دليل القراءة
أصبحت المضخات الحرارية شائعة هذه الأيام، وخاصة في أوروبا، حيث تعمل بعض البلدان على حظر تركيب مواقد وغلايات الوقود الأحفوري لصالح خيارات أكثر صداقة للبيئة، بما في ذلك المضخات الحرارية الموفرة للطاقة.(تقوم الأفران بتسخين الهواء وتوزيعه عبر الأنابيب في مختلف أنحاء المنزل، في حين تقوم الغلايات بتسخين المياه لتوفير الماء الساخن أو التدفئة بالبخار). وفي هذا العام، بدأت حكومة الولايات المتحدة في تقديم حوافز ضريبية لتركيب المضخات الحرارية، والتي تميل إلى أن تكلف مقدماً أكثر من الأفران التقليدية. ولكنها أكثر كفاءة على المدى الطويل.
وفي مجال مركبات الطاقة الجديدة، ونظراً لأن سعة البطارية محدودة، فقد دفع ذلك الصناعة أيضاً إلى التحول إلى المضخات الحرارية.لذلك ربما حان الوقت للتعرف بسرعة على معنى المضخات الحرارية وماذا تفعل.
ما هو النوع الأكثر شيوعا من المضخات الحرارية؟
نظرًا للضجة الأخيرة، قد تتفاجأ عندما تعلم أنك تستخدم بالفعل ملفمضخة الحرارة- من المحتمل أن يكون لديك أكثر من واحدة في منزلك وأكثر من واحدة في سيارتك.أنت لا تسميها مضخات حرارية: بل تستخدم المصطلحين "ثلاجة" أو "مكيف هواء".
في الواقع، هذه الآلات عبارة عن مضخات حرارية، مما يعني أنها تنقل الحرارة من مكان بارد نسبيًا إلى مكان حار نسبيًا.تتدفق الحرارة تلقائيًا من الساخن إلى البارد.ولكن إذا كنت ترغب في تحويله من البارد إلى الساخن، فأنت بحاجة إلى "ضخه".أفضل تشبيه هنا هو الماء، الذي يتدفق من تلقاء نفسه إلى أسفل التل، ولكن يجب ضخه إلى أعلى التل.
عندما تقوم بضخ الحرارة الموجودة في نوع ما من أماكن التخزين البارد (الهواء، الماء، وما إلى ذلك) إلى المخزن الساخن، يصبح المخزن البارد أكثر برودة ويصبح المخزن الساخن أكثر سخونة.هذا في الواقع هو ما تعنيه ثلاجتك أو مكيف الهواء الخاص بك - فهو ينقل الحرارة من مكان لا حاجة إليه إلى مكان آخر، ولا يهمك إذا أهدرت القليل من الحرارة الإضافية.
كيفية صنع مبرد عملي بمضخة حرارية؟
البصيرة الرئيسية التي أنتجتمضخات حرارية جاء ذلك في أوائل القرن التاسع عشر، عندما أدرك عدد من المخترعين، بما في ذلك جاكوب بيركنز، أنهم يستطيعون تبريد شيء ما بهذه الطريقة دون إهدار السوائل المتطايرة التي تبخرت لتحقيق التبريد.وبدلاً من إطلاق هذه الأبخرة في الغلاف الجوي، يرى الباحثون أنه سيكون من الأفضل جمعها وتكثيفها في سائل، وإعادة استخدام هذا السائل كمبرد.
هذا هو الغرض من الثلاجات ومكيفات الهواء.إنها تبخر المبردات السائلة وتستخدم البخار البارد لامتصاص الحرارة من داخل الثلاجة أو السيارة.ثم يقومون بضغط الغاز الذي يتكثف مرة أخرى إلى شكل سائل.أصبح هذا السائل الآن أكثر سخونة مما كان عليه عندما بدأ، لذلك يمكن لبعض الحرارة التي يحملها أن تتدفق بسهولة (ربما بمساعدة المروحة) إلى البيئة المحيطة - سواء في الخارج أو في أي مكان آخر في المطبخ.
ومع ذلك: أنت على دراية كبيرة بالمضخات الحرارية؛كل ما في الأمر أنك تستمر في الإشارة إليهم على أنهم مكيفات هواء وثلاجات.
الآن دعونا نقوم بتجربة فكرية أخرى.إذا كان لديك مكيف هواء نافذة، فيمكنك القيام بذلك كتجربة حقيقية.تثبيت إلى الوراء.أي تثبيت عناصر التحكم الخاصة به خارج النافذة.افعل ذلك في الطقس البارد والجاف.ماذا سيحدث؟
كما تتوقع، فهو ينفخ الهواء البارد في الفناء الخلفي لمنزلك ويطلق الحرارة إلى منزلك.لذلك فهو لا يزال ينقل الحرارة، مما يجعل منزلك أكثر راحة عن طريق تسخينه.من المؤكد أنه يبرد الهواء في الخارج، لكن هذا التأثير يصبح ضئيلًا بمجرد ابتعادك عن Windows.
لديك الآن مضخة حرارية لتدفئة منزلك.قد لا يكون الأفضلمضخة الحرارة، لكنها سوف تنجح.علاوة على ذلك، عندما يأتي الصيف، يمكنك أيضًا قلبه رأسًا على عقب واستخدامه كمكيف هواء.
بالطبع، لا تفعل ذلك في الواقع.إذا حاولت ذلك، فسوف تفشل بلا شك في المرة الأولى التي يهطل فيها المطر ويدخل الماء إلى وحدة التحكم.بدلًا من ذلك، يمكنك شراء مضخة حرارية تجارية "مصدر الهواء" تستخدم نفس المبدأ لتدفئة منزلك.
المشكلة بالطبع هي أن الفودكا باهظة الثمن، وسرعان ما ستنفد منها لتبريد النبيذ.حتى لو قمت باستبدال الفودكا بكحول أرخص، فسوف تشتكي قريبًا من التكلفة.
تحتوي بعض هذه الأجهزة على ما يسمى بالصمامات العكسية، والتي تسمح لنفس الجهاز بأداء دور مزدوج: يمكنه ضخ الحرارة من الخارج إلى الداخل أو من الداخل إلى الخارج، مما يوفر كلاً من الحرارة وتكييف الهواء، كما هو موضح أدناه.
لماذا تعتبر المضخات الحرارية أكثر كفاءة من السخانات الكهربائية؟
تعتبر المضخات الحرارية أكثر كفاءة من السخانات الكهربائية لأنها لا تحتاج إلى كهرباء لتوليد الحرارة.الكهرباء التي يستخدمها أمضخة الحرارةيولد بعض الحرارة، ولكن الأهم من ذلك أنه يضخ الحرارة من الخارج إلى منزلك.تسمى نسبة الحرارة المنبعثة إلى المنزل إلى الطاقة المرسلة إلى الضاغط الكهربائي بمعامل الأداء، أو COP.
إن سخان الفضاء الكهربائي البسيط الذي يوفر كل الحرارة المتولدة عن عنصر التسخين الكهربائي له COP قدره 1. ومن ناحية أخرى، يمكن أن يكون COP الخاص بالمضخة الحرارية أعلى من حيث الحجم.
ومع ذلك، فإن COP للمضخة الحرارية ليست قيمة ثابتة.ويتناسب عكسيا مع الفرق في درجة الحرارة بين الخزانين اللذين يتم ضخ الحرارة فيهما.ومع ذلك، إذا قمت بضخ الحرارة من خزان ليس شديد البرودة إلى مبنى ليس شديد الحرارة، فستكون قيمة COP كبيرة، مما يعني أن المضخة الحرارية الخاصة بك فعالة جدًا في استخدام الكهرباء.ولكن إذا حاولت ضخ الحرارة من خزان شديد البرودة إلى مبنى دافئ بالفعل، تنخفض قيمة COP، مما يعني انخفاض الكفاءة.
والنتيجة هي ما تتوقعه بشكل بديهي: من الأفضل استخدام أكثر الأشياء دفئًا التي يمكنك العثور عليها كخزان حراري خارجي.
تعتبر المضخات الحرارية ذات مصدر الهواء، والتي تستخدم الهواء الخارجي كخزان للحرارة، الخيار الأسوأ في هذا الصدد لأن الهواء الخارجي يكون باردًا جدًا خلال موسم التدفئة الشتوي.والأفضل من ذلك هو المضخات الحرارية الأرضية (المعروفة أيضًا باسم المضخات الحرارية الأرضية)، لأنه حتى في فصل الشتاء، تظل الأرض على الأعماق المتوسطة دافئة جدًا.
ما هو أفضل مصدر للحرارة للمضخات الحرارية؟
المشكلة مع المصدر الأرضيمضخات حراريةهو أنك تحتاج إلى وسيلة للوصول إلى خزان الحرارة المدفون هذا.إذا كان لديك مساحة كافية حول منزلك، يمكنك حفر الخنادق ودفن مجموعة من الأنابيب على عمق معقول، على سبيل المثال عمق بضعة أمتار.يمكنك بعد ذلك تمرير سائل (عادةً خليط من الماء ومضاد التجمد) عبر هذه الأنابيب لامتصاص الحرارة من الأرض.بدلا من ذلك، يمكنك حفر ثقوب عميقة في الأرض وتركيب الأنابيب عموديا في هذه الثقوب.كل هذا سيصبح باهظ الثمن، رغم ذلك.
هناك إستراتيجية أخرى متاحة لقلة محظوظة وهي استخراج الحرارة من مسطح مائي قريب عن طريق غمس أنبوب في الماء على عمق معين.وتسمى هذه المضخات الحرارية مصدر المياه.تستخدم بعض المضخات الحرارية استراتيجية غير عادية تتمثل في استخلاص الحرارة من الهواء الخارج من المبنى أو من الماء الساخن الشمسي.
في المناخات شديدة البرودة، من المنطقي تركيب مضخة حرارية من مصدر أرضي إن أمكن.ربما يكون هذا هو السبب وراء كون معظم المضخات الحرارية في السويد (التي لديها أكبر عدد من المضخات الحرارية للفرد) من هذا النوع.ولكن حتى السويد لديها نسبة كبيرة من المضخات الحرارية المستخرجة من الهواء، وهو ما يدحض الادعاء الشائع (على الأقل في الولايات المتحدة) بأن المضخات الحرارية لا تصلح إلا لتدفئة المنازل في المناخات المعتدلة.
لذا أينما كنت، إذا كنت تستطيع تحمل التكاليف الأولية المرتفعة، في المرة القادمة التي تواجه فيها قرارًا بشأن كيفية تدفئة منزلك، فكر في استخدام مضخة حرارية بدلاً من الموقد أو المرجل التقليدي.
وقت النشر: 19 أكتوبر 2023