سخان مياه بمضخة حرارية أم كهربائي تقليدي؟

يمكن لسخان المياه الذي يعمل بمضخة حرارية أن يقلل من استخدام الكهرباء لتسخين المياه بشكل كبير، ولكنه ليس فائزًا لكل منزل. يعتمد الاختيار الصحيح على مساحة التركيب، والمناخ، والطلب على الماء الساخن، والضوضاء، وتصريف المكثفات، والخدمة الكهربائية، ومعدلات المرافق المحلية.

إذا كان الخزان الكهربائي التقليدي الخاص بك يقترب من نهاية عمره الافتراضي، فإن قرار الاستبدال يستحق اتخاذه قبل أن يتسرب. سخان الماء المقاوم للكهرباء القياسي بسيط وهادئ ومدمج وغير مكلف نسبيًا للشراء. سخان المياه ذو المضخة الحرارية (HPWH)، والذي يُطلق عليه أحيانًا سخان المياه الكهربائي الهجين، يكلف أكثر ويحتاج إلى مزيد من التخطيط، ولكنه ينقل الحرارة من الهواء المحيط إلى الخزان بدلاً من توليد كل حرارته باستخدام عناصر المقاومة الكهربائية. ومن الممكن أن يؤدي هذا الاختلاف إلى تحقيق وفورات كبيرة على المدى الطويل.

كيف تقوم التقنيتان بتسخين الماء

يرسل سخان الماء المقاوم تيارًا كهربائيًا من خلال عنصر أو عنصرين من عناصر التسخين داخل الخزان. تتحول كل هذه الطاقة الكهربائية تقريبًا إلى حرارة في الماء، لكن وحدة واحدة من الكهرباء تنتج فقط حوالي وحدة واحدة من الحرارة. هذه التكنولوجيا واضحة ومباشرة وأدائها مستقل إلى حد كبير عن الهواء المحيط بالخزان.

يستخدم HPWH دورة التبريد. تقوم المروحة بسحب هواء الغرفة عبر المبخر، ويمتص سائل التبريد الحرارة من هذا الهواء، ويرفع الضاغط درجة حرارة سائل التبريد، ويقوم المكثف بنقل الحرارة إلى الماء المخزن. تحتفظ معظم الوحدات بعناصر المقاومة لفترات الطلب العالي، أو الظروف الباردة، أو الحماية من الأخطاء، أو وضع التعزيز الذي يحدده المستخدم. ولهذا السبب يتم تسويقها غالبًا على أنها نماذج “هجينة”.

يمكن أن يكون نقل الحرارة أكثر كفاءة من إنتاجها مباشرة. تقول ENERGY STAR إن HPWH المعتمد يستخدم حوالي ربع طاقة النموذج الكهربائي القياسي في ظل افتراضات المقارنة الخاصة به. ستختلف التوفيرات المنزلية الفعلية باختلاف استخدام المياه، وحجم الخزان، واختيار الوضع، ودرجة حرارة التثبيت، وسعر الكهرباء، وعدد مرات تشغيل العناصر الاحتياطية.

ابدأ بغرفة التثبيت

مساحة التثبيت هي اختبار الفحص الأول. تشير إرشادات الشراء الخاصة بـ ENERGY STAR إلى أن العديد من HPWHs تعمل بشكل أفضل في المواقع الداخلية التي تظل تقريبًا من 40 درجة فهرنهايت إلى 90 درجة فهرنهايت على مدار العام وتوفر حوالي 1000 قدم مكعب من الهواء المحيط، ما لم تسمح الشركة المصنعة بمجاري الهواء أو تكوين مختلف. استخدم دائمًا دليل النموذج المحدد بدلاً من التعامل مع هذه الأرقام على أنها عالمية.

يمكن أن يكون الطابق السفلي الكبير أو المرآب في مناخ معتدل أو غرفة المرافق أو الغرفة الميكانيكية ذات الحرارة المهدرة موقعًا جيدًا. خزانة صغيرة قد لا تكون كذلك. عندما يستخرج HPWH الحرارة، فإنه يطلق هواءً أكثر برودة وجفافًا. في الطابق السفلي الدافئ قد يكون التبريد وإزالة الرطوبة موضع ترحيب. في غرفة مكيفة خلال فصل الشتاء، قد تأتي بعض الحرارة في النهاية من نظام التدفئة في المنزل، مما يقلل جزءًا من صافي الفائدة. يمكن أن يغير مدخل الهواء أو العادم هذا التفاعل، لكن تصميم القناة يقدم متطلبات الضغط وتدفق الهواء والضوضاء والتركيب.

قم بقياس الغرفة وفتحات الأبواب وارتفاع السقف وخلوص الخدمة والطريق المستخدم لجلب الخزانات القديمة والجديدة عبر المبنى. غالبًا ما تكون HPWHs أطول من الخزانات التقليدية نظرًا لوجود مجموعة المضخة الحرارية في الأعلى. تحقق مما إذا كانت الأنابيب أو الأرفف أو السلالم أو السقف المنخفض تتداخل مع التثبيت أو الخدمة المستقبلية.

خطة للمكثفات والضوضاء وتدفق الهواء

نظرًا لأن المبخر يبرد الهواء إلى ما دون نقطة الندى، تنتج الوحدة المكثفات. فهو يحتاج إلى تصريف معتمد، أو مضخة مكثفات، أو أي طريقة أخرى للتخلص من النفايات مسموح بها من قبل الشركة المصنعة. يجب أن يكون الخط محميًا من الانسداد والتجميد، ويجب ألا يتسبب في تلف المياه في حالة تعطل المضخة. قد يكون اكتشاف وعاء التصريف والتسرب أمرًا حكيمًا أو مطلوبًا محليًا، خاصة فوق المساحة النهائية.

يحتوي HPWH أيضًا على مروحة وضاغط. انها ليست صامتة. تساعد التقييمات الصوتية المنشورة، ولكن إنشاء الغرفة ومسارات الاهتزاز لها أهمية كبيرة. قد تكون الوحدة بجانب غرفة النوم أو المكتب أو منطقة المعيشة الهادئة أكثر وضوحًا من نفس الوحدة في الطابق السفلي. تجنب تطويقها بشكل متسرع لتقليل الضوضاء؛ يمكن أن يؤدي تقييد تدفق الهواء إلى تقليل الكفاءة أو التسبب في مشاكل في التشغيل.

الحجم بالنسبة لنمط الماء الساخن الحقيقي للأسرة

سعة الخزان وحدها لا تصف أداء الماء الساخن. يقدر تصنيف الساعة الأولى مقدار الماء الساخن الذي يمكن أن توفره وحدة ساخنة بالكامل خلال ساعة الطلب المرتفع. قارن هذا التصنيف مع الاستحمام المتزامن، والحمامات، وغسيل الملابس، وغسل الأطباق، وعدد الركاب – وليس فقط سعة الخزان القديم.

يمكن للخزان الأكبر أن يسمح لقسم المضخة الحرارية الفعالة بالتعافي تدريجيًا مع تغطية القمم القصيرة من المياه المخزنة. قد يعتمد الخزان الصغير جدًا على عناصر المقاومة في كثير من الأحيان، مما يقلل من التوفير. من ناحية أخرى، فإن الخزان الكبير غير الضروري يكلف أكثر، ويحتل مساحة أكبر، وله مساحة سطح احتياطية أكبر. اطلب شرحًا للحجم بناءً على التركيبات ونمط الاستخدام.

أوضاع التشغيل مهمة. عادةً ما تعمل “المضخة الحرارية فقط” على زيادة الكفاءة إلى الحد الأقصى ولكنها قد تتعافى بشكل أبطأ. “الهجين” أو “التلقائي” يسمح بمساعدة المقاومة. “الطلب المرتفع” يعطي الأولوية للتعافي، و”الإجازة” تقلل من العمليات غير الضرورية أثناء الغياب. تختلف الأسماء والسلوك حسب الشركة المصنعة، لذا قارن الأدلة بدلاً من افتراض أن كل عنصر تحكم يعمل بنفس الطريقة.

قارن تكلفة الطاقة دون استخدام المعدل الوطني بشكل أعمى

تقدر ENERGY STAR أن جهاز HPWH المعتمد يمكن أن يوفر على أسرة مكونة من أربعة أشخاص حوالي 550 دولارًا سنويًا مقارنة بسخان المياه الكهربائي القياسي وفقًا لافتراضاته المنشورة. وهذا مثال مفيد، وليس وعدا. قم ببناء تقدير للأسرة باستخدام عامل الطاقة الموحد للنموذج، والاستهلاك السنوي المتوقع، ومعدل الكهرباء الهامشي، والطلب الواقعي على الماء الساخن.

قم بتضمين سعر التركيب الكامل: الخزان، والتسليم، والإزالة، وتغييرات السباكة، والأعمال الكهربائية، ومعالجة المكثفات، والتصاريح، ووعاء الصرف، والقيود الزلزالية عند الاقتضاء، ومجموعة مجاري الهواء إذا تم استخدامها، وأي ترقية للخدمة. ثم اطرح فقط الحوافز التي يتأهل لها المشروع والأسرة بالفعل. تتغير القواعد الضريبية وخصومات المرافق، لذا تحقق من المتطلبات الحالية قبل شراء المعدات.

للحصول على مقارنة عادلة، قم بفحص فترة ملكية ثابتة وقم بتضمين الصيانة المتوقعة. الاسترداد البسيط هو تكلفة التثبيت الإضافية مقسومة على المدخرات السنوية المقدرة. ضع في اعتبارك أيضًا الضمان وتوافر الخدمة المحلية ومدة الإقامة المحتملة وتكلفة الاستبدال الطارئ في حالة تعطل الخزان الحالي.

تفاصيل الكهرباء والسباكة يمكن أن تغير المشروع

تستخدم العديد من أجهزة HPWH كاملة الحجم دائرة فرعية بجهد 240 فولت تشبه الخزان الكهربائي التقليدي، ولكن متطلبات الكسارة والموصل خاصة بالطراز. قد تستخدم فئات المنتجات الأحدث ترتيبات طاقة مختلفة. لا تفترض أبدًا أن الدائرة الحالية مناسبة لأن كلا الخزانين “كهربائيان”. يجب أن يتحقق المثبت المؤهل من الجهد الكهربي وحجم الموصل وحماية التيار الزائد ووسائل الفصل والتأريض ومتطلبات التعليمات البرمجية المعمول بها.

تؤثر تفاصيل السباكة أيضًا على الكفاءة والموثوقية. يؤدي عزل أنابيب الماء الساخن التي يمكن الوصول إليها إلى تقليل فقدان التوزيع. قد تكون هناك حاجة إلى خزان التمدد الحراري في نظام السباكة المغلق. يجب أن يتم تفريغ صمام تخفيف درجة الحرارة والضغط من خلال أنبوب معتمد دون عائق إلى مكان آمن. يمكن أن تؤثر صمامات الخلط وحلقات إعادة التدوير وصلابة المياه وجودة المياه المحلية على التصميم والصيانة.

مقايضات الراحة يلاحظها أصحاب المنازل

الميزة الأكبر هي انخفاض استهلاك الكهرباء عندما تقضي الوحدة معظم وقتها في وضع المضخة الحرارية. يمكن أن تشمل المزايا الإضافية إزالة الرطوبة وتقليل الحرارة في غرفة ميكانيكية دافئة. وتتمثل المفاضلات في ضجيج المروحة، وهواء العادم البارد، والانتعاش البطيء في الوضع الأكثر كفاءة، والمزيد من المكونات، والحاجة إلى إدارة المكثفات.

يمكن أن يؤدي دخول الماء البارد وغرفة التركيب الباردة إلى زيادة وقت الاسترداد أو استخدام عنصر المقاومة. قد تواجه الأسرة التي لديها زخات مطر صباحية متفاوتة المعدات بشكل مختلف عن أسرة مكونة من شخصين مع طلب منتشر. يمكن أن تساعد الضوابط، لكن الجدولة لا ينبغي أن تؤثر على درجات حرارة المياه الآمنة أو تخلق ظروفًا مواتية لنمو الميكروبات. اتبع الشركة المصنعة والإرشادات الصحية المحلية.

الأسئلة التي يجب وضعها في كل مقترح

• ما هو حجم الخزان وتصنيف الساعة الأولى المقترحين، وما هي افتراضات الطلب التي تدعمها؟
• هل تلبي الغرفة متطلبات الشركة المصنعة لدرجة الحرارة والحجم وتدفق الهواء والتخليص؟
• أين ستذهب المكثفات، وما الذي يحمي المبنى في حالة فشل الصرف أو المضخة؟
• ما هو تصنيف الصوت المنشور، وهل الوحدة مجاورة لغرفة هادئة؟
• هل ستبقى الدائرة الكهربائية الموجودة أم سيتم تعديلها أو استبدالها؟
• ما هو وضع التشغيل الذي تم استخدامه لتقدير التوفير؟
• من يقدم خدمة الضمان محليًا، وما هي الصيانة الروتينية المطلوبة؟
• هل يتم تضمين التصاريح والإزالة وحوض التصريف وعزل الأنابيب والتحكم في التوسيع والتشغيل؟

عندما يكون الخزان الكهربائي القياسي معقولاً

يمكن أن يكون نموذج المقاومة معقولاً عندما يكون التثبيت مقيدًا للغاية، أو تستخدم الأسرة القليل من الماء الساخن، أو الكهرباء غير مكلفة، أو الضوضاء غير مقبولة، أو سيتم الاحتفاظ بالملكية لفترة وجيزة فقط، أو أن العمل الإضافي يجعل HPWH غير اقتصادي. كما يمكن أن يكون بمثابة الاستبدال العملي في حالات الطوارئ عندما يتعين استعادة الخزان المعطل على الفور – على الرغم من أن التخطيط المسبق هو أفضل طريقة لتجنب هذا القرار القسري.

الاستنتاج يجب أن يأتي من المنزل. يكون HPWH في أقوى حالاته عندما يكون لديه غرفة مناسبة، ومسار مخطط للتكثيف، ومخزن كافٍ للاستخدام في أوقات الذروة، وخدمة كهربائية مناسبة، ودعم محلي كفؤ، وسنوات لتجميع المدخرات. الدبابة التقليدية تفوز بالبساطة والتكلفة الأولية. قارن بين كليهما كأنظمة مثبتة كاملة.

المصادر الأولية

• ENERGY STAR: فوائد ووفرات سخان المياه بالمضخة الحرارية
• ENERGY STAR: إرشادات شراء سخان المياه بالمضخة الحرارية