أثناء موجات الحرارة في فينيكس ، أريزونا ، بينما يقلي بعض الناس البيض على الأرصفة ، كان مات هيث ، مدير خدمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) في AC by J ، على خط المواجهة ، مما يساعد في الحفاظ على مكيفات الهواء في منازل الناس. يتمتع Heath بأمن وظيفي رائع: نصف سكان فينيكس معرضون لخطر زيارة غرفة الطوارئ أو ما هو أسوأ إذا انقطعت الكهرباء خلال موجة الحر في المستقبل ، وفقًا لدراسة حديثة. تكييف الهواء هو ما يجعل الناس هناك مرتاحين – وعلى قيد الحياة – لجزء متزايد من السنة. تقتل الحرارة الشديدة بالفعل المئات من سكان منطقة فينيكس كل عام ، وهو رقم ارتفع بنسبة 25 في المائة من عام 2021 إلى عام 2022.
العنقاء هي نذير الحياة في العديد من الأجزاء الساخنة من العالم التي تزداد ثراءً ، حيث يطالب الناس بمكيفات هواء أكثر من أي وقت مضى ، مما يؤدي بدوره إلى تفاقم التغيرات المناخية المتطرفة بسبب زيادة الطلب على مصادر الوقود الأحفوري الكثيفة من الكهرباء – وكذلك تسرب المبردات ، وهي غازات دفيئة جديرة بالملاحظة. يقول المهندس الميكانيكي فينس رومانين ، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة Gradient Comfort ومقرها سان فرانسيسكو: “سيكون معظم نمو أجهزة تكييف الهواء في بلدان أخرى ، وتقييد الوصول ليس عادلاً”. بدلاً من ذلك ، يحاول هو وآخرون ابتكار تقنية جديدة للتحكم في المناخ لا تزيد من تفاقم الأخطار التي تواجه مناخ كوكب الأرض.
الفائزون بجائزة التبريد العالمية لعام 2021 – كلا المضختين حراريتين – يقللون من تأثير التبريد على المناخ بنسبة تصل إلى 80 بالمائة.
ومن المفارقات أن الطريقة الواعدة لتحسين مكيفات الهواء قد تكون التركيز على التدفئة. بينما أشارت الحكومات في جميع أنحاء العالم إلى زيادة الكفاءة كوسيلة للتخفيف من تأثير تكييف الهواء على المناخ ، فإن الابتكار في تكييف الهواء ، بالمعنى الضيق ، أمر تدريجي. يقول ويد كونلان ، مهندس في ميتلاند ، فلوريدا ، ونائب رئيس ASHRAE ، وهي منظمة تضع معايير التدفئة وتكييف الهواء: “في عالم التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، تميل الابتكارات إلى أن تكون صغيرة وتقدمية: ليس هناك حل سحري”. مكيفات الهواء الأفضل ، بالمعنى التقني ، تؤثر حقًا فقط على الرابط الأخير في سلسلة إمداد طويلة تضر بالمناخ. في حين أن استبدال الأفران السكنية سيكون له تأثير أكبر. مصيرهم ، بدوره ، مرتبط بمكيفات الهواء من خلال مضخات الحرارة ذات الاستخدامات المتعددة.
قد يبدو أن الهواء البارد القادم من مكيف الهواء في منزلك يأتي من الجانب الآخر من الوحدة. ولكن لكي يعمل ضاغط مكيف الهواء في المقام الأول ، كان على محطة كهرباء بعيدة أن تنتج موجة من الكهرباء. إذا استخدم هذا المصنع ثاني أكسيد الكربون ، مثل 60 في المائة من شبكة الولايات المتحدة2-مصدر ، ثم المشكلة المحلية قد تحل ، ولكن فقط على حساب المزيد من التهديد العالمي. على الأطر الزمنية الأطول ، سيتسرب المبرد الموجود في مكيف الهواء إلى الغلاف الجوي حيث يمتص أيضًا ضوء الشمس ، وربما أكثر من ثاني أكسيد الكربون.2وقم بتسخين الكوكب لفترة طويلة بعد توقف ريش مروحة مكيف الهواء عن الدوران.
هذا العام ، شددت وزارة الطاقة الأمريكية معايير اختبار الكفاءة لمكيفات الهواء لأول مرة منذ عام 2015. تكييف الهواء هو تقنية ناضجة ، يعود تاريخ براءات اختراعها الأولى إلى أوائل القرن العشرين ويعود استخدامها السكني إلى 90 عامًا. نتيجة لذلك ، ربما يهتم مصنعو مكيفات الهواء بمواكبة الطلب العالمي أكثر من اهتمامهم بتطوير تحسينات باهظة الثمن يمكن أن تؤدي إلى اضطراب المناخ.
ومع ذلك ، في الولايات المتحدة ، يمثل التبريد 8 في المائة فقط من الطلب على الطاقة السكنية ، مقارنة بـ 43 في المائة (اعتبارًا من عام 2015 على الأقل) للتدفئة. بعبارة أخرى ، سيكون للتحسين التدريجي للكفاءة في التدفئة تأثير إجمالي أكبر بكثير على الطلب على الطاقة وبالتالي تغير المناخ. وأي شيء ، مثل المضخات الحرارية التي تعمل بالكهرباء ، والتي يمكنها تحويل الحرارة بعيدًا عن أفران الغاز الطبيعي إلى مصادر أنظف للطاقة سيكون لها أيضًا تأثير كبير على المناخ ، لأن 63 بالمائة من المنازل الأمريكية تحصل على حرارتها من الغاز الطبيعي.
في الواقع ، كلا الفائزين بجائزة التبريد العالمية لعام 2021 ، اللذين يهدفان إلى تحسين مكيفات الهواء ، يتطرقان إلى التدفئة ، لأنهما مضخات حرارية. كما يشير موقع Cooling Prize على الويب ، فإن المضخات الحرارية الحائزة على جوائز – التي صنعتها Gree في Zhuhai بالصين و Daikin و Nikken في هاريانا بالهند وطوكيو ، على التوالي – تقلل من تأثير التبريد على المناخ بنسبة تصل إلى 80 بالمائة مقارنة بتكييف الهواء التقليدي.
إذا كان تكييف الهواء سيصبح أكثر ملاءمة للمناخ ، كما يقول رومانين ، من Gradient Comfort ، “يجب أن يكون ذكيًا ، ويتحدث إلى الشبكة ، ويستخدم مبردًا أفضل ، وأن يكون مضخة حرارية.”
ما هي مزايا وعيوب المضخة الحرارية؟
يقول رومانين إن المضخات الحرارية توفر طرقًا لمعالجة جميع المصادر الثلاثة الرئيسية لانبعاثات التأثير المناخي المرتبطة بالبناء. تسرب الغاز الطبيعي في الأفران التي تعمل بالغاز ، وتسرب المبردات في مكيفات الهواء ، واستخدام الكهرباء – جميع العوامل الثلاثة ، كما يقول رومانين ، مجتمعة لإنشاء مجموعة مشاكل ومساحة حل أكبر بكثير من أي شيء يمكن أن يحققه بمجرد بناء مكيف هواء تقليدي كان جزءًا بسيطًا من نسبة مئوية أكثر كفاءة من نموذج العام الماضي.
تقضي المضخات الحرارية على أول هذه المصادر تمامًا – أي لا حاجة للغاز الطبيعي – وتوفر مسارات لتقليل المصدرين الآخرين للانبعاثات المؤثرة على المناخ. تتوافق المضخات الحرارية أيضًا مع المبردات الطبيعية مع تأثيرات مناخية أقل. يمكن أن تستهلك كهرباء أقل من مكيفات الهواء المركزية التقليدية ، ويمكن أن تكون أوضاع تسخينها أكثر فعالية من حيث التكلفة من أفران الغاز في بعض المناطق المناخية. بالإضافة إلى ذلك ، توفر المضخات الحرارية إمكانية الحصول على طاقة خالية من الانبعاثات ، اعتمادًا على مصدر الكهرباء المحلي ، لأنها كهربائية.
مع كل هذه المزايا ، قد يبدو من الصعب فهم سبب عدم اعتماد المزيد من البنائين لمضخات الحرارة. إن الجمود المؤسسي وراء تكييف الهواء كبير ، وتشرح التحفظات القانونية بعض أسباب الانتقال البطيء: لن يتم مقاضاة مهندس معماري لدعوته إلى نظام التدفئة والتهوية والتكييف (HVAC) المتوافق مع معايير الصناعة ، ولكن ربما إذا كان هناك مضخة حرارية جديدة نسبيًا في السوق لا يلبي احتياجات مشغل المبنى. سبب آخر هو مشكلة واجهها كل مستأجر في العالم: الشخص الذي يدفع فواتير الطاقة ليس هو نفسه الشخص الذي يختار الأجهزة ويثبتها. قد يكون ذلك أكثر أهمية عندما تكون المضخات الحرارية تكلف أكثر من مكيفات الهواء ، ولكن على الأقل وفقًا لبعض التقديرات ، فإنها تقترب الآن من تكافؤ الأسعار مقدمًا مع تكييف الهواء المركزي ، وأرخص في التركيب من تركيبة مماثلة من فرن غاز ومكيف هواء. . .
في أحد السيناريوهات ، قد تكلف المضخة الحرارية ما بين 4200 دولار و 7600 دولار في تكاليف التركيب ، مقارنة بـ 3800 دولار إلى 7500 دولار للتكييف المركزي فقط. ومع ذلك ، فإن المقارنة الأكثر إنصافًا ستكون لكل من مكيف الهواء المركزي وفرن الغاز ، والذي قد يصل إجماليه إلى 5000 دولار إلى 12000 دولار. بالطبع ، هذه التقنيات المتنافسة لها تكاليف تشغيل مختلفة تعتمد على تغير أسعار الكهرباء والغاز الطبيعي في المنطقة. في الولايات المتحدة ، تمت إضافة حافز اقتصادي إضافي للتحول إلى مضخات الحرارة إلى هذا المزيج. يقدم قانون خفض التضخم الأمريكي لعام 2022 إعانات تصل إلى 8000 دولار للأسر التي تلبي متطلبات دخل معينة لتركيب مضخات الحرارة.
يقول هيث إن معظم مالكي المنازل الذين يساعدهم في تركيبات أو تحويلات المضخات الحرارية يخبرونه أن لديهم خيارًا لتركيب خط غاز طبيعي أو يفضلون عدم وجود مصدر احتراق يمر عبر منازلهم. في جنوب أريزونا ، حيث يستخدم معظم الناس الحرارة فقط لبضعة أسابيع في السنة ، قد لا يتطلب التحويل إعانة مالية. في كثير من الأحيان لا نحصل على شخص يريد ذلك [install a heat pump] لأسباب مناخية ، “يقول هيث ، مدير خدمة HVAC ،” إنها اقتصادية في الغالب. “
في الواقع ، يقول كونلان ، الذي يعيش في فلوريدا ، إنه توصل إلى أن المضخة الحرارية ستؤتي ثمارها أثناء إقامته في منزله ، وكان يمتلك واحدًا بدلاً من مكيف الهواء منذ عقود.
في الأجزاء الأكثر برودة من البلاد ، يكون عنصر التسخين في المضخات الحرارية أكثر أهمية ، ولا يمكن لمضخات الحرارة أن تنتج قدرًا كبيرًا من الحرارة مثل أفران الغاز في أبرد الأجواء.
لكن بعض النماذج بدأت في المنافسة حتى في مناخات الطقس البارد تقليديًا ، كما يقول العديد من منظمات المجتمع المدني التي تركز على المناخ ، بما في ذلك تحالف بناء إزالة الكربون. جادل التحالف في تقرير صدر في يونيو 2023 بأنه يجب على الحكومات تثقيف وتشجيع أصحاب المنازل ومقاولي البناء على استبدال مكيفات الهواء والأفران بمضخات حرارية. يقول كونلان: “في الشمال هناك نقطة تحول يحاولون الوصول إليها”.
تعد مكيفات الهواء وأفران الغاز والمضخات الحرارية جزءًا فقط من قصة التحكم في المناخ: ربما يكون إنتاج الكهرباء الأنظف ، والشبكات الأكثر كفاءة ، والمباني المعزولة بشكل أفضل ثمارًا متدلية. يقول كونلان: “كلما قمت بعزل أفضل كلما قلت الحرارة التي تحتاجها في المقام الأول”.
حتى الآن ، تحظى المضخات الحرارية باهتمام المنظمين واللاعبين الرئيسيين في الصناعة ومجموعات المجتمع المدني. لديهم أيضًا انتباه متخصصي HVAC مثل Heath. تميل المضخات الحرارية إلى العمل على إعدادات طاقة منخفضة أكثر من مرة مقارنة بمكيفات الهواء. يقول هيث أن هذا يجعلهم جاهزين لإدخال تحسينات أخرى. على سبيل المثال ، قد تكون صناعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء قادرة على القضاء على الزيادات الهائلة في احتياجات مكيفات الهواء القديمة الحالية عند تشغيلها ، وتحسين صحة الشبكة وخلق إمكانية تشغيل مضخات الحرارة من مصادر مثل الألواح الشمسية أو حتى تخزين البطاريات المحلية . . يقول هيث ، “ما زلت أفكر ،” ماذا هناك أيضًا؟ “
من مقالات موقعك
مقالات ذات صلة حول الويب
اكتشاف المزيد من عرب نيوز للتقنية
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
