پمپ حرارتی چیست؟

آشنایی اولیه با پمپ های حرارتی

تعریف پمپ حرارتی: پمپ حرارتی دستگاهی است که قادر به انتقال گرما از مکانی به مکان دیگر است. می توان از آنها برای سرمایش یا گرمایش فضاها و برای تامین آب گرم استفاده کرد.

اصل کار: اصل کار پمپ های حرارتی شبیه به سیستم های تبرید است، اما با یک تفاوت اساسی - آنها می توانند به صورت معکوس عمل کنند، هم سرمایش و هم گرمایش را فراهم می کنند. اجزای اصلی شامل کمپرسور، اواپراتور، کندانسور و شیر انبساط است. در حالت گرمایش، یک پمپ حرارتی گرمای کم دمای محیط خارجی را جذب کرده و از طریق فشرده سازی و انتشار گرما به فضای داخلی می رساند. در حالت خنک کننده، گرما را از داخل خانه جذب کرده و به محیط خارجی رها می کند.

منبع گرما و منبع سرما: پمپ حرارتی هم به منبع گرما و هم منبع سرما نیاز دارد. در حالت گرمایش، محیط خارجی معمولاً به عنوان منبع گرما عمل می کند، در حالی که محیط داخلی به عنوان منبع سرما عمل می کند. در حالت سرمایش، این وضعیت معکوس می‌شود و فضای داخلی به عنوان منبع گرما و محیط خارجی به عنوان منبع سرما عمل می‌کنند.

بهره وری انرژی: پمپ های حرارتی به دلیل بهره وری انرژی مشهور هستند. آنها می توانند اثرات سرمایش یا گرمایش قابل توجهی را با مصرف انرژی نسبتاً کم ارائه دهند. این به این دلیل است که آنها مستقیماً گرما تولید نمی کنند، بلکه گرما را انتقال می دهند و در نتیجه به کنترل دما دست می یابند. بهره وری انرژی معمولاً با ضریب عملکرد (COP) اندازه گیری می شود، که در آن COP بالاتر نشان دهنده بهره وری انرژی بهتر است.

برنامه های کاربردی: پمپ های حرارتی کاربردهای گسترده ای در زمینه های مختلف از جمله گرمایش منزل، تهویه مطبوع، تامین آب گرم و همچنین مصارف تجاری و صنعتی دارند. آنها اغلب با سیستم های انرژی تجدیدپذیر مانند پانل های خورشیدی ترکیب می شوند تا پایداری انرژی را افزایش دهند.

اثرات زیست محیطی: استفاده از پمپ های حرارتی می تواند انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش دهد و در نتیجه تاثیر مثبتی بر محیط زیست داشته باشد. با این حال، در نظر گرفتن اثرات کلی محیطی، از جمله انرژی مورد نیاز برای ساخت و نگهداری سیستم های پمپ حرارتی ضروری است.

معرفی انواع پمپ حرارتی

پمپ حرارتی منبع هوا (ASHP): این نوع پمپ حرارتی گرما را از هوای بیرونی برای تامین گرمایش یا سرمایش داخل خانه استخراج می کند. آنها برای شرایط مختلف آب و هوایی مناسب هستند، اگرچه کارایی آنها ممکن است تحت تأثیر نوسانات دما باشد.

پمپ حرارتی منبع زمینی (GSHP): پمپ های حرارتی منبع زمینی از دمای ثابت زمین در زیر سطح برای تامین گرما استفاده می کنند و در نتیجه کارایی پایدارتری در فصول سرد و گرم سال دارند. آنها معمولاً به نصب حلقه های افقی زیرزمینی یا چاه های عمودی برای استخراج گرمای زمین گرمایی نیاز دارند.

پمپ حرارتی منبع آب (WSHP): این پمپ های حرارتی از انرژی حرارتی بدنه های آبی مانند دریاچه ها، رودخانه ها یا چاه ها برای گرمایش یا سرمایش استفاده می کنند. آنها برای مناطق با دسترسی به منابع آب مناسب هستند و به طور کلی کارایی ثابتی را ارائه می دهند.

پمپ حرارتی جذب: پمپ های حرارتی جذب از مواد جذبی مانند سیلیکاژل یا کربن فعال برای جذب و آزادسازی گرما به جای اتکا به مبردهای فشرده استفاده می کنند. آنها معمولاً برای کاربردهای خاص مانند خنک کننده خورشیدی یا بازیابی گرمای اتلاف استفاده می شوند.

پمپ حرارتی ذخیره‌سازی انرژی حرارتی زیرزمینی (UGSHP): این نوع پمپ حرارتی از سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی زیرزمینی برای ذخیره گرما در زمین و بازیابی آن برای گرمایش یا سرمایش در صورت نیاز استفاده می‌کند. آنها به بهبود کارایی و قابلیت اطمینان سیستم های پمپ حرارتی کمک می کنند.

پمپ های حرارتی با دمای بالا:پمپ‌های حرارتی با دمای بالا می‌توانند گرمای با دمای بالاتری را فراهم کنند و برای کاربردهایی مانند گرمایش فرآیند صنعتی و گرمایش گلخانه‌ای که به دماهای بالا نیاز دارند، مناسب هستند.

پمپ های حرارتی با دمای پایین:پمپ های حرارتی با دمای پایین برای کاربردهایی طراحی شده اند که شامل استخراج گرما از منابع با دمای پایین مانند گرمایش از کف تابشی یا تامین آب گرم می شود.

پمپ های حرارتی دو منبع:این پمپ های حرارتی می توانند به طور همزمان از دو منبع گرما، اغلب منبع زمینی و منبع هوا، برای افزایش کارایی و پایداری استفاده کنند.

اجزای پمپ حرارتی

یک پمپ حرارتی از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است که با هم کار می کنند تا انتقال و تنظیم گرما را تسهیل کنند. اجزای اصلی پمپ حرارتی عبارتند از:

کمپرسور: کمپرسور هسته سیستم پمپ حرارتی است. این نقش فشرده سازی مبرد کم فشار و دمای پایین را به حالت فشار بالا و دمای بالا بازی می کند. این فرآیند دمای مبرد را افزایش می دهد و آن را قادر می سازد تا گرما را به منبع گرما آزاد کند.

اواپراتور: اواپراتور در سمت منبع داخلی یا سرد سیستم پمپ حرارتی قرار دارد. در حالت گرمایش، اواپراتور گرما را از محیط داخلی یا گرمای کم دمای محیط بیرون را جذب می کند. در حالت خنک کننده، گرمای داخل را جذب می کند و فضای داخلی را خنک تر می کند.

کندانسور: کندانسور در قسمت بیرونی یا منبع حرارتی سیستم پمپ حرارتی قرار دارد. در حالت گرمایش، کندانسور گرمای مبرد با دمای بالا را آزاد می کند تا فضای داخلی را گرم کند. در حالت خنک کننده، کندانسور گرمای داخل را به محیط بیرون دفع می کند.

شیر انبساط: شیر انبساط وسیله ای است که برای کنترل جریان مبرد استفاده می شود. فشار مبرد را کاهش می دهد و اجازه می دهد خنک شود و برای ورود مجدد به اواپراتور آماده شود و در نتیجه یک چرخه تشکیل شود.

مبرد: مبرد محیط کار در سیستم پمپ حرارتی است که بین حالت های دمای پایین و بالا در گردش است. انواع مختلف مبردها دارای خواص فیزیکی مشخصی هستند که متناسب با کاربردهای مختلف باشد.

فن ها و کانال کشی: این قطعات برای گردش هوا، توزیع هوای گرم یا خنک شده در فضای داخلی استفاده می شود. فن ها و کانال ها به حفظ حرکت هوا کمک می کنند و توزیع یکنواخت دما را تضمین می کنند.

سیستم کنترل:سیستم کنترل شامل حسگرها، کنترل‌کننده‌ها و رایانه‌هایی است که شرایط داخلی و خارجی را کنترل می‌کنند و عملکرد پمپ حرارتی را برای برآورده کردن نیازهای دما و افزایش کارایی تنظیم می‌کنند.

مبدل های حرارتی:سیستم‌های پمپ حرارتی ممکن است از مبدل‌های حرارتی برای تسهیل انتقال گرما بین حالت‌های گرمایش و سرمایش استفاده کنند که به بهبود راندمان سیستم کمک می‌کند.

تفاوت بین پمپ های حرارتی و وسایل گرمایشی و سرمایشی اصلی (تهویه مطبوع، آبگرمکن)

پمپ های حرارتی: پمپ های حرارتی می توانند بین گرمایش و سرمایش جابجا شوند و آنها را به لوازمی همه کاره تبدیل کنند. می توان از آنها برای گرم کردن خانه ها، گرم کردن آب، خنک کردن فضاهای داخلی و در برخی موارد برای تامین گرما برای تجهیزات دیگر استفاده کرد.

تهویه مطبوع: سیستم های تهویه مطبوع در درجه اول برای خنک کردن و حفظ دمای راحت داخلی طراحی شده اند. برخی از سیستم های تهویه مطبوع دارای عملکرد پمپ حرارتی هستند که به آنها امکان گرمایش در فصول سردتر را می دهد.

آبگرمکن: آبگرمکن ها برای گرم کردن آب برای حمام کردن، تمیز کردن، پخت و پز و موارد مشابه اختصاص داده شده اند.

بهره وری انرژی:

پمپ های حرارتی: پمپ های حرارتی به دلیل بهره وری انرژی مشهور هستند. آنها می توانند همان انتقال حرارت را با مصرف انرژی کمتر فراهم کنند زیرا گرمای با دمای پایین را از محیط جذب می کنند و آن را به گرمای با دمای بالا تبدیل می کنند. این معمولاً در مقایسه با تهویه مطبوع سنتی و آبگرمکن های برقی گرمایشی منجر به راندمان انرژی بالاتر می شود.

تهویه مطبوع:سیستم های تهویه مطبوع عملکرد خنک کنندگی کارآمدی را ارائه می دهند اما ممکن است در فصول سردتر از نظر انرژی کارآمدتر باشند.

آبگرمکن: بازده انرژی آبگرمکن ها بر اساس نوع منبع انرژی مورد استفاده متفاوت است. آبگرمکن های خورشیدی و آبگرمکن های پمپ حرارتی عموماً از نظر انرژی کارآمدتر هستند.

به طور خلاصه، پمپ های حرارتی دارای مزایای متمایز در بهره وری انرژی و تطبیق پذیری هستند و برای کاربردهای سرمایش، گرمایش و تامین آب گرم مناسب هستند. با این حال، تهویه مطبوع و آبگرمکن نیز برای اهداف خاص، بسته به نیاز و شرایط محیطی، مزایای خود را دارند.