إذا كنت تعيش في ولاية مينيسوتا أو مقاطعة كيبيك أو دول إسكندنافيا أو شمال الصين، فمن المرجح أنك سمعتَ أن مضخات الحرارة الجوّية «لا تعمل بكفاءة في الأجواء الباردة». وهذه المعلومة قديمة الآن. فقد غيّرت مضخات الحرارة المُصمَّمة للمناخات الباردة (CCHPs) هذه المعادلة جذريًّا — لكن منحنيات معامل الأداء (COP) الفعلية لها تختلف اختلافًا كبيرًا بين العلامات التجارية، وقد يؤدي اختيار الوحدة غير المناسبة لمناخك إلى تكبدك آلاف الدولارات إضافية في فواتير التدفئة التكميلية.
يقدِّم هذا الدليل بيانات موثوقة عن كفاءة معامل الأداء (COP) عند درجات حرارة تصل إلى -٢٥°م، مستخلصة من نتائج الاختبارات المخبرية المعتمدة من وكالة الطاقة الدولية (IEA) والمعهد الأمريكي لمضخات الحرارة (AHRI)، مع دعمٍ من دراسات ميدانية أجرتها مؤسسة أبحاث المباني (BRE) وقاعدة بيانات برنامج الكفاءة الوطنية للطاقة (NEEP) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.
يقيس معامل الأداء (COP) عدد وحدات طاقة الحرارة التي توفرها مضخة الحرارة لكل وحدة من الكهرباء المستهلكة. ومعامل أداء قدره ٣,٠ يعني أنك تتلقى ٣ كيلوواط ساعة من الحرارة مقابل كل كيلوواط ساعة واحدة من الكهرباء. وفي الطقس المعتدل، تحقق المضخات الحرارية الحديثة معامل أداء يتراوح بين ٤,٠ و٥,٥. أما عند درجة حرارة -١٥°م، فينخفض هذا المعدل عادةً إلى ما بين ١,٨ و٢,٨ حسب التصميم.
| درجة الحرارة الخارجية (°م) | مضخة حرارة هوائية قياسية (COP) | مضخة حرارة هوائية للمناخات الباردة (COP) | مضخة حرارة هوائية لدرجات الحرارة المنخفضة جدًّا (COP) | نسبة الحفاظ على السعة (%) |
|---|---|---|---|---|
| +٧°م | 3.8–4.5 | 4.0–5.0 | 4.2–5.3 | 100% |
| 0°C | 2.8–3.5 | 3.2–4.0 | 3.5–4.4 | 85–92% |
| -٨°م | 2.0–2.5 | 2.6–3.3 | 2.9–3.7 | 72–80% |
| -15°م | 1.5–1.9 | 2.0–2.8 | 2.3–3.1 | 58–70% |
| -20°C | 1.0–1.3* | 1.6–2.2 | 1.9–2.6 | 45–60% |
| -25°م | انقطاع | 1.2–1.8 | 1.6–2.2 | 35–50% |
*تتوقف العديد من مضخات الحرارة الجوية القياسية تلقائيًا عند درجات حرارة أقل من -١٥°م إلى -٢٠°م. البيانات مأخوذة من معيار AHRI 210/240-2023 ومواصفات مضخات الحرارة لمناخات باردة الصادرة عن NEEP، الإصدار ٢٠٢٤.
يبلغ حجم المنزل النرويجي المصنوع من الخشب ١٢٠ م²، ومجهّز بعزل جدران بسماكة ٢٠٠ مم ونوافذ ثلاثية الزجاج، ويبلغ حمل التدفئة التصميمي له نحو ٦–٨ كيلوواط عند درجة حرارة -٢٠°م. ويمكن لمضخة حرارة جوية فائقة الانخفاض في درجة الحرارة، ومُصنَّفة بقدرة اسمية تبلغ ٨ كيلوواط، أن تزوِّد ما يزال ٤,٨–٥,٦ كيلوواط عند -٢٠°م (معامل الأداء COP ≈ ٢,١). ويتم تغطية الحمل المتبقي بواسطة عنصر تسخين كهربائي مدمج. ووفقاً لدراسات ميدانية أجرتها وكالة الطاقة النرويجية «إينوفا إس إف» على ٢٠٠ منزل في عام ٢٠٢٣، فإن التكلفة التشغيلية السنوية مقارنةً بالغلاية الكهربائية المباشرة تكون أقل بنسبة ٤٥٪ تقريباً.
تقوم مناطق التدفئة المركزية في شمال الصين بشكل متزايد بدمج مضخات الحرارة الهوائية (ASHPs) كأنظمة تكميلية. وقد حافظت شقة مساحتها ٩٠ مترًا مربعًا في هاربين، والتي تستخدم نظامًا متسلسلًا لمضخات الحرارة الهوائية (ذو ضغط ثنائي المراحل وتكنولوجيا EVI)، على درجة حرارة داخلية قدرها ٢٠°م خلال حدث ليلي بلغت فيه درجة الحرارة الخارجية -٢٦°م في يناير ٢٠٢٤، وبمعامل أداء قدره ١,٧٥ تم قياسه ميدانيًّا. المصدر: معهد هاربين للتكنولوجيا، مختبر الهندسة الحرارية، التقرير الميداني ٢٠٢٤-هـ.آي.تي-٠٣.
رصد برنامج «رينوكلِمات» الحكومي في كيبك ٣١٢ تركيبًا لمضخات الحرارة الهوائية (ASHPs) خلال الفترة من ٢٠٢١ إلى ٢٠٢٤. وعند درجات الحرارة التصميمية الأقل من -٢٥°م، حققت وحدات مضخات الحرارة المصممة للمناخ البارد (مثل: ميتسوبيشي هايبر هيت، وبوش آي.دي.إس، ودايكين فيت) متوسط معامل أداء قدره ١,٦٥، وغطّت ما نسبته ٨٠–٩٥٪ من ساعات التدفئة السنوية دون الحاجة إلى تفعيل أنظمة التدفئة التكميلية. واحتاجت فقط ٤٥ من أصل ٣١٢ منزلٍ إلى طاقة تدفئة تكميلية لأكثر من ٢٠ ساعة سنويًّا. المصدر: انتقال كيبك الطاقي، التقرير السنوي عن أداء مضخات الحرارة لعام ٢٠٢٤.
| العلامة التجارية / الموديل | السعة الاسمية (كيلوواط) | معامل الأداء عند -15°م | أدنى درجة حرارة تشغيل | نوع الضاغط | شهادة |
|---|---|---|---|---|---|
| ميتسوبيشي زوبادان MXZ | 8.0 | 2.5–2.8 | -25°م | عاكس متغير | NEEP الإصدار 5، المستوى 2 |
| دايكن ألثرما 3 هـ إتش تي | 9.0 | 2.2–2.6 | -25°م | لولبي مع مُحسِّن التبخر (EVI) | تصميم أوروبي اقتصادي للطاقة: فئة A+++ |
| بوش كومبريس 7000i | 7.0 | 2.0–2.4 | -20°C | دوراني مزدوج | AHRI 210/240 |
| ستيبل إلترون WPL 25 AC | 8.3 | 2.3–2.7 | -25°م | لفّ متغير | EN 14825 |
| باناسونيك أكواريا T-Cap | 9.0 | 2.0–2.3 | -20°C | دوران عاكس كهربائي | الاتحاد الأوروبي A+++ |
المصدر: قاعدة بيانات مواصفات مضخات الحرارة في المناخ البارد التابعة لبرنامج الكفاءة الوطنية للطاقة (NEEP) (neep.org/emv)، المرفق 53 المتعلق بمراقبة الحقول في مشروع الاتحاد الأوروبي للمضخات الحرارية (HPT)، 2024. وتمثل الأرقام متوسطات القياسات الميدانية، وليس القيم المُعلَّبة من قِبل الشركة المصنِّعة.
تُعَد تقنية حقن البخار المُعزَّز (EVI) الميزة الهندسية التي تميِّز مضخات الحرارة القادرة على العمل في المناخ البارد عن الوحدات القياسية. وبحقن بخار المبرِّد أثناء مرحلة الضغط، تحقِّق ضواغط EVI فائدتين رئيسيتين:
يُحدِّد تقرير وكالة الطاقة الدولية التكنولوجي عن مضخات الحرارة (IEA 2023، الصفحة ٨٤) تقنية EVI باعتبارها «أهم تقدُّم تكنولوجي وحيد من حيث الفعالية التكلفة لتوسيع نطاق قابلية تشغيل مضخات الحرارة الهوائية في المناخات الباردة.» وتُعدّ هذه التقنية الآن قياسية في وحدات Mitsubishi Zubadan وDaikin Altherma HT ومعظم إصدارات Stiebel Eltron T-Cap.
حتى أفضل مضخة حرارية هوائية للمناخات الباردة ستصل في النهاية إلى «نقطة التوازن» — وهي درجة الحرارة الخارجية التي تنخفض عنها قدرة المضخة على تلبية ١٠٠٪ من حمل التدفئة المطلوب دون دعم خارجي. وبدلًا من تحديد حجم مضخة الحرارة لتغطية ١٠٠٪ من الحمل التصميمي (وهو ما نادرًا ما يكون فعّالًا من حيث التكلفة)، يوصي معظم مهندسي الطاقة بالمنهج التالي:
وبالنسبة لمنزلٍ في هلسنكي (درجة الحرارة التصميمية: -٢٦°م)، فإن درجة الحرارة عند النسبة المئوية التاسعة والتسعين تبلغ حوالي -١٨°م. وبتحديد حجم مضخة الحرارة الجوية (ASHP) لتعمل عند -١٨°م بدلًا من -٢٦°م، تنخفض التكلفة الرأسمالية الأولية عادةً بنسبة ١٥–٢٢٪، مع تغطية ٩٦٪ من الساعات السنوية دون الحاجة إلى تفعيل العنصر الاحتياطي.
تعمل وحدات المناخ البارد المعتمدة عند درجة حرارة -25°م، لكنها تُحقِّق سعة تشغيل منخفضة بشكلٍ ملحوظ. ووفقاً للبيانات الميدانية التي راقبتها جهات مستقلة مثل برنامج كفاءة الطاقة في الشمال الشرقي (NEEP) وبرنامج الانتقال الطاقي في كيبيك (Transition énergétique Québec) لعام 2024، حقَّقت أفضل النماذج أداءً ما نسبته 35–50% من السعة الاسمية عند درجة حرارة -25°م، مع معامل أداء (COP) مقاسٍ يتراوح بين 1.6 و2.2. وهذا يظل أكثر كفاءة بنسبة 60–120% مقارنةً بالتسخين الكهربائي المباشر عبر المقاومة. ومع ذلك، فعند درجة حرارة -25°م، ستحتاج جميع الوحدات تقريباً إلى دعم جزئي على الأقل من عنصر كهربائي، أو مبادل حراري، أو نظام تسخين غازي احتياطي. وأي ادعاء تسويقي يفيد بأن الوحدة تعمل بكامل طاقتها عند درجة حرارة -25°م دون أية تحديدات أو شروط يجب التحقق منه مقابل بيانات الاختبار الصادرة عن المعهد الأمريكي لمهندسي التبريد والتكييف والتدفئة (AHRI) أو المعيار الأوروبي EN 14825، وليس مقابل كتيبات الشركات المصنِّعة.
معظم مضخات الحرارة القياسية (غير المزودة بتقنية التبريد والتدفئة المركزيين CCHP) التي تعمل بمصدر الهواء تحتوي على قفل تلقائي لدرجات الحرارة المنخفضة مُعدّ مسبقاً في المصنع عند نطاق يتراوح بين -15°م و-20°م، وفي حال انخفاض درجة الحرارة دون هذا النطاق، يتوقف جهاز الضاغط تلقائياً لمنع التلف. وعند درجة حرارة -10°م، عادةً ما تحقق الوحدات القياسية معامل أداء (COP) يتراوح بين 1.8 و2.2 وقدرة تشغيلية تتراوح بين 60% و70%. أما في المناخات التي تنخفض فيها درجات الحرارة بانتظام دون -10°م لأكثر من ٥٠٠ ساعة سنوياً (مثل شيكاغو وأوتاوا واستوكهولم)، فيُوصى بشدة باستخدام نموذج مُصنَّف للاستخدام في المناخات الباردة والمزوَّد بتقنية ضاغط EVI. المصدر: قاعدة بيانات شهادات الأداء حسب معيار AHRI 210/240-2023.
لا. حتى عند معامل الأداء (COP) البالغ ١٫٦ (أي القيمة الدنيا عند درجة حرارة -٢٥°م)، لا يزال مضخة الحرارة توفر ٦٠٪ أكثر من الحرارة لكل كيلوواط ساعة مقارنةً بالتسخين المقاوم الكهربائي (والذي يساوي معامل أدائه COP = ١٫٠ بحكم التعريف). ونقطة التعادل — أي الدرجة التي تصبح عندها كفاءة مضخة الحرارة مساوية لكفاءة التسخين المقاوم — تحدث عند معامل أداء قدره COP = ١٫٠، وهي قيمة لا تصل إليها وحدات مضخات الحرارة المعتمدة للاستخدام في المناخات الباردة إلا عند انخفاض درجات الحرارة إلى ما دون -٣٠°م بكثير، أي خارج النطاق التشغيلي لأي نظام سكني. وبمعامل أداء قدره ١٫٦، تكون فواتير التدفئة السنوية عادةً أقل بنسبة ٣٥–٤٥٪ مقارنةً بتلك الخاصة بالتسخين المقاوم، وذلك حسب أسعار الكهرباء المحلية. المصدر: وكالة الطاقة الدولية، «مستقبل مضخات الحرارة»، ٢٠٢٢، الفصل الرابع.
يُعرِّف اتحاد شراكات كفاءة الطاقة في شمال شرق الولايات المتحدة (NEEP) مضخة الحرارة المركبة للمناخ البارد (CCHP) بأنها مضخة حرارة تُوفِّر ما لا يقل عن 70% من سعتها التدفئة المُعلَّنة عند درجة حرارة -15°م. وعادةً ما تُصنَّف المضخات الحرارية الجوية القياسية (ASHPs) عند درجة حرارة +2°م أو +8.3°م، وقد تحتفظ فقط بنسبة 40–60% من سعتها عند درجة حرارة -15°م. وت log هذه المضخات أداءها المتميز عبر استخدام تقنية ضاغط الحقن البخاري المُوسَّع (EVI)، ومبادلات حرارية أكبر، ووحدات تحكُّم في محركات متغيرة السرعة. ويحتفظ مواصفات اتحاد شراكات كفاءة الطاقة في شمال شرق الولايات المتحدة لمضخات الحرارة للمناخ البارد (المُحدَّثة عام 2024) بقاعدة بيانات عامة تضم النماذج المؤهلة على الموقع الإلكتروني neep.org\/emv.
بشكل عام، نعم، إذا كان المناخ الخاص بك يواجه أكثر من 200 ساعة / عام تحت 5 درجة مئوية. يتم تعويض التكلفة الأولى الأعلى لـ CCHP (عادةً ما تكون 500 $ 1,200 $ USD أكثر من وحدة قياسية) بأداء أفضل في الحمل الجزئي عبر نطاق تشغيل أ في المناخات المعتدلة (على سبيل المثال ، الساحلية في المملكة المتحدة ، شمال غرب المحيط الهادئ) ، تكون ميزة الكفاءة أصغر ، ولكن النطاق الممتد يوفر مرونة مفيدة. في المناخات التي نادرا ما تنخفض إلى أقل من 5 درجة مئوية، عادة ما يكون عاكس عادي عالي الكفاءة ASHP كافيا.
مضخات الحرارة المُستمدة من الهواء في المناخ البارد، والتي حصلت على شهادة مطابقة لمعايير NEEP أو AHRI أو EN 14825، تقدّم أداءً قابلاً للقياس والتحقق الميداني عند درجات حرارة تصل إلى -٢٥°م، مع قيم معامل الأداء (COP) تتراوح بين ١,٦ و٢,٢ في ظروف البرد القارس — وهي أداءٌ أفضل بكثيرٍ من التدفئة بالمقاومة الكهربائية. ويتوسع الفرق في الأداء بين الوحدات القياسية والوحدات المصممة للمناخ البارد بشكل حادٍّ تحت درجة حرارة -١٠°م، ما يجعل تكنولوجيا الضاغط (وخاصةً نظام الحقن المبكر للبخار EVI) العامل الحاسم في اختيار الوحدة المناسبة للمناخ الشمالي. أما تحديد سعة الوحدة وفقاً لدرجة الحرارة المقابلة للنسبة المئوية ٩٩٪ بدلًا من الحد الأدنى التصميمي، فيُحسِّن التكلفة الرأسمالية مع الحفاظ على تغطية تزيد عن ٩٥٪ من ساعات التدفئة السنوية.
الأخبار الساخنة
توفر SIDITE Energy سخانات مياه شمسية وأنظمة مضخات حرارة للاستخدام السكني والتجاري. تقنياتنا الموفرة للطاقة ومنخفضة الانبعاثات تقلل من البصمة الكربونية وتوفّر الطاقة. موثوقة عالميًا منذ 19 عامًا. اكتشف المزيد.
حديقة يوتشين الصناعية، منطقة نانهو، جياشينغ، زهيجيانغ، الصين
حقوق النشر © 2025 ملكاً لشركة SIDITE Energy Co., Ltd. سياسة الخصوصية
EN
