AR | العربية
يمكن تعريف مضخات الحرارة بأنها “آلة حرارية تستخدم غاز التبريد في دورة ثرموديناميكية مغلقة، تقوم بنقل الحرارة من البيئة الطبيعية (الهواء أو الماء أو الأرض) إلى مبنى أو لتطبيقات صناعية عن طريق عكس تدفق الحرارة الطبيعي، بحيث يتدفق من درجة حرارة منخفضة إلى درجة حرارة أعلى”.
وبالتالي، فإن مضخات الحرارة هي معدات قادرة على نقل الحرارة بين وسطين بدرجتي حرارة مختلفتين. أي أنها تقوم “بضخ” الحرارة بينهما، مما يمنح هذه الأجهزة مجموعة من الفوائد:
- هي معدات قادرة على تسخين المساحات باستغلال الحرارة المتاحة في مصدر خارجي (الهواء أو الماء أو الأرض) التي تكون عند درجة حرارة أقل، وبالعكس، عند عكس دورة تشغيلها، تقوم بتبريد تلك المساحات عن طريق طرد الحرارة إلى مصدر خارجي عند درجة حرارة أعلى.
- من خلال استغلال الحرارة المتاحة في المصادر الخارجية، فإنها تستفيد من الطاقة القادمة من مصادر متجددة: الهواء (التهوية الحرارية)، الماء (الهيدروثيرميا)، أو الأرض (الجيوثيرميا).
- مع طاقة تشغيل المعدات، يتم نقل كمية أكبر بكثير من الطاقة الحرارية. هذا التأثير “المضاعف” يجعلها ذات كفاءة عالية جدًا.
- تسمح باستغلال مصادر الطاقة الناتجة عن النفايات المتوفرة في بيئتنا لتسخين أو تبريد المساحات، سواء كانت هذه الطاقة من أنظمة التكييف نفسها (على سبيل المثال، من التهوية)، أو من العمليات المرتبطة بالنشاط البشري (مياه الصرف الصحي، العمليات الصناعية، إلخ).
كيف تعمل مضخة الحرارة؟
لتنفيذ هذه العملية لنقل الحرارة، تستفيد مضخات الحرارة من القدرة العالية التي يتمتع بها سوائل التبريد في إطلاق الحرارة عندما تتحول من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، ومن امتصاص الحرارة عندما يحدث العكس. لتحقيق ذلك، يتم تعديل الخصائص الثرموديناميكية لهذا السائل الذي يدور داخل دائرة ثرموديناميكية مغلقة. بهذه الطريقة، وبتغيير حالة وخصائص هذا السائل داخل الدورة، يمكن تحقيق نقل الحرارة بالاتجاه المطلوب، سواء بإضافة الحرارة إلى مساحة ما أو سحبها منها.
تُسمى هذه الدورة “دورة التبريد بالضغط”، ويتم تمثيلها في الشكل أدناه، حيث يتم تحديد العمليات الأربعة التي تعرّفها:
- عملية التبخير: يحدث امتصاص الحرارة (التبريد) من خلال تبخر سائل التبريد عند ضغط منخفض داخل مبادل حراري يُسمى المبخر.
- عملية الضغط: يتم رفع ضغط الغاز ومحتواه الطاقي بواسطة الضاغط.
- عملية التكثيف: يحدث إطلاق الحرارة (التسخين)، حيث يتكثف الغاز عالي الضغط داخل مبادل حراري آخر يُسمى المكثف، حيث يتحول سائل التبريد إلى الحالة السائلة.
- عملية التمدد: يتم خفض ضغط سائل التبريد بواسطة صمام أو جهاز تمدد، حيث يتحول من الحالة السائلة إلى خليط من السائل والبخار.
ما هي مكونات مضخات الحرارة؟
تتم هذه العمليات بواسطة المكونات الرئيسية التي تم ذكرها: المبخر، الضاغط، المكثف، وجهاز التمدد. بالإضافة إلى ذلك، في حالة مضخات الحرارة القابلة للعكس، يتم إضافة صمام العكس أو الصمام رباعي الاتجاهات، الذي يقوم بعكس اتجاه دورة التبريد. بهذه الطريقة، يعمل المبادل الداخلي كـ “مبخر” في دورة إنتاج البرودة، ويتحول ليصبح “مكثفًا” في دورة إنتاج الحرارة. وبالمثل، يعمل المبادل الخارجي كـ “مكثف” في دورة إنتاج البرودة، ويعمل كـ “مبخر” في دورة إنتاج الحرارة.
المبادل الداخلي <-> جانب التركيب (المساحة المراد تكييفها)
المبادل الخارجي <-> جانب المصدر (الهواء أو الماء أو الأرض)
يجعل هذا الأمر مضخات الحرارة القابلة للعكس تمتلك قدرة لا تتوفر في أي تقنية أخرى لتكييف الهواء. يمكن لنفس الجهاز أن ينتج التدفئة و/أو تسخين المياه الصحية (ACS) أو التبريد، بمجرد تفعيل الدورة المطلوبة.
اعتبارات للتثبيت
في العقد الماضي، شهدت تقنية مضخات الحرارة تطورًا كبيرًا. أصبحت أكثر كفاءة بفضل تحسين مكوناتها وتصميمها. لديها قدرة أكبر على التنظيم والتواصل مع الأنظمة الأخرى. وقد أدى هذا التطور إلى توسيع نطاق الخيارات والإمكانات التشغيلية لهذه الأجهزة. لذلك، فإن المتطلبات المتعلقة باختيارها، تركيبها وتشغيلها أصبحت أوسع.
من الضروري أن يكون اختيار وتركيب مضخة الحرارة مناسبًا لضمان أنها ستعمل وفقًا لمواصفات نظام التكييف. كما يجب أن تلبي الاحتياجات وتصل إلى التوقعات. يتطلب ذلك أن يتم تركيب الجهاز من قبل محترف مؤهل لديه الوسائل المناسبة للقيام بذلك. وهذا يشمل كل ما يتعلق بالجانب الثلاجي وكذلك العناصر الميكانيكية والكهربائية وأنظمة التحكم.
سيتمكن المثبت المؤهل، الذي يملك علاقة سلسة مع الشركة المصنعة، من الحصول على فهم عميق لمضخة الحرارة التي سيقوم بتثبيتها. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه الوصول إلى الوثائق الفنية اللازمة وسيحصل على دورات تدريبية يقدمها المصنعون. كل ذلك سيسمح له بإجراء عملية تركيب صحيحة، واستغلال إمكانيات مضخة الحرارة، مما يجعلها تعمل في أفضل حالاتها، مما يعني أنها ستؤدي عملها بكفاءة عالية وتتمتع بعمر أطول.
فوائد مضخات الحرارة
هناك العديد من الفوائد التي تقدمها مضخات الحرارة، وهي ناتجة عن طبيعتها الخاصة والتكنولوجيا المتقدمة التي تستخدمها. من بين هذه الفوائد يمكننا تسليط الضوء على:
- الراحة. تولد بيئة صحية من خلال الحفاظ على درجة حرارة البيئة المناسبة في جميع الأوقات بفضل قدرتها العالية على التنظيم. العديد من أنواع مضخات الحرارة تحتوي على مرشحات تضمن جودة عالية للهواء.
- الكفاءة. تضاعف الطاقة الكهربائية أو الحرارية التي تستهلكها باستخدام الطاقة المحصلة من مصادر خارجية مجانية.
- التوفير. جزء فقط من الطاقة الحرارية المنتجة يتوافق مع الطاقة الكهربائية أو الحرارية المستهلكة، مما يجعل تكاليف التشغيل منخفضة.
- الموثوقية. إنها تقنية متقدمة وفي نفس الوقت ناضجة، وهي النظام الأكثر استخدامًا في القطاعات ذات احتياجات التكييف الكبيرة مثل التجاري والصناعي.
- الطمأنينة. تتطلب هذه الأجهزة صيانة بسيطة للغاية. وبما أن دوائر التبريد مغلقة، فلا تحتاج إلى إعادة تعبئة الغاز.
- الاستدامة. تستخدم الطاقة من مصادر متجددة، مما يقلل من الانبعاثات غير المباشرة لثاني أكسيد الكربون نتيجة لكفاءتها العالية في العمل.
- الوظائف. يمكنها توفير التدفئة، التبريد، والمياه الساخنة، حتى من خلال جهاز واحد، مما يعني أنها يمكن استخدامها على مدار السنة. تعدد أنواعها وأحجامها وإمكانياتها يجعلها تقدم حلاً لجميع احتياجات التكييف وإنتاج المياه الساخنة.
الاستنتاج
مضخة الحرارة، الخيار الأفضل لتكييف الهواء. تأخذ مضخة الحرارة الطاقة من البيئة الطبيعية (الهواء أو الماء أو الأرض) وتنقلها إلى الداخل، لتدفئته. من المهم جدًا تحسين تصميم عناصر دائرة التبريد لمضخة الحرارة (بما في ذلك اختيار غاز التبريد). الهدف هو تحقيق أعلى كفاءة ممكنة وتقليل تكاليف التدفئة إلى الحد الأدنى. من الأفضل استخدام مضخة حرارة مصممة خصيصًا لكل نوع من الخدمات. تسخين ماء fan-coils، تسخين ماء المسابح، خدمات درجات الحرارة العالية، وما إلى ذلك. فقط بهذه الطريقة يمكن تحقيق أعلى كفاءة.
المعلومات التي تم تناولها في هذه المقالة قد تم تقديمها من قبل الجمعية الإسبانية لمصنعي معدات التكييف –AFEC، وهي هيئة طورت، بدعم من 21 شركة من الشركات الأعضاء فيها، خطة ترويج مضخة الحرارة بهدف تشجيع استخدام ومعرفة هذه الأجهزة، التي تظهر كتقنية موثوقة وراسخة للغاية، بالإضافة إلى كفاءتها العالية كنظام لتكييف الهواء (التدفئة والتبريد) وإنتاج المياه الساخنة، وكل ذلك باستخدام الطاقة من مصادر متجددة.
Borealis Energía Térmica تقوم بتصميم وتصنيع معدات التكييف والتبريد التي تهدف إلى توفير الطاقة، تقليل تكاليف التركيب والتكامل الصناعي والمعماري. كما أنها متخصصة في مضخات الحرارة الجيوثيرمية وأجهزة إزالة الرطوبة للمسابح المغطاة.
