زمان مطالعه: 7 دقیقه

پمپ‌ حرارتی چگونه فعالیت می‌کند؟

 

اصول عملکرد پمپ حرارتی

با استفاده از پمپ حرارتی، یا هیت پمپ، می‌توان یک جریان حرارت اتلافی با دمای پایین را به یک جریان حرارت کاربردی با دمای بالا تبدیل کرد. در بین انواع مختلف پمپ‌های حرارتی، نوع مکانیکی آن‌ها بیشتر مورد استفاده‌ی عموم قرار می‌گیرد. اصول پایه‌ای عملکرد آن وابسته به انقباض و انبساط نوعی سیال است که به آن مبرد گفته می‌‌‌شود. یک پمپ حرارتی دارای ۴ قطعه‌ی اصلی است: اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و دستگاه انبساط است. مبرد سیالی است که از همه‌ی این قطعات عبور می‌کند.

در اواپراتور، گرما از یک منبع حرارت اتلافی خارج می‌شود. این حرارت در کندانسور و در شرایط دمای بالاتر به یک مصرف‌کننده تحویل داده می‌شود. کمپرسور برای فعالیت خود به انرژی الکتریکی نیاز دارد و این انرژی به حرارت موجود در کندانسور وارد می‌شود. راندمان پمپ حرارتی با مقدار COP (ضریب عملکرد) مشخص شده که این ضریب بر اساس نسبت حرارت ورودی کلی به پمپ، به مقادیر الکتریسیته موردنیاز برای راه‌اندازی پمپ حرارتی تعریف می‌شود.

سیکل ترمودینامیکی

اصول عملکردی یک پمپ حرارتی بر اساس یک نوع خاصیت فیزیکی است، که با افزایش فشار نقطه‌ی جوش یک سیال افزایش می‌یابد. با کمتر کردن فشار، مبرد در دماهای پایین می‌تواند بخار شود؛ درحالی‌که افزایش فشار باعث بالا رفتن نقطه‌جوش آن خواهد شد.

در نمودار زیر این اصل نشان داده شده است. ( اعداد نوشته شده به صورت عمودی دما و ردیف افقی فشار را نشان می‌دهند) . خط مشکی رابطه‌ی بین فشار و نقطه‌جوش را نشان می‌دهد. در این مورد ماده‌ی موردنظر آمونیاک است. در دما و فشار پایین، آمونیاک درون اواپراتور تبخیر خواهد شد. انرژی موردنیاز برای این فرآیند توسط جریان حرارت اتلافی تأمین می‌شود. کمپرسور، فشار بخار آمونیاک را افزایش می‌دهد. سپس این بخار درون کندانسور و در دما و فشار بالا تقطیر می‌شود. هنگام تقطیر آمونیاک گرما آزاد می‌شود که منبع مفید انرژی است. مایع آمونیاک به دستگاه انبساط که فشار را کاهش می‌دهد، منتقل می‌شود. آمونیاکی که دما و فشار کمی دارد به سمت اواپراتور جریان می‌یابد: نقطه‌ی آغاز سیکل جدید.

نقش مبردها در عملکرد پمپ حرارتی

تصویر بالا سیکل پمپ حرارتی را برای مبرد آمونیاک نشان می‌دهد. برای کاربردهای صنعتی بزرگ‌مقیاس، آمونیاک مناسب‌ترین مبرد برای پمپ‌های حرارتی است که گرما را تا ۹۰ درجه‌ی سانتیگراد پمپاژ می‌کند. آمونیاک یکی از کارآمدترین مبردها محسوب می‌شود. استفاده کردن از آمونیاک به اندازه‌گیری‌های مشخص برای حفظ ایمنی احتیاج دارد. بنابراین از آمونیاک عمدتاً در تأسیسات صنعتی استفاده می‌شود. انتخاب نوع مبرد برای یک کاربرد معین با توجه به دامنه‌ی دماهای سیکل ترمودینامیکی، سایز سیستم‌های تأسیسات و نیازهای آن تعیین می‌شود. از این رو باید به طراحی تاسیسات ساختمان توجه ویژه ای داشت تا همه جزئیات به درستی انتخاب و در جای مناسب خود قرار بگیرند.

مبردها به دو گروه تقسیم می‌شوند: مبردهای طبیعی (بوتان، آمونیاک، کربن دی‌اکسید) و مبردهای مصنوعی (R134A, R407C, R410A). در کاربردهای تجاری بیشتر از مبردهای مصنوعی استفاده می‌شود. از معایب مبردهای مصنوعی، نقش زیاد آن‌ها در اثر گازهای گلخانه‌ای در صورت بروز نشتی است. برای مثال، تأثیرات منفی مبردهای مصنوعی ۱۳۰۰ تا ۲۱۰۰ برابر کربن دی‌اکسید است.

انواع مختلف پمپ‌های حرارتی

پمپ حرارتی مکانیکی نوعی از پمپ‌های حرارتی است که بیشتر در مصارف صنعتی به کار برده می‌شود؛ اما انواع دیگری از پمپ‌های حرارتی نیز وجود دارند.

پمپ‌ حرارتی مکانیکی:

پمپ حرارتی مکانیکی متداول‌ترین و از لحاظ تجاری در دسترس ترین نوع پمپ‌های حرارتی است. اصول عملکرد پمپ حرارتی مکانیکی: فشار مبرد با استفاده از یک کمپرسور افزایش یافته و درنهایت سبب افزایش نقطه جوش آن می‌شود. پمپ‌های حرارتی مکانیکی در دو نوع مختلف وجود دارند: سیستم با انبساط مستقیم (سیستم DX) و نوعی سیستم که برای جداسازی مبرد گازی و سیال از یک مخزن استفاده می‌کند.

پمپ حرارتی با موتورگازی:

این نوع پمپ از یک پمپ حرارتی مکانیکی و یک موتورگازی تشکیل شده است. برخلاف یک پمپ حرارتی معمولی که کمپرسور با یک موتور الکتریکی فعالیت می‌کند، در پمپ حرارتی موتورگازی، کمپرسور با موتورگازی کار می‌کند. این پمپ می‌تواند از گرمای ناشی از سردسازی موتور و سوخت گازی در موتورگازی استفاده کند. بنابراین ظرفیت پمپ حرارتی می‌تواند کمتر باشد.

پمپ حرارتی جذبی (absorption)

اصول عملکردی یک پمپ حرارتی جذبی بر پایه‌ی بخارشدن یک مبرد و جذب آن به درون یک واسطه جذبی است. ترکیب‌های شناخته‌شده از مبرد و واسط جذب کننده شامل لیتیم برمید و آب و همچنین آمونیاک و آب است. انرژی مورد استفاده برای این نوع پمپ حرارتی، انرژی گرمایی است. هنگام نیاز ضروری به گرمایش و برودت، پمپ‌های حرارتی می‌توانند بسیار کاربردی باشند.

پمپ حرارتی جذبی (Adsorption)

 

اگرچه اصو‌ل عملکرد این پمپ‌ها مشابه پمپ‌های حرارتی جذبی است، اما این نوع پمپ حرارتی به‌جای سیال از جامدات به‌عنوان واسط جذب کننده استفاده می‌کند.

پمپ‌های حرارتی کربن دی‌اکسید Transcritical:

کربن دی‌اکسید در دماهای بالاتر از ۳۱ درجه‌ی سانتی‌گراد در شرایط Trans-critical قرار می‌گیرد. به این معنی که فاز گازی و سیال را نمی‌توان از یکدیگر تشخیص داد. به خاطر بروز این پدیده، گرما قادر است به‌جای یک دمای معین در بازه‌ای از دماها توزیع شود.

پمپ حرارتی هیبریدی:

پمپ حرارتی هیبریدی ترکیبی است از پمپ حرارتی مکانیکی و جذبی. اصول عملکرد آن بر پایه‌ی این امر است که جذب آمونیاک در آب، در مقایسه با تقطیر آمونیاک در فشار معین، در دماهای بسیار بالاتری رخ می‌دهد.

پمپ حرارتی Thermoacoustic:

این پمپ‌ها از یک قاعده‌ی فیزیکی که اختلاف دما باعث تولید امواج صوتی می‌شود، استفاده می‌کنند؛ و یا برعکس که امواج صوتی سبب ایجاد اختلاف دما می‌شوند. برای ایجاد امواج صوتی از حرارت اتلافی با دمای پایین استفاده می‌شود. از این امواج برای ایجاد اختلاف دما در دیگر جاذب ها که دمای بالایی دارند استفاده می‌شود. این سیستم‌ها هنوز در بازار موجود نیستند.

مزایای پمپ حرارتی

پمپ‌ حرارتی به منظور کمک به هدایت انرژی گرمایی برخلاف جهت خود به خودی آن طراحی‌شده است. پمپ این کار را با جذب این جریان گرمایی در یک محل سرد و انتقال آن برای توزیع در یک محل گرم انجام می‌دهد. پمپ‌های حرارتی هم مانند دیگر دستگاه‌های مکانیکی، با گذشت زمان عملکرد مطلوبشان کاهش یافته و اثربخشی اولیه را ندارند و باید تعویض شوند.

لزوماً نباید سیستم کاملاً از کار بیفتد تا احتیاج به تعویض داشته باشد؛ اما نشانه‌هایی وجود دارند که از روی آن‌ها می‌توانید تشخیص دهید که باید پمپ را تعویض کنید یا خیر. اگر کاملاً ازکارافتاده باشد طبیعتاً باید آن را جایگزین کنید؛ اما هم‌زمان ۵ نشانه وجود دارد که نیاز به تعویض پمپ را به شما نشان خواهد داد.

 

---

خدمات پشتیبانی و نگهداری تاسیسات ساختمان

---

 

۵ نشانه که پمپ حرارتی شما باید تعویض شود

فریزرها، کوره‌ها و تهویه هوای مطبوع مثال‌های خوبی برای شناخت پمپ حرارتی هستند. به همین خاطر این شرایط عمومی بوده و شامل اغلب سیستم‌های تأسیساتی می‌شوند. پمپ حرارتی یک قطعه‌ی بسیار مهم در سیستم است. این قطعه انرژی گرمایی را از منبع به سمت مقصد انتقال می‌دهد. این مقصد در شرایط تکنیکی‌تر می‌تواند سینک حرارتی باشد.

۱. نیاز مکرر به تعمیر

ممکن است به دلایلی برای دستگاه مشکل ایجاد شود و نیاز به تعمیر داشته باشد. البته پس از تعمیر این مشکل کاملاً حل می‌شود. این مسئله برای همه‌ی تجهیزات صدق می‌کند. اما گاهی نیاز به تعمیر به امری عادی تبدیل می‌شود و بیشتر از یکی دو بار در سال باید تعمیرات انجام گیرد. در این شرایط وقت آن است که پمپ را تعویض کنید.
اگر با دقت بیشتری به این مسئله نگاه کنیم، متوجه می‌شویم که هزینه‌ی تعمیرات مکرر اگر بیشتر از هزینه‌ی خرید یک پمپ حرارتی جدید نباشد کمتر هم نیست. همچنین دشواری‌هایی که تعمیر مکرر پمپ حرارتی در پی دارد دلیل محکمی است تا یک دستگاه جدید را خریداری کنید.

۲. صداهای غیرعادی در سیستم

همه‌ی سیستم‌های مکانیکی طوری طراحی‌شده‌اند که به‌راحتی، آرام و با میزان اصطکاک و مقاومت داخلی خیلی کم فعالیت کنند. هدف کلی رشته‌ی مهندسی نیز همین مسئله است. صداهای غیرعادی و مکرر در پمپ حرارتی معمولاً نشان‌دهنده‌ی این است که قطعات و اجزای متحرک روبه‌زوال و فرسودگی هستند.
سروصداهای سیستم‌های تأسیسات می‌توانند مربوط به قطعات خاصی باشند؛ یعنی قطعاتی که دارای شبکه کانال‌های معیوب، دریچه‌های شل و سست، فیلترهای کثیف، موتورهای فرسوده و غیره هستند. ممکن است با تعمیر این قطعات بتوانید صداها را کنترل کنید؛ اما اگر بعد از چک کردن قطعات و انجام تعمیرات در آنها، تغییری مشاهده نکردید ناچاراً باید به‌عنوان آخرین گزینه کل سیستم را تعویض کنید.

۳. افزایش مصرف انرژی و هزینه‌ی قبوض

اگر باوجوداینکه تغییری در وسایل منزل یا میزان استفاده از آن‌ها نداشته‌اید هزینه‌ی قبوض شما با یک‌روند ثابت در حال افزایش است، این مسئله نشان می‌دهد که انرژی به طریقی در حال تلف شدن بوده و شرایط مصرف انرژی بدتر خواهد شد. طبیعتاً یک میانگین ثابت از میزان مصرف انرژی در منزل شما وجود دارد؛ و فقط زمانی این میانگین بیشتر می‌شود که شما یک وسیله به منزل خود اضافه کنید.
پمپ‌های حرارتی از پرکاربردترین وسایل منزل شما هستند و هنگام افزایش غیرعادی هزینه‌ی قبوض، اولین مورد مشکوک محسوب می‌شوند. یک تأییدیه‌ی ساده از راندمان سیستم در طی زمان‌بندی‌های سرویس و نگهداری سیستم گرمایشی باید اعمال شود، تا نیاز به تعویض پمپ را به‌موقع تشخیص دهید.

۴. گرمای ورودی غیریکنواخت به محیط داخلی منزل

اگر بخش‌های مشخصی از خانه در مقایسه با دیگر قسمت‌ها خیلی سرد یا خیلی گرم باشد، به‌طور حتمی مشکلی در سیستم تأسیساتی شما ایجادشده است. دیگر شرایط غیریکنواخت مانند رطوبت نسبی در بخش‌های مختلف نیز می‌تواند نشان‌دهنده‌ی وجود ایراداتی در سیستم باشد. اگر در و پنجره‌ها مرتباً بسته باشند، پس وجود شرایط غیریکنواخت امری غیرعادی است.
این مشکل می‌تواند به‌سادگی در طول نگهداری‌های مربوطه برای کل سیستم بررسی و رفع شود. ممکن است این مسئله صرفاً به دلیل انسداد دریچه و یا نشتی سیستم تهویه باشد؛ اما اگر انجام تعمیرات و نگهداری‌ها مشکل شما رفع نکرد، پس شما لزوماً باید کل سیستم را تعویض کنید.

۵. عمر سیستم

حتی پرقدرت‌ترین دستگاه‌ها هم با گذر زمان فرسوده می‌شوند و از کار می‌افتند. پمپ حرارتی شما نیز مانند هر چیز دیگر پس از سال‌های متوالی فعالیت زیاد و تحت‌فشار بودن تحلیل می‌روند و قابلیت‌های سابق را ندارد. توصیه می‌شود که پمپ‌های حرارتی را پس از ۱۰ الی ۱۵ سال استفاده‌ی متوالی تعویض کنید. چراکه باوجود سلامت ظاهری، قطعات داخلی آن به‌طور برگشت‌ناپذیری کهنه شده و تحلیل رفته‌اند.
حتی اگر به نظر می‌رسد که سیستم شما به‌درستی عمل می‌کند، عمر زیا آن دلیل موجهی است تا آن را تعویض کنید. درهرصورت محصولات جدید یعنی چند سال اخیر پیشرفت خوبی هم در عملکرد و هم در راندمان داشته‌اند. ارتقاء سیستم صرفاً به دلیل عمر زیاد می‌تواند قدم بسیار خوب و مفیدی برای شما باشد.
خدمات نگهداری موتورخانه شامل چه آیتم هایی است؟​

سخن آخر

تعویض کل سیستم می‌تواند تصمیم بزرگی باشد. بااینکه ممکن است شما از انجام این کار اجتناب کنید، اما به هریک از نشانه‌هایی که ذکر شد توجه لازم را داشته باشید؛ چراکه ممکن است تعویض سیستم بیشتر یک عمل الزامی باشد تا صرفاً یک گزینه. به‌علاوه‌ی مواردی که ذکر شد تعویض پمپ حرارتی مزایای دیگری نیز دارد.
آیا می‌دانید که چطور می‌توانید خودتان پمپ حرارتی را تعویض کنید؟ طریقه‌ی انجام این کار را می‌توانید در مقاله‌ی مربوطه مطالعه کنید.

در این راستا اگر نیاز به کمک و مشاوره داشتید می توانید با تیم ما در شرکت کلینیک انرژی تماس بگیرید. ما در اموری همچون خدمات تعمیر و نگهداری استخر؛ تعمیرات تخصصی چیلر جذبی؛ بازسازی موتورخانه شوفاژ و … شما را یاری خواهیم کرد.