پمپ حرارتی چیست و چگونه کار میکند؟
پمپ حرارتی بخشی از یک سیستم گرمایش و سرمایش خانگی است که در خارج از خانه نصب میشود. مانند یک کولر گازی مرکزی، میتواند خانه را خنک کند، اما علاوه بر آن قادر به تأمین گرما نیز هست. در ماههای سردتر، پمپ حرارتی گرما را از هوای سرد بیرون جذب کرده و به داخل خانه منتقل میکند و در ماههای گرمتر، گرما را از هوای داخل گرفته و به بیرون هدایت میکند تا خانه را خنک کند. این دستگاهها با برق کار میکنند و از مبرد برای انتقال حرارت استفاده میکنند و در تمام طول سال فراهم کننده آسایش و راحتی شما هستند.
از آنجا که پمپهای حرارتی قادر به تأمین هم گرمایش و هم سرمایش هستند، صاحبان خانه ممکن است نیازی به نصب سیستمهای جداگانه برای گرمایش نداشته باشند. در مناطق سردتر، میتوان یک نوار گرمایی الکتریکی به کویل داخلی فن اضافه کرد تا توانایی گرمایشی بیشتری ایجاد شود. پمپهای حرارتی مانند بخاریها از سوختهای فسیلی استفاده نمیکنند، که این امر آنها را دوستدار محیط زیست میکند.
انواع پمپهای حرارتی
دو نوع رایج پمپهای حرارتی عبارتند از: پمپهای حرارتی هوایی و پمپهای حرارتی زمینی.
پمپهای حرارتی منبع هوایی: این پمپها گرما را بین هوای داخل و هوای خارج منتقل میکنند و رایجترین گزینه برای گرمایش و سرمایش منازل هستند.
پمپهای حرارتی منبع زمینی (ژئوترمال): این پمپها گرما را بین هوای داخل خانه و زمین خارج منتقل میکنند. این مدلها گرانتر هستند اما به دلیل پایداری دمای زمین در طول سال، کارایی بیشتری دارند و هزینه عملیاتی کمتری دارند.
پمپ حرارتی چگونه کار میکند؟
پمپهای حرارتی گرما را از یک منبع به منبع دیگر منتقل میکنند. پمپهای حرارتی هوایی گرما را بین هوای داخل و خارج جابهجا میکنند، در حالی که پمپهای حرارتی زمینی گرما را بین داخل خانه و زمین منتقل میکنند. ما در این مقاله بر پمپهای حرارتی هوایی تمرکز خواهیم کرد، اما اصول عملکرد برای هر دو یکسان است.
کدام پمپ حرارتی برای خانه شما مناسب است؟
هنگام انتخاب نوع سیستم، باید عواملی مانند اندازه خانه و شرایط اقلیمی را در نظر گرفت. پمپهای حرارتی معمولاً در مناطق معتدل که دمای هوا به زیر نقطه انجماد نمیرسد، بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند. در مناطق سردتر، میتوان آنها را با بخاری ترکیب کرد تا در روزهای بسیار سرد، بخاری وارد عمل شود. این ترکیب که به سیستم دوگانه سوخت معروف است، بسیار کارآمد و مقرونبهصرفه است.
اجزای اصلی یک پمپ حرارتی
یک پمپ حرارتی معمولاً از دو بخش اصلی تشکیل شده است:
واحد بیرونی: شامل یک کویل و یک فن است. کویل در حالت سرمایش مانند کندانسور و در حالت گرمایش مانند تبخیرکننده عمل میکند. فن هوای بیرون را از روی کویل عبور میدهد تا تبادل حرارتی انجام شود.
واحد داخلی (هندلر هوا): شامل یک کویل و یک فن است. کویل در حالت سرمایش مانند تبخیرکننده و در حالت گرمایش مانند کندانسور عمل میکند. فن هوا را روی کویل عبور داده و آن را در کانالهای خانه توزیع میکند.
مبرد: مادهای که در سیستم جریان دارد و گرما را جذب و دفع میکند.
کمپرسور: مبرد را فشرده کرده و در سیستم به حرکت درمیآورد.
شیر معکوسکننده: جهت جریان مبرد را تغییر میدهد تا سیستم بتواند بین حالت گرمایش و سرمایش سوئیچ کند.
شیر انبساط: میزان جریان مبرد را کنترل کرده و فشار و دمای آن را کاهش میدهد.
نحوه تأمین سرمایش و گرمایش توسط پمپ حرارتی
پمپهای حرارتی گرما تولید نمیکنند، بلکه آن را جابهجا میکنند. این دستگاهها از مبردی استفاده میکنند که بین واحد داخلی (هندلر هوا) و کمپرسور بیرونی جریان دارد و گرما را منتقل میکند. در حالت سرمایش، پمپ حرارتی گرمای داخل خانه را جذب کرده و به بیرون انتقال میدهد. در حالت گرمایش، پمپ حرارتی گرما را از زمین یا هوای بیرون (حتی در دمای سرد) جذب کرده و به داخل خانه انتقال میدهد.
پمپ حرارتی چگونه کار میکند – حالت سرمایش
یکی از اصول مهم در عملکرد پمپ حرارتی و فرآیند انتقال گرما این است که انرژی گرمایی به طور طبیعی تمایل دارد به سمت نواحی با دمای کمتر و فشار پایینتر حرکت کند. پمپهای حرارتی از این ویژگی فیزیکی استفاده کرده و گرما را در تماس با محیطهای خنکتر و کمفشار قرار میدهند تا انتقال گرما بهصورت طبیعی انجام شود. این همان روشی است که پمپ حرارتی کار میکند.
مرحله ۱
مبرد مایع از طریق یک دستگاه انبساط وارد کویل داخلی میشود، که در این حالت به عنوان اواپراتور (تبخیرکننده) عمل میکند. هوای داخل خانه از روی این کویلها عبور میکند و انرژی گرمایی آن توسط مبرد جذب میشود. در نتیجه، هوای خنکشده از طریق کانالهای تهویه در خانه پخش میشود. فرآیند جذب گرما باعث میشود مبرد مایع گرم شده و به گاز تبدیل شود.
مرحله ۲
مبرد گازیشکل از طریق کمپرسور عبور کرده و تحت فشار قرار میگیرد. فشردهسازی گاز باعث افزایش دمای آن میشود (یک خاصیت فیزیکی گازهای فشردهشده). مبرد داغ و تحت فشار از کمپرسور عبور کرده و به سمت کویل موجود در واحد خارجی هدایت میشود.
مرحله ۳
یک فن در واحد خارجی، هوا را از روی کویلها عبور میدهد. در این حالت، کویلها نقش کندانسور (چگالشکننده) را دارند. از آنجا که دمای هوای بیرون از خانه کمتر از دمای گاز داغ و فشردهشدهی مبرد است، گرما از مبرد به هوای بیرون انتقال مییابد. طی این فرآیند، مبرد مجدداً خنک شده و به حالت مایع تبدیل میشود. سپس، مایع گرم از طریق سیستم به سمت شیر انبساط در واحد داخلی پمپ میشود.
مرحله ۴
شیر انبساط فشار مبرد مایع گرم را کاهش میدهد، که این کاهش فشار باعث سرد شدن شدید آن میشود. در این مرحله، مبرد به حالت مایع سرد تبدیل شده و آماده است تا مجدداً به کویل اواپراتور در واحد داخلی بازگردد و چرخه دوباره شروع شود.
پمپ حرارتی چگونه کار میکند – حالت گرمایش
پمپ حرارتی در حالت گرمایش مانند حالت سرمایش عمل میکند، اما جریان مبرد توسط شیر معکوسکننده تغییر جهت میدهد. این تغییر جهت باعث میشود که منبع گرما هوای بیرون باشد (حتی زمانی که دمای بیرون پایین است) و انرژی گرمایی به داخل خانه منتقل شود. در این حالت: کویل بیرونی مانند یک اواپراتور عمل میکند. کویل داخلی مانند یک کندانسور عمل میکند.
فرآیند فیزیکی همانند حالت سرمایش است: گرمای محیط بیرون توسط مبرد مایع جذب شده و آن را به گاز سرد تبدیل میکند. کمپرسور، گاز سرد را فشرده کرده و به گاز داغ تبدیل میکند. گاز داغ در واحد داخلی با عبور از روی فن، گرمای خود را به هوای داخل خانه منتقل کرده و به مایع گرم تبدیل میشود. مایع گرم با ورود به واحد بیرونی و عبور از شیر انبساط، فشار خود را از دست داده و به مایع سرد تبدیل شده و چرخه از نو آغاز میشود.
انواع دیگر پمپهای حرارتی شامل:
پمپهای حرارتی منبع زمینی (ژئوترمال)، که گرما را از زمین میگیرند.
پمپهای حرارتی داکتلس (اسپلیت بدون کانال)، که عملکرد مستقلی در فضاهای مختلف دارند.
عملکرد پمپ حرارتی – مرور کلی
پمپهای حرارتی الکتریکی سیستمهایی چندکاره و کارآمد برای سرمایش و گرمایش هستند. به لطف وجود یک شیر معکوسکننده، پمپ حرارتی میتواند مسیر جریان مبرد را تغییر داده و خانه را گرم یا خنک کند. در این فرآیند، هوا از روی کویل اواپراتور عبور میکند و انرژی گرمایی از هوا به مبرد منتقل میشود. مبرد حاوی انرژی گرمایی در سیستم به کویل کندانسور هدایت شده و گرما را آزاد میکند، در حالی که یک فن، هوا را از روی کویل عبور میدهد. به این ترتیب، گرما از یک مکان به مکان دیگر منتقل میشود.
محتوای اصلی این مقاله برگرفته از وبسایت www.carrier.com می باشد.