پمپ حرارتی (Heat Pump) چیست؟
پمپ حرارتی (Heat Pump) دستگاهی است که میتواند گرما را از یک منبع سرد (مانند هوای بیرون، زمین یا آب) گرفته و آن را به یک محیط گرمتر (مانند داخل ساختمان) پمپاژ کند. این دستگاه میتواند هم برای گرمایش در زمستان و هم برای سرمایش در تابستان به کار رود.
تعریف
پمپ حرارتی در واقع یک کولر گازی یا یخچال است که میتواند سیکل کاری خود را معکوس کند. به جای تولید گرما با مصرف مستقیم سوخت یا مقاومت الکتریکی، پمپ حرارتی تنها از مقدار کمی انرژی (برق) برای انتقال گرما استفاده میکند.
-
نقش کلیدی: انتقال حرارت از جایی که لازم نیست به جایی که مورد نیاز است.
-
مزیت اصلی: این سیستمها به ازای هر واحد انرژی مصرفی، میتوانند چندین واحد انرژی حرارتی (گرما) تولید کنند و به همین دلیل بسیار کارآمد هستند.
تاریخچه مختصر
-
ابداع مفهوم: مفهوم اصلی پمپ حرارتی برای اولین بار توسط مهندس و فیزیکدان انگلیسی، لرد کلوین (Lord Kelvin) در سال ۱۸۵۲ مطرح شد. او آن را “ماشین افزایش دهنده حرارت” نامید.
-
توسعه اولیه: اولین پمپ حرارتی آزمایشی عملی توسط پیتر ریتر فون ریتر در سال ۱۸۵۶ ساخته شد.
-
تجاریسازی: استفاده گسترده از این فناوری در قرن بیستم، بهویژه در دهه ۱۹۴۰ و پس از آن، با توسعه فناوری تهویه مطبوع، آغاز شد. امروزه، پمپهای حرارتی به عنوان یکی از ستونهای اصلی سیستمهای گرمایشی و سرمایشی با راندمان بالا شناخته میشوند.
مفهوم اصلی کارکرد (سیکل ترمودینامیکی)
پمپ حرارتی بر اساس سیکل تبرید (Refrigeration Cycle) کار میکند، اما با قابلیت معکوس شدن جهت جریان مبرد. اجزای اصلی آن مشابه چیلر یا اسپلیت است: کمپرسور، کویل داخلی (اواپراتور/کندانسور)، کویل خارجی (اواپراتور/کندانسور) و شیر انبساط.
حالت گرمایش (زمستان)
در حالت گرمایش، پمپ حرارتی گرما را از محیط بیرون (حتی در دمای پایین) به داخل میآورد:
-
جذب گرما (در یونیت خارجی): مبرد مایع سرد با عبور از کویل خارجی (که اکنون نقش اواپراتور را دارد)، گرمای موجود در هوای بیرون را جذب کرده و تبخیر میشود.
-
افزایش دما و فشار (کمپرسور): کمپرسور مبرد گازی را فشرده میکند، فشار و دمای آن را به شدت بالا میبرد.
-
دفع گرما (در یونیت داخلی): مبرد داغ وارد کویل داخلی (که اکنون نقش کندانسور را دارد) شده و گرمای خود را به هوای داخل ساختمان میدهد و به مایع تبدیل میشود.
-
کاهش فشار (شیر انبساط): مبرد مایع با عبور از شیر انبساط، فشار و دمای آن کاهش یافته و سیکل تکرار میشود.
حالت سرمایش (تابستان)
در حالت سرمایش، پمپ حرارتی دقیقاً مانند یک کولر گازی عمل میکند:
-
شیر چهارراهه (Reversing Valve): با استفاده از یک شیر چهارراهه، جهت حرکت مبرد معکوس میشود.
-
انتقال گرما: یونیت داخلی گرما را از هوای اتاق جذب کرده و یونیت خارجی آن را به محیط بیرون دفع میکند.
مفهوم COP (ضریب عملکرد)
کارایی پمپهای حرارتی با ضریب عملکرد (Coefficient of Performance – COP) سنجیده میشود.
-
$\text{COP}$ نسبت خروجی انرژی گرمایی (بر حسب $\text{kW}$) به ورودی انرژی الکتریکی (بر حسب $\text{kW}$) است.
-
از آنجایی که پمپ حرارتی گرما را منتقل میکند، نه تولید، $\text{COP}$ آن معمولاً بین ۳ تا ۵ است. یعنی به ازای مصرف ۱ کیلووات برق، میتواند ۳ تا ۵ کیلووات گرما به ساختمان منتقل کند که این امر آن را بسیار کارآمدتر از بخاریهای برقی با $\text{COP}=1$ 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
