پمپ حرارتی
پمپ حرارتی یا پمپ گرما به وسیله ای گفته می شود که انتقال دادن انرژی از مبدأ یعنی مکان کم دما به سمت مقصد که دارای دمای بیش تر است را انجام می دهد. این عمل انتقال دادن به وسیله انرژی حرارتی زیاد نقطه با دمای حرارتی بالاتر یا انرژی مکانیکی صورت می پذیرد. پمپ های حرارتی نیز انواع و اقسام مختلفی دارند و برای کاربردهای گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، به طوری که امروزه بدون وجود پمپ های حرارتی مانند دیگر پمپ ها در واقع صنعت معنای واقعی خود را از دست می دهد،
به دلیل اهمیت بالایی که این پمپ های صنعتی دارند، ما نیز در این مقاله به بررسی پمپ حرارتی، کاربردها و ویژگی های آن می پردازیم. پس لطفاً تا پایان این مقاله را با حوصله بخوانید.
آشنایی با پمپ حرارتی
پمپ حرارتی که به آن پمپ گرما نیز می گویند در واقع نوعی وسیله برای انتقال دادن انرژی از نقطه مبدأ یعنی مکان کم دما به نقطه مقصد یعنی مکان با دمای بیش تر است. عمل منتقل کردن به کمک انرژی حرارتی زیاد و با دمای بالاتر با انرژی مکانیکی انجام می پذیرد. تفاوتی که بین پمپ های حرارتی و دستگاه های تهویه مطبوع وجود دارد این است که پمپ حرارتی قابلیت انتقال دادن حرارت برای گرمایش و سرمایش را دارد. پمپ های حرارتی می توانند مانند سیستم های تبخیری و یا سیستم های چیلر سرما تولید کنند که این کار با چرخه سرمایش مقدور می باشد، اما در مناطق سردسیری استفاده کردن از پمپ های حرارتی برای گرمایش است.
پمپ های حرارتی زمین گرما نیز به دستگاه های مرکزی گفته می شود که گرما را از اعماق زمین استخراج می کنند. این دستگاه ها از زمین به عنوان منبع تأمین گرما در زمستان و دفع گرما در تابستان استفاده می کنند. در اصل استفاده از پمپ های حرارتی یکی از روش های بهینه سرما و گرما است که در صرفه جویی هزینه های سرما و گرما نیز کمک بسیار زیادی می کند. این پمپ ها اگر با سلول های خورشیدی ترکیب شوند، سیستم زمین خورشید را تولید می کنند که مزایای آن ها از خود پمپ نیز بالاتر و بهتر است.
در مقاله های مهندسی انرژی پمپ های حرارتی برای جلوگیری کردن از اشتباه با نام نیروگاه های زمین گرما از عنوان های هم بستر با زمین، انرژی زمین انتقال دهنده به زمین و پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم نیز استفاده می کنند. هنگام نیاز داشتن به گرما پمپ های حرارتی زمین منبع از انرژی هسته مرکزی زمین و انرژی جذب شده در پوسته زمین حاصل از تابش خورشید استفاده می کنند، اما در فصل تابستان از همین منابع برای دفن کردن گرما و تولید سرما بهره می گیرند.
اجزای تشکیل دهنده پمپ حرارتی
پمپ های حرارتی از اجزای مختلفی ساخته شده اند که شناخت این اجزا می تواند به شما کمک کند تا محصول با کیفیت و بهتری را بخرید. در این قسمت به معرفی آن ها می پردازیم.
واحد خارجی
واحدهای خارجی پمپ حرارتی در واقع از یک سیم پیچ درست شده است که در وضعیت گرمایش به عنوان اپراتور و در وضعیت خنک کننده به عنوان کندانسور عمل می کند.
واحد درونی
واحد درونی پمپ های حرارتی نیز دارای یک سیم پیچ و یک فن هستند. این قسمت کمک می کند هوا در محیط کار یا منزل به خوبی جریان داشته باشد.
مبرد
پمپ حرارتی دارای یک مبرد است تا بتواند گرما را در هنگام گردش در داخل دستگاه جذب و سپس آزاد نماید.
کمپرسور
کمپرسور پمپ های حرارتی وظیفه تحت فشار قرار دادن مبرد را دارد.
سوپاپ معکوس
پمپ های حرارتی از نوعی سوپاپ معکوس استفاده می کنند تا بتواند جهت مبرد را در دستگاه عوض کند. این موضوع موجب می شود تا بین گرما و سرما فاصله و تغییر ایجاد شود.
دریچه انبساط
دریچه انبساط در پمپ های حرارتی می تواند جریان مبرد را تنظیم کند.
پمپ حرارتی
عملکرد پمپ حرارتی
با استفاده کردن از پمپ های حرارتی می توان نوعی جریان حرارت اتلافی با میزان دمای پایین را به نوعی جریان حرارتی کاربردی با میزان دمای بالا تبدیل کرد. در بین انواع پمپ های حرارتی نوع پمپ مکانیکی آن بیش ترین کاربرد استفاده را در بین عموم دارد. اصول پایه عملکرد پمپ های مکانیکی نیز وابسته به انبساط و انقباض نوعی سیال است که به آن مبرد می گویند. پمپ های حرارتی معمولاً از ۴ قطعه اصلی تشکیل شده اند که عبارت اند از: کمپرسور، اواپراتور، دستگاه انقباض، کندانسور و مبرد.
مبرد به سیالی گفته می شود که از همه این قطعات بتواند عبور کند. در آب و اپراتور گرما از نوعی منبع حرارت اتلافی خارج شده سپس در کندانسور و دمای بالاتر تحویل مصرف کننده داده می شود. کمپرسور برای فعالیت کردن خود نیاز به انرژی الکتریکی دارد که این انرژی به حرارت داخل کندانسور وارد می شود. راندمان پمپ های حرارتی با ضریب عملکرد مشخص شده تعریف می شود که این ضریب بر اساس نسبت و میزان حرارت ورودی به پمپ به مقادیر الکتریسیته ای که برای راه اندازی مورد نیاز است.
انواع مختلف پمپ های حرارتی
پمپ های حرارتی انواع و اقسام مختلفی دارند که در مصارف مختلف صنعتی به کار برده می شوند. در زیر به معرفی چند نمونه از این پمپ های پرمصرف و پرکاربرد می پردازیم.
پمپ حرارتی مکانیکی
پمپ حرارتی مکانیکی یکی از متداول ترین پمپ ها و البته در دسترس ترین انواع پمپ های حرارتی است. اصول کارکرد و عملکرد درست پمپ حرارتی مکانیکی افزایش یافته و موجب افزایش نقطه جوش آن می شود. پمپ های مکانیکی دو نوع مختلف دارند، سیستم با انبساط مستقیم و سیستمی که برای جداسازی مبرد سیال و گازی از یک مخزن استفاده می کند.
پمپ حرارتی با موتور گازی
این پمپ ها از یک موتور گازی و پمپ حرارتی مکانیکی تشکیل شده اند و برخلاف پمپ های حرارتی معمولی که کمپرسور در آن ها با یک موتور الکتریکی فعالیت می کند، در این مدل، از پمپ و کمپرسور با موتور گازی فعالیت می کند. این پمپ قادر است از گرمای ناشی از سوخت گازی و سردسازی موتور استفاده کند، به همین دلیل نقطه ظرفیت پمپ های حرارتی می‌ت واند کم تر باشد.
پمپ حرارتی گازی جذبی absorption
اصول عملکرد در پمپ های حرارتی جذبی معمولاً بر پایه بخار شدن یک مبرد و هم چنین جذب شدن آن به درون یک واسطه جذبی می باشد. ترکیب های شناخته شده از واسطه جذب کننده مانند لیتیوم برمید و آمونیاک و آب و مبرد است. انرژی که در این پمپ های حرارتی استفاده می شود، نوع انرژی گرمایی است. این نوع از پمپ ها هنگام نیاز ضروری به برودت و گرمایش بسیار کاربردی هستند.
پمپ حرارتی جذبی Adsorption
اصول کارکرد این مدل از پمپ ها نیز بسیار مشابه پمپ های حرارتی جذبی است. که در بالا معرفی کردیم، اما در این مدل از پمپ های حرارتی به جای سیالات از جامدات به عنوان واسطه جذب کننده بهره می گیرند.
پمپ های حرارتی کربن دی اکسید
پمپ های حرارتی کربن دی اکسید در شرایط Trans – critical و دمای بالاتر از ۳۰ درجه سانتی گراد کار می کنند. به این معنا که نمی توان فاز سیال و گاز را در آن ها از یک دیگر تشخیص داد. به این دلیل گرما می تواند به جای یک دمای معین در بازه های مشخصی از دماها توزیع شود.
پمپ حرارتی هیبریدی
پمپ های حرارتی هیبریدی ترکیبی از ۲ پمپ حرارتی جذبی و مکانیکی هستند. اصول عملکرد در آن ها نیز بر این پایه استوار است. که جذب کردن آمونیاک در آب در مقایسه با تقطیر کردن آمونیاک در فشارهای معین در دمای بسیار بالاتری ایجاد می شود.
پمپ حرارتی Thermoacoustic
این نوع از پمپ ها از نوعی قاعده فیزیکی استفاده می کنند به این معنا که اختلاف دما موجب تولید امواج صوتی می شود. و یا برعکس آن امواج صوتی باعث ایجاد کردن اختلاف دما می شوند. برای ایجاد کردن امواج صوتی از حرارت های اتلافی با دماهای پایین استفاده می کنند. از این امواج معمولاً برای ایجاد کردن اختلاف دما در جاذبه های دیگری که دمای بالاتری دارند، استفاده می شود. البته این سیستم ها هنوز در بازار موجود نیستند.
پمپ حرارتی
مزایای پمپ های حرارتی
پمپ های حرارتی امروزه کاربردهای گسترده ای پیدا کرده اند و همان طوری که در بالا نیز معرفی کردیم انواع و اقسام مختلفی دارند. که به منظور هدایت انرژی گرمایی طراحی شده اند. پمپ ها هدایت انرژی گرمایی را با جذب این جریان گرمایی در یک محیط سرد و انتقال دادن آن برای توزیع کردن در یک محیط گرم انجام می دهد. در واقع پمپ های حرارتی مانند دستگاه های مکانیکی ممکن است عملکرد مطلوب خودشان را از دست بدهند و تعویض شوند.
در این گونه مواقع الزاماً نباید سیستم به طور کامل از کار بیفتد. چون حتی نشانه هایی نیز در آن به وجود می آید که شما می توانید از روی این نشانه ها تشخیص دهید پمپ تان نیاز به تعویض دارد. چون اگر به طور کامل از کار افتاده باشد که باید پمپ جدیدی را جایگزین آن کنید. علاوه بر مزایایی که در بالا برای پمپ های حرارتی بیان کردیم، این پمپ ها دارای مزایا و فواید دیگری نیز هستند که آن ها را نیز عمر در زیر عنوان می کنیم:
از این پمپ ها می توان به طور هم زمان برای سیستم سرمایش و گرمایش استفاده کرد.
در این پمپ ها با استفاده کردن از فن های کندانسور، فن های کویل و فن های هواساز که از موتورهای DC استفاده می کنند. می توان مصرف انرژی الکتریکی را به میزان قابل توجهی کم کرد. پمپ های حرارتی را می توان در کلیه ساختمان های بلندی استفاده کرد. که طول تقریبی لوله کشی های عمودی در آن ها ۲۰۰ متر است.
این پمپ ها دارای قابلیت ایجاد کردن فاصله زمانی ده هزار ساعت در میان سرویس های موتور تا سرویس های بعدی هستند.
استفاده کردن از ظرفیت گرمادهی حداکثری و خنک کاری حداکثری حتی در زمان هایی که دما مثبت ۴۸ یا منفی ۲۰ درجه سانتی گراد باشد و هیچ گونه افت راندمانی ایجاد نشود.
نبود سیکل دیفراست در پمپ ها
