چکیده:

در پمپ‌های گرمایی، گرمای نهان هوای محیطی که فشرده می‌شود در مرحله خروج از حالت فشردگی گرفته شده و به آب داده می‌شود و آن را گرم می‌کند که گرمای آن منبع انرژی برای مصارف روزانه صنعتی و خانگی انرژی می‌تواند باشد. این تکنولوژی بسیار کارامد زیست-محیط دوست جدید در حال گسترش است و کم‌کم جای دیگهای بخار را برای تأمین آب گرم مورد نیاز ما می‌گیرد.

تعدات کلمات مقاله: 1190   /   تخمین زمان مطالعه: 6 دقیقه
 
تقاضا برای پمپهای گرمایی در حال افزایش است
مترجم: علی رضایی میرقائد
 
 
 
ما این را تضمین شده در نظر می‌گیریم که شیر را باز کنیم و آب گرم از آن خارج شود. اما ما برای این راحتی و آسایش هم هزینه‌های مالی و هم هزینه‌های محیطی پرداخت می‌کنیم.
آب گرم عامل مهمی برای گرم شدن کره زمین است. این فرایند انرژی متمرکز است که، علیرغم پیشرفت دولت و قانونگذاران برای کاهش انتشار CO2 در بخش های تجاری، صنعتی و داخلی، 13٪ از مصرف برق شهری امریکا در سال 2010 را به خود اختصاص داد.
آب داغ همچنین منبعی پر هزینه‌ هم برای استفاده کننده‌های سنگین در صنعت و هم برای اپراتورهای تجاری مانند زنجیره‌های هتل‌ها، بیمارستان‌ها و توسعه دهندگان بلوک‌های آپارتمانی است.
عامل اصلی به وجود آورنده هزینه‌های مالی و محیطی، شیوع سیستم‌های مرسوم دارای بهره‌وری کم در گرم کردن آب در سراسر جهان است. با وجود تغییر مقررات، دیگهای بخار هنوز هم شایع ترین منبع آب گرم خانگی و تجاری هستند، در حالی که اساساً ناکارآمد هستند.
این بدان معنی است که پتانسیل زیادی برای کاهش انتشار گازهای گل خانه‌ای با انتقال گسترده به تکنولوژی‌های گرمایش آب که با سوزاندن کربن کمتر حاصل می‌شوند وجود دارد.
تکنولوژی پمپ حرارتی هوا به آب یک گزینه جذاب است، که باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش میزان رد پای کربن می‌شود.
 

ژاپن راه را دنبال می کند

ژاپن یکی از کشورهایی است که در آن پمپ های گرمایی دارای منشأ هوا (که گرما را از هوای خارجی استخراج می‌کنند) تاکنون انتخاب محبوب مردم برای گرم کردن آب هستند – و این تأیید روشنی است بر قابلیت و کاربرد فناوری در طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی.
دولت ژاپن پیش از این دست پیش را در بازیِ شناخت نیاز برای گذار از گرمایش آب با سوزاندن گاز، به سوی راه حل‌های انرژی-مصرفِ کارآمدتر گرمایش آب به روش الکتریکی داشته است.
ژاپن به طور کامل متعهد به آینده گرمایش سبزتر در سال 1986 بوده و از آن زمان تاکنون در زمینه تحقیق و توسعه پمپ‌های گرمایشی در خط مقدم قرار دارد و هر ساله صدها هزار واحد جدید را نصب می‌کند.
در خارج از ژاپن، پمپ های حرارتی به ویژه در مکان‌های تجاری محبوب بوده است، جایی که این پمپ‌ها اپراتورها را قادر می سازند تا اثر شدید مالیات بر کربن را به حداقل برسانند و همچنین به آنها کاهش‌های قابل ملاحظه قیمت در مقایسه با سیستم‌های گرمایش سنتی ارزانی می‌دارد.
 

یک اصل ساده

ایده یک وسیله که می تواند گرما را از هوا استخراج کند، حتی زمانی که درجه حرارت زیر نقطه انجماد باشد، در نگاه اول ممکن است فریبنده باشد. در واقع، پمپ‌های حرارتی بر یک اصل ساده فیزیک و مقداری زیرکی مهندسی تکیه دارند.
هوای محیطی از خارج وارد پمپ گرمایی می‌شود و در کنار یک مبرد فشرده می‌شود. مبرد گرمای نهان را از هوا جذب می‌کند که سپس این گرمای جذب شده، هنگامی که مبرد از حالت فشردگی در می‌آید، آزاد می‌شود و برای گرم کردن یک منبع آب داخلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در حالی که عملکرد بنیادی یک پمپ گرمایی در حال حاضر راندمان‌های قابل توجهی را به دست می‌دهد، انتخاب مبرد فاکتور حیاتی دیگری در کاهش انتشارات است.
پمپ‌های پیشرفته گرمایی هوا به آب از دی اکسید کربن به عنوان یک مبرد استفاده می‌کنند که پتانسیل گرم کردن کره زمین را 1700 بار کمتر از مبرد معمولی دیگرِ R-410A دارد.
دی اکسید کربن همچنین اجازه انتقال حرارت کارآمدتری را در دماهای پایین می‌دهد - به طوری که شما هنوز هم می‌توانید آب گرم 90 درجه سانتیگراد را در وقتی که هوا به سردی دمای منفی 25 درجه سانتی گراد است استخراج کند.
افزایش کارایی که از این امر حاصل می‌شود، از لحاظ تأثیرات زیست محیطی و مالی بسیار مهم است.
شرکت صنایع سنگین میتسوبی‌شی محاسبه کرده است که برای پمپ حرارتی Q-ton خود، این می تواند منجر شود به 45٪ کربن کمتر - با یک پتانسیل گرم کردن کره زمین (GWP) تنها به میزان 1 - و 40٪ هزینه های عملیاتی پایین‌تر در مقایسه با دیگ سنتی بخار گاز. در مقایسه با بخاری‌های غوطه وری، صرفه جویی حتی بالاتر است - برای ورودی یک کیلو وات، پمپ‌های گرمایی می‌توانند خروجی 5ر3 کیلو وات تولید کنند، در حالی که بخاری‌های غوطه وری فقط 1 کیلو وات تولید می‌کنند.
در حالی که عملکرد بنیادی یک پمپ گرمایی در حال حاضر راندمان‌های قابل توجهی را به دست می‌دهد، انتخاب مبرد فاکتور حیاتی دیگری در کاهش انتشارات است.
پمپ‌های پیشرفته گرمایی هوا به آب از دی اکسید کربن به عنوان یک مبرد استفاده می‌کنند که پتانسیل گرم کردن کره زمین را 1700 بار کمتر از مبرد معمولی دیگرِ R-410A دارد.

دی اکسید کربن همچنین اجازه انتقال حرارت کارآمدتری را در دماهای پایین می‌دهد - به طوری که شما هنوز هم می‌توانید آب گرم 90 درجه سانتیگراد را در وقتی که هوا به سردی دمای منفی 25 درجه سانتی گراد است استخراج کند.
 

فرصتی برای صنعت

بزرگترین تأثیری که پمپ‌های حرارتی می‌توانند داشته باشند مسلماً در مراکز صنعتی و تجاری است.
یکی از تحقیقات ژاپن در سال 2010 نشان داد که کاهش سالانه‌ای 40 میلیون تنی در دی اکسید کربن می‌تواند حاصل شود اگر 11 کشور دارای اقتصادهای توسعه یافته در جهان، تنها در صنایع غذایی و نوشیدنی‌شان – که در آن مقدار زیادی آب در فرآیندهای تمیز کردن استفاده می‌شود - دیگهای سنتی بخار را با پمپهای گرمایی جای گزین کنند.
به همین ترتیب، هتل‌ها و صنایع تفریحی تشنه آب گرمی هستند که به راحتی در دسترس باشد. برای جلوگیری از رشد و گسترش بیماری‌های آبی مانند لژیونلا، آب باید به طور منظم تا بیش از 65 درجه سانتیگراد گرم شود و در سراسر سیستم گردش کند، که فرآیندی است که می‌تواند شدیداً انرژی بر باشد.
در سال 2018، بازار جهانی پمپ گرما حدود 5ر6 میلیارد دلار ارزش داشت و بسیاری از کشورها تاکنون انگیزه‌ها و مقررات لازم را برای کمک به ترویج پمپ‌های حرارتی به عنوان منبع اولیه آب داغ خانگی و تجاری ایجاد کرده‌اند.
انگیزه‌های مالی ارائه شده توسط Instituto Tecnológico Hotelero اسپانیا، که یک سازمان نوآوری گردشگری است، سوئیچ گسترده ای نسبت به تکنولوژی پمپ گرما در بخش مهمانداری اسپانیایی است.
در انگلستان بودجه برای گرمایش تجدید پذیر تحت برنامه تقویت گرمای تجدید پذیر در دسترس است، که بخشی از یک هدایت دولتی گسترده در دولت انگلیس برای به رسیدن به استفاده از 14 درصد انرژی‌های تجدید پذیر برای مصارف گرمایی تا سال 2020 است.
پمپهای حرارتی دارای منشأ هوایی در بازار ایالات متحده به چنین میزان محبوبیتی نرسیده‌اند، اگرچه کمک‌های فدرال برای پمپ‌های حرارتی زمین گرمایی در دسترس است.
تقاضا برای پمپ‌های گرما در سراسر اروپا و آسیا در حال افزایش است.
 

چشم انداز در حال تغییر

اگر قرار است پیشرفت در مقابله با انتشارهای غیر ضروری صورت گیرد، هم خواص داخلی و هم تجاری باید به فرم‌های سبزتر و پایدارتر از گرم کردن آب متوسل شوند.
در حالی که فن آوری‌های آب گرم متداول هستند، راه حل‌هایی که پلی بین بهره وری و راحتی را ارائه می‌دهند، سخت تر با اقبال رو به رو می‌شوند..
این تنوع کاربرد و بهره‌وری پمپ‌های گرمایی دارای منشأ هوا است که آنها را به عنوان یک راه حل سبز مناسب برای نیاز فزاینده ما برای آب گرم جلوه‌گر می‌سازد.
طرح‌های تشویقی و ترویجی به نظر می‌رسد که حضور این تکنولوژی در محیط‌های تجاری را بیشتر تقویت می‌کند. پس از پذیرش گسترده توسط هتل‌ها، ساختمان‌های اداری و بیمارستان‌ها، شایستگی‌های ثابت شده پمپ‌های حرارتی آنها را گزینه‌هایی  واضح برای مالکان خانه‌ها در سال‌های آینده می‌سازد.
 
برگرفته از سایت SPECTRA