دليل القراءة
مضخات الحرارة هي كل الغضب في هذه الأيام ، خاصة في أوروبا ، حيث تعمل بعض البلدان على حظر تركيب مواقد الوقود الأحفوري والغلايات لصالح الخيارات الصديقة للبيئة ، بما في ذلك مضخات الحرارة الموفرة للطاقة. (أفران الهواء الساخن وتوزيعه عبر الأنابيب في جميع أنحاء المنزل ، في حين أن الغلايات تسخين المياه لتوفير الماء الساخن أو تسخين البخار) ولكن أكثر كفاءة على المدى الطويل.
في مجال مركبات الطاقة الجديدة ، نظرًا لأن سعة البطارية محدودة ، فقد دفعت الصناعة أيضًا إلى التحول إلى مضخات الحرارة. لذلك ربما حان الوقت لمعرفة ما تعنيه مضخات الحرارة بسرعة وماذا يفعلون.
ما هو النوع الأكثر شيوعًا لمضخة الحرارة؟
بالنظر إلى الطنين الأخير ، قد تفاجأ عندما تعلم أنك تستخدم بالفعلمضخة الحرارة- ربما يكون لديك أكثر من واحد في منزلك وأكثر من واحد في سيارتك. أنت فقط لا تسميها مضخات الحرارة: يمكنك استخدام مصطلحات "الثلاجة" أو "مكيف الهواء".
في الواقع ، هذه الآلات عبارة عن مضخات حرارية ، مما يعني أنها تحرك الحرارة من مكان بارد نسبيًا إلى مكان حار نسبيًا. تدفق الحرارة تلقائيا من الساخنة إلى الباردة. ولكن إذا كنت ترغب في تحويله من البرد إلى الساخنة ، فأنت بحاجة إلى "ضخه". أفضل تشبيه هنا هو الماء ، الذي يتدفق إلى أسفل التل من تلقاء نفسه ، ولكن يجب ضخه على التل.
عندما تضخ الحرارة الموجودة في نوع من التخزين البارد (الهواء والماء وما إلى ذلك) إلى التخزين الساخن ، يصبح التخزين البارد أكثر برودة ويصبح التخزين الساخن أكثر سخونة. هذا هو في الواقع ما تدور حوله الثلاجة أو مكيف الهواء الخاص بك - إنه يتحرك الحرارة من حيث لا يلزم ذلك إلى مكان آخر ، ولا تهتم إذا كنت تضيع القليل من الحرارة.
كيف تصنع مبرد عملي بمضخة حرارة؟
البصيرة الرئيسية التي أنتجتمضخات الحرارة جاء في أوائل القرن التاسع عشر ، عندما أدرك عدد من المخترعين ، بمن فيهم يعقوب بيركنز ، أنهم قادرون على تبريد شيء بهذه الطريقة دون إضاعة السوائل المتطايرة التي تبخرت لتحقيق التبريد. بدلاً من إطلاق هذه الأبخرة في الجو ، جادلوا ، سيكون من الأفضل جمعها ، وتكثيفها في سائل ، وإعادة استخدام هذا السائل كمبرد.
هذا ما هي الثلاجات ومكيفات الهواء. يتبخرون المبردات السائلة ويستخدمون البخار البارد لامتصاص الحرارة من داخل الثلاجة أو السيارة. ثم يضغطون الغاز ، الذي يتكثف مرة أخرى إلى شكل سائل. أصبح هذا السائل الآن أكثر سخونة مما كان عليه عندما بدأ ، لذلك يمكن أن تتدفق بعض الحرارة التي يحملها بسهولة (ربما بمساعدة المروحة) إلى البيئة المحيطة - سواء في الهواء الطلق أو في أي مكان آخر في المطبخ.
ومع ذلك ، فأنت على دراية بمضخات الحرارة ؛ إنه مجرد استمرار في الإشارة إليهم كمكيفات الهواء والثلاجات.
الآن دعونا نقوم بتجربة تفكير أخرى. إذا كان لديك تكييف هواء النافذة ، فيمكنك حتى القيام بذلك كتجربة حقيقية. تثبيت للخلف. وهذا هو ، تثبيت عناصر التحكم الخاصة بها خارج النافذة. افعل هذا في الطقس البارد والجاف. ماذا سيحدث؟
كما تتوقع ، فإنه ينفخ الهواء البارد في الفناء الخلفي الخاص بك ويطلق الحرارة في منزلك. لذلك لا يزال ينقل الحرارة ، مما يجعل منزلك أكثر راحة عن طريق تسخينه. بالتأكيد ، يبرد الهواء في الخارج ، لكن هذا التأثير يصبح ضئيلاً بمجرد الابتعاد عن النوافذ.
لديك الآن مضخة حرارة لتسخين منزلك. قد لا يكون الأفضلمضخة الحرارة، لكنها ستعمل. ما هو أكثر من 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 تمطر فيها ودخول المياه إلى وحدة التحكم. بدلاً من ذلك ، يمكنك شراء نفسك مضخة حرارية "مصدر الهواء" التجاري التي تستخدم نفس المبدأ لتسخين منزلك.
المشكلة ، بالطبع ، هي أن الفودكا مكلفة ، وسوف تنفد منها بسرعة لتبريد النبيذ. حتى إذا استبدلت الفودكا بكحول فرك أرخص ، فسوف تشكو قريبًا من النفقات.
تحتوي بعض هذه الأجهزة على ما يسمى الصمامات العكسية ، والتي تسمح للجهاز نفسه بأداء دور مزدوج: يمكنها ضخ الحرارة من الخارج في أو من الداخل إلى الخارج ، مما يوفر كل من الحرارة والهواء ، كما هو موضح أدناه.
لماذا هي مضخات الحرارة أكثر كفاءة من السخانات الكهربائية؟
مضخات الحرارة أكثر كفاءة من السخانات الكهربائية لأنها لا تتطلب الكهرباء لتوليد الحرارة. الكهرباء المستخدمة من قبل أمضخة الحرارةهل يولد بعض الحرارة ، ولكن الأهم من ذلك أنه يضخ الحرارة من الخارج إلى منزلك. تسمى نسبة الحرارة التي تم إطلاقها في المنزل إلى الطاقة المرسلة إلى الضاغط الكهربائي معامل الأداء ، أو COP.
يحتوي سخان المساحة الكهربائية البسيطة التي توفر جميع الحرارة الناتجة عن عنصر التدفئة الكهربائية على 1.
ومع ذلك ، فإن شرطي مضخة الحرارة ليس قيمة ثابتة. يتناسب عكسيا مع اختلاف درجة الحرارة بين الخزانين حيث يتم ضخ الحرارة. ومع ذلك ، إذا قمت بضخ الحرارة من خزان غير شائع إلى مبنى غير محدود ، فسيكون الشرطي قيمة كبيرة ، مما يعني أن مضخة الحرارة الخاصة بك فعالة للغاية في استخدام الكهرباء. ولكن إذا حاولت ضخ الحرارة من خزان بارد للغاية إلى مبنى دافئ بالفعل ، يتم تقليل قيمة COP ، مما يعني أن الكفاءة تعاني.
والنتيجة هي ما تتوقعه بشكل حدسي: من الأفضل استخدام أغنى ما يمكنك العثور عليه كخزان حراري في الهواء الطلق.
تعد مضخات حرارة مصدر الهواء ، التي تستخدم الهواء في الهواء الطلق كخزان حراري ، أسوأ خيار في هذا الصدد لأن الهواء الخارجي بارد جدًا خلال موسم التدفئة الشتوية. والأفضل من ذلك هي مضخات حرارة مصدر الأرض (المعروفة أيضًا باسم مضخات الحرارة الحرارية الأرضية) ، لأنه حتى في فصل الشتاء ، لا تزال الأرض في أعماق متوسطة دافئة للغاية.
ما هو أفضل مصدر للحرارة لمضخات الحرارة؟
مشكلة المصدر الأرضيمضخات الحرارةهل تحتاج إلى وسيلة للوصول إلى هذا الخزان المدفون من الحرارة. إذا كان لديك مساحة كافية حول منزلك ، فيمكنك حفر الخنادق ودفن مجموعة من الأنابيب على عمق معقول ، مثل عمق أمتار قليلة. يمكنك بعد ذلك تعميم سائل (عادةً ما يكون مزيجًا من الماء والتجمد) من خلال هذه الأنابيب لامتصاص الحرارة من الأرض. بدلاً من ذلك ، يمكنك حفر ثقوب عميقة في الأرض وتثبيت الأنابيب رأسياً في هذه الثقوب. كل هذا سوف يصبح باهظ الثمن.
هناك استراتيجية أخرى متاحة لعدد قليل من المحظوظين وهي استخراج الحرارة من جسم ماء قريب عن طريق غمس أنبوب في الماء على عمق معين. وتسمى هذه مضخات حرارة مصدر المياه. تستخدم بعض المضخات الحرارية الاستراتيجية الأكثر غرابة لاستخراج الحرارة من الهواء مغادرة المبنى أو من الماء الساخن الشمسي.
في المناخات الباردة للغاية ، من المنطقي تثبيت مضخة حرارة مصدر الأرض إن أمكن. ربما يكون هذا هو السبب في أن معظم مضخات الحرارة في السويد (التي لديها واحدة من أكبر عدد من مضخات الحرارة للفرد) هي من هذا النوع. لكن حتى السويد لديها نسبة كبيرة من مضخات الحرارة المصدر في الهواء ، والتي تكذب المطالبة الشائعة (على الأقل في الولايات المتحدة) بأن مضخات الحرارة مناسبة فقط لتدفئة منازل في المناخات المعتدلة.
لذا ، أينما كنت ، إذا كنت تستطيع تحمل تكاليف أعلى مقدمة ، في المرة القادمة التي تواجه فيها قرارًا بشأن كيفية تسخين منزلك ، فكر في استخدام مضخة حرارة بدلاً من موقد أو غلاية تقليدية.
وقت النشر: أكتوبر -19-2023