اصل ترمودینامیکی پمپ حرارتی: انتقال گرما به جای تولید آن
اصل اساسی که پمپ حرارتی (Heat Pump) بر پایه آن کار میکند، بر خلاف وسایل گرمایشی سنتی، انتقال گرما (Heat Transfer) است نه تولید آن. این اصل مبتنی بر قانون دوم ترمودینامیک و استفاده از یک سیکل تبرید تراکمی معکوس است تا گرما را از یک منبع با دمای پایین به یک ناحیه با دمای بالاتر منتقل کند.
قانون دوم ترمودینامیک و جهت طبیعی جریان گرما
جریان طبیعی گرما
-
جهت خودبهخودی: بر اساس قانون دوم ترمودینامیک، گرما به طور طبیعی و خودبهخودی تنها از یک شیء یا محیط گرمتر به یک محیط سردتر جریان مییابد. (به عنوان مثال، یک فنجان چای داغ در یک اتاق سرد میشود.)
-
وظیفه پمپ حرارتی: پمپ حرارتی دقیقاً برخلاف این جریان طبیعی عمل میکند؛ یعنی گرما را از محیط سرد (مانند هوای بیرون در زمستان) گرفته و به محیط گرم (داخل خانه) منتقل میکند.
انتقال فعال انرژی
-
برای غلبه بر جریان طبیعی گرما، پمپ حرارتی نیاز به مصرف انرژی خارجی (معمولاً برق برای کمپرسور) دارد. این انرژی صرف انتقال فعال گرما میشود.
-
پمپ حرارتی با استفاده از مبرد و تغییر فاز آن (تبخیر و چگالش)، محیط سرد خارجی را به عنوان یک منبع گرمایی و محیط داخلی را به عنوان یک جذبکننده گرما به کار میگیرد.
نقش اصلی مبرد و سیکل تبرید معکوس
مفهوم اصلی کارکرد پمپ حرارتی در این است که مبرد (Refrigerant) را در یک حلقه بسته وادار به طی کردن دو فرآیند اصلی تبخیر و چگالش کند تا به طور مکرر گرما را جابهجا کند.
تبخیر (جذب گرما در دمای پایین)
-
مبرد با فشار پایین و دمای بسیار سرد، وارد کویل خارجی (اواپراتور در حالت گرمایش) میشود.
-
حتی در هوای سرد زمستان، دمای مبرد پایینتر از دمای هوای بیرون است. بنابراین، گرما به طور طبیعی از هوای بیرون (منبع سرد) به مبرد منتقل شده و مبرد تبخیر میشود و به گاز تبدیل میگردد.
-
این نقطه کلیدی است: پمپ حرارتی گرمای محیط سرد را استخراج میکند.
چگالش (دفع گرما در دمای بالا)
-
کمپرسور: کمپرسور مبرد گازی را فشرده میکند، این فشردهسازی باعث افزایش شدید دما و فشار مبرد میشود.
-
انتقال به داخل: مبرد داغ و پرفشار وارد کویل داخلی (کندانسور در حالت گرمایش) میشود.
-
دفع گرما: دمای این مبرد اکنون بسیار بالاتر از دمای هوای داخل ساختمان است. در نتیجه، گرما به طور طبیعی از مبرد به هوای داخلی منتقل شده و مبرد تقطیر میشود (به مایع تبدیل میگردد).
مفهوم COP: بازدهی انتقال گرما
-
برخلاف یک المنت برقی که ۱ کیلووات برق را به ۱ کیلووات گرما تبدیل میکند (راندمان ۱۰۰٪)، پمپ حرارتی به ازای هر ۱ واحد برق مصرفی، میتواند ۳ تا ۵ واحد گرما را از محیط بیرون به داخل انتقال دهد.
-
ضریب عملکرد (COP) نشاندهنده این امر است: $\text{COP} = \frac{\text{انرژی گرمایی خروجی}}{\text{انرژی الکتریکی ورودی}}$.
-
بنابراین، پمپ حرارتی با انتقال دادن حجم بسیار بیشتری از انرژی نسبت به آنچه که صرف انتقال آن شده است، بسیار اقتصادیتر از تولید مستقیم گرما عمل میکند.
نحوه تأمین گرمایش در داکت اسپلیت
اجزای اصلی یک سیستم دیگ آب گرم و وظایف آنها
اجزای اصلی چیلر تراکمی و وظایف آنها
گرمایش مرکزی چیست؟ مروری بر تاریخچه و اصول اولیه
