ما هو مبدأ تشغيل مضخة الحرارة ذات المصدر الهوائي؟

ما هو مبدأ تشغيل مضخة الحرارة ذات المصدر الهوائي؟

كمعدة تسخين وتبريد كفوءة، موفرة للطاقة وصديقة للبيئة، مضخة حرارة مصدرها الهواء تحتل مكانة مهمة في مجال استخدام الطاقة الحديثة. يعتمد مبدأ عمل مضخة الحرارة ذات مصدر الهواء على مفهوم نقل الحرارة، والذي يستخدم بذكاء الطاقة الحرارية الموجودة في الهواء لتحقيق نقل وتحسين الطاقة، ولديه العديد من المزايا البارزة. سيتم أدناه توضيح مبدأ العمل والمزايا الخاصة بمضخات الحرارة ذات مصدر الهواء:

دورة العمل الأساسية

يتكون جهاز ضخ الحرارة بالهواء بشكل رئيسي من أربعة مكونات أساسية: المبخر، الضاغط، المكثف وصمام التوسع. يشكل عملية عمل جهاز ضخ الحرارة بالهواء نظام دورة مغلق.

1. المبخر - استخراج الحرارة

المبخر هو مكون رئيسي لتبادل الحرارة بين مضخة الحرارة المصدرة من الهواء والهواء الخارجي. في المبخر، يدخل المبرد السائل ذو درجة الحرارة والضغط المنخفض (مثل الفريون) بعد أن يتم تقليله وتفكيكه بواسطة صمام التوسع. في هذه الحالة، يتم خفض نقطة الغليان للمبرد بشكل كبير، ويتبخر بسرعة ويتغير إلى حالة غازية داخل المبخر. نظرًا لأن كمية كبيرة من الحرارة تحتاج إلى الامتصاص عند التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، ودرجة حرارة الهواء المحيط بالمبخر تكون نسبيًا مرتفعة، فإن الحرارة تنتقل من الهواء إلى المبرد، مما يؤدي إلى تبخير المبرد إلى حالة غازية ذات ضغط ودرجة حرارة منخفضة، ويتم تبريد الهواء. هذا العملية تحقق هدف امتصاص الحرارة من الهواء، تمامًا مثل استخراج الحرارة المجانية من "مخزن الحرارة" الكبير في الطبيعة.

2. الضاغط - تحسين الطاقة

يتم شفط مبرد الغاز ذي درجة الحرارة والضغط المنخفض القادم من المبخر بواسطة المكبس، ويقوم المكبس بضغطه وتنفيذ العمل. تحت تأثير الضغط القوي للمكبس، يزداد ضغط المبرد ودرجة حرارته بشكل حاد ليصبح غازًا ذا درجة حرارة وضغط عاليين. في هذا الوقت، يزداد الطاقة الموجودة في المبرد بشكل ملحوظ. تمامًا كما يتم زيادة الطاقة الكامنة للماء عند ضخه من مكان منخفض إلى مكان مرتفع باستخدام مضخة مياه، فإن المكبس يوفر طاقة للمبرد بحيث يكون قادرًا على التخلص من الحرارة في بيئة ذات درجة حرارة عالية.

3. المكثف - إطلاق الحرارة  

يدخل المبرد الغازي ذو درجة الحرارة والضغط العالي بعد ذلك إلى المكثف. عادةً ما يكون المكثف متصلًا بالمساحة الداخلية التي تحتاج إلى تدفئة (مثل أنابيب تدفئة الأرضيات أو الشعاعيات) أو إلى خزان المياه الساخنة المنزلية. نظرًا لأن درجة حرارة المبرد أعلى من درجة حرارة البيئة الداخلية أو ماء الخزان، يتم نقل الحرارة من المبرد إلى المساحة الداخلية أو الماء، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الغرفة أو تسخين الماء. خلال هذا العملية، يتكثف المبرد الغازي تدريجيًا ويتسيّل بعد التخلص من الحرارة، ويعود إلى الحالة السائلة، مكملًا الخطوة الأساسية لنقل الحرارة من الهواء إلى الغرفة أو الماء.

4. صمام التوسع - التحكم في الدورة

بعد تدفق السائل المبرد من المكثف، يمر عبر صمام التوسع. وظيفة صمام التوسع هي خنق وتقليل ضغط المبرد، مما يؤدي إلى انخفاض ضغطه ودرجة حرارته مرة أخرى وإعادته إلى الحالة المنخفضة الحرارة والضغط عندما يدخل المبخر، استعدادًا للعملية التالية لامتصاص الحرارة والتبريد في المبخر. يعمل صمام التوسع مثل صمام تنظيم التدفق، حيث يقوم بدقة بتحكم تدفق وضغط المبرد لضمان أن النظام الكامل للمضخة الحرارية المصدر الهوائي يمكنه العمل بشكل مستقر وكفء.

من خلال هذا العملية الدورية المستمرة، يمكن للمضخة الحرارية المصدر الهوائي أن تمتص الحرارة باستمرار من الهواء وترفعها إلى مستوى درجة حرارة أعلى لتوفير التدفئة الداخلية، أو إنتاج المياه الساخنة المنزلية، أو تحقيق وظيفة التبريد في الصيف (عن طريق تبديل اتجاه تدفق المبرد، يتم نقل الحرارة من الغرفة إلى الهواء الخارجي)