ما هو المضخة الحرارية؟

المضخة الحرارية ووحدة التبريد آلة واحدة؛ والفرق في أي الطرفين هو النافع. في التبريد الحرارة التي يسحبها المبخر هي المطلوبة، والحرارة التي يطرحها المكثف مهدورة. وفي المضخة الحرارية بالعكس، الحرارة التي يعطيها المكثف هي المنتَج. والأجهزة المضاف إليها صمام رباعي الاتجاهات تعكس الدورة فتبرّد صيفًا وتدفئ شتاءً بالمبادلات الحرارية نفسها. وفي الأجهزة التي مصدرها الهواء تعمل الوحدة الخارجية شتاءً مبخرًا، فيتكون عليها الصقيع وتجري إزالة الجليد. والمكيفات المنزلية أشهر أمثلة هذا الترتيب.

تُقاس كفاءتها بمعامل أداء التدفئة (COP): الحرارة المعطاة مقابل 1 kW كهرباء مبذولة. والقيم النموذجية 3–5؛ أي تُنال الحرارة نفسها بكهرباء تتراوح بين ثلث وخمس ما يحتاجه السخان الكهربائي. وCOP مرتبط بالفرق بين حرارة المصدر وحرارة الاستخدام: كلما كبر الفرق 1 K هبطت الكفاءة 2–3%. لذلك تعمل التدفئة الأرضية عند 35 °C بكفاءة أعلى بكثير من دارة مشعات عند 60 °C.

في منشآت الأغذية والمستودعات الباردة أعقل مضخة حرارية هي التي تستخدم الحرارة المهدورة لنظام التبريد مصدرًا. الماء الآتي من دارة المكثف عند 25–35 °C يُرفع بالمضخة الحرارية إلى 60–80 °C ويُستخدم للبسترة أو الغسل أو التجفيف. ولأن المصدر فاتر يبلغ COP مستوى 4–6. ومنشآت الألبان واللحوم والمشروبات التي تحتاج التبريد والتدفئة في آن واحد أكثر المستفيدين من هذا الحل.

في الاختيار تُحدَّد حرارة الماء المطلوبة، وتوزع الحاجة الحرارية خلال اليوم، وأدنى قيمة لحرارة المصدر. وسعة الأجهزة التي مصدرها الهواء تهبط في الأيام الباردة التي تبلغ فيها الحاجة أقصاها تمامًا؛ فقد تنزل عند −10 °C إلى 60–70% من القيمة الاسمية. وللحرارة العالية تبرز الوسائط الطبيعية مثل R290 وR744 وR717 أو R134a. وخزان التخزين يمنع وقوف الضاغط وإقلاعه على فترات قصيرة. واسترداد الاستثمار مرتبط مباشرة بساعات التشغيل السنوية.