تعمل المضخات الحرارية في الشتاء: 13 مفهومًا مهمًا


كيف أ مضخة الحرارة العمل في الشتاء؟ إنه دائمًا سؤال مثير للفضول بالنسبة لنا جميعًا. نعلم أن الهدف من المضخة الحرارية في فصل الشتاء هو تدفئة الغرفة. دعونا نحلل عمل المضخة الحرارية في الشتاء.

خلال فصل الشتاء ، يمتص المبرد السائل الحرارة من الهواء الخارجي ويتحول إلى بخار ؛ يتم ضغط المبرد البخاري إلى درجة حرارة وضغط مرتفعين. ثم مبرد يسمح له بالمرور عبر الغرفة. خلال تلك الفترة ، يطلق المبرد الحرارة في الغرفة ، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الغرفة. 

يعد هذا النظام خيارًا جيدًا للأماكن التي يحدث فيها شتاء معتدل ، ويمكنه توفير الطاقة مقارنة بالتدفئة التقليدية. ومع ذلك ، في فصل الشتاء القارس ، لا تعد المضخة الحرارية وحدها بديلاً جيدًا. يتم استخدام النظام الهجين في هذا السيناريو.

تتوفر أنواع مختلفة من المضخات الحرارية. يعتمد التصنيف على مكان أخذ الحرارة ، أي موقع المبخر. بعض الأنواع هي: مضخة تسخين مصدر الهواء ، ومضخة حرارية أرضية ، ومضخة تسخين بمصدر المياه ، إلخ.

يظهر الرسم التخطيطي للمضخة الحرارية مع المكونات الرئيسية في الشكل أدناه ؛

كيف تعمل المضخة الحرارية في الشتاء
المكونات الرئيسية للمضخة الحرارية
الوحدة الخارجية لمضخة حرارية صغيرة لمصدر الهواء الائتمان: https://pixabay.com/de/photos/kleine-luft-w٪c3٪a4rmepumpe-4963069/

كيف تعمل المضخة الحرارية الأرضية في الشتاء؟

درجة الحرارة أقل من بضعة أقدام من الأرض عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 55oو بغض النظر عن الموسم. دعونا نرى كيف يتم استخدام هذه الحقيقة لتشغيل مضخة حرارية.

In مضخات الحرارة مصدر الأرض، يتم تثبيت سلسلة من الأنابيب القوية تحت الأرض ؛ هذا هو مبادل حراري مصدر الأرض. يتم تدوير الماء البارد من المضخة الحرارية عبر هذه الأنابيب ، ويمتص الماء الحرارة من الأرض. ثم يقوم الماء بنقل هذه الحرارة إلى المبرد في المضخة الحرارية. 

تخطيطي رسم بياني هو مبين أدناه.

مضخة الحرارة
مضخة حرارة مصدر الأرض الائتمان: https: //www.flickr.com/photos/sagabardon/5086132916

تعمل المضخة الحرارية الأرضية على التخلص من احتراق الوقود الأحفوري ؛ ومن ثم فهذه صديقة للبيئة. ألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية والسويد وكندا وسويسرا هي الدول الرئيسية التي تستخدم هذه المضخة الحرارية.

ما هي درجة حرارة المضخة الحرارية غير فعالة؟

لا ينصح باستخدام المضخة الحرارية في جميع درجات الحرارة. تؤثر درجة الحرارة المحيطة على فعالية المضخة الحرارية.

مع انخفاض درجة الحرارة المحيطة ، تقل فعالية المضخة الحرارية ، من البحث تم حساب درجة الحرارة المحيطة المحددة على أنها 40oF. ومن ثم ، ينصح باستخدام المضخة الحرارية عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أعلى من 40oF. تصبح المضخة الحرارية أقل فعالية من خيارات التسخين الأخرى عندما تنخفض درجة الحرارة من 25 إلى 30oF.

ومن ثم ، فإننا نستخدم نظامًا بديلاً في تلك المناطق التي تقل فيها درجة الحرارة عن 40 درجة فهرنهايت. يتم حرق الوقود الأحفوري أو أي وقود رخيص لاستخراج الحرارة في هذه المناطق خلال ذروة الشتاء.  

تعمل المضخة الحرارية بين حدين لدرجة الحرارة ، درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة المحيطة. لذلك ، يعتمد أداء المضخة الحرارية على درجة الحرارة هذه. يمكن للمرء أن يفترض أنه إذا كانت درجة الحرارة المحيطة منخفضة ، فإن المضخة الحرارية تستهلك المزيد من العمل لاستخراج الحرارة ؛ ومن ثم تنخفض الكفاءة.

دعونا نحلل رياضيا فعالية المضخات الحرارية. يتم قياس فعالية المضخة الحرارية كمعامل أداء (COP). يتم تعريف COP على أنه

COP = (تأثير التسخين) / (العمل المنجز على النظام)

دعنا نحلل COP لدورة Carnot. دورة كارنو هي دورة مثالية لديها الحد الأقصى من COP.

يتم تعريف مؤتمر الأطراف لدورة كارنو على أنه ؛

COP = T.حار/Tحار - تيبارد

Tبارد هي درجة الحرارة المحيطة ، و T.حار هي درجة حرارة الغرفة. لنفترض أننا حددنا 68oF في المضخة الحرارية ، ومن ثم تكون درجة حرارة الغرفة 68oF. لنفترض الآن حالتين عندما تكون درجة الحرارة المحيطة 40oF و 20oF.

عند تطبيق ظروف درجة الحرارة هذه ، نحصل على COP من 11.5 و 6.7 لدرجة حرارة محيطة تبلغ 40oF و 20oF ، على التوالي.

(ملاحظة: يجب توخي الحذر أثناء حساب COP ، يجب أن تكون درجات الحرارة بمقياس كلفن أو مقياس رانكين.)

هنا ، يتم تقليل COP عندما تنخفض درجة الحرارة المحيطة. COP المحسوب هو لأقصى دورة ممكنة. لا يمكن أن يحقق مؤتمر الأطراف هذا في دورة فعلية. ومن ثم ، يمكننا أن نستنتج أنه مع انخفاض درجة الحرارة المحيطة ، ينخفض ​​COP لمضخة الحرارة.

ما درجة الحرارة التي يجب أن أقوم بضبط المضخة الحرارية بها في الشتاء؟

هذا دائمًا مصدر قلق للكثير منا أثناء تشغيل مضخة حرارية.

راحة الإنسان هي الهدف الأساسي لمضخة الحرارة في المنزل. استنتج من البحث العلمي أن 680F هو الأفضل لراحة الإنسان خلال فصل الشتاء. ينصح بتقليل درجة حرارة التشغيل بشكل أكبر عندما نستخدم المضخة الحرارية بشكل مستمر. 

هل يمكن أن تعمل المضخة الحرارية تحت درجة التجمد؟

السؤال هنا هو ماذا يحدث عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من نقطة التجمد. هل هي آمنة للعمل؟

نعم يمكننا استخدام المضخة الحرارية في ظروف التجميد. نقطة التجمد مبرد المستخدمة في المضخة الحرارية أقل بكثير من نقطة تجمد الماء ؛ ومن ثم لن يتجمد المبرد في المضخة الحرارية على الرغم من أن درجة الحرارة المحيطة أقل من نقطة تجمد الماء.

إذا كان السؤال "هل ينصح باستخدام المضخة الحرارية في البرودة الشديدة؟" ثم الجواب "لا ، لا ينصح".

ومع ذلك ، في الظروف شديدة البرودة لا ينصح باستخدام المضخة الحرارية. ناقشنا فعالية المضخات الحرارية في الأقسام السابقة. عندما تكون درجة الحرارة أقل من 40 درجة فهرنهايت ، تقل فعالية المضخة الحرارية ؛ ومن ثم فإن المضخة الحرارية تستهلك طاقة أكثر من مجرد حرق الوقود.

كيف أجعل المضخة الحرارية أكثر كفاءة في الشتاء؟

فيما يلي بعض النصائح لتحسين الكفاءة.

  • نظف الفلتر بشكل متكرر.
  • للتدفئة السريعة للغرفة ، لا تضبط درجة حرارة المضخة الحرارية على درجة عالية جدًا.
  • لا تقم بتسخين المساحات التي لا تستخدمها.
  • أغلق جميع فتحات التهوية في الغرفة تمامًا.
  • احرص دائمًا على توفير مساحة كافية في الوحدة الداخلية والخارجية لمضخة الحرارة من أجل التدفق الحر للهواء.
  • ضع وضع التسخين في حالات الطوارئ فقط عندما تكون حالة طارئة.
  • تأكد من سهولة الوصول إلى الوحدة الخارجية للتنظيف.

لماذا تضخ المضخة الحرارية الهواء البارد عند تشغيل الحرارة؟

هناك ثلاثة أسباب رئيسية قد تجعلك تشعر أن مضخة الحرارة الخاصة بك تنفث الهواء البارد.

  • تعمل المضخة الحرارية بشكل صحيح ، لكنك تشعر بالبرودة.
  •  بدأت المضخة الحرارية العمل في وضع التذويب.
  • المضخة الحرارية لا تعمل بشكل صحيح.

دعونا نناقش كل نقطة على حدة.

  • تعمل المضخة الحرارية بشكل صحيح ، لكنك تشعر بالبرودة.

تعمل المضخة الحرارية بشكل صحيح ؛ ومع ذلك ، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة منخفضة جدًا ، تقل فعالية المضخة الحرارية والقدرة على زيادة درجة الحرارة. في هذه الحالات ، تقوم المضخة الحرارية بتسخين الهواء ، لكنك لا تشعر به لأن درجة حرارة الهواء الساخن أقل بكثير من درجة حرارة جسمك.

بشكل عام ، يبدأ التسخين الكهربائي تلقائيًا في هذه المواقف.  

  • بدأت المضخة الحرارية العمل في وضع التذويب.

عندما تعمل المضخة الحرارية في درجة حرارة محيطة منخفضة جدًا ، فقد يتجمد الماء حول ملفات الوحدة الخارجية. يجب تجنب التغطية الكاملة للملف بالثلج. تعمل المضخة الحرارية على الوضع العكسي لإزالة هذا الصقيع ، أي تبدأ التبريد بالداخل وتسخين الملف الخارجي.

بعد 1-2 دقيقة من التشغيل ، تبدأ المضخة الحرارية في العمل بشكل صحيح بعد إزالة الصقيع تمامًا.

  • المضخة الحرارية لا تعمل بشكل صحيح.

هذه مشكلة خطيرة ، ويجب عليك الاتصال بفني. هناك العديد من الاحتمالات مثل تسرب مادة التبريد ، أو تلف الصمامات أو تقليل كفاءة المضخة الحرارية ، إلخ.

 هل يجب تشغيل المضخة الحرارية على الوضع التلقائي أو التدفئة؟

 توجد ثلاثة أوضاع في المضخة الحرارية "Heat" و "Cool" و "Auto". 

يُنصح بضبط الوضع "Heat" بدلاً من الوضع "Auto" في فصل الشتاء. هذا لأن الوضع "تلقائي" قد يبرد الغرفة في يوم شتاء مشمس ، وهو أمر غير ضروري ، أي أن المضخة الحرارية تنعكس تلقائيًا عن عملها ، وهو ما يجب تجنبه.

هل يجب أن أطفئ المضخة الحرارية في البرودة الشديدة؟

قد تحدث حالة البرودة الشديدة في الشتاء في العديد من البلدان.

يُنصح بالتوقف عن استخدام المضخة الحرارية في حالة البرودة الشديدة حيث تقل فعالية المضخة الحرارية ، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة ، كما تمت مناقشته أعلاه.

عادة ، تأتي المضخة الحرارية مع مرفق تسخين كهربائي. وبالتالي ، في حالة البرودة الشديدة ، يتم إيقاف تشغيل المضخة الحرارية ، ويبدأ التسخين الكهربائي تلقائيًا.

كم من الوقت يجب أن تعمل المضخة الحرارية في اليوم؟

نحن نعلم أن تقنية تسخين الفرن القديمة لن تعمل بشكل مستمر لفترة طويلة. ماذا عن المضخة الحرارية؟

يمكن أن تعمل المضخة الحرارية بشكل مستمر طوال اليوم إذا لزم الأمر. تأتي مضخات الحرارة المتقدمة مزودة بأجهزة استشعار أوتوماتيكية ، والتي تسمح لمضخة الحرارة بالتوقف عن العمل عند تحقيق درجة الحرارة المطلوبة ؛ يبدأ تلقائيًا عندما تنخفض درجة الحرارة. ومن ثم ، لا داعي للقلق بشأن استهلاك الطاقة.

ومع ذلك ، يمكنك تقليل استهلاك الطاقة عن طريق ضبط وقت التوقف يدويًا في مضخة الحرارة.

كيف أعرف ما إذا كانت المضخة الحرارية الخاصة بي تعمل على إذابة الجليد؟

إذابة الثلج أمر شائع جدًا في الأماكن الباردة. قد تكون هناك حاجة لدورة إزالة الجليد من أجل التشغيل الفعال للمضخة الحرارية.

يمكنك معرفة أن المضخة الحرارية تعمل على دورة إذابة الجليد إذا لوحظ ما يلي.

  • تنطفئ المروحة الداخلية لمضخة الحرارة
  • توقف المضخة الحرارية عن تسخين الغرفة
  • يومض ضوء مؤشر إزالة الصقيع
صقيع في الوحدة الخارجية لمضخة الحرارة الائتمان: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heat_pump_model.jpg

كيف أحمي المضخة الحرارية من التجمد؟

قد تتجمد الملفات الخارجية لمضخة الحرارة أثناء التشغيل.

دورة إذابة الجليد لتجنب تجميد المضخة الحرارية. ينعكس تشغيل المضخة الحرارية في دورة إذابة الجليد ، وخلال تلك الفترة تبرد المضخة الحرارية في الداخل وتسخن في الخارج حتى يذوب الجليد. تعمل هذه الدورة تلقائيًا. في غضون 2-3 دقائق ، تبدأ المضخة الحرارية بالعمل بشكل طبيعي. 

كيف تزيل تجميد المضخة الحرارية في الشتاء؟

يمكنك فك تجميد المضخة الحرارية بالطرق التالية ،

  • دورة إذابة الجليد. في المضخات الحرارية ، تعمل دورة إزالة الصقيع تلقائيًا. 
  • إزالة الصقيع يدويًا ؛ يمكنك ضخ الماء إلى الصقيع حتى يذوب. أو يمكنك تقطيع الصقيع بأداة

ما مقدار الصقيع الطبيعي على المضخة الحرارية؟

لا يمكننا قول الصقيع الطبيعي من الناحية الكمية.

هناك حالتان عندما يمكنك القول أن الصقيع كثير جدًا في المضخة الحرارية.

  • عندما يمنع الصقيع تدفق الهواء إلى المضخة الحرارية
  • عندما يبقى الصقيع على الملفات لأكثر من ساعتين.

في حالة ملاحظة هذه الظروف ، يُنصح بالاتصال بالمشغل لأن دورة إزالة الجليد لا تعمل في مضخة الحرارة الخاصة بك.

كيف تعمل المضخة الحرارية لحمام السباحة في الشتاء؟

عمل حمام السباحة مضخة يشبه مضخة حرارة الهواء.

تُستخدم المضخة الحرارية لحمام السباحة لتسخين المياه إلى المسبح. في هذا ، يقوم المكثف بنقل الحرارة إلى الماء البارد. العمليات الأخرى مشابهة لمضخة حرارة الغرفة. ومن ثم ، يتم غمس المكثف داخل المسبح ، والوحدة المتبقية خارج المسبح.

لمزيد من الوظائف حول الهندسة الميكانيكية ، يرجى متابعة موقعنا صفحة ميكانيكية.

آخر المقالات