تعد المضخة الحرارية جزءًا من نظام التدفئة والتبريد المنزلي ويتم تثبيتها خارج منزلك، مثل مكيفات الهواء المركزي، يمكنه تبريد منزلك، ولكنه قادر أيضًا على توفير الحرارة، في الأشهر الأكثر برودة، تسحب المضخة الحرارية الحرارة من الهواء الخارجي البارد وتنقلها إلى الداخل، وفي الأشهر الأكثر دفئًا، تسحب الحرارة من الهواء الداخلي لتبريد منزلك، حيث تعد بديا ممتازاً للطرق التقليدية في التبريد والتسخين بدئاً من المكيفات الى المدفئات التقليدية الموجودة في كل منزل شخص فينا، وزاد استخدام هذه الطريقة في السنوات الأخيرة المنصرمة، خصوصا في الولايات المتحدة وأوروبا وبعض دول اسيا.
كيف تعمل المضخة الحرارية
يتم تشغيلها بالكهرباء ونقل الحرارة باستخدام المبرد لتوفير الحرارة المطلوبة على مدار السنة، نظرًا لأنهم يتعاملون مع كل من التبريد والتدفئة، فقد لا يحتاج أصحاب المنازل إلى تثبيت أنظمة منفصلة لتدفئة منازلهم، في المناخات الباردة، يمكن إضافة شريط حراري كهربائي إلى ملف المروحة الداخلي للحصول على إمكانيات إضافية، لا تحرق المضخات الحرارية الوقود الأحفوري كما تفعل الأفران، مما يجعلها أكثر صداقة للبيئة.
تقوم مضخات الحرارة بنقل الحرارة من مكان إلى آخر عن طريق مصادر الهواء، حيث تقوم مضخات الحرارة بمصدر الهواء بنقل الحرارة بين الهواء داخل المنزل والهواء خارج المنزل، بينما تقوم مضخات الحرارة الأرضية (المعروفة باسم مضخات الحرارة الجوفية) بنقل الحرارة بين الهواء داخل المنزل والأرض خارج المنزل. سنركز على المضخات الحرارية ذات المصدر الهوائي، لكن العملية الأساسية هي نفسها لكليهما.
كيف تعمل المضخة الحرارية في وضع التبريد
من أهم الأشياء التي يجب فهمها حول تشغيل المضخة الحرارية وعملية نقل الحرارة هو أن الطاقة الحرارية تريد بشكل طبيعي الانتقال إلى مناطق ذات درجات حرارة منخفضة وضغط أقل، حيث تعتمد المضخات الحرارية على هذه الخاصية الفيزيائية، مما يجعل الحرارة تلامس بيئات الضغط الأكثر برودة والأقل ضغطًا، بحيث يمكن للحرارة أن تنتقل بشكل طبيعي، هذه هي الطريقة التي تعمل بها المضخة الحرارية.
- يتم ضخ سائل التبريد من خلال جهاز تمدد في الملف الداخلي، والذي يعمل كمبخر، حيث يتم نفخ الهواء من داخل المنزل عبر الملفات، حيث يمتص المبرد الطاقة الحرارية، ثم يتم نفخ الهواء البارد الناتج في جميع أنحاء مجاري المنزل، بحيث تسببت عملية امتصاص الطاقة الحرارية في تسخين المبرد السائل وتبخره إلى شكل غاز.
- يمر المبرد الغازي الآن عبر ضاغط يقوم بضغط الغاز، تؤدي عملية الضغط على الغاز إلى تسخينه (خاصية فيزيائية للغازات المضغوطة)، ومن ثم ينتقل المبرد الساخن والمضغوط عبر النظام إلى الملف في الوحدة الخارجية.
- تتحرك مروحة في الوحدة الخارجية الهواء الخارجي عبر الملفات، والتي تعمل كملفات مكثف في وضع التبريد. نظرًا لأن الهواء خارج المنزل أبرد من المبرد بالغاز المضغوط الساخن في الملف، فقد يتم نقل الحرارة من المبرد إلى الهواء الخارجي. خلال هذه العملية، يتكثف المبرد مرة أخرى إلى الحالة السائلة أثناء تبريده، يتم ضخ سائل التبريد الدافئ عبر النظام إلى صمام التمدد في الوحدات الداخلية.
- يعمل صمام التمدد على تقليل ضغط سائل التبريد الدافئ، مما يؤدي إلى تبريده بشكل كبير، في هذه المرحلة، يكون المبرد في حالة سائل بارد وجاهز لإعادة ضخه إلى ملف المبخر في الوحدة الداخلية لبدء الدورة مرة أخرى.
كيف تعمل المضخة الحرارية في وضع التسخين
تعمل المضخة الحرارية في وضع التسخين تمامًا مثل وضع التبريد، باستثناء أن تدفق مادة التبريد يتم عكسها بواسطة الصمام العكسي المصمم بشكل مناسب، حيث يعني انعكاس التدفق أن مصدر التسخين يصبح الهواء الخارجي (حتى عندما تكون درجات الحرارة الخارجية منخفضة)، كما يتم إطلاق الطاقة الحرارية داخل المنزل، الملف الخارجي لديه الآن وظيفة المبخر، والملف الداخلي لديه الآن دور المكثف.
وفي نهاية ذلك فإن فيزياء العملية هي نفسها، حيث يتم امتصاص الطاقة الحرارية في الوحدة الخارجية بواسطة سائل تبريد بارد، مما يحولها إلى غاز بارد، ثم يتم تطبيق الضغط على الغاز البارد وتحويله إلى غاز ساخن، حيث يتم تبريد الغاز الساخن في الوحدة الداخلية عن طريق تمرير الهواء وتسخين الهواء وتكثيف الغاز لتسخين السائل، كما يتم التخلص من السائل الدافئ من الضغط عند دخوله إلى الوحدة الخارجية ومن ثم يتم تحويله إلى سائل بارد وتجديد الدورة.
