آیا پمپ های حرارتی آینده هستند یا فقط مقدار زیادی هوای گرم؟ | پمپ های حرارتی

اچخوردن 28 میلیون خانه در بریتانیا تقریباً یک پنجم انتشار گازهای گلخانه‌ای این کشور را ایجاد می‌کند، بنابراین پس از دهه‌ها اتکا به دیگ‌های گاز و نفت، اگر دولت امیدوار است به اهداف آب و هوایی خود دست یابد، باید اعتیاد خود را به سوخت‌های فسیلی ترک کنند.

برای اکثر خانه ها، جایگزین سیستم های گرمایش سنتی احتمالا پمپ حرارتی منبع هوای الکتریکی است.

این فناوری ناشناخته باعث اختلاف نظر شده است. کسانی هستند که معتقدند پمپ‌های حرارتی می‌توانند نقشی حیاتی در اقدامات اقلیمی ایفا کنند، و سپس افرادی هستند که ادعا می‌کنند مزایای آنها هوای گرم زیاد است. در این بین میلیون‌ها نفر هستند که اطلاعات روشن کمی در اختیار دارند و برخی تصمیمات مالی پرمخاطره در پیش رو دارند.

“انقلاب پمپ حرارتی” در حال افزایش است: ماه گذشته مشخص شد که بریتانیا از نقطه عطف عبور کرده است. 250000 نصب پمپ حرارتی تایید شده، در حالی که گفته می شود سال 2024 در مسیر “یک سال رکوردشکنی” قرار دارد. این هفته (23 تا 29 سپتامبر) است هفته پمپ حرارتی، و فن آوری نیز دریافت کرد یک تقویت در کنفرانس حزب کارگر روز دوشنبه، زمانی که وزیر انرژی، اد میلیبند، اعلام کردانقلاب ارتقاء خانه” با هدف تمیزتر و ارزان‌تر کردن انبار مسکن کشور.

یک پمپ حرارتی منبع هوا مانند یک واحد تهویه مطبوع بزرگ به نظر می رسد و مانند یخچال برعکس عمل می کند: گرمای هوا را جذب می کند و از گاز مبرد و یک کمپرسور برای افزایش دما به اندازه کافی برای گرم کردن آبی که از طریق رادیاتورهای خانه ما عبور می کند استفاده می کند. می توانید در مورد نحوه عملکرد پمپ حرارتی بیشتر بخوانید اینجا.

گاردین ادعاهای اصلی، ادعاهای متقابل و مناطق خاکستری را بررسی کرده است تا افسانه را از واقعیت جدا کند.

ادعا: پمپ های حرارتی گران تر از دیگ های گاز هستند

پمپ های حرارتی گران هستند. در بریتانیا، انتظار می‌رود که اکثر خانه‌ها پمپ حرارتی با منبع هوا را انتخاب کنند که به طور متوسط ​​برای خرید و نصب آن چیزی بیش از 12500 پوند هزینه دارد – چهار تا پنج برابر هزینه یک دیگ بخار.

برای کمک به پر کردن شکاف، دولت کمک های مالی 7500 پوندی را از طریق خود به خانواده ها ارائه می دهد طرح ارتقاء دیگ بخار. اما منتقدان گفته‌اند که حتی با کمک‌های بلاعوض، خانوارها ممکن است با قبض‌های انرژی بالاتری روبرو شوند، زیرا در بریتانیا برق مصرفی برای استفاده از آنها تقریباً چهار برابر قیمت گاز است.

پس تحقیق چه می گوید؟ کارشناسان دریافته اند که به طور متوسط ​​پمپ های حرارتی بسیار کارآمدتر از دیگ های گاز هستند و یک واحد برق را به 2.5 تا 5 واحد گرما تبدیل می کنند. در مقابل، یک دیگ بخار اغلب 0.9 تا 0.95 واحد گرما برای هر واحد گاز تولید می کند زیرا مقداری گرما از طریق لوله های دودکش از دست می رود.

معیار فنی برای این بهره وری به عنوان شناخته شده است ضریب عملکرد فصلی (Scop)، و طبق تحقیقات، هر پمپ حرارتی با Scop بیش از 3، با هزینه های جاری یک دیگ بخار گاز 85 درصد مطابقت دارد.

مطالعه 750 خانوار توسط منجنیق سیستم های انرژییک محقق مستقل تحت حمایت دولت، دریافت که پمپ های حرارتی معمولاً دارای Scop 2.9 هستند، به این معنی که هزینه کارکرد آنها کمی بیشتر از یک دیگ بخار گازی است. یک مطالعه جداگانه توسط Energy Saving Trust، یک گروه مشاوره مستقل، هزینه را تعیین کرد 14 پوند در سال بیشتر از استفاده از یک دیگ گاز با درجه A جدید.

با این حال، نیازی به قانع شدن به صورت‌حساب‌های بالاتر نیست. تحقیقات همچنین نشان داده است که نوع جدیدی از تعرفه انرژی که به طور خاص برای کاربران پمپ حرارتی طراحی شده است، می تواند تعادل را به نفع آنها تغییر دهد. اختاپوس انرژی و Ovo Energy هر دو تعرفه‌های ارزان‌تر از متوسط ​​را برای پمپ‌های حرارتی منتشر کرده‌اند که حتی با امتیاز Scop کمتر از 2.9، کارکرد یک دیگ بخار گازی را ارزان‌تر می‌کند.

ادعا: پمپ های حرارتی در دمای انجماد کار نمی کنند

پمپ‌های حرارتی در دو سوم خانه‌ها در نروژ نصب می‌شوند، جایی که میانگین دمای زمستان در آن 7- درجه سانتی‌گراد است، اما این نگرانی در بریتانیا مبنی بر عدم امکان گرم کردن خانه‌ها در زمستان‌های نسبتاً معتدل بریتانیا را کاهش نداده است.

در واقع، یک نظرسنجی از بیش از 4000 بزرگسال در سراسر بریتانیا، آلمان، فرانسه و ایالات متحده در پاییز گذشته، توسط شرکت داده انجام شد. تحقیقات برقی، نشان داد که بیش از 40٪ از بریتانیایی ها موافق بودند که پمپ های حرارتی در برابر چالش نیستند، در مقایسه با 36٪ در آلمان، 35٪ در ایالات متحده و 26٪ در فرانسه.

اما داده های دنیای واقعی این ترس ها را رد می کند. در مطالعه منجنیق سیستم های انرژی که در بالا ذکر شد، پروژه نمایشی با بودجه دولت، عملکرد 750 پمپ حرارتی را در یک دوره دو ساله در برخی از سردترین روزهای کشور مورد تجزیه و تحلیل قرار داد، جایی که میانگین دمای روزانه تا 6- درجه سانتیگراد کاهش یافت.

این مطالعه نشان داد که پمپ های حرارتی باید در دماهای سرد سخت تر کار کنند، اما همچنان عملکرد خوبی دارند. در دوره‌هایی که دما به -6 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد، رتبه بازده از میانگین 2.9 به 2.44 کاهش می‌یابد، به این معنی که هزینه‌های جاری فقط به بالاتر از دیگ‌های گاز افزایش می‌یابد، اما فقط برای این دوره‌ها.

علم نشان می دهد که پمپ های حرارتی می توانند در دمای زمستان کار کنند. اما توصیه و نصب ضعیف می‌تواند حتی دلگرم‌کننده‌ترین یافته‌های علمی را مخدوش کند. ریچارد هالسی، مدیر ESC، گفت: «یکی از یافته‌های کلیدی مطالعه ما این است که طراحی و نصب مناسب در قلب ارائه یک پمپ حرارتی است که برای خانه‌ای که در آن است کار می‌کند.»

ادعا: پمپ های حرارتی را نمی توان در ساختمان های قدیمی نصب کرد

این باور که پمپ‌های حرارتی فقط در ساختمان‌های مدرن به طور مؤثر کار می‌کنند، این نگرانی را افزایش داده است که انبار بزرگ خانه‌های ویکتوریایی و پیش از جنگ جهانی دوم در بریتانیا، هدف دولت را برای نصب ۶۰۰ هزار خانه در سال تا سال ۲۰۲۸ از بین خواهد برد.

گزارشی که در سال 2021 توسط اتحاد انرژی و آب و برق (EUA)، یک نهاد تجاری که نماینده سازندگان دیگ‌های گاز است، با مشارکت چهار شرکت شبکه گاز، اعلام کرد که پمپ‌های حرارتی برای 54 درصد از خانوارهای بریتانیایی غیرعملی است که از گاز برای گرم کردن خانه های خود استفاده می کردند.

باز هم تجربه دنیای واقعی این اشتباه را ثابت می کند. خانه‌هایی وجود خواهند داشت که برای پمپ حرارتی مناسب نخواهند بود – مانند بلوک‌های بلند بدون فضای بیرونی – اما به گفته کارشناسان انتظار می‌رود اکثر خانواده‌ها بتوانند از پمپ حرارتی استفاده کنند.

مطالعه دو ساله ای که قبلا ذکر شد شامل خانه های سراسر کشور – از جنوب شرقی اسکاتلند و نیوکاسل تا جنوب شرقی انگلیس – برای آزمایش امکان فنی و عملی عرضه در مقیاس بزرگ پمپ های حرارتی در خانه های موجود بود. این نشان داد که املاکی از جمله خانه های تراس ویکتوریایی و آپارتمان های دهه 1960 می توانند پمپ حرارتی را با موفقیت نصب کنند.

در گزارش ESC آمده است: “این پروژه هیچ نوع یا سن خاصی از ملک را که نتواند نصب پمپ حرارتی موفقی داشته باشد، شناسایی نکرده است.” “این پیشنهاد که کهن الگوهای خانه خاصی در بریتانیا وجود دارد که برای پمپ های حرارتی مناسب نیستند، توسط تجربه و داده های پروژه پشتیبانی نمی شود.”

اخطارهایی وجود دارد: خانه های آپارتمانی یا تراس با فضای باز محدود ممکن است نیاز به استفاده از پمپ های حرارتی دیواری یا پشت بام داشته باشند. برای همه انواع مسکن، باید فضایی در داخل مخزن آب گرم وجود داشته باشد، اغلب در جایی که دیگ بخار قدیمی بوده است. و برای ساختمان‌های قدیمی‌تر، به‌روزرسانی‌های دیگری – مانند عایق‌بندی زیربنا و دیوار، یا جایگزینی رادیاتورهای قدیمی با مدل‌های بزرگ‌تر و گرمایش از کف – ممکن است مورد نیاز باشد.

ادعا: من باید هزینه زیادی برای عایق کاری خانه خود بپردازم

بهبود عایق کاری خانه تنها می تواند به بهره وری انرژی آن کمک کند. همین امر در مورد خواص دارای پمپ حرارتی نیز صادق است. اما کارشناسان بر این باورند که تصور نادرستی وجود دارد که اینها نیاز دارند ارتقاء خانه های سرزده و گران قیمت به درستی کار کند.

مطالعه ای برای وزارت امنیت انرژی و Net Zero در سال 2021 دریافتند که حرکت به سمت گرمایش خانه با کربن بسیار کم یا حتی بدون کربن می‌تواند «بدون انجام کارهای مقاوم‌سازی عمیق عمیق» انجام شود.

گفته می‌شود که «خانه‌ها می‌توانند با هزینه‌ای بسیار کمتر از حد معمول به گرمایش الکتریکی تبدیل شوند» و «بدون تهدیدی برای آسایش». علاوه بر این، انتشار گازهای گلخانه ای “در نتیجه به طور چشمگیری کاهش می یابد”.

مطالعه ESC نشان داد که حدود 15٪ از املاک نیاز به ارتقای بهره وری انرژی دارند – اما در اکثر موارد این عایق زیر شیروانی است که کمتر از 1000 پوند هزینه دارد و می تواند با حداقل اختلال انجام شود. تنها “چند” ویژگی به عایق دیوار حفره ای نیاز دارند – که هزینه ای در حدود 2700 پوند دارد – یا جایگزینی درهای قدیمی.

اندرو سیسونز، معاون مدیر موسسه خیریه نستا که در زمینه نوآوری گرمایش خانه تحقیق می کند، می گوید: «عایق کاری به تنهایی کار خوبی است – اما خانه شما برای دریافت پمپ حرارتی نیازی به عایق کاری ندارد. ” او اضافه می‌کند که یک خانه با عایق کاری خوب می‌تواند پمپ‌های حرارتی را کارآمدتر کند، اما مهم‌تر است که مطمئن شویم پمپ حرارتی و رادیاتور با اندازه مناسب نصب شده‌اند.

به طور خلاصه: اگر در خانه‌ای زندگی می‌کنید که گرمایش اتاق‌های شما را راحت گرم نگه می‌دارد، به احتمال زیاد قبل از نصب پمپ حرارتی نیازی به عایق کاری اضافی نخواهید داشت. اما اگر بتوانید روی اقدامات کم‌هزینه‌ای مانند حذف پیش نویس، شیشه‌های دوجداره و عایق‌کاری زیربغل سرمایه‌گذاری کنید، این پول را در بلندمدت با صورت‌حساب‌های پایین‌تری دریافت خواهید کرد.

ادعا: پمپ حرارتی من ممکن است برای همسایگان مزاحم صدا باشد

پمپ های حرارتی به گونه ای طراحی شده اند که در خارج از خانه نصب شوند تا گرما را از هوا، زمین یا آب استخراج کنند. در مناطق پرجمعیت، این می‌تواند به این معنی باشد که تعداد زیادی فن پمپ حرارتی در یک مکان نسبتا کوچک زمزمه می‌کنند. یک دستگاه معمولاً زمزمه ثابتی بین 40 تا 60 دسی بل منتشر می کند – تقریباً مشابه یخچال یا ماشین ظرفشویی – اما بسیاری از آنها ممکن است به عنوان یک مزاحم صدا?

منبع اصلی صدای پمپ حرارتی فن است که هوا را به داخل می کشد و کمپرسور که با افزایش فشار روی گازهای مبرد دمای مبرد را افزایش می دهد. رد کردن نگرانی‌ها در مورد آلودگی صوتی دشوار است، زیرا عرضه محدود به این معنی است که تا به امروز، نمونه‌های واقعی تعداد زیادی از پمپ‌های حرارتی که در مجاورت یکدیگر کار می‌کنند، وجود دارد.

در اوایل امسال، یکی از خوانندگان نوشت به نگهبان شکایت از این که اقامت تابستانی در منطقه ای که هر هشت ملک دارای پمپ حرارتی بودند، به دلیل زمزمه مخدوش شد. نویسنده گفت: «اگر عصر در باغ می‌نشستید، یک منبع آزاردهنده و مداوم سر و صدا بود.

به گفته جک هاروی کلارک، مدیر شرکت مشاوره تست نویز Apex Acoustics، تجربه خواننده گاردین ممکن است به دلیل نصب نامناسب یا استفاده از مدل های قدیمی تر و پر سر و صداتر پمپ حرارتی باشد. او می‌گوید: «پمپ‌های حرارتی مدرن می‌توانند به‌طور قابل‌توجهی بی‌صدا باشند، و قرارگیری مناسب – دور از مرزهای دارایی – می‌تواند تأثیر نویز را بیشتر کاهش دهد».

توصیه او؟ اگر خانوارها رویکردی آهسته و پیوسته برای گرم کردن خانه‌های خود داشته باشند، از سخت‌تر کارکردن پمپ حرارتی خود اجتناب می‌کنند. کار بیش از حد آن باعث افزایش نویز آن می شود – و همچنین کارایی و مقرون به صرفه بودن آن را کاهش می دهد.

من معتقدم که بسیاری از مردم در بریتانیا سعی می‌کنند پمپ‌های حرارتی خود را به روشی که دیگ‌های گاز را کار می‌کنند – روشن و خاموش می‌کنند – کار کنند، اما نمی‌توانند خانه‌ها را به سرعت دیگ‌های گاز گرم کنند، بنابراین برای این کار باید دائما کار کنند. هاروی کلارک می گوید.

ادعا: پمپ های حرارتی می تواند باعث خاموشی شود

برنامه های بریتانیا برای دستیابی به اهداف آب و هوایی خود به شدت به برق انداختن اقتصاد متکی است. انتظار می رود پمپ های حرارتی – در کنار وسایل نقلیه الکتریکی – به بیش از دو برابر شدن تقاضای برق بریتانیا تا سال 2040 کمک کنند.

همچنین انتظار می رود پمپ های حرارتی تاثیر زیادی بر نحوه کار شبکه های برق داشته باشند. طلسم هوای سرد می تواند باعث افزایش تقاضای جمعی از سوی میلیون ها خانوار شود. اما آیا این چالش ها برای اپراتورهای شبکه و خانوارها بسیار بزرگ است؟ انتظار قطع برق در ازای یک سیستم انرژی سبزتر؟

شبکه ملی ESO (NESO)، بازوی شبکه ملی که عرضه و تقاضای برق بریتانیا را متعادل می‌کند، پیش‌بینی‌های سالانه دقیقی از مسیرهای بالقوه مختلف این کشور برای رسیدن به اهداف اقلیمی و همچنین مطالعاتی که تغییرات مورد انتظار در منابع برق و تقاضای برق را تجزیه و تحلیل می‌کند، ارائه می‌کند. . این طرح‌ها نشان می‌دهد که بریتانیا باید منبع تغذیه کافی برای روشن نگه‌داشتن چراغ‌ها داشته باشد، اما همچنین پمپ‌های حرارتی، خودروهای الکتریکی و باتری‌ها نیز می‌توانند به این کشور کمک کنند تا از برق موجود خود بهتر استفاده کند.

برای مثال، خانه‌ها و مشاغل می‌توانند خودروهای برقی یا باتری‌های خود را در طول شب، زمانی که تقاضای برق کمتر است، شارژ کنند و از بالا رفتن بیش از حد اوج استفاده روزانه جلوگیری کنند. همین ذخایر انرژی می تواند به روشن نگه داشتن چراغ ها و روشن نگه داشتن پمپ های حرارتی کمک کند بازگرداندن برق به شبکه در مواقعی که تقاضا برای قدرت به اوج خود می رسد.

ScottishPower که شبکه های منطقه ای و همچنین خطوط انتقال اصلی را اداره می کند، یک “دوقلو دیجیتالی” از شبکه های برق خود با هوش مصنوعی ایجاد کرده است تا نحوه تغییر آنها تا سال 2045 را شبیه سازی کند. یافته های کلیدی این است که استفاده از پمپ های حرارتی انعطاف پذیر می تواند به کاهش سهم آنها در اوج تقاضا تا 32 درصد تا سال 2045 کمک کند و پایدار نگه داشتن شبکه انرژی را آسان تر کند.

شبکه برق بریتانیا (UKPN)، که شبکه‌های خدماتی لندن و بخش‌هایی از جنوب شرقی انگلستان را اداره می‌کند، در حال حاضر نظارت بر داده های بلادرنگ از خانه ها که دارای گرمایش الکتریکی در کنار شارژر وسیله نقلیه الکتریکی، پنل های خورشیدی یا باتری هستند تا تاثیر پمپ های حرارتی بر روی شبکه را درک کنید.

بدون شک روشن نگه داشتن چراغ ها نسبت به گذشته برای اپراتورهای شبکه دشوارتر خواهد بود، اما دلیلی وجود ندارد که باور کنیم در صورت ادامه مدل سازی و ارتقاء دقیق، در نتیجه پمپ های حرارتی خاموشی های بیشتری را در آینده تجربه خواهیم کرد.