كيف تعمل مضخات الحرارة؟
الآن قم بتمديدها بقوة وثبتها بسرعة على شفتك العليا، وهي حساسة لدرجة الحرارة. سوف تشعر أنه أكثر دفئا مما كان عليه من قبل. وذلك لأنك تضيف طاقة إلى الشريط المطاطي، مما يزيد من درجة حرارته.
هل أنتم مستعدون للجزء الرائع؟ أبقها ممتدة لبعض الوقت حتى تعود إلى درجة حرارة الغرفة. الآن دع الشريط المطاطي يسترخي ثم المسه بسرعة على شفتك مرة أخرى. إنها تثلج أكثر برودة من درجة حرارة الغرفة! على محمل الجد، جرب هذا بنفسك.
لذا، إذا كان لديك شريط مطاطي كبير بما يكفي، هل يمكنك استخدامه لتبريد منزلك؟ انتظر لحظة، ستقول: في المرحلة الأولى، عندما قمنا بتمديد الشريط المطاطي، أصبح ساخنًا، ثم برد مرة أخرى إلى درجة حرارته الأصلية – وبذلك ساخنة الهواء. أنت على حق. ولكن ماذا لو تمكنا من تنفيس هذا الهواء الدافئ في الخارج؟ ومن ثم يمكنك الاحتفاظ بمرحلة التبريد بالداخل فقط.
فقاعة. لقد قمت للتو بإعادة اختراع مكيف الهواء! بدلاً من الشريط المطاطي، يحتوي مكيف الهواء على سائل يسمى المبرد والذي يدور في حلقة مغلقة من الداخل إلى الخارج. يحتوي هذا السائل على حرارة نوعية منخفضة، لذلك تتغير درجة حرارته بسرعة، ونقطة غليان منخفضة جدًا – ويتحول إلى غاز عند درجة حرارة تبلغ حوالي -15 فهرنهايت.
كيف يعمل؟ يتم ضغط الغاز أولاً، مما يؤدي إلى تسخينه إلى 150 درجة تقريبًا. يدور الغاز الساخن في مجموعة من الملفات النحاسية بالخارج، مع نفخ مروحة فوقها، وبالتالي يفقد الغاز الطاقة الحرارية إلى الغلاف الجوي. (يحتوي النحاس أيضًا على حرارة نوعية منخفضة.)
ثم يتم ضخه مرة أخرى إلى الداخل، حيث ينخفض الضغط بسرعة، مما يؤدي إلى تمدده وتبريده على الفور إلى ما يقرب من 40 درجة. وبينما يدور السائل البارد الآن عبر الملفات الداخلية، تنفخ المروحة الهواء الداخلي الدافئ فوقه، مما يؤدي إلى تسخين السائل مرة أخرى وتبريد الهواء الداخلي في هذه العملية. أثناء دوران النظام، فإنه يلتقط الطاقة الحرارية في الداخل ويحملها إلى الخارج.
بالمناسبة، هذه هي نفس العملية التي تستخدمها ثلاجتك للحفاظ على الجبن والصودا باردة. في كلتا الحالتين، تجعل العملية شيئًا ما في الداخل أكثر برودة وشيئًا في الخارج أكثر دفئًا. ضع يدك خلف الثلاجة وستفهم ما أعنيه. أوه، فقط للركلة، هذا هو الرجل الذي قام بالفعل ببناء ثلاجة تعمل بأربطة مطاطية.
لذا فإن المضخات الحرارية ليست جديدة!
كنت تعتقد أن هذا سيكون مقالًا عن المضخات الحرارية، أليس كذلك؟ حسنا خمن ماذا. لقد كنا نتحدث عن المضخات الحرارية طوال الوقت، لأنها تعمل على نفس المبادئ. تعمل المضخة الحرارية على تبريد منزلك تمامًا مثل مكيف الهواء، وذلك عن طريق تدوير مادة التبريد وتغيير الضغط لتغيير درجة حرارتها، فتأخذ الطاقة الحرارية من مكان وتضعها في مكان مختلف.
لذا نعود إلى اللغز الكبير: كيف يمكن للمضخة الحرارية أن تزيد درجة حرارة الهواء الداخلي في يوم بارد دون توليد أي حرارة فعليًا؟ بسيط: فقط قم بتشغيله في الاتجاه المعاكس! هذه المرة نترك سائل التبريد المضغوط الساخن يبرد داخل المنزل لرفع درجة حرارة الهواء الداخلي. ثم يخرج الغاز البارد ذو الضغط المنخفض إلى الخارج للتدفئة.
الاحماء في الخارج؟ نعم. حتى في يوم متجمد، لا يزال الهواء يتمتع بالطاقة الحرارية. وطالما أن درجة الحرارة أعلى من الصفر المطلق – وهو الأمر كذلك، صدقوني، نظرًا لأن درجة حرارته حوالي -460 فهرنهايت – فإن جزيئات الهواء في حالة حركة. وبما أننا نقوم بتبريد مادة التبريد إلى -15 درجة، على سبيل المثال، وهي أقل من درجات حرارة الشتاء في معظم الأماكن، فسوف تستخرج الطاقة الحرارية من الهواء البارد.
وبطبيعة الحال، لا يمكنك الحصول على الطاقة مجانا. تعتمد المضخات الحرارية على الكهرباء لتشغيل الضاغط والمراوح. ولكن إذا كان لديك ألواح شمسية في منزلك، أو إذا كانت الكهرباء في منطقتك تأتي جزئيًا من مصادر غير كربونية، فإن استبدال فرن الغاز بمضخة حرارية يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة. ومن المحتمل أن يؤدي ذلك إلى خفض فواتير الخدمات العامة الخاصة بك في هذه العملية.