المبرد ضد مضخة الحرارة: ما هو الفرق الحقيقي؟

Original: ENGLISH HEXNOVAS المادة

المبرد ضد المضخة الحرارية: ما هو الفرق الحقيقي

المبرد ضد مضخة الحرارة: ما هو الفرق الحقيقي؟

في البداية، تبدو المبردات والمضخات الحرارية متشابهة لأن كلاهما يعتمدان على مضغط، ومهرب، ومكثف، وصمام التوسع. والفرق الحقيقي ليس في دورة التبريد نفسها، ولكن في كيفية استخدام النظام للطاقة الحرارية.

وفي النظم الحرارية الصناعية والتجارية، كثيرا ما تستخدم المصطلحات المبردة والمضخة الحرارية جنبا إلى جنب. وكلاهما مبنيان على نفس مبدأ التبريد الأساسي، غير أنهما يخدمان استراتيجيات طاقة مختلفة جدا. ويُصمم المبرد أساساً لإزالة الحرارة غير المرغوبة من عملية ما ويرفضها للبيئة. وعلى النقيض من ذلك، فإن مضخة حرارية مصممة لاسترداد تلك الحرارة وإعادة استخدامها كمصدر قيم للطاقة.

ويهم هذا التمييز لأنه يؤثر على كفاءة النظام، وتكاليف الطاقة، والانبعاثات، واختيار المعدات. وبالنسبة للمرافق التي تحتاج إلى التبريد والتدفئة، كثيرا ما يمكن للمضخة الحرارية أن تحل محل ترتيب المبردات التقليدية والمغليات بحل متكامل واحد.

يتقاسمون نفس دورة التبريد الأساسية

ومن وجهة النظر الميكانيكية، يستخدم النظامان نفس المكونات الأساسية الأربعة:

• الضغط على المبردات ودرجة الحرارة
• مهرب - يمتص الحرارة من الجانب البارد أو جانب العمليات
• Condenser - releases heat to another medium
• صمامات التوسع - تقلل من ضغط التبريد قبل الدورة القادمة

لهذا السبب الكثير من الناس يفترضون أن يكون الجو بارداً ومضخة حرارية هي نفس الآلة ومن الناحية التقنية، فهي وثيقة الصلة. غير أن أولوياتها تختلف من الناحية التشغيلية.

أولوية الدجاج

تسليم التبريد المستقر إلى عملية أو بناء أو نظام إنتاج، مع رفض الحرارة الممتصة إلى الهواء، أو الماء التبريد، أو برج التبريد.

أولوية المضخات الحرارية

تحسين واستعادة الطاقة الحرارية بحيث تصبح الحرارة التي رفضتها دورة التبريد مياه ساخنة مفيدة، أو حرارة العمليات، أو تسخين الفضاء.

كيف يعمل (شيلر)

المبرد هو أساسا آلة التبريد. مهمّته هي استخراج الحرارة من حلقة أكثر برودة ونقل تلك الحرارة إلى مكان آخر وفي معظم المنشآت، لا تعامل الحرارة المرفوضة كمورد قيّم. ويُصرف ببساطة إلى البيئة المحيطة.

مسار الطاقة المبردة المثالي

• يمتص المبرد حرارة من الماء المبرد أو الجليكون أو حلقة العمليات
• ويزيد الضغط على المبردات ودرجة الحرارة.
• المكثف يرفض تلك الحرارة لتسخين الهواء أو الماء المبرد
• ويخفض صمامات التوسع ضغط التبريد ويعيد تشغيل الدورة.

ولذلك فإن الغرض من المبرد هو: الحفاظ على درجة حرارة باردة يمكن الاعتماد عليها من أجل مراقبة العمليات أو التبريد بالراحة.

التطبيقات المشتركة للمبردات

• التبريد في العملية الصناعية
• الحقن البلاستيكي العفن
• التحكم في درجة حرارة تجهيز الأغذية
• HVAC نظم المياه المبردة
• الهياكل الأساسية لتبريد مركز البيانات

إذا كان مطلبك الرئيسي هو التبريد وليس هناك استخدام عملي للحرارة المرفوضة، فلا يزال المبرد حلا منطقيا.

كيف يعمل مضخة كحولية

المضخة الحرارية تستخدم نفس دورة التبريد، ولكن الجانب المكثف يصبح نجم النظام. وبدلاً من النظر إلى حرارة المكثفات على أنها نفايات، فإن المضخة الحرارية تلتقطها وترفعها من أجل مهمة التدفئة المفيدة.

مسار طاقة المضخات الحرارية النموذجية

• يمتص المبرد الحرارة من مصدر منخفض الحرارة.
• الشريك يُرفع الثلاجة إلى ضغط ودرجة حرارة أعلى.
• المكثف ينقل حرارة مفيدة إلى الماء أو حلقة تدفئة أخرى
• ويقلل صمام التوسيع من ضغط التبريد من أجل التداول المستمر.

وفي الممارسة العملية، يعني هذا أن المضخة الحرارية يمكن أن تبرد جزءا من عملية ما بينما تسخين في وقت واحد أخرى. وهذه الوظيفة المزدوجة هي السبب في أن المضخات الحرارية كثيرا ما توصف بأنها " ذات كفاءة مزدوجة " في التطبيقات التي يلزم فيها التبريد والتدفئة على السواء.

تطبيقات المضخات الحرارية المشتركة

• توليد المياه الساخنة المحلية أو التجارية
• تدفئة مياه العملية الصناعية
• استعادة الحرارة من نظم التبريد
• أجهزة إعادة التدفئة ذات الانبعاثات المنخفضة الكربون
• محطات التبريد والتدفئة المتكاملة

المضخة الحرارية المبردة ضد المضخة: مقارنة جانبية

لماذا يمكن لمضخات الحرارة أن تحقق الكفاءة العامة العليا

فغالبا ما تستخدم محطة تقليدية آلة واحدة لتبريد ومحطة أخرى لتوليد الحرارة. فعلى سبيل المثال، يمكن معالجة حمولة التبريد بواسطة مبرد، في حين تنتج المياه الساخنة أو التدفئة في العمليات بمغلي الغاز أو مسخّن كهربائي.

المضخة الحرارية تغير هذا المنطق لأنه يحرك الحرارة بدلا من خلق الحرارة مباشرة من الاحتراق، فإنه يمكن أن يحول الطاقة الحرارية المنخفضة المستوى إلى ناتج تدفئة مفيد مع مدخلات طاقة أقل بكثير من مغلي تقليدي في العديد من السيناريوهات.

وتصبح الميزة قوية بوجه خاص عندما يتطلب الموقع في وقت واحد ما يلي:

• التبريد لدائرة واحدة أو عملية واحدة
• التدفئة من أجل حلقة أخرى، أو صهاريج، أو دائرة مياه
• أدنى CO₂ الانبعاثات
• انخفاض تكاليف التشغيل على مر الزمن

دور مبادلات الحرارة في كلا النظامين

وسواء تم تشكيل النظام كمبرد أو مضخة حرارة، فإن مبادلات الحرارة من أهم المكونات. وهي تؤثر مباشرة على الكفاءة الحرارية، وهبوط الضغط، وتركيب الأقدام، وشحن المبردات، وقابلية الخدمة، وموثوقية طويلة الأجل.

وفي العديد من النظم الحديثة، يتم اختيار مبادلات حرارة الطبق المتصدع من أجل المبردات المدمجة ومضخات الحرارة المدمجة لأنها توفر أداء عاليا لنقل الحرارة في بصمة صغيرة جدا. وبالنسبة للواجبات الصناعية الأكبر، يمكن لمبادلات حرارة الغازات وقاذفات وأجهزة تبديل حرارة الصحون أن تقدم أداء قويا بقدر أكبر من المرونة في التنظيف أو الصيانة أو شروط التشغيل المطلوبة.

لمَ يُهم مُبادِلات حرارةِ الصحون

• معامل نقل حراري مرتفع
• معدات الاتفاق
• الاستجابة الحرارية السريعة
• التخفيض المحتمل في تهمة التبريد
• تحسين كفاءة النظام في التصميمات المثلى

ولهذا السبب ينبغي ألا يتوقف اختيار المعدات الحرارية أبدا في " المضخة الحرارية أو المضخة الحرارية " . كما أن تكنولوجيا المبادلات التي خلفها المبرد والمكثف لها تأثير كبير على أداء النظام.

عندما تختارين شطيرة

وعادة ما يكون المبرد هو الخيار الصحيح عندما يكون الطلب مركزاً على التبريد فقط، أو عندما تكون الحرارة المرفوضة ذات قيمة اقتصادية ضئيلة أو غير قيمة.

• العملية تحتاج فقط للسيطرة على درجة الحرارة مستقرة من جانب بارد
• لا يوجد طلب تدفئة قريب لاستيعاب الحرارة المستعادة
• The project prioritizes cooling simplicity
• تصميم الموقع يجعل استعادة الحرارة غير عملية

وفي هذه الحالات، يكون هدف التصميم عادة هو تحقيق أقصى قدر ممكن من أداء التبريد الموثوق به، في كثير من الأحيان في إطار أوسع نطاقا HVAC أو نظام التبريد.

عندما تختار مضخة هيت

وتصبح المضخة الحرارية جذابة للغاية عندما يكون للمصنع طلب تبريد وطلب تدفئة مفيد. وبدلاً من رفض حرارة المكثفات إلى الغلاف الجوي، يمكن للنظام أن يرسل تلك الطاقة إلى تخزين المياه الساخنة، أو تجهيز حلقات التسخين، أو بناء دوائر تسخين.

• يحتاج المرفق إلى التبريد والتدفئة
• استعادة حرارة النفايات يمكن أن تقلل من حمولة الغليان
• إن كفاءة الطاقة وإزالة الكربون هما هدفان رئيسيان
• عملية الإدماج تجعل من إعادة استخدام الحرارة أمراً ممكناً
• المصنع يعيد التفكير في الاستراتيجية الحرارية الطويلة الأجل

ويتزايد أهمية ذلك في الصناعات التحويلية، وتجهيز الأغذية، والمباني التجارية، ومشاريع التبريد المتقدمة.

الاتجاه الصناعي: من حقل الحرارة إلى إنعاش الحرارة

واتجاه السوق الأوسع واضح: إذ لم يعد هناك العديد من المرافق التي ترغب في تبديد الحرارة القابلة للاسترداد. إن ارتفاع أسعار الطاقة، وأهداف خفض الكربون، والتكامل الحراري الأكثر تطوراً يدفع المشاريع بعيداً عن الرفض الحرفي البسيط والانتعاش الحراري.

وبدلاً من إلقاء حرارة المكثفات في الهواء الطلق، تقوم النباتات بإعادة استخدامها بشكل متزايد من أجل:

• ماء عملية التسخين
• إنتاج المياه الساخنة
• نظم الغسيل والتنظيف
• دعم التدفئة في الفضاء
• تحقيق الاستخدام الأمثل للطاقة في العمليات المتكاملة

ولهذا السبب، لم تعد المناقشة " أي آلة أفضل " فحسب، بل إن المسألة الهندسية الحقيقية هي: هل ينبغي رفض الحرارة، أم ينبغي استردادها وإعادة استخدامها؟

خاتمة

وقد تبدو مضخات التسخين والمضخات الحرارية متشابهة لأنها تشترك في نفس هيكل التبريد، ولكنها مصممة حول فلسفات مختلفة للطاقة. المبرد يركّز على التبريد ويرفض الحرارة وتركز مضخة الحرارة على استعادة الطاقة وتحوّل تلك الحرارة إلى قيمة.

إذا كان تطبيقك يحتاج فقط إلى التبريد، يمكن أن يكون المبرد هو الجواب الصحيح. إذا كان مرفقك بحاجة إلى التبريد والتدفئة، فإن مضخة الحرارة يمكن أن توفر في كثير من الأحيان بديلاً أكثر كفاءة وأقل كربوناً لترتيبات مبردة ومغلي منفصلة.

وفي كلتا الحالتين، يعتبر اختيار التكنولوجيا الصحيحة لتبادل الحرارة أمراً أساسياً لأداء النظام، وحياة الخدمة، والكفاءة العامة.

مضخة حرارية

مضخة حرارة مبردة، مضخة حرارة صناعية، استبدال المبردات والمغليات، نظام استعادة الحرارة، دورة التبريد، مبادلات حرارة الصفائح لمضخات الحرارة، مبادلات حرارة HVAC، التبريد الصناعي، حلول التدفئة.