מהי משאבת חום

ידע בסיסי במשאבות חום

הגדרה של משאבות חום: משאבת חום היא מכשיר המסוגל להעביר חום ממקום למקום. הם יכולים לשמש לקירור או חימום חללים ולאספקת מים חמים.

עקרון עבודה: עקרון העבודה של משאבות חום דומה לזה של מערכת קירור, אך עם הבדל מכריע - הן יכולות לפעול הפוך, לספק גם קירור וגם חימום. המרכיבים העיקריים כוללים מדחס, מאייד, מעבה ושסתום התפשטות. במצב חימום, משאבת חום סופגת חום בטמפרטורה נמוכה מהסביבה החיצונית ומעבירה אותו לחלל הפנימי באמצעות דחיסה ושחרור חום. במצב קירור, הוא סופג חום מבפנים ומשחרר אותו לסביבה החיצונית.

מקור חום ומקור קור: משאבת חום דורשת גם מקור חום וגם מקור קר. במצב חימום, הסביבה החיצונית משמשת בדרך כלל כמקור החום, בעוד שהסביבה הפנימית משמשת כמקור הקור. במצב קירור מצב זה הפוך, כאשר הבית הפנימי משמש כמקור החום והסביבה החיצונית כמקור הקור.

חסכון באנרגיה: משאבות חום ידועות ביעילות האנרגטית שלהן. הם יכולים לספק השפעות קירור או חימום משמעותיות עם צריכת אנרגיה נמוכה יחסית. הסיבה לכך היא שהם אינם מייצרים חום ישירות אלא מעבירים חום, ובכך משיגים בקרת טמפרטורה. יעילות אנרגטית נמדדת בדרך כלל על ידי מקדם הביצועים (COP), כאשר COP גבוה יותר מסמל יעילות אנרגטית טובה יותר.

יישומים: משאבות חום מוצאות יישומים רחבים בתחומים שונים, לרבות חימום ביתי, מיזוג אוויר, אספקת מים חמים וכן שימושים מסחריים ותעשייתיים. לעתים קרובות הם משולבים עם מערכות אנרגיה מתחדשת כמו פאנלים סולאריים כדי לשפר את קיימות האנרגיה.

השפעה על הסביבה: שימוש במשאבות חום יכול להפחית את פליטת גזי חממה, ובכך להשפיע לטובה על הסביבה. עם זאת, חיוני לקחת בחשבון את ההשפעה הסביבתית הכוללת, כולל האנרגיה הנדרשת לייצור ותחזוקה של מערכות משאבות חום.

מבוא סוגי משאבות חום

משאבת חום מקור אוויר (ASHP): סוג זה של משאבת חום שואב חום מהאוויר החיצוני כדי לספק חימום או קירור בתוך הבית. הם מתאימים לתנאי אקלים שונים, אם כי היעילות שלהם עשויה להיות מושפעת מתנודות טמפרטורה.

משאבת חום מקור קרקע (GSHP): משאבות חום מקור קרקע מנצלות את הטמפרטורה הקבועה של כדור הארץ מתחת לפני השטח כדי לספק חום, וכתוצאה מכך יעילות יציבה יותר במהלך עונות קרות וחמות כאחד. הם בדרך כלל דורשים התקנה של לולאות אופקיות תת קרקעיות או בארות אנכיות כדי לחלץ חום גיאותרמי.

משאבת חום מקור מים (WSHP): משאבות חום אלו משתמשות באנרגיה התרמית מגופי מים כגון אגמים, נהרות או בארות לחימום או קירור. הם מתאימים לאזורים עם גישה למשאבי מים ובדרך כלל מציעים יעילות עקבית.

משאבת חום ספיחה: משאבות חום ספיחה משתמשות בחומרי ספיחה כמו סיליקה ג'ל או פחם פעיל כדי לספוג ולשחרר חום, במקום להסתמך על חומרי קירור דחוסים. הם משמשים בדרך כלל ליישומים ספציפיים כמו קירור סולארי או שחזור חום פסולת.

משאבת חום תת-קרקעית לאחסון אנרגיה תרמית (UGSHP): סוג זה של משאבת חום ממנפת מערכות אחסון אנרגיה תת-קרקעיות כדי לאגור חום באדמה ולשלוף אותו לחימום או קירור לפי הצורך. הם תורמים לשיפור היעילות והאמינות של מערכות משאבות חום.

משאבות חום בטמפרטורה גבוהה:משאבות חום בטמפרטורה גבוהה יכולות לספק חום בטמפרטורה גבוהה יותר, מה שהופך אותן למתאימות ליישומים כמו חימום תהליכים תעשייתיים וחימום חממה הדורשים טמפרטורות גבוהות.

משאבות חום בטמפרטורה נמוכה:משאבות חום בטמפרטורה נמוכה מיועדות ליישומים הכוללים הפקת חום ממקורות בטמפרטורה נמוכה, כגון חימום רצפה קורן או אספקת מים חמים.

משאבות חום עם מקור כפול:משאבות חום אלו יכולות להשתמש בו זמנית בשני מקורות חום, לרוב מקור קרקע ומקור אוויר, כדי לשפר את היעילות והיציבות.

רכיבי משאבת חום

משאבת חום מורכבת ממספר מרכיבים מרכזיים הפועלים יחד כדי להקל על העברה וויסות החום. להלן המרכיבים העיקריים של משאבת חום:

מַדחֵס: המדחס הוא הליבה של מערכת משאבת החום. הוא ממלא את התפקיד של דחיסה של נוזל הקירור בלחץ נמוך ובטמפרטורה נמוכה למצב בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה. תהליך זה מעלה את טמפרטורת הקירור, ומאפשר לו לשחרר חום למקור החום.

מְאַדֶה: המאייד ממוקם בצד מקורה או מקור קר של מערכת משאבת החום. במצב חימום, המאייד סופג חום מהסביבה הפנימית או חום בטמפרטורה נמוכה מהסביבה החיצונית. במצב קירור, הוא סופג חום מבפנים, מה שהופך את החלל הפנימי לקריר יותר.

מַעֲבֶה: המעבה ממוקם בצד החיצוני או מקור החום של מערכת משאבת החום. במצב חימום, הקבל משחרר את החום של נוזל הקירור בטמפרטורה גבוהה כדי לחמם את החלל הפנימי. במצב קירור, הקבל מוציא חום פנימי לסביבה החיצונית.

שסתום הרחבה: שסתום ההרחבה הוא מכשיר המשמש לשליטה בזרימת נוזל הקירור. הוא מפחית את לחץ הקירור, מאפשר לו להתקרר ולהתכונן לכניסה חוזרת למאייד, וכך נוצר מחזור.

חומר קירור: הקירור הוא מדיום העבודה בתוך מערכת משאבת החום, המסתובב בין מצבי טמפרטורה נמוכה לגבוהה. לסוגים שונים של חומרי קירור יש תכונות פיזיקליות שונות המתאימים ליישומים שונים.

מאווררים וצינורות: רכיבים אלה משמשים לזרימת אוויר, הפצת אוויר מחומם או מקורר לחלל הפנימי. מאווררים וצינורות עוזרים לשמור על תנועת האוויר, ומבטיחים פיזור טמפרטורה אחיד.

מערכת בקרה:מערכת הבקרה כוללת חיישנים, בקרים ומחשבים המנטרים תנאי פנים וחוץ ומווסתים את פעולת משאבת החום כדי לעמוד בדרישות הטמפרטורה ולשפר את היעילות.

מחליפי חום:מערכות משאבות חום עשויות לשלב מחליפי חום כדי להקל על העברת החום בין מצבי חימום וקירור, התורמים לשיפור יעילות המערכת.

הבדלים בין משאבות חום למכשירי חימום וקירור מיינסטרים (מיזוג אוויר, מחממי מים)

משאבות חום: משאבות חום יכולות לעבור בין חימום לקירור, מה שהופך אותן למכשירים מגוונים. הם יכולים לשמש לחימום בתים, לחימום מים, לקירור חללים פנימיים, ובמקרים מסוימים לספק חום לציוד אחר.

מזגן: מערכות מיזוג אוויר מיועדות בעיקר לקירור ושמירה על טמפרטורות פנימיות נוחות. לחלק ממערכות מיזוג האוויר יש פונקציונליות של משאבת חום, המאפשרת להן לספק חימום בעונות קרות יותר.

מחממי מים: מחממי מים ייעודיים לחימום מים לרחצה, ניקיון, בישול ולמטרות דומות.

חסכון באנרגיה:

משאבות חום: משאבות חום ידועות ביעילות האנרגטית שלהן. הם יכולים לספק את אותה העברת חום עם צריכת אנרגיה נמוכה יותר מכיוון שהם סופגים חום בטמפרטורה נמוכה מהסביבה וממירים אותו לחום בטמפרטורה גבוהה. זה בדרך כלל מביא ליעילות אנרגטית גבוהה יותר בהשוואה למיזוג אוויר מסורתי ולמחממי מים חשמליים.

מזגן:מערכות מיזוג אוויר מציעות ביצועי קירור יעילים אך עשויות להיות פחות חסכוניות באנרגיה בעונות הקרות יותר.

מחממי מים: היעילות האנרגטית של מחממי מים משתנה בהתאם לסוג מקור האנרגיה המשמש. דודי שמש ומחממי משאבת חום הם בדרך כלל חסכוניים יותר באנרגיה.

לסיכום, למשאבות חום יש יתרונות ברורים ביעילות אנרגטית ורבגוניות, המתאימות ליישומי קירור, חימום ואספקת מים חמים. עם זאת, גם למיזוג ולמחממי מים יש את היתרונות שלהם למטרות ספציפיות, בהתאם לדרישות ולתנאי הסביבה.