مضخة حرارة الثلاجة

تتمتع المضخات الحرارية بإمكانية كبيرة لتوفير الطاقة ، خاصة في العمليات الصناعية. إنها فقط أنظمة استرداد الحرارة ، والتي تسمح برفع درجة حرارة حرارة النفايات إلى مستويات أكثر صحة. على الرغم من أن مبدأ المضخة الحرارية معروف منذ منتصف القرن التاسع عشر ، إلا أنه لم يكن لديه حافز لتطويره في وقت من الطاقة الرخيصة والوفرة.

أشارت الأبحاث والتطوير الأخيرة إلى أن أداء مضخة الحرارة من المحتمل أن يتحسن خلال السنوات القادمة. التحسينات في تصميم المكونات واستخدام مصادر حرارة النفايات سترفع أداء مضخة الحرارة. فيما يتعلق بالجوانب التقنية لتجربة العمل ، والتي أنتجت رؤى مهمة للتخطيط وتصميم أنظمة المضخات الحرارية يمكن استخدامها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأفكار والمعدات الجديدة ، التي ظهرت في العقد الماضي ، تصميم انسيابي لأنظمة تسخين وتبريد المضخات الحرارية.

المضخات الحرارية وتبدو مثل تكييف الهواء (فقط لأنظمة الهواء القسري وأنظمة العادم) باستثناء أنها توفر التدفئة والتبريد. في حين تتطلب المضخات الحرارية ، ومكيفات الهواء استخدام مكونات مختلفة ، فإنها تعمل على نفس المبدأ الأساسي.

الحرارة تتدفق بشكل طبيعي من أعلى إلى انخفاض درجة الحرارة. ومع ذلك ، فإن المضخات الحرارية قادرة على جعل تدفق الحرارة في الاتجاه الآخر ، باستخدام كمية صغيرة نسبيًا من طاقة محرك عالية الجودة (الكهرباء أو الوقود أو حرارة النفايات عالية الحرارة). وبالتالي ، يمكن لمضخات الحرارة نقل الحرارة من المصادر الطبيعية للحرارة في المنطقة المجاورة ، مثل الهواء أو الماء أو الأرض ، أو من مصادر الحرارة التي من صنع الإنسان مثل النفايات الصناعية والمنزلية ، أو المباني أو التطبيقات الصناعية. يمكن أيضًا استخدام المضخات الحرارية للتبريد. يتم نقل الحرارة في الاتجاه المعاكس ، من التطبيق ، الذي يتم تبريده إلى الجو في درجات حرارة عالية. في بعض الأحيان يتم استخدام الحرارة الزائدة من التبريد لتلبية الطلب المتزامن للحرارة.

تعتمد جميع المضخات الحرارية قيد التشغيل حاليًا إما على دورة ضغط البخار أو الامتصاص. من الناحية النظرية ، يمكن تحقيق مضخة الحرارة من خلال العديد من الدورات والعمليات الديناميكية الحرارية الأخرى ، بما في ذلك دورات ستيرلنج و Vuilleumier ، ودورات أحادية الطور (على سبيل المثال مع CO2 الهواء أو الغازات الخاملة) ، وأنظمة امتصاص البخار الصلب ، والأنظمة الهجينة ، على وجه الخصوص ، والجمع بين ضغط البخار ودورة الامتصاص) ، ودورة الحرارية والعمليات الكهرومغناطيسية والصوتية. بعض هذه الشركات تدخل السوق أو وصلت إلى مرحلة النضج الفني ، ومن المتوقع أن تكون كبيرة في المستقبل.

المضخة الحرارية هي في الواقع محرك حراري يعمل في الاتجاه المعاكس ، ويمكن تعريفه كجهاز يتحرك من الحرارة في المنطقة ذات درجات الحرارة المنخفضة في المنطقة التي ترتفع فيها درجة الحرارة. مضخة تسخين الهواء المنزلية ، اكتب بشكل شائع الاستخدام ، قم بإزالة الحرارة من درجات حرارة الهواء المحيط المنخفضة ، وتمرر هذه الحرارة داخل المنازل. لتحقيق هذا الهدف ، ووفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، يتم العمل على سائل العمل (أي المبردات) للمضخة الحرارية.

من أجل نقل الحرارة من مصادر الحرارة لتبديد الحرارة ، هناك حاجة إلى طاقة خارجية لتسخين المضخة. من الناحية النظرية ، فإن إجمالي الحرارة التي يتم توفيرها بواسطة مضخة الحرارة تساوي الحرارة المستخرجة من مصدر الحرارة ، بالإضافة إلى مجموع طاقة المحرك المقدمة. توفر المضخات الحرارية المحركة كهربائيًا للتزويد الحراري للمباني ، كقاعدة عامة ، 100 kW من الحرارة فقط 20-40 kW / h من الكهرباء. يمكن أن تحقق العديد من مضخات الحرارة الصناعية أداء أعلى ، وتضع نفس الكمية من الحرارة فقط 3-10 kW / h من الكهرباء.

للتطبيقات واسعة النطاق ، أصبحت مضخات الحرارة التي تستخدم فرن الاحتراق للحصول على حرارة و / أو درجة حرارة إضافية مع ذروة شائعة بفضل:

في تطبيقها على سوق التحديث كوحدات إضافية في مواقد ومراجل الزيت والغاز الموجودة
في زيادة كفاءة النظام المدمج مقارنةً بمضخات الحرارة المقاومة للحرارة الكهربائية.

في هذا الصدد ، كثيراً ما تقول المضخات الحرارية التي تعمل مع الحرارة الإضافية أن العمل في الوضع الثنائي. مضخة الحرارة مع التشغيل التدفئة المقاومة الكهربائية أو بدون الآخر ، على سبيل المثال ، تعمل في وضع أحادي التكافؤ. باستثناء مكونات معينة من السيطرة المصممة لتنظيم ضاغط وتشغيل الفرن ، في الواقع ، يتم استخدام مكونات مضخة الحرارة القياسية. يتم تشغيل النظام في وضع مضخة الحرارة وصولاً إلى درجة الحرارة المحددة ، ودعا نقطة التوازن ويتم تشغيل الفرن عندما تكون هناك حاجة إلى حرارة إضافية أو ، في حالة توزيع ذوبان مضخة حرارة الهواء. في بعض الأنظمة ، يتم تشغيل الضاغط أسفل نقطة الاتزان تمامًا ، بينما يسمح البعض الآخر بالتوازي مع مضخة الحرارة و تشغيل الفرن أسفل ذهبية 10VC لمضخة الحرارة مصدر الهواء. تحظى تكنولوجيا المضخات الحرارية بأهمية خاصة في البلدان ذات المناخ البارد ، حيث توجد الوسائل التقليدية لتدفئة المباني الحالية للغاز أو الزيت ، ويحتاج الأمر إلى بعض مكملات التكييف. يمكن أيضًا استخدام النظام للتدفئة فقط بالاشتراك مع فرن تقليدي. حتى في المناخ البارد ، هناك عدد كاف من أيام التدفئة على نقطة توازن المضخة الحرارية الحالية لهذا المزيج ، مما يستحق الاهتمام.