משאבות חום הופכות בהדרגה לחלופה משמעותית לדודי חשמל, מערכות גז ואמצעי חימום מסורתיים. בישראל, שבה האקלים מתון יחסית בחורף וצריכת המים החמים גבוהה לאורך כל השנה, לטכנולוגיה יש יתרון ברור – אבל לא בכל יישום ולא בכל מבנה. אז איך משאבת חום עובדת, כמה חשמל היא יכולה לחסוך, ואיפה היא מתאימה במיוחד?
משאבות חום הן כבר מזמן לא טכנולוגיה חדשה, אבל בשנים האחרונות הן חוזרות למרכז הדיון בענף המיזוג והאנרגיה.
הסיבה פשוטה: במקום לייצר חום באמצעות גוף חימום חשמלי, גז או סולר, משאבת חום מעבירה חום מהאוויר או ממקור אחר אל המים או אל חלל המבנה.
פרסום
אותו עיקרון שעליו פועל מזגן רגיל יכול לשמש גם לחימום מים, בריכות, בתי מלון, בתי אבות, מפעלים ומבני מגורים.
בישראל, שבה טמפרטורות החורף בדרך כלל אינן קיצוניות, הטכנולוגיה יכולה לעבוד בתנאים נוחים יחסית ולהגיע ליעילות גבוהה.
איך משאבת חום מייצרת יותר חום מהחשמל שהיא צורכת?
היתרון המרכזי של משאבת חום הוא שהיא אינה הופכת את כל החשמל לחום באופן ישיר.
במקום זאת היא משתמשת בחשמל בעיקר להפעלת המדחס ומעבירה אנרגיה תרמית מהסביבה אל המערכת.
לכן נהוג למדוד את הביצועים באמצעות COP – היחס בין כמות החום שהמערכת מספקת לבין כמות החשמל שהיא צורכת.
לדוגמה, מערכת בעלת COP של 3 מספקת כ-3 קוט"ש של חום עבור כל קוט"ש חשמל שהיא צורכת.
גוף חימום חשמלי, לעומת זאת, מספק בקירוב קוט"ש תרמי אחד עבור כל קוט"ש חשמל.
זהו פער משמעותי מאוד כאשר מדובר במערכת שפועלת שעות רבות מדי יום.
כמה אפשר לחסוך?
אין מספר אחד שמתאים לכל מערכת.
החיסכון תלוי בטמפרטורת המים הנדרשת, טמפרטורת האוויר בחוץ, גודל המערכת, שעות העבודה, מצב הבידוד, אופן הבקרה ועלות האנרגיה החלופית.
אבל ההבדל העקרוני ברור.
מחקר עדכני של משרד האנרגיה שבחן חלופות לחימום מים בבנייני מגורים מצא שמשאבות חום דורשות הרבה פחות חשמל לייצור אותה כמות אנרגיה תרמית לעומת חימום חשמלי ישיר.
בבניין בן שבע קומות שנבדק במחקר, הביקוש השנתי לחימום מים הוערך בכ-38,800 עד 80,100 קוט"ש תרמי. מערכת משאבות חום נדרשה לכ-12,900 עד 26,700 קוט"ש חשמל כדי לספק ביקוש זה.
כלומר, במערכת המתוכננת נכון, מדובר בפער שיכול להיות משמעותי מאוד בחשבון החשמל.
למה האקלים הישראלי דווקא מתאים למשאבות חום?
משאבת חום אוויר-מים מושפעת מטמפרטורת האוויר החיצונית.
ככל שהאוויר קר יותר, קשה יותר למערכת להפיק ממנו חום והיעילות יורדת.
במדינות שבהן החורף מגיע באופן קבוע לטמפרטורות נמוכות מאוד, נדרשים לעיתים פתרונות משלימים או מערכות שתוכננו במיוחד לעבודה בתנאים קיצוניים.
במרבית אזורי ישראל התנאים מתונים יותר.
זו אחת הסיבות שמשאבות חום יכולות להיות יעילות במיוחד כאן, בעיקר לחימום מים.
עם זאת, באזורים קרים יותר כמו ירושלים, הגולן והגליל העליון חשוב לבצע תכנון המתחשב בתנאי החורף המקומיים ולא להסתפק בנתוני ביצועים שנמדדו בטמפרטורות נוחות.
איפה משאבות חום משתלמות במיוחד?
המקרים המעניינים ביותר הם בדרך כלל מקומות שבהם יש ביקוש גדול ורציף למים חמים.
בתי מלון הם דוגמה ברורה.
כך גם בתי אבות, בתי חולים, פנימיות, חדרי כושר, מקוואות, בריכות שחייה ומתקני ספורט.
במקומות כאלה מערכת החימום עובדת במשך שעות רבות ולכן גם הפרש קטן בעלות האנרגיה לכל קוט"ש הופך לחיסכון משמעותי לאורך השנה.
במגזר התעשייתי ניתן להשתמש במשאבות חום גם בתהליכים הדורשים מים חמים בטמפרטורות מתאימות.
ומה לגבי בנייני מגורים?
גם כאן התחום מתחיל להיות מעניין יותר.
תקנות התכנון בישראל מאפשרות שימוש במשאבות חום כחלק ממערכות חימום המים בבנייני מגורים, בכפוף לדרישות התקנים הרלוונטיים. בין היתר מוזכרים ת"י 6226 ות"י 16147 למשאבות חום.
המשמעות היא שבבניינים רבי קומות, שבהם שטח הגג מוגבל ביחס למספר הדירות, משאבת חום מרכזית יכולה להפוך לחלופה מעניינת למערכת מסורתית.
אבל צריך לבחון את המערכת כמכלול.
משאבת חום דורשת מקום לציוד, אוגר מים מתאים, צנרת, בקרה ותכנון אקוסטי.
משאבת חום או דוד שמש?
בישראל אי אפשר להתעלם מדוד השמש.
מערכת תרמו-סולארית מנצלת אנרגיית שמש ישירות ולכן יכולה להיות פתרון יעיל מאוד בתנאים המתאימים.
מחקר משרד האנרגיה שבחן שימוש מיטבי בגגות מצא כי גם למערכות סולאריות וגם לשילוב של פוטו-וולטאי ומשאבות חום קיימים יתרונות, בהתאם לסוג הבניין ולשטח הגג הזמין.
לכן השאלה אינה תמיד "דוד שמש או משאבת חום".
בבניינים מסוימים הפתרון הנכון יכול להיות שילוב.
ומה לגבי שילוב עם מערכת פוטו-וולטאית?
כאן נוצר חיבור מעניין במיוחד.
משאבת חום היא מערכת חשמלית יעילה.
מערכת פוטו-וולטאית מייצרת חשמל במהלך היום.
שילוב נכון בין השתיים יכול לאפשר חימום מים דווקא בשעות שבהן הבניין מייצר חשמל סולארי.
אם מוסיפים אוגר מים גדול, המים עצמם הופכים למעשה למעין מאגר אנרגיה תרמית.
במקום להזרים עודף חשמל לרשת ולחמם את המים מאוחר יותר, ניתן להפעיל את משאבת החום בשעות הייצור ולשמור את האנרגיה בצורה של מים חמים.
ומה קורה בטמפרטורות גבוהות?
כאן חשוב להבחין בין משאבות חום שונות.
מערכת שמחממת מים ל-45 או 50 מעלות אינה בהכרח מתאימה ליישום הדורש מים ב-70 או 80 מעלות.
ככל שטמפרטורת המים הנדרשת גבוהה יותר, כך עולה בדרך כלל העבודה הנדרשת מהמדחס וה-COP יורד.
לכן בבתי מלון, מוסדות ותעשייה צריך להגדיר מראש את טמפרטורת האספקה הנדרשת ואת פרופיל הצריכה.
אין משמעות רבה ל-COP מרשים אם הוא נמדד בתנאים שונים לחלוטין מאלו שבהם המערכת תפעל בפועל.
גם הקרר הופך לחלק מהשיקול
המעבר לקררים בעלי GWP נמוך משנה גם את תחום משאבות החום.
מערכות חדשות בעולם עוברות בהדרגה לקררים כמו R290, לצד קררים נוספים בעלי השפעה סביבתית נמוכה יותר.
ל-R290 יתרונות תרמודינמיים ו-GWP נמוך מאוד, אבל הוא קרר דליק מקבוצה A3.
לכן המעבר אליו מחייב תכנון מתאים, מגבלות כמות, מרחקי בטיחות, ציוד מתאים ואנשי מקצוע שהוכשרו לעבוד עם קררים דליקים.
עבור השוק הישראלי זהו נושא שילך ויהפוך משמעותי יותר ככל שהציוד החדש יגיע לארץ.
פרסום
מה צריך לבדוק לפני שמתקינים?
הטעות הגדולה ביותר היא לבחור משאבת חום רק לפי ההספק הרשום בקטלוג.
תכנון נכון צריך להתחיל מביקוש המים החמים בפועל.
צריך לבדוק כמה ליטרים נצרכים ביממה, באילו שעות, מה טמפרטורת מי הכניסה, מה טמפרטורת היעד, כמה מקום יש לאגירה ומה קורה בשעת שיא.
במערכת מסחרית יש לבדוק גם יתירות.
אם משאבת חום אחת מתקלקלת בבית מלון, אי אפשר פשוט להודיע לאורחים שאין מים חמים.
לכן לעיתים עדיף מערך מודולרי של מספר יחידות קטנות יותר מאשר יחידה אחת גדולה.
הרעש חשוב לא פחות מה-COP
משאבות חום כוללות מדחס ומאווררים ולכן מייצרות רעש.
במערכת המותקנת על גג בית מלון, בית מגורים או מוסד, מיקום לא נכון יכול להפוך מערכת יעילה אנרגטית למטרד אקוסטי.
יש להביא בחשבון את מיקום המעבים, המרחק מחלונות, החזרי קול מקירות, עבודה בלילה והצורך באמצעי השתקה.
גם תקנות התכנון בישראל מתייחסות לדרישות אקוסטיות במערכות הבניין.
האם אפשר להחליף גז לחלוטין?
בחלק מהיישומים – בהחלט.
כאשר נדרשות טמפרטורות מים המתאימות לטווח העבודה של משאבת החום, היא יכולה להחליף דוד גז או מערכת חשמלית.
אבל לא בכל תהליך.
יישומים תעשייתיים הדורשים טמפרטורות גבוהות מאוד עדיין עשויים להזדקק למערכת נוספת או לטכנולוגיית Heat Pump ייעודית לטמפרטורות גבוהות.
גם השיקול הכלכלי משתנה ממקום למקום ותלוי במחירי החשמל והדלק, במספר שעות העבודה ובהשקעה הראשונית.
בישראל, השאלה אינה האם הטכנולוגיה עובדת – אלא איפה היא משתלמת
משאבות חום אינן פתרון קסם.
מערכת שתוכננה בצורה גרועה יכולה לעבוד שעות רבות, להגיע לטמפרטורות בקושי ולצרוך יותר חשמל מהמתוכנן.
אבל כאשר הביקוש לחום קבוע, המערכת מתוכננת לתנאי העבודה האמיתיים ויש מספיק שעות פעולה כדי להחזיר את ההשקעה, היתרון יכול להיות משמעותי.
באקלים הישראלי, במיוחד בחימום מים מסחרי ומוסדי, יש לטכנולוגיה תנאי פתיחה טובים.
ככל שמחירי האנרגיה, דרישות ההתייעלות והמעבר לחשמול ימשיכו להשפיע על תכנון מבנים, משאבות חום צפויות להפוך מרכיב משמעותי יותר במערכות האנרגיה והמיזוג בישראל.
והשאלה עבור מתכננים ובעלי מבנים כבר אינה רק כמה עולה המערכת.
השאלה הנכונה היא כמה עולה לייצר באמצעותה כל קוט"ש של חום לאורך חיי המערכת.
