آشنایی با هیت پمپ و انواع مختلف آن

هیت پمپ ‌ها تجهیزاتی برای تامین تهویه یک ساختمان هستند که تفاوت اصلی آن‌ها با سایر وسایل فراهم کننده هوای مطبوع، در قابلیت دو فصلی بودن و هم‌چنین استفاده از یک سیال سوم علاوه بر سیال درون سیکل اصلی و هوای درون محیط است.

به‌طور جزئی‌تر، در زمستان سیال مبرد گرما را از منبع حرارت (Heat Source) دریافت و آن ‌را به هوای محل (Heat Sink) انتقال می‌دهد وجابجایی این مبرد بین دو منبع سرد و گرم توسط تجهیز هیت‌پمپ (Heat Pump) انجام می‌پذیرد. این چرخه در فصل تابستان به صورت برعکس اتفاق می‌افتد. در واقع مبرد، گرما را از هوای محل دریافت کرده و آن‌را به منبع سرد انتقال می‌دهد.

سیستم هیت پمپ علاوه بر اجزای معمول یک سیستم تهویه مطبوع یکپارچه شامل کمپرسور، کویل‌های کندانسور و اواپراتور، فن، فیلتر، شیر انبساطی و … از یک شیر معکوس‌کننده برخوردار است که وظیفه‌ی تغییر جهت چرخه در سیستم را بر عهده دارد. به بیان دیگر، افراد می‌توانند به صورت دستی یا در حالت خودکار، توسط این شیر، در هنگام تعویض از فصل سرما به گرما یا برعکس، جای کندانسور و و اواپراتور سیستم را با هم عوض ‌کنند.

شکل بالا مربوط به حالت گرمایش یک هیت پمپ است، پس از اینکه حرارت از منبع به اواپراتور منتقل شد، مبرد گرم شده و وارد کمپرسور می‌شود تا علاوه بر افزایش فشار، دمای اشباع آن نیز افزایش یافته تا انتقال حرارت مناسب‌تری با هوای محل در کندانسور داشته یاشد.

پس از آن برای ادامه یافتن متناوب سیکل نیاز است تا مبرد از شیر انبساطی یا لوله مویین عبور کرده تا فشارش کاهش یابد و سپس مجدداً وارد اواپراتور می‌شود. حال با تعویض حالت به سرمایش که با شیر معکوس‌کننده و تغییر جهت سیکل انجام می‌شود، گرما از هوای محل گرفته شده و در نقطه 2 در خلاف جهتی که در شکل نمایش داده شده حرکت کرده و وارد کمپرسور می‌شود و سپس در نقطه 1 این گرمای دریافتی به منبع انتقال داده می‌شود و سیکل تا جایی که فرمانی به شیر معکوس‌کننده داده نشود ادامه می‌یابد.

همچنین بخوانید: آموزش تاسیسات مکانیکی ساختمان

HFC-R134a و HCFC-22 از مبرد‌هایی هستند که اخیرا در هیت‌پمپ‌ها استفاده می‌شوند. اصولا هیت‌پمپ‌ها از سیستم‌های با راندمان و COP بالا حساب می‌شوند اما در کشور ما استفاده از آن‌ها بسیار محدود می باشد که شاید دلیل اصلی آن هزینه اولیه بالای این سیستم‌ها نسبت به سایر سیستم‌ ها است.

بر اساس نوع منبعی که مبرد از آن حرارت را دریافت می‌کند، هیت‌پمپ‌ها به سه دسته‌ی منبع هوایی، منبع‌آبی و منبع زمین‌گرمایی تقسیم می‌شوند که در این مطلب به این سه دسته به اختصار می‌پردازیم.

هیت پمپ با منبع هوایی (ASHP)

در یک هیت‌پمپ با منبع هوایی، در گرمایش، هوای بیرون به عنوان منبع حرارتی عمل کرده و مبرد این حرارت را دریافت کرده و به هوای محل منتقل می‌کند. بدیهی است که در هنگام سرمایش هوای بیرون به عنوان دریافت کننده حرارت عمل می‌کند. به دلیل دسترسی آسان به هوای بیرون، در صورت استفاده از هیت‌پمپ در کاربری‌های مسکونی یا تجاری، انتخاب اول طراحان و کارفرمایان هیت‌پمپ با منبع هوایی است.

این هیت‌پمپ‌ها می‌توانند ظرفیت‌های سرمایشی بین 1 تا 30 تن تبرید (5/3 تا 105 کیلو‌وات سرمایش) را تامین کنند. هیت‌پمپ های هوایی هم می‌توانند به صورتی استفاده و طراحی شوند که تهویه‌ی تنها یک فضا را بدون نیاز به کانال کشی تامین کنند (Individual Room Heat Pump). یا به گونه‌ای به‌کار برده شوند که یک سیستم مرکزی باشند و هوای مطبوع را به فضا‌های موردنیاز ارسال کنند (Packaged Heat Pump).

هیت پمپ های هوایی اصولاً بر اساس ظرفیت سرمایشی خود طراحی و انتخاب می‌شوند چرا که در طراحی برای گرمایش عموماً از یک تجهیز دیگر در کنار هیت پمپ برای تامین گرمایش استفاده می‌شود. از نکات دیگر در هیت پمپ ‌های هوایی، بحث سر وصدای آن‌ ها است که اگر درون فضا یا  درست بالای ان تعبیه شده باشد نیاز است تا تمهیداتی جهت کاهش سطح نویز آن اندیشیده شود. شکل زیر نشان‌دهنده یک هیت پمپ با منبع هوایی است.

هیت پمپ با منبع آب ‌زمینی(GWHP)

در این نوع هیت‌پمپ از آب چاه یا چشمه به عنوان منبع دریافت حرارت در هنگام گرمایش و به عنوان منبع تخلیه حرارت در حالت سرمایش استفاده می‎‌شود. عموماً دمای آب در عمق 9 متری سطح زمین با تقریب مناسبی در طول سال ثابت می‌ماند. در کشور آمریکا از این نوع هیت‌پمپ‌ها در صورتی که منبع آب مناسبی در دسترس باشد، برای ساختمان‌های مسکونی و تجاری با واحدهای کم، بسیار استفاده می‌شود.

در صورتی‌که آب چشمه یا چاه مورد استفاده خورنده باشد نیاز است تا یک مبدل حرارتی صفحه‌ای برای مجزا کردن آب منبع از آبی که وارد کویل سیستم ‌می‌شود، به کار گرفته شود. معمولاً در سیستم‌های با منبع آب زمینی، دو چاه حفر می‌شود. چاه اول به عنوان منبع اصلی که حرارت از آن دریافت یا به آن انتقال داده می‌شود و چاه دوم که آب خروجی از کویل هیت‌پمپ به آن منتقل می‌شود. در واقع سیستم توزیع آب چاه به صورت حلقه باز است. چاه دوم باید فاصله 30 متری از چاه اصلی داشته باشد. این چاه در مواقع نیاز چاه اصلی را تغذیه می‌کند اما نقش اصلی آن جلوگیری از فرونشست فونداسیون ساختمان‌های احداث شده در نزدیکی چاه‌ است.

آب خروجی از کویل هیت پمپ هم چنین می‌تواند برای مصارف دیگر استفاده شود و یا به دریاچه، کانال آب و یا دریاچه تخلیه شود. طبق هندبوک‌های مربوطه، در صورتی که آب چاه دمای کمتر از 10 درجه سانتیگراد داشته باشد، عمل سرمایش می‌تواند مستقیماً انجام پذیرد. در صورتی‌که دمای آن بین 8/12 و 1/21 درجه سانتیگراد باشد، نیاز است تا عمل پیش سرمایش داشته باشیم. نکته دیگر، در نظر گرفتن بهینه‌ترین پمپ آب (برای تامین هد)، به دلیل حلقه باز بودن سیستم است.

هیت‌پمپ با منبع زمین‌گرمایی( GSHP)

در این نوع هیت‌پمپ که البته به عنوان زیر شاخه ای از هیت‌پمپ‌های آبی نیزشناخته می‌شود، خاک درون زمین به عنوان منبع دریافت حرارت در حالت گرمایش و به عنوان منبع انتقال‌دهنده حرارت در حالت سرمایش عمل می‌کند. دمای خاک از عمق‌هایی به بعد ثابت می‌ماند که بسته به ارتفاع از سطح دریا و ویژگی‌های لایه‌های زمین برای مناطق مختلف متفاوت است.

در این سیستم لوله‌های حاوی آب تا عمق مشخصی کار گذاشته می‌شوند و همین لوله‌ها به عنوان مبدل‌حرارتی عمل کرده و دریافت یا انتقال حرارت بدین صورت انجام ‌می‌گیرد. جنس لوله‌ها از نوع پلی‌اتیلن با دانسیته بالا(HDPE) است. نداشتن تجهیزات مکانیکی باعث کاهش تعمیرات و نویز در این سیستم می‌شود.