پمپهای حرارتی چیست و چگونه کار میکند
دنیای پمپهای حرارتی یک جایگزین کممصرف برای کورههای گازی (فرنس گودمن) در تمامی اقلیمها محسوب میشوند. پمپهای حرارتی مشابه یخچال، از برق برای انتقال حرارت از یک فضای سرد به یک فضای گرم استفاده میکنند؛ یعنی فضای سرد را سردتر و فضای گرم را گرمتر میکنند.
در فصل گرما، پمپ حرارتی حرارت را از داخل خانه به بیرون منتقل میکند و در فصل سرما، حرارت را از هوای سرد بیرون گرفته و به داخل خانه منتقل میکند.
از آنجا که پمپ حرارتی حرارت تولید نمیکند و تنها آن را جابهجا میکند، میتواند با کارایی بالا دمای راحتی را برای ساختمان فراهم کند.
انواع پمپ حرارتی
دو نوع اصلی از پمپهای حرارتی که با کانال هوا (داکت) کار میکنند عبارتاند از:
-
هوا به هوا (Air-to-Air)
-
زمینمنبع یا زمینگرمایی (Ground-Source / Geothermal)
این سامانهها حرارت را از هوا یا زمین خارج از خانه جمعآوری کرده و آن را برای استفاده داخل خانه متمرکز میکنند.
نوع دیگری به نام پمپ حرارتی جذبی یا گازسوز وجود دارد که به جای نیروی مکانیکی، از منبع حرارتی مانند گاز طبیعی یا آب گرم استفاده میکند.
پمپهای حرارتی هوا-منبع
پمپهای حرارتی هوا-منبع داکتدار
رایجترین نوع پمپ حرارتی، نوع هوا-منبع است که حرارت را بین داخل خانه و هوای بیرون تبادل میکند.
پمپ حرارتیهای امروزی میتوانند مصرف برق برای گرمایش را تا ۷۵٪ کمتر از سامانههای گرمایش الکتریکی مقاومتی مانند فنکوئل الکتریکی یا رادیاتورهای برقی کاهش دهند.
پمپهای حرارتی پربازده همچنین عملکرد رطوبتزدایی بهتری نسبت به کولرهای گازی متداول دارند که موجب مصرف انرژی کمتر و آسایش سرمایشی بیشتر در تابستان میشود.
این سیستمها سالهاست که در تقریباً تمام نقاط آمریکا مورد استفاده قرار گرفتهاند، اما در گذشته در مناطقی با دورههای طولانی دمای زیر صفر، کاربرد زیادی نداشتند.
با این حال، پیشرفتهای جدید پمپ حرارتی هوا-منبع را به گزینهای مناسب برای گرمایش در مناطق سرد تبدیل کرده است.
صاحبان خانههایی که قصد دارند سیستم گازی خود را با پمپ حرارتی جایگزین کنند، بهتر است ابتدا خانه را عایقکاری و درزبندی کنند تا بیشترین صرفهجویی و آسایش حاصل شود، بهویژه در خانههای قدیمی.
پمپهای حرارتی فاقد کانال (داکتلس )
این سیستمها برای خانههایی که کانالکشی ندارند بسیار مناسباند و راهکاری مؤثر برای گرمایش منطقهای (زونبندی) فراهم میکنند. همچنین انرژی کمتری مصرف کرده و راحتی بیشتری ایجاد میکنند.
نوع دیگر این سیستمها، پمپهای حرارتی هوا به آب (Air-to-Water) هستند که گرمایش را از طریق آب گرم برای کفگرمایی یا رادیاتور تأمین میکنند، اما قابلیت سرمایش ندارند.
مینیاسپلیت (Minisplit)
مینیاسپلیتها نوع محبوب و رایج پمپ حرارتی بدون کانال هستند و برای خانههایی بدون کانالکشی ایدهآلاند.
این سیستمها میتوانند هزینه انرژی را بهویژه در گرمایش منطقهای کاهش دهند.
در مناطق شمال ایران که کانالکشی کمتر رایج است، مینیاسپلیتها بهترین گزینه برای جایگزینی سیستمهای رادیاتوری و پکیج شوفاژ دیواری ، محسوب میشوند.
زمینه و آمار استفاده از هیت پمپ در آمریکا
-
در اقلیمهای گرمتر (زون 1 تا 4)، حدود ۶۰٪ از خانهها از فرنس استفاده میکنند، و ۱۵ تا ۲۵٪ از پمپ حرارتی بهره میبرند.
-
در اقلیمهای سردتر (زون 5 تا 7)، ۶۳٪ خانهها از فرنس استفاده میکنند و تنها ۳٪ پمپ حرارتی را به عنوان سیستم اصلی گرمایش به کار میگیرند.
-
حدود ۳۲٪ خانهها در این مناطق فاقد کانالکشی هستند، که مینیاسپلیتها را به بهترین گزینه جهت بازسازی و ارتقا تبدیل میکند.
چیلر معکوس (Reverse Cycle Chiller)
این نوع ویژه از پمپ حرارتی هوا-منبع(هوا گرمایی)، بهجای تولید هوای گرم یا سرد، آب گرم یا آب سرد تولید میکند و بنابراین میتواند برای سیستمهای گرمایش از کف استفاده شود.
پمپهای حرارتی زمینگرمایی / ژئوترمال
پمپهای حرارتی زمینگرمایی با انتقال حرارت بین خانه و زمین، بهرهوری بسیار بالاتری دارند.
هزینه نصب اولیه معمولاً چند برابر سیستمهای هوا-گرمایی است، اما این هزینه اضافی بسته به قیمت انرژی و مشوقها، طی ۵ تا ۱۰ سال جبران میشود.
طول عمر:
-
تجهیزات داخل ساختمان: حدود ۲۴ سال
-
حلقه زیرزمینی: ۵۰ سال یا بیشتر
پمپهای زمینمنبع مزایای مهمی دارند:
-
مصرف انرژی تا ۶۱٪ کمتر
-
رطوبتزدایی بهتر
-
دوام و اطمینان بالا
-
قابل استفاده در انواع ساختمانها
یک نصاب یا پیمانکار واجد شرایط میتواند با توجه به شرایط سایت و نوع استفاده، بهترین کارایی را تضمین کرده و قوانین و مجوزهای لازم را بررسی کند.
پمپهای حرارتی جذبی (گازسوز)
این پمپها از منبع حرارتی (مثلاً گاز طبیعی، بخار، آب گرم خورشیدی یا زمینگرمایی) استفاده میکنند.
در مقایسه با پمپهای فشاری (کمپرسوری)، بزرگتر و پیچیدهتر هستند.
مزیت اصلی آنها مصرف برق بسیار کم است، زیرا تنها به پمپکردن سیال نیاز دارند.
فناوریهای پیشرفته پمپ حرارتی
کمپرسورهای چندمرحلهای یا سرعت متغیر
این کمپرسورها ظرفیت را متناسب با دمای بیرون تنظیم کرده و مصرف انرژی را کاهش میدهند.
سیستمهای اینورتر میتوانند سرعت را بهصورت پیوسته تنظیم کنند و آسایش یکنواختی ایجاد نمایند.
موتورهای دورمتغیر
بسیاری از مدلهای جدید، دارای موتور ECM و BLDC دورمتغیر در فن داخلی و خارجی هستند.
این موتورها باعث:
-
حرکت یکنواخت و آرام هوا
-
صرفهجویی در برق
-
کاهش صدا
میشوند.
دیسوپرهیتر
برخی پمپهای پربازده با بازیابی حرارت اضافه از سیکل سرمایش، میتوانند آب را ۲ تا ۳ برابر کارآمدتر از آبگرمکنهای گازی و الکتریکی معمولی گرم کنند.
سیستمهای دوگانه (Dual-Fuel / Hybrid)
ترکیب پمپ حرارتی با یک کوره گازی فرنس که بیشتر در برند های آمریکایی مانند گودمن است.
در هوای معتدل پمپ حرارتی کار میکند و در هوای سرد، کوره جایگزین میشود.
هر دو سیستم از یک کانال استفاده میکنند.
این ترکیب در مناطق سردسیر بسیار محبوب است.
پمپهای حرارتی ویژه اقلیم سرد
این پمپها برای کار در دماهای بسیار پایین تا حدود ۵ درجه فارنهایت (حدود منفی ۱۵ درجه سانتیگراد) طراحی شدهاند.
اگر در اقلیمهای بسیار سرد زندگی میکنید، باید به دنبال مدل دارای برچسب Cold Climate باشید.
جمعبندی
پمپهای حرارتی یک راهکار کارآمد، انعطافپذیر و کممصرف برای گرمایش و سرمایش ساختمان هستند.
پیشرفتهای امروزی باعث شدهاند که این سیستمها برای انواع اقلیمها و ساختمانها قابلاستفاده باشند.
چه نوع هوا-منبع، داکتلس، زمینمنبع یا سامانههای پیشرفته را انتخاب کنید، میتوانید از آسایش بیشتر و صرفهجویی قابل توجه انرژی بهرهمند شوید
منبع:
https://www.energy.gov/energysaver/heat-pump-systems