books performance considerations
If you do not find what you're looking for, you can use more accurate words.
اعتبارات الأداء (Info)
عند المقارنة بين المضخات الحرارية فإنه من الأفضل الابتعاد عن لفظ الكفاءة الذي لها تعريف محدد في الديناميكا الحرارية. يستخدم تعبير معامل الأداء لوصف كمية الحرارة المنتقلة لوحدة الشغل المبذول. تستخدم معظم المضخات الحرارية محركات كهربية لأجل الشغل المبذول.
تستطيع المضخات الحرارية الأرضية تقليل استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 44% مقارنة بالمضخة الحرارية هوائية المصدر وبنسبة تصل إلى 72% مقارنة بالسخانات الكهربية. يتراوح معامل الأداء للمضخات الحرارية بين 3.2 إلى 4.5 للمضخة الحرارية هوائية المصدر وللمضخة الحرارية الأرضية يتراوح بين 4.2 و 5.2.
عند استخدامها لتسخين مبنى ودرجة الحرارة الخارجية ولتكن 10 درجة سليزيوس فإن معامل أداء المضخة الحرارية الهوائية المصدر تتراوح بين 3 و 4 بينما السخانات الكهربية يكون معامل اداؤها 1 ويعني أن 1 جول من الطاقة الكهربية تتسبب في إنتاج 1 جول من الحرارة المستفاد منها. في الظروف المثالية فإن 1 جول من الطاقة الكهربية قادرة على تحويل 3 أو 4 جول من الحرارة من المكان البارد إلى المكان الساخن. لاحظ أن المضخات الحرارية هوائية المصدر تكون لها معامل أداء أكبر في الطقس الساخن عن البارد ولذلك عندما يكون الطقس أكثر دفئا فإن معامل الأداء للمضخة يكون عالي حيث يكون هناك فرق درجات حرارة كبير بين الخزان الساخن والبارد. يصل معامل الأداء إلى 1 في الطقس البارد.
على الجانب الآخر فإن المضخة الحرارية الأرضية يكون لها معامل أداء على مدار السنة يتراوح بين 3.2 إلى 5 حيث يمكن الاستفادة من درجة الحرارة المعتدلة الموجودة أسفل الأرض كمصدر للطاقة الحرارية.
عندما يكون هناك فرق درجات حرارة كبير ( على سبيل المثال استخدام مضخة حرارية هوائية المصدر لتسخين مبنى درجة الحرارة الخارجية 0 درجة سليزيوس) فإن المضخة تحتاج إلى شغل أكبر لنقل نفس كمية الحرارة إلى الداخل عن إذا كانت الحرارة الخارجية مرتفعة قليلا. طبقا لحدود كفاءة كارنو، فإن معامل الأداء سيقل عندما يكون الرق بين درجات الحرارة الداخلية والخارجية كبيرويصل إلى الحد النظري وهو 1 عند 273- سليزيوس.
عندما تأخذ المضخة الحرارية الحرارة من الهواء لطردها فإن بعض الرطوبة في الهواء الخارجي تتكثف ويحتمل حذوث تجمد على المبادل الحراري الخارجي. لابد من إذابة الثلج من وقت لآخر وهذا يمثل طاقة إضافية. عندما يكون الطقس بارد جدا بالخارج فإنه من الممكن عمل التسخين بطريقة أخرى مثل السخان الكهربي، أفران الزيت أو أفران الغاز بدلا من استخدام المضخة الحرارية هوائية المصدر.
تصميم المبادلات الحرارية سواء المكثف أو المبخر له أهمية كبيرة في تحديد الكفاءة الكلية للمضخة الحرارية. تؤثر مساحة السطح للمبادل الحراري وفرق درجات الحرارة بين المبرد والهواء على الضغط العامل وبالتالي على شغل الضاغط الذي يجب فعله لكي يعلم نفس تأثير التسخين أو التبريد. عامة، كلما زاد مساحة سطح المبادل كلما كان فرق درجات الحرارة منخفض وكانت الكفاءة عالية.
المبادلات الحرارية غالية وتتطلب مساحات كبيرة أو الحفر لها لبعض المضخات الحرارية وتتنافس المضخات الحرارية في ثمنها عن كفاءتها. يعتبر ثمن المضخة الحرارية من عيوبها عندما تأتي لاستثمار ابتدائي (غير طويل الأمد) مقارنة بالحلول الأخرى التقليدية مثل الغلايات. تقاس كفاءة المضخات الحرارية ومكيفات الهواء طبقا للقياسات التشريعية لمستويات أقل كفاءة ممكنة. تؤثر معدلات الكهرباء المستهلكة على مستوى الطلب على المضخات الحرارية.
في عملية التبريد، يتم وصف معامل التشغيل للمضخة الحرارية في النظام الأمريكي بنسبة كفاءة الطاقة وتقاس بوحدات الوحداة الحرارية البريطانية وتساوي 293. وات. كلما زادت هذه النسبة فإنها تدل على أن معامل الأداء كبير.
من المهم الحفاظ على ملفات المبخر والمكثف نظيفة كما هو الحال في أي جهاز يعتمد على ملفات لنقل الطاقة بين الهواء والمائع. تقل كفاءة المبادل الحراري إذا وجدت الأتربة والمخلفات على الملفات وبالتالي يجب تنظيفها دوما.
تكون المضخة الحرارية أكثر فاعلية لتسخين مساحة داخلية عن تبريدها إذا كان فرق درجات الحرارة يظل متساوي وذلك لأن الضاغط تتحول طاقته الداخلة إلى حرارة عندما يكون النظام في حالة التسخين وتتحرك إلى المساحة الداخلية خلال المكثف. في أثناء التبريد يكون المكثف بالخارج وشغل الضاغط يجب نقله إلى الخارج مستهلكا طاقة أكبر. لنفس السبب فإنه عند فتح ثلاجة طعام فأن تاثير تسخينها للحجرة يكون أكبر من تأثير التبريد لانها تطرد الحرارة إلى الهواء الموجود بالحجرة. هذه الحرارة تخرج من الضاغط بالإضافة إلى الحرارة المطرودة من الطعام إلى الخارج.
معامل الأداء يمكن حسابه من العلاقة الآتيه سواء للتسخين أو التبريد:
where
- هي كمية الحرارة المستخلصة من الخزان البارد عند درجة حرارة ,
- هي كمية الحرارة الداخلة لخزان حراري ساخن عند درجة حرارة ,
- شغل الضاغط الضائع.
- جميع درجات الحرارة تقاس بالكلفن.
معامل الاداء والرفع
يزداد معامل الأداء عندما يقل فرق درجات الحرارة. يمكن الوصول بمعامل الأداء لأقصي قيمة له عند اختيار نظام تسخين يتطلب درجة حرارة للماء منخفضة وباختيار مصدر حراري له درجة حرارة عالية. تحتاج المشعات الناقلة للحرارة إلى ماء ذو درجة حرارة عالية مما يقلل من معامل الأداء ويؤثر على اختيار المضخة الحرارية
نلاحظ أن، أفضل معامل أداء تم الحصول عليه مع المضخات الحرارية الأرضية تعمل بين 0 و 35 درجة سليزيوس ويصل معامل الأداء لها إلى 4، أفضل معامل أداء كان لدورة كارنو وهو 8.8.
