البحث عن المضخة الحرارية الأكثر كفاءة في العالم

هناك أنواع مختلفة من المضخات الحرارية التي تعتبر من حيث المبدأ أكثر كفاءة من أجهزة مصدر الهواء. بدلًا من امتصاص الدفء من الهواء، يمكنك اختيار حصاد الحرارة من الأرض أو حتى من المسطحات المائية بدلاً من ذلك. ومع ذلك، فإن مثل هذه الأنظمة تميل إلى التكلفة الأعلى.

يصف باتريك ويلر، مدير شركة Vito Energy، عملية تركيب حديثة تطلبت حفر بئر في ممر أحد العملاء. ويمتد أنبوب مملوء بالسوائل من ثقب البئر إلى السطح حيث يمر تحت الألواح الشمسية لجمع المزيد من الحرارة – كل ذلك في “حلقة واحدة كبيرة”، كما يقول.

ويضيف: “النتيجة النهائية هي نظام المضخة الحرارية الأكثر كفاءة الذي قمنا بتركيبه على الإطلاق”. “نأمل أن ينتهي الأمر بمعامل سنوي يبلغ حوالي 6.” سيخبرنا الوقت، فالنظام لم يعمل بكامل طاقته إلا منذ شهر تقريبًا. وهذا النهج ليس للأشخاص الذين يعانون من ضائقة مالية. تكلفة التركيب 60 ألف جنيه إسترليني، لا تشمل نظام التدفئة الأرضية الجديد.

استخدام الماء كمصدر للحرارة يمكن أن يكون فعالاً بشكل خاص، كما تشير شركة Star Refrigeration، وهي موردة لأنظمة التدفئة الصناعية في اسكتلندا. في أحد التصميمات المقترحة، يتذكر ديف بيرسون، مدير التنمية المستدامة للمجموعة، أن المضخة الحرارية ستستخدم مياه الصرف الصحي بدرجة حرارة 60 درجة مئوية لمساعدتها على رفع درجة حرارة السائل في حلقة التسخين من 60 إلى 70 درجة. كان للنظام المطروح COP نظريًا أكثر من 10. يقول بيرسون: «لكن لم يتم بناؤه بعد».

يقول كيرشر إن هناك حدًا أساسيًا للمضخة الحرارية COP يُعرف باسم حد كارنو. باختصار، هذا يعني أن الحد الأقصى النظري لـ COP سيكون دائمًا مقيدًا بما يتناسب مع الفرق بين مصدر الحرارة الخارجي ودرجة الحرارة الداخلية. وكلما زاد هذا الاختلاف، انخفض أعلى مستوى ممكن من COP، ومن ثم هناك خسائر حتمية في الكفاءة في النظام نفسه. على سبيل المثال، لن يكون ضاغط المضخة الحرارية فعالاً بنسبة 100 بالمائة.

إن السعي نحو تحقيق نقاط SCOP الشاهقة والوصول إلى حدود كارنو أمر جيد وجيد، ولكن الهوس بهذا قد يصبح مشتتًا للانتباه، كما يؤكد ويلر. يقول: “إنه شيء يزعجني، الجميع يتحدث عن مشروع SCOP”. “ما يجب أن نشير إليه هو، ما هي تكلفة المتر المربع لأنواع معينة من المنازل؟”

يسمح HeatPumpMonitor.org للمستخدمين بفرز التركيبات المدرجة حسب تكلفة التشغيل، بناءً على تعريفات الكهرباء المختلفة المتاحة، وهذا يغير الصورة قليلاً، مما يؤدي إلى صدم نظام ريتشي في أماكن قليلة، اعتمادًا على الخيارات التي تحددها.

مايكل دي بوديستا، عالم فيزياء متقاعد في إنجلترا، لديه منزل به ألواح شمسية، وجدران خارجية عازلة، ومضخة حرارية تعمل بمعدل SCOP قدره 3.5. على الرغم من أن هذا ليس مرتفعًا تقريبًا مثل تكلفة ريتشي وآخرين، إلا أنه لا يهم حقًا، لأن تكاليف تشغيل نظام دي بوديستا ضئيلة – فاتورة الكهرباء السنوية لمضخته الحرارية وجميع الأجهزة الأخرى تبلغ 250 جنيهًا إسترلينيًا فقط. وهذا ممكن حتى مع الحفاظ على ممتلكاته في درجة حرارة داخلية تبلغ 20 درجة مئوية.

في العام الماضي، كتب دي بوديستا تدوينة بعنوان “COP Envy Is Pointless”، أوضح فيها أنه عندما يكون المنزل معزولًا بشكل جيد للغاية – كما هو الحال في منزله – فإن SCOP للمضخة الحرارية سوف ينخفض ​​بالفعل، لأنه يتم استخدامه إلى حد كبير للتدفئة. الماء الساخن، خاصة في فصلي الربيع والصيف. نظرًا لأن الناس يميلون إلى تسخين الماء الساخن إلى 50 درجة مئوية أو أكثر، يجب أن تعمل المضخة الحرارية بجهد نسبيًا، ولو لفترة وجيزة، وقد تبدو كفاءتها في وضع حرج.

يقول دي بوديستا: “تحصل على هذا التأثير المضحك”. “إذا قمت بتقليل كمية تدفئة المكان، مما يؤدي إلى الحصول على متوسط ​​أفضل لـ SCOP، فإن إجمالي SCOP سينخفض.” يشير ويلر إلى هذا باسم تأثير “السحب الصيفي”، وهو أحد الأسباب التي تجعل التركيز على قيم SCOP مضللاً.

لكن التنافس بين القائمين على التركيب على نطاقات SCOP ليس مضيعة للوقت، كما يقول دي بوديستا: “إنها منافسة صحية وجيدة”.

يستمتع ريتشي، على سبيل المثال، بالاهتمام الذي ولّدته مضخته الحرارية عالية الأداء. لقد تلقى استفسارات من العديد من الأطراف المهتمة، بما في ذلك المنشورات إلى جانب WIRED. ويصر قائلاً: “لا أريد حقاً أن أكون من المشاهير في هذا الشأن”، ولكنه سعيد برفع مستوى هذه الأنظمة. “بالتأكيد سألوح بعلم المضخات الحرارية. أعتقد أنهم رائعون.”