در حوزه فناوری‌های گرمایش و سرمایش، پمپ‌های حرارتی به عنوان یک راه‌حل بسیار کارآمد و سازگار با محیط زیست ظهور کرده‌اند. آن‌ها به طور گسترده در محیط‌های مسکونی، تجاری و صنعتی برای ارائه عملکردهای گرمایش و سرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای درک واقعی ارزش و عملکرد پمپ‌های حرارتی، بررسی اصول کار آن‌ها و مفهوم ضریب عملکرد (COP) ضروری است.
اصول کار پمپ‌های حرارتی
مفهوم اساسی
پمپ حرارتی اساساً دستگاهی است که گرما را از یک مکان به مکان دیگر منتقل می‌کند. برخلاف سیستم‌های گرمایشی سنتی که از طریق احتراق یا مقاومت الکتریکی گرما تولید می‌کنند، پمپ‌های حرارتی گرمای موجود را از یک منطقه سردتر به منطقه گرمتر منتقل می‌کنند. این فرآیند مشابه نحوه کار یخچال است، اما برعکس. یخچال گرما را از فضای داخلی خود استخراج کرده و آن را به محیط اطراف آزاد می‌کند، در حالی که پمپ حرارتی گرما را از محیط بیرون استخراج کرده و آن را به داخل خانه آزاد می‌کند.
چرخه تبرید
عملکرد پمپ حرارتی بر اساس چرخه تبرید است که شامل چهار جزء اصلی است: اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط. در اینجا توضیح گام به گام نحوه کار این اجزا با هم آمده است:
- اواپراتور: این فرآیند با اواپراتور که در محیط خنک‌تر (مثلاً بیرون از خانه) قرار دارد، آغاز می‌شود. مبرد، ماده‌ای با نقطه جوش پایین، گرما را از هوای اطراف یا زمین جذب می‌کند. با جذب گرما، مبرد از مایع به گاز تبدیل می‌شود. این تغییر فاز بسیار مهم است زیرا به مبرد اجازه می‌دهد مقدار قابل توجهی گرما را حمل کند.
- کمپرسورمبرد گازی سپس به سمت کمپرسور حرکت می‌کند. کمپرسور با فشرده‌سازی مبرد، فشار و دمای آن را افزایش می‌دهد. این مرحله ضروری است زیرا دمای مبرد را به سطحی بالاتر از دمای مطلوب داخلی می‌رساند. مبرد با فشار و دمای بالا اکنون آماده آزاد کردن گرمای خود است.
- کندانسورمرحله بعدی شامل کندانسور است که در محیط گرمتر (مثلاً داخل خانه) قرار دارد. در اینجا، مبرد داغ و پرفشار، گرمای خود را به هوا یا آب اطراف می‌دهد. با آزاد شدن گرما توسط مبرد، خنک شده و از حالت گاز به مایع تغییر فاز می‌دهد. این تغییر فاز مقدار زیادی گرما آزاد می‌کند که برای گرم کردن فضای داخلی استفاده می‌شود.
- شیر انبساط: در نهایت، مبرد مایع از شیر انبساط عبور می‌کند که باعث کاهش فشار و دمای آن می‌شود. این مرحله مبرد را برای جذب مجدد گرما در اواپراتور آماده می‌کند و این چرخه تکرار می‌شود.
ضریب عملکرد (COP)
تعریف
ضریب عملکرد (COP) معیاری برای سنجش راندمان یک پمپ حرارتی است. این ضریب به صورت نسبت مقدار گرمای داده شده (یا حذف شده) به مقدار انرژی الکتریکی مصرفی تعریف می‌شود. به عبارت ساده‌تر، این ضریب به ما می‌گوید که یک پمپ حرارتی به ازای هر واحد برق مصرفی، چه مقدار گرما می‌تواند تولید کند.
از نظر ریاضی، COP به صورت زیر بیان می‌شود:
COP=انرژی الکتریکی مصرفی (W)گرمای تولید شده (Q)
وقتی یک پمپ حرارتی COP (ضریب عملکرد) 5.0 داشته باشد، می‌تواند در مقایسه با گرمایش الکتریکی سنتی، هزینه‌های برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در اینجا یک تحلیل و محاسبه دقیق ارائه شده است:
مقایسه بهره‌وری انرژی
گرمایش الکتریکی سنتی دارای COP برابر با ۱.۰ است، به این معنی که به ازای هر ۱ کیلووات ساعت برق مصرفی، ۱ واحد گرما تولید می‌کند. در مقابل، یک پمپ حرارتی با COP برابر با ۵.۰، به ازای هر ۱ کیلووات ساعت برق مصرفی، ۵ واحد گرما تولید می‌کند که آن را بسیار کارآمدتر از گرمایش الکتریکی سنتی می‌کند.
محاسبه صرفه‌جویی در هزینه برق
با فرض نیاز به تولید ۱۰۰ واحد گرما:
- گرمایش الکتریکی سنتی: به ۱۰۰ کیلووات ساعت برق نیاز دارد.
- پمپ حرارتی با COP برابر با ۵.۰: فقط به 20 کیلووات ساعت برق نیاز دارد (100 واحد گرما ÷ 5.0).
اگر قیمت برق 0.5 یورو به ازای هر کیلووات ساعت باشد:
- گرمایش الکتریکی سنتیهزینه برق ۵۰ یورو (۱۰۰ کیلووات ساعت × ۰.۵ یورو بر کیلووات ساعت) است.
- پمپ حرارتی با COP برابر با ۵.۰هزینه برق ۱۰ یورو (۲۰ کیلووات ساعت × ۰.۵ یورو بر کیلووات ساعت) است.
نسبت پس‌انداز
پمپ حرارتی در مقایسه با گرمایش الکتریکی سنتی می‌تواند ۸۰٪ در هزینه‌های برق صرفه‌جویی کند (۵۰ - ۱۰) ÷ ۵۰ = ۸۰٪).
مثال عملی
در کاربردهای عملی، مانند تامین آب گرم خانگی، فرض کنید که روزانه باید ۲۰۰ لیتر آب از ۱۵ درجه سانتیگراد به ۵۵ درجه سانتیگراد گرم شود:
- گرمایش الکتریکی سنتی: تقریباً ۳۸.۷۷ کیلووات ساعت برق مصرف می‌کند (با فرض راندمان حرارتی ۹۰٪).
- پمپ حرارتی با COP برابر با ۵.۰: تقریباً ۷.۷۵ کیلووات ساعت برق مصرف می‌کند (۳۸.۷۷ کیلووات ساعت ÷ ۵.۰).
با قیمت برق ۰.۵ یورو به ازای هر کیلووات ساعت:
- گرمایش الکتریکی سنتیهزینه روزانه برق حدود ۱۹.۳۹ یورو (۳۸.۷۷ کیلووات ساعت × ۰.۵ یورو بر کیلووات ساعت) است.
- پمپ حرارتی با COP برابر با ۵.۰هزینه روزانه برق حدود ۳.۸۸ یورو (۷.۷۵ کیلووات ساعت × ۰.۵ یورو بر کیلووات ساعت) است.
میزان صرفه‌جویی تخمینی برای خانوارهای متوسط: پمپ‌های حرارتی در مقابل گرمایش با گاز طبیعی
بر اساس برآوردهای کل صنعت و روند قیمت انرژی در اروپا:
| مورد | گرمایش با گاز طبیعی | گرمایش پمپ حرارتی | اختلاف سالانه تخمینی |
| میانگین هزینه انرژی سالانه | ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ یورو | ۶۰۰ تا ۹۰۰ یورو | صرفه‌جویی تقریباً ۳۰۰ تا ۹۰۰ یورو |
| انتشار CO₂ (تن در سال) | ۳ تا ۵ تن | ۱ تا ۲ تن | کاهش تقریباً ۲ تا ۳ تن |
توجه:میزان صرفه‌جویی واقعی بسته به قیمت ملی برق و گاز، کیفیت عایق‌بندی ساختمان و راندمان پمپ حرارتی متفاوت است. کشورهایی مانند آلمان، فرانسه و ایتالیا، به ویژه هنگامی که یارانه‌های دولتی در دسترس هستند، معمولاً صرفه‌جویی بیشتری نشان می‌دهند.
پمپ حرارتی هاین R290 EocForce سری 6-16 کیلووات: پمپ حرارتی هوا به آب مونوبلوک
ویژگی‌های کلیدی:
قابلیت‌های همه‌کاره: گرمایش، سرمایش و عملکرد آب گرم مصرفی
گزینه‌های ولتاژ انعطاف‌پذیر: ۲۲۰-۲۴۰ ولت یا ۳۸۰-۴۲۰ ولت
طراحی فشرده: واحدهای فشرده ۶ تا ۱۶ کیلووات
مبرد سازگار با محیط زیست: مبرد سبز R290
عملکرد بی‌صدا: 40.5 دسی‌بل (A) در فاصله 1 متر
بهره‌وری انرژی: تا ۵.۱۹
عملکرد در دمای بسیار بالا: عملکرد پایدار در دمای -20 درجه سانتیگراد
بهره‌وری انرژی برتر: A+++
کنترل هوشمند و آماده برای استفاده از پنل‌های خورشیدی (PV)
عملکرد ضد لژیونلا: حداکثر دمای آب خروجی 75 درجه سانتیگراد
زمان ارسال: 10 سپتامبر 2025