في نوفمبر 2024. [ 120 ] وستشجع هذه المنصة خبراء الصناعة وصناع السياسات وأصحاب المصلحة على التعاون وتبادل أفضل الممارسات والأفكار، ومناقشة التدابير التي تعزز حلول التدفئة المستدامة بشكل مشترك. [ 121 ]

المملكة المتحدة

حتى عام 2027، لا تخضع المضخات الحرارية الثابتة لضريبة القيمة المضافة. [ 122 ] اعتبارًا من عام 2022تُعدّ تكلفة تركيب المضخة الحرارية أعلى من تكلفة تركيب غلاية الغاز، ولكن مع منحة "برنامج ترقية الغلايات" الحكومية [ 123 ] ، وبافتراض ثبات تكاليف الكهرباء والغاز، ستكون تكلفة كليهما على مدار عمرهما متقاربة في المتوسط. [ 124 ] ومع ذلك، تختلف تكلفة المضخة الحرارية على مدار عمرها مقارنةً بغلاية الغاز اختلافًا كبيرًا تبعًا لعدة عوامل، مثل جودة تركيب المضخة الحرارية والتعرفة المستخدمة. [ 125 ] في عام 2024، وُجّهت انتقادات لإنجلترا لسماحها ببناء منازل جديدة مزودة بغلايات غاز، على عكس بعض المقاطعات الأخرى التي حظرت ذلك. [ 126 ]

الولايات المتحدة

في عام 2022، بيعت مضخات حرارية في الولايات المتحدة أكثر من أفران الغاز الطبيعي. [ 127 ]

في الفترة من عام 2022 إلى عام 2025، قدم برنامج حوافز المنازل الكهربائية عالية الكفاءة منحًا لمكاتب الطاقة الحكومية والقبائل الهندية بهدف إنشاء برامج حوافز على مستوى الولايات للمنازل الكهربائية عالية الكفاءة. وكانت الأسر الأمريكية مؤهلة للحصول على إعفاء ضريبي لتغطية تكاليف شراء وتركيب مضخة حرارية، بحد أقصى 2000 دولار. وابتداءً من عام 2023، أصبحت الأسر ذات الدخل المنخفض والمتوسط ​​مؤهلة للحصول على حافز لمضخة حرارية يصل إلى 8000 دولار. [ 128 ]

في نوفمبر 2023، خصصت إدارة الرئيس الأمريكي جو بايدن 169 مليون دولار من قانون خفض التضخم لتسريع إنتاج المضخات الحرارية. وقد استخدمت قانون الإنتاج الدفاعي لعام 1950 لتحقيق ذلك، في مسعى معلن لتعزيز الأمن القومي. [ 129 ]

في عام 2025، تراجع الرئيس الأمريكي دونالد ترامب عن قرار استخدام قانون الإنتاج الدفاعي، ولم يجدد بعض الإعفاءات الضريبية المستخدمة لدعم مضخات التدفئة. [ 130 ] [ 131 ]

ملحوظات

  1. كما هو موضح في معامل الأداء النظري الأقصى = (درجة الحرارة الداخلية المطلوبة + 273) ÷ (درجة الحرارة الداخلية المطلوبة - درجة الحرارة الخارجية) = (7+273) ÷ (7 - (-3)) = 280÷10 = 28 [ 13 ]
  2. كما هو موضح في معامل الأداء النظري الأقصى = (درجة الحرارة الداخلية المطلوبة + 273) ÷ (درجة الحرارة الداخلية المطلوبة - درجة الحرارة الخارجية) = (27+273) ÷ (27 - (-3)) = 300÷30 = 10 [ 13 ]

مراجع

  1. "أنظمة المضخات الحرارية" . Energy.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 مارس 2024 .
  2. "غلاية الغاز مقابل المضخة الحرارية: أيهما الأنسب لك؟ - بريتيش غاز" . britishgas.co.uk . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يناير 2025 .
  3. "مضخات حرارة هواء العادم" . مؤسسة توفير الطاقة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 فبراير 2024 .
  4. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ تقرير تكنولوجي: مستقبل المضخات الحرارية . الوكالة الدولية للطاقة (تقرير). نوفمبر ٢٠٢٢. مؤرشف من الأصل في ٦ يناير ٢٠٢٣. تم الاطلاع عليه في ٦ يناير ٢٠٢٣ .الترخيص: CC BY 4.0.
  5. IPCC AR6 WG3 الفصل 11 2022 ، القسم 11.3.4.1 .
  6. IPCC SR15 الفصل 2 2018 ، ص 142 . 
  7. إيفريت، نيل (11 سبتمبر 2023). "دراسة تثبت كفاءة المضخات الحرارية في درجات الحرارة المنخفضة" . كولينج بوست . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2024 .
  8. ديتجين، توماس أ.؛ والش، ليام؛ فايشناف، بارث (28 يوليو 2021). "مضخات التدفئة المنزلية في الولايات المتحدة: إمكاناتها الاقتصادية الخاصة وتأثيراتها على الانبعاثات والصحة وشبكة الكهرباء" . رسائل البحوث البيئية . 16 (8): 084024. Bibcode : 2021ERL....16h4024D . doi : 10.1088/1748-9326/ac10dc . ISSN 1748-9326 . S2CID 236486619 .  
  9. "الدفعة الأخيرة نحو التخلص التدريجي من الغاز الروسي في الاتحاد الأوروبي" . إمبر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يناير 2026 .
  10. "أوروبا تكافح لتدفئة المنازل دون أن تُحرق الكوكب | كلين إنرجي واير" . www.cleanenergywire.org . 5 يوليو 2023. تاريخ الاطلاع: 23 يناير 2026 .
  11. باديسون، لورا؛ ماكلوسكي، ميتشل (2 يوليو 2025). "صيف أوروبا يزداد حرارةً بشكلٍ لا يُطاق. فلماذا يُعدّ تكييف الهواء نادرًا جدًا؟" . سي إن إن . تاريخ الاسترجاع: 23 يناير 2026 .
  12. 1 2 G. FC Rogers and YR Mayhew (1957), Engineering Thermodynamics, Work and Heat Transfer , Section 13.1, Longmans, Green & Company Limited.
  13. 1 2 "هل يوجد حد أقصى نظري لمعامل الأداء (COP) لمضخات الحرارة والمبردات؟" . موقع Physics Stack Exchange . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 فبراير 2024 .
  14. ويليامسون، كريس (13 أكتوبر 2022). "مضخات الحرارة رائعة. فلنجعلها أفضل" . كل ما يمكنك تدفئته . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 فبراير 2024 .
  15. "المخترع الاسكتلندي الذي غالباً ما يُنسى، والذي غيّر ابتكاره العالم" . صحيفة ذا ناشيونال . 10 أبريل 2022. تاريخ الاطلاع: 21 فبراير 2024 .
  16. باث، غريفيل؛ باث، دوروثي (1943). جاكوب بيركنز، اختراعاته، عصره، ومعاصروه . الجمعية التاريخية لولاية بنسلفانيا. ص 149. 
  17. ١ ٢ ٣ ٤ "تاريخ تقنيات الضخ الحراري في سويسرا - نصوص" . www.aramis.admin.ch . مؤرشف من الأصل بتاريخ ٢٣ نوفمبر ٢٠٢١. تم الاطلاع عليه بتاريخ ١٤ سبتمبر ٢٠٢٣ .
  18. بانكس، ديفيد ل. (6 مايو 2008). مقدمة في الجيولوجيا الحرارية: التسخين والتبريد من مصادر أرضية (ملف PDF) . وايلي-بلاك ويل. ISBN 978-1-4051-7061-1تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية في 20 ديسمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 5 مارس 2014 .
  19. ^ ويرث، إي. (1955)، Aus der Entwicklungsgeschichte der Wärmepumpe، Schweizerische Bauzeitung (في المانيا)، المجلد. 73، الصفحات من 647 إلى 650، أرشفة من النسخة الأصلية في 20 نوفمبر 2021 ، استرجاعها 20 نوفمبر 2021  
  20. راندال، إيان (31 يوليو 2022). "مضخات الحرارة: النظام العريق الذي أصبح الآن في صميم استراتيجية الطاقة الحكومية" . ديلي إكسبريس . تاريخ الاسترجاع: 16 مارس 2024 .
  21. 1 2 إمدادات الكهرباء في المملكة المتحدة : تسلسل زمني - من بدايات الصناعة حتى 31 ديسمبر 1985. مجلس الكهرباء. 1987. ISBN  978-0851881058. OCLC 17343802 . 
  22. بانكس، ديفيد (أغسطس 2012). مقدمة في الجيولوجيا الحرارية: التسخين والتبريد من المصادر الأرضية . جون وايلي وأولاده. ص 123. 
  23. تُعد المضخات الحرارية التي تعمل بمصدر مائي أو أرضي نوعًا آخر من المضخات الحرارية، حيث يتم الحصول على الماء إما من الجداول أو من المياه المتدفقة كمحلول ملحي في الأرض.
  24. "لماذا ستحتاج منازل بريطانيا إلى أنواع مختلفة من مضخات الحرارة؟" . مجلة الإيكونوميست . ISSN 0013-0613 . تاريخ الاطلاع: 19 فبراير 2024 . 
  25. لي، خوا؛ هوانغ، إم جيه؛ هيويت، نيل (2018). "مضخة حرارية منزلية عالية الحرارة تعمل بالهواء: تحليل الأداء باستخدام محاكاة TRNSYS" . المؤتمر الدولي الخامس للمباني عالية الأداء . ويست لافاييت، إنديانا، الولايات المتحدة الأمريكية: المؤتمر الدولي الخامس للمباني عالية الأداء في جامعة بيردو: 1. تاريخ الاسترجاع: 20 فبراير 2022 .
  26. "مضخات الحرارة تُظهر مدى صعوبة خفض الانبعاثات الكربونية" . مجلة الإيكونوميست . ISSN 0013-0613 . تاريخ الاطلاع: 14 سبتمبر 2023 . 
  27. لورانس، كارين. "شرح مضخات الحرارة الهوائية" . مجلة Which؟. مؤرشف من الأصل في 4 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 4 أكتوبر 2022 .
  28. كندا، الموارد الطبيعية (22 أبريل 2009). "التدفئة والتبريد باستخدام مضخة حرارية" . natural-resources.canada.ca . تاريخ الاطلاع: 22 فبراير 2024 .
  29. «مضخات الحرارة تعمل في البرد - لكن الأمريكيين لا يدركون ذلك بعد» . غريست . 9 مايو 2022. مؤرشف من الأصل في 9 مايو 2022. تم الاطلاع عليه في 9 مايو 2022 .
  30. «الاتحاد الأوروبي يدرس بديلاً كهربائياً للغاز الروسي: المضخة الحرارية» . بوليتيكو . ١٨ مارس ٢٠٢٢. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٣ يناير ٢٠٢٦ .
  31. أزاو، سارة (23 أبريل 2025). "الاستغناء عن الغاز الروسي للتدفئة: إضافة 14 مليون مضخة حرارية في الاتحاد الأوروبي" . الرابطة الأوروبية لمضخات الحرارة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يناير 2026 .
  32. ستون، لوري (10 مارس 2022). "الاتحاد الأوروبي يسعى لتقليل اعتماده على الغاز الروسي باستثمار جديد في مضخات الحرارة" . معهد روكي ماونتن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يناير 2026 .
  33. "مضخات الحرارة مطلوبة بشدة. لكن بالنسبة للأشخاص الذين يعيشون في الشقق السكنية، فإن الحصول على واحدة يمثل بعض التحديات" .
  34. سيزين، كوتباي؛ غونغور، أفسين (1 يناير 2023). "مقارنة أنظمة المضخات الحرارية المدعومة بالطاقة الشمسية لتدفئة المساكن: مراجعة" . الطاقة الشمسية . 249 : 424-445 . Bibcode : 2023SoEn..249..424S . doi : 10.1016/j.solener.2022.11.051 . ISSN 0038-092X . يُمكّن نظام المضخة الحرارية الشمسية ذات التمدد المباشر الكهروضوئي الحراري (PV/T-DX-SAHP) من الاستفادة من الحرارة المهدرة لتبخير المُبرّد في مُجمّع-مُبخر PV/T، مع توفير تبريد أفضل للخلايا الكهروضوئية (ياو وآخرون، 2020). 
  35. "مضخات حرارية تعمل بالطاقة الشمسية" . مؤرشف من الأصل في 28 فبراير 2020. تم الاطلاع عليه في 21 يونيو 2016 .
  36. "Pompe di calore elio-assistite" (بالإيطالية). مؤرشف من الأصل في 7 يناير 2012. تم الاطلاع عليه في 21 يونيو 2016 .
  37. جي، جي؛ ليو، كيليانغ؛ تشاو، تين تاي؛ باي، غانغ؛ هي، وي؛ هي، هان فنغ (1 أغسطس 2008). "تحليل أداء مضخة حرارية كهروضوئية" . الطاقة التطبيقية . 85 (8): 680-693 . Bibcode : 2008ApEn...85..680J . doi : 10.1016/j.apenergy.2008.01.003 . ISSN 0306-2619 . 
  38. أسغاري، نيما؛ هايبو، كوامي سليمان؛ غروزا، جوليا؛ رانا، شفقت؛ بيرس، جوشوا م. (1 يناير 2025). "تطبيقات المضخات الحرارية التي تعمل بالطاقة الشمسية الكهروضوئية في البيوت الزجاجية في البيئات الشمالية" . مجلة مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 207 114920. Bibcode : 2025RSERv.20714920A . doi : 10.1016/j.rser.2024.114920 . ISSN 1364-0321 . 
  39. سومرفيلدت، نيلسون؛ بيرس، جوشوا م. (15 أبريل 2023). "هل يمكن أن تؤدي أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصلة بالشبكة إلى كهربة التدفئة المنزلية؟ دراسة حالة تقنية واقتصادية في الغرب الأوسط الأمريكي" . الطاقة التطبيقية . 336 120838. Bibcode : 2023ApEn..33620838S . doi : 10.1016/j.apenergy.2023.120838 . ISSN 0306-2619 . 
  40. بوبي، ستيفانو؛ سومرفيلدت، نيلسون؛ بالز، كريس؛ مدني، حاتم؛ لوندكفيست، بير (1 يناير 2018). "مراجعة تقنية واقتصادية لأنظمة المضخات الحرارية الشمسية لتطبيقات التدفئة السكنية" . مجلة مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 81 : 22-32 . Bibcode : 2018RSERv..81...22P . doi : 10.1016/j.rser.2017.07.041 . ISSN 1364-0321 . 
  41. بادوفاني، فيليبو؛ سومرفيلدت، نيلسون؛ لونغوباردي، فرانشيسكا؛ بيرس، جوشوا م. (1 نوفمبر 2021). "إزالة الكربون من المباني السكنية الريفية في المناخات الباردة: تحليل تقني اقتصادي لكهربة التدفئة" . الطاقة والمباني . 250 111284. Bibcode : 2021EneBu.25011284P . doi : 10.1016/j.enbuild.2021.111284 . ISSN 0378-7788 . 
  42. الفلاحات، علاء م.؛ قدورة، جنان أبو؛ الرواشدة، سعد س.؛ خاطر، رهف؛ قتللاما، زينة؛ الديبس، عماد؛ نور، محمد (1 مارس 2022). "تقييمات أداء الطاقة والجدوى الاقتصادية لنظام المضخة الحرارية الكهروضوئية" . نتائج في الهندسة . 13 100324. doi : 10.1016/j.rineng.2021.100324 . ISSN 2590-1230 . 
  43. بيرس، جوشوا م.؛ سومرفيلدت، نيلسون (يناير 2021). "جدوى أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصلة بالشبكة والمقترنة بمضخات حرارية: حالة المناخات الشمالية في الولايات المتحدة وكندا" . مجلة Energies . 14 (4): 834. doi : 10.3390/en14040834 . ISSN 1996-1073 . 
  44. وانغ، تشنغوانغ؛ غونغ، غوانغكاي؛ سو، هوان؛ واه يو، تشاك (1 سبتمبر 2015). "فعالية أنظمة المضخات الحرارية المتكاملة التي تعمل بالطاقة الشمسية ومصدر الهواء للتطبيق في وسط وجنوب الصين" . مجلة مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 49 : 1190-1197 . Bibcode : 2015RSERv..49.1190W . doi : 10.1016/j.rser.2015.04.172 . ISSN 1364-0321 . 
  45. شرويرز، توان؛ مدني، حاتم؛ زوتل، أندرياس؛ سومرفيلدت، نيلسون؛ زوكر، جيرهارد (1 يوليو 2021). "التحليل التقني والاقتصادي لنظام المضخة الحرارية المدمجة مع الطاقة الشمسية الكهروضوئية للمنازل متعددة الأسر: دراسة حالة نمساوية" . مراجعات استراتيجية الطاقة . 36 100666. Bibcode : 2021EneSR..3600666S . doi : 10.1016/j.esr.2021.100666 . ISSN 2211-467X . 
  46. صندوق توفير الطاقة (13 فبراير 2019). "هل يمكن أن تناسبك مضخة حرارية تعمل بمصدر مائي؟" . صندوق توفير الطاقة . مؤرشف من الأصل في 4 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 4 أكتوبر 2022 .
  47. بارانيوك، كريس (29 مايو 2023). "الطلب المتزايد على مضخات الحرارة العملاقة" . بي بي سي نيوز . مؤرشف من الأصل في 7 سبتمبر 2023. تم الاطلاع عليه في 19 سبتمبر 2023 .
  48. ريستاو، أوليفر (24 يوليو 2022). "التحول في مجال الطاقة، على الطريقة الدنماركية" . DW . مؤرشف من الأصل في 9 أغسطس 2023. تم الاطلاع عليه في 19 سبتمبر 2023 .
  49. بادافيتش-كالاغان، كارميلا (6 ديسمبر 2022). "مضخة حرارية تستخدم مكبر صوت وشرائط ورقية مبللة لتبريد الهواء" . مجلة نيو ساينتست . مؤرشف من الأصل في 4 يناير 2023. تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2023 .
  50. إيفريت، نيل (14 أغسطس 2023). "علماء يدّعون تحقيق طفرة في مضخات الحرارة ذات الحالة الصلبة" . كولينج بوست . مؤرشف من الأصل في 24 سبتمبر 2023. تم الاطلاع عليه في 17 سبتمبر 2023 .
  51. "أنظمة المضخات الحرارية" . وزارة الطاقة الأمريكية. مؤرشف من الأصل في 4 يوليو 2017. تم الاطلاع عليه في 5 فبراير 2016 .
  52. "حافز التدفئة المتجددة - برنامج حوافز التدفئة المتجددة المنزلي - يُدفع على مدى 7 سنوات" . جمعية مضخات الحرارة الأرضية . مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2018. تم الاطلاع عليه في 12 مارس 2017 .
  53. "كفاءة المضخة الحرارية | تصنيفات SEER للمضخة الحرارية" . كارير . مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 يناير 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يناير 2023 .
  54. شرح معامل الأداء (COP) ومعامل التضخيم (SPF) لمضخات الحرارة . جرين بيزنس ووتش المملكة المتحدة . 7 نوفمبر 2019. مؤرشف من الأصل في 22 فبراير 2024. تم الاطلاع عليه في 22 فبراير 2024 .
  55. "لماذا تعتبر مضخة الحرارة هذه للنافذة عبقرية - غير محسوم مع مات فيريل" . 11 يونيو 2024.
  56. "كيف تعمل سخانات المياه بمضخات الحرارة (HPWHs)" . energystar.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2024 .
  57. "أنظمة تسخين المياه بمضخات الحرارة" . هيئة الاستدامة فيكتوريا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2024 .
  58. بارانيوك، كريس (29 مايو 2023). "الطلب المتزايد على مضخات الحرارة العملاقة" . بي بي سي نيوز . مؤرشف من الأصل في 7 سبتمبر 2023. تم الاطلاع عليه في 17 سبتمبر 2023 .
  59. "نظام التدفئة المركزية - نظام الطاقة" . وكالة الطاقة الدولية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2024 .
  60. 1 2 ديفيد، أندريه؛ وآخرون (2017). "خارطة طريق التدفئة في أوروبا: مضخات حرارية كهربائية واسعة النطاق في أنظمة التدفئة المركزية" . Energies . 10 (4): 578. doi : 10.3390/en10040578 . 
  61. سايغ، م. أ. وآخرون (2018). "موقع المضخات الحرارية وتوصيلها وأنماط تشغيلها في أنظمة التدفئة المركزية الأوروبية". الطاقة والمباني . 166 : 122-144 . Bibcode : 2018EneBu.166..122S . doi : 10.1016/j.enbuild.2018.02.006 . 
  62. بوفا، سيمون؛ وآخرون (2019)، "أنظمة التدفئة والتبريد المركزية من الجيل الخامس: مراجعة للحالات القائمة في أوروبا"، مجلة مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة (بالألمانية)، المجلد 104، الصفحات 504-522 ، رمز Bibcode : 2019RSERv.104..504B ، doi : 10.1016/j.rser.2018.12.059   
  63. "الصفحة الرئيسية" . الملحق 35. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 فبراير 2024 .
  64. "مضخات الحرارة الصناعية: حان وقت التحول إلى الكهرباء" . المجلس العالمي للأعمال من أجل التنمية المستدامة (WBCSD) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 فبراير 2024 .
  65. منشورات الملحق 35 من بروتوكول نقل الطاقة عالي السرعة التابع لوكالة الطاقة الدولية، مؤرشفة بتاريخ 21 سبتمبر 2018 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  66. "تطبيقات المضخات الحرارية الصناعية. الملحق 35 ملخص من صفحتين" . HPT – تقنيات المضخات الحرارية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 ديسمبر 2023 .
  67. "باحثون نرويجيون يطورون أسرع مضخة حرارية في العالم" . أمونيا 21. 5 أغسطس 2021. مؤرشف من الأصل في 23 مايو 2022. تم الاطلاع عليه في 7 يونيو 2022 .
  68. «تُعدّ المضخات الحرارية عنصراً أساسياً في مساعدة الصناعة على التحوّل إلى الكهرباء» . المجلس العالمي للأعمال من أجل التنمية المستدامة (WBCSD) . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 سبتمبر 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أكتوبر 2022 .
  69. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ "التدفئة والتبريد باستخدام مضخة حرارية: مصطلحات الكفاءة" . الموارد الطبيعية الكندية. ٨ سبتمبر ٢٠٢٢. مؤرشف من الأصل في ٣ أبريل ٢٠٢٣. تم الاطلاع عليه في ٣ أبريل ٢٠٢٣ .
  70. لائحة المفوضية (الاتحاد الأوروبي) رقم 813/2013 الصادرة في 2 أغسطس 2013 لتنفيذ التوجيه 2009/125/EC الصادر عن البرلمان الأوروبي والمجلس فيما يتعلق بمتطلبات التصميم البيئي لسخانات الفضاء والسخانات المركبة
  71. 1 2 3 4 شبكة الطاقة المتجددة الكندية "أنظمة الطاقة الأرضية التجارية"، الشكل 29. مؤرشف بتاريخ 11 مايو 2011 في Wayback Machine . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 ديسمبر 2009.
  72. المعهد التقني للفيزياء والكيمياء، الأكاديمية الصينية للعلوم ، "أحدث ما توصلت إليه تكنولوجيا مضخات الحرارة الهوائية للمناطق الباردة"، الشكل 5. مؤرشف بتاريخ 14 أبريل 2016 في أرشيف الإنترنت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أبريل 2008.
  73. 1 2 SINTEF Energy Research "أنظمة مضخات الحرارة المتكاملة لثاني أكسيد الكربون لتدفئة المساحات وتوفير المياه الساخنة للاستخدام المنزلي في المنازل منخفضة الطاقة والمنازل السلبية"، ج. ستين، الجدول 3.1، الجدول 3.3. مؤرشف بتاريخ 18 مارس 2009 في Wayback Machine . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أبريل 2008.
  74. "كيف يمكن للرياح أن تساعدنا على التنفس بسهولة أكبر" . Energy.gov . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28 أغسطس 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 سبتمبر 2023 .
  75. "مراجعة الكهرباء العالمية 2023" . إمبر . 11 أبريل 2023. مؤرشف من الأصل في 11 أبريل 2023. تم الاطلاع عليه في 13 سبتمبر 2023 .
  76. 1 2 Quaschning 2022
  77. «المملكة المتحدة تُخرب خطتها الخاصة لإزالة الكربون من التدفئة» . إنجادجيت . ٢٧ مايو ٢٠٢١. مؤرشف من الأصل في ٦ يونيو ٢٠٢١. تم الاطلاع عليه في ٦ يونيو ٢٠٢١ .
  78. ديتجين، توماس أ؛ والش، ليام؛ فايشناف، بارث (28 يوليو 2021). "مضخات التدفئة المنزلية في الولايات المتحدة: إمكاناتها الاقتصادية الخاصة وتأثيراتها على الانبعاثات والصحة وشبكة الكهرباء" . رسائل البحوث البيئية . 16 (8): 084024. Bibcode : 2021ERL....16h4024D . doi : 10.1088/1748-9326/ac10dc . S2CID 236486619 . 
  79. "هل يمكن للمملكة المتحدة الاعتماد على الهيدروجين لإنقاذ غلايات الغاز؟" . inews.co.uk . 21 مايو 2021. مؤرشف من الأصل في 6 يونيو 2021. تم الاطلاع عليه في 6 يونيو 2021 .
  80. وكالة الطاقة الدولية (2022)، مراجعة الهيدروجين العالمية 2022، وكالة الطاقة الدولية، باريس https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2022 مؤرشف بتاريخ 10 يناير 2023 في أرشيف الإنترنت ، الترخيص: CC BY 4.0
  81. الأبخرة والسوائل المشبعة هي أبخرة وسوائل عند درجة حرارة التشبع وضغط التشبع . أما البخار المحمص فهو عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التشبع المقابلة لضغطه.
  82. ^ لودفيج فون كيوب، هانز (1981). تكنولوجيا المضخات الحرارية . بتروورثس. ص 22 – 23. ISBN  0-408-00497-5أُرشف من المصدر الأصلي في 3 أبريل 2023. تم الاطلاع عليه في 2 يناير 2023 .
  83. قريشي، بلال أحمد؛ زبير، سيد م. (ديسمبر 2013). "أنظمة ضغط البخار للتبريد الفرعي الميكانيكي: الوضع الحالي والاتجاهات المستقبلية". المجلة الدولية للتبريد . 36 (8): 2097-2110 . doi : 10.1016/j.ijrefrig.2013.07.026 .
  84. شامون، مروان؛ روليير، روموالد؛ هابرشيل، فيليب؛ بيريل، جان فرانسوا (يونيو 2012). "نموذج ديناميكي لمضخة حرارية صناعية تستخدم الماء كمبرد" . المجلة الدولية للتبريد . 35 (4): 1080-1091 . doi : 10.1016/j.ijrefrig.2011.12.007 .
  85. وو، دي؛ هو، بين؛ وانغ، آر زد (مارس 2021). "مضخات حرارية تعمل بضغط البخار مع مبردات نقية منخفضة الاحتباس الحراري". مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 138 110571. رمز Bibcode : 2021RSERv.13810571W . doi : 10.1016/j.rser.2020.110571 .
  86. «كل ما تحتاج معرفته عن عالم المضخات الحرارية الواسع» . مجلة إم آي تي ​​للتكنولوجيا . مؤرشف من الأصل في 1 أغسطس 2023. تم الاطلاع عليه في 19 سبتمبر 2023 .
  87. ميارا، ماريك (22 أكتوبر 2019). "مضخات حرارية مزودة بمبرد صديق للبيئة مصممة للتركيب الداخلي" . معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية. مؤرشف من الأصل في 20 فبراير 2022. تم الاطلاع عليه في 21 فبراير 2022 .
  88. رابي، باري ج. (23 سبتمبر 2022). "التحول من متخلف عن الركب في مجال المناخ العالمي إلى رائد فيه: كيغالي وسياسة الولايات المتحدة الأمريكية بشأن مركبات الكربون الهيدروفلورية" . بروكينغز . مؤرشف من الأصل في 4 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 4 أكتوبر 2022 .
  89. إيتيلاغ، ريتشارد ل. (9 أغسطس 2012). الكهرباء الخضراء والاحتباس الحراري . دار النشر AuthorHouse. ص 77. ISBN  9781477217405أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 23 نوفمبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2020 .
  90. ١ ٢ "مضخات الحرارة التي تعمل بالبروبان أكثر صداقة للبيئة" . مجلة الإيكونوميست . ٦ سبتمبر ٢٠٢٣. ISSN ٠٠١٣-٠٦١٣ . مؤرشف من الأصل في ١٧ سبتمبر ٢٠٢٣. تم الاطلاع عليه في ١٧ سبتمبر ٢٠٢٣ . 
  91. "مضخة حرارية ذكية تعمل بثاني أكسيد الكربون" . www.dti.dk. مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 يناير 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 سبتمبر 2023 .
  92. "الملحق 53: ملخص من صفحتين حول تقنيات التبريد/التجميد المتقدمة" . HPT - تقنيات ضخ الحرارة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 فبراير 2024 .
  93. "دليل بروتوكول مونتريال بشأن المواد المستنفدة لطبقة الأوزون - الطبعة السابعة" . برنامج الأمم المتحدة للبيئة - أمانة الأوزون. 2007. مؤرشف من الأصل في 30 مايو 2016. تم الاطلاع عليه في 18 ديسمبر 2016 .
  94. "المبردات - الخصائص البيئية" . صندوق الأدوات الهندسية . مؤرشف من الأصل في 14 مارس 2013. تم الاطلاع عليه في 12 سبتمبر 2016 .
  95. R-410A#التأثيرات البيئية .
  96. Ecometrica.com (27 يونيو 2012). "حساب إمكانية انبعاث غازات الاحتباس الحراري لغاز التبريد R-410A" . مؤرشف من الأصل في 13 يوليو 2015. تم الاطلاع عليه في 13 يوليو 2015 .
  97. "مزيج المبرد R404 وDME كحل جديد للحد من إمكانية الاحتباس الحراري" (ملف PDF) . 14 مارس 2012. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 14 مارس 2012.
  98. 1 2 IPCC_AR6_WG1_Ch7 2021 ، 7SM-26
  99. LearnMetrics (12 مايو 2023). "قائمة المبردات ذات معامل الاحتباس الحراري المنخفض: 69 مبردًا أقل من 500 معامل احتباس حراري" . LearnMetrics . مؤرشف من الأصل في 10 يونيو 2023. تم الاطلاع عليه في 13 سبتمبر 2023 .
  100. ١ ٢ ٣ "إمكانية الاحترار العالمي (GWP) لمبردات HFC" . iifiir.org . مؤرشف من الأصل في ٢٤ سبتمبر ٢٠٢٣. تم الاطلاع عليه في ١٣ سبتمبر ٢٠٢٣ .
  101. إيفريت، نيل (15 سبتمبر 2023). "محطة كوڤانتوم لديها قدرة مليون مضخة حرارية" . كولينج بوست . مؤرشف من الأصل في 24 سبتمبر 2023. تم الاسترجاع في 17 سبتمبر 2023 .
  102. ميارا، ماريك (22 أكتوبر 2019). "مضخات حرارية مزودة بمبرد صديق للبيئة مصممة للتركيب الداخلي" . معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية. مؤرشف من الأصل في 20 فبراير 2022. تم الاطلاع عليه في 21 فبراير 2022 .
  103. "سلامة المبردات - حول سلامة المبردات وسميتها وقابليتها للاشتعال" . علامة صح . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2024 .
  104. "A2L - المبردات القابلة للاشتعال بشكل طفيف" . مجلة ACR . 1 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2024 .
  105. غارسيا-غوتيريز، ب؛ هيرمان، م؛ بولاشيكوف، ز.د؛ فيغاند، ج (يناير 2026). "التقييم البيئي لأنظمة توليد الحرارة السكنية: الفرص وآثارها على سياسات الاتحاد الأوروبي". البناء والبيئة . 288 113931. Bibcode : 2026BuEnv.28813931G . doi : 10.1016/j.buildenv.2025.113931 .
  106. "ميديا ​​تضع معيارًا لمزيد من الحماية المناخية مع أول طراز R290 في السوق الألمانية الأوروبية" .
  107. وكالة حماية البيئة الأمريكية، مكتب البحوث التطبيقية (14 نوفمبر 2014). "التخلص التدريجي من المواد المستنفدة للأوزون" . وكالة حماية البيئة الأمريكية . مؤرشف من الأصل في 24 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 16 فبراير 2020 .
  108. ^ جيرجيلي، لازلو زولت؛ بارنا، تحرير؛ هورفاث، ميكلوس؛ سزالاي ، زسوزا (فبراير 2025). "تقييم الكربون المتجسد والتشغيلي لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء السكنية: خطوط الأساس لاستدامة دورة الحياة" . البناء والبيئة . 269 ​​112442. بيب كود : 2025BuEnv.26912442G . دوى : 10.1016/j.buildenv.2024.112442 .
  109. "مضخات الحرارة" . وكالة الطاقة الدولية . مؤرشف من الأصل في 17 سبتمبر 2023. تم الاطلاع عليه في 17 سبتمبر 2023 .
  110. "كهربة العمليات الصناعية باستخدام المضخات الحرارية" . 22 مارس 2022. مؤرشف من الأصل في 8 أغسطس 2022. تم الاطلاع عليه في 9 أغسطس 2022 .
  111. وزارة الطاقة والبيئة والعمل المناخي، حكومة ولاية فيكتوريا (أستراليا) (11 أكتوبر 2023). "أنظمة المياه الساخنة للشركات" . حكومة ولاية فيكتوريا .
  112. وزارة الطاقة والبيئة والعمل المناخي (أستراليا)، حكومة ولاية فيكتوريا (23 سبتمبر 2023). "أنظمة المياه الساخنة للمنازل" . حكومة ولاية فيكتوريا .
  113. هيئة العمل المناخي والطاقة في نيو ساوث ويلز، حكومة نيو ساوث ويلز (أستراليا) (8 ديسمبر 2023). "قم بتحديث نظام تسخين المياه الخاص بك" . حكومة نيو ساوث ويلز .
  114. الحكومة الأسترالية، كوينزلاند (5 أكتوبر 2023). "حوافز توفير الطاقة وتحويل الأعمال في كوينزلاند" . حكومة كوينزلاند .
  115. تايم تو سيف (21 نوفمبر 2023). "حوافز المياه الساخنة في أستراليا: دليل مفصل للشركات" . تايم تو سيف .
  116. "منحة كندا للمنازل الخضراء" . 17 مارس 2021. مؤرشف من الأصل في 17 يناير 2022. تم الاطلاع عليه في 17 يناير 2022 .
  117. "استبدال غلايات تعمل بالفحم في المناطق الريفية ببكين" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 مارس 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 سبتمبر 2023 .
  118. 1 2 3 "ملخص تنفيذي - مستقبل المضخات الحرارية في الصين - تحليل" . وكالة الطاقة الدولية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أبريل 2024 .
  119. وكالة الطاقة الدولية (2024)، مستقبل المضخات الحرارية في الصين، وكالة الطاقة الدولية، باريس https://www.iea.org/reports/the-future-of-heat-pumps-in-china، الترخيص: CC BY 4.0
  120. "منصة تسريع المضخات الحرارية" . المفوضية الأوروبية . 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 نوفمبر 2024 .
  121. "مضخات الحرارة" . المفوضية الأوروبية . 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 نوفمبر 2024 .
  122. "مواد ومعدات التدفئة الموفرة للطاقة (إشعار ضريبة القيمة المضافة 708/6)" . GOV.UK. 31 يناير 2024. تم الاطلاع عليه في 19 يناير 2025 .
  123. "التقدم بطلب للحصول على برنامج ترقية الغلايات" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 19 سبتمبر 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 سبتمبر 2023 .
  124. "إذاعة بي بي سي 4 - الخبز المقطّع، مضخات الحرارة الهوائية" . بي بي سي . مؤرشف من الأصل في 30 أبريل 2022. تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2022 .
  125. لورانس، كارين (3 مايو 2024). "تكاليف وفوائد مضخات الحرارة الهوائية" . مجلة Which؟. تم الاطلاع عليه في 7 يونيو 2024 .
  126. "تدفئة نظيفة بدون هواء ساخن: دروس وتحديات بريطانية وهولندية" . UKERC . تم الاطلاع عليه في 7 يونيو 2024 .
  127. "مع انتشار مضخات الحرارة على نطاق واسع، يبرز سؤال هام: هل يمكنها التعامل مع البرد القارس؟" . صحيفة نيويورك تايمز . ٢٢ فبراير ٢٠٢٣. مؤرشف من الأصل في ١١ أبريل ٢٠٢٣. تم الاطلاع عليه في ١١ أبريل ٢٠٢٣ .
  128. شاو، إيلينا (16 أغسطس 2022). "مشروع قانون مجلس النواب رقم 5376 - قانون خفض التضخم لعام 2022" . موقع الكونغرس الأمريكي. مؤرشف من الأصل في 17 نوفمبر 2022. تم الاطلاع عليه في 17 نوفمبر 2022 .
  129. فرازين، راشيل (17 نوفمبر 2023). "إدارة بايدن تستخدم صلاحيات زمن الحرب لتعزيز التصنيع الموفر للطاقة" . ذا هيل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 نوفمبر 2023 .
  130. بوترايت، زافيير. "ترامب والحزب الجمهوري ألغوا الإعفاءات الضريبية للطاقة النظيفة، لكن لا يزال هناك وقت للادخار" . نادي سييرا . تم الاطلاع عليه في 3 فبراير 2026 .
  131. كيسي، تينا. "ترامب ينتقد مضخات التدفئة، لكنها قادمة على أي حال" . كلين تكنيكا . تم الاطلاع عليه في 3 فبراير 2026 .

مصادر

تقارير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ

آخر

  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بمضخات الحرارة على ويكيميديا ​​كومنز