يُعدّ مبادل المضخة الحرارية ثنائي القناة هو المكون الرئيسي للمضخة الحرارية ثنائية القناة. وتُستخدم مبادلات المضخات الحرارية ثنائية القناة على نطاق واسع في التدفئة الصناعية، وأنظمة التكييف التجارية (HVAC)، وأنظمة الراحة الحرارية المنزلية. تُعتبر شركة Liatem مزوّد خدمات احترافية في مجال التحكم الحراري، وتعالج الشركة احتياجات هذه الأنظمة من خلال تصاميم متقدمة تم بناؤها لتعظيم تصميمات واجهة التدفق المزدوج لنقل حراري فعّال بين نظامين منفصلين للسوائل. تمثّل مبادلات المضخة الحرارية ثنائية القناة تحسينًا على النماذج أحادية القناة التي تعمل مع مصدر حراري واحد فقط. وبالإضافة إلى الطريقة التقليدية التي تعتمد على مصدر واحد لامتصاص الحرارة وإطلاقها، توفّر الأنظمة ثنائية القناة التعقيد اللازم لأنظمة المضخات الحرارية عالية الكفاءة. ويُصبح ذلك ممكنًا من خلال هيكل تشغيل مُحسّن يدعم الامتصاص والإطلاق المتزامنين. ويُحدد التركيب الداخلي للمبادل وظائفه. وتنبع هذه المعرفة من تحليل نُظُمه الأساسية وهيكلها المحوري، والدورة المزدوجة، ونقل الحرارة مع التعديل، والنظام الأساسي، والتنظيم.
يستخدم مضخة الحرارة ثنائية القناة من لياتم مبادل حراري يستخدم وحدة مقسّمة داخليًا حسب الطول لفصل المبرد والسوائل المستهدفة، حيث يحتوي على مبرد لضاغط مضخة الحرارة وسيال مستهدف (مثل الماء أو الهواء). في إحدى القنوات، وهي قناة المبرد، يتبخر المبرد منخفض الحرارة ومنخفض الضغط لامتصاص الحرارة المتاحة، وفي القناة الأخرى، وهي قناة السائل المستهدف، يتدفق السائل الذي يحتاج إلى تسخينه أو تبريده لتبادل الحرارة مع المبرد. على سبيل المثال، في نظام مضخة حرارة سكني، تقوم قناة المبرد بنقل وتوزيع المبرد بينما تقوم قناة السوائل المستهدفة بنقل الماء لأغراض منزلية. يتم تصنيع الفاصل بين القناتين من مادة عالية التوصيل الحراري (مثلاً، سبيكة من النحاس والألومنيوم) لضمان تبادل حراري فعّال ومنع التسرب. ويُعد التصميم الثنائي المستقل مخصصًا لتحقيق الغرض المستقل لمبادل حرارة المضخة الثنائية، أي القدرة على أداء وظيفتين لنقل الحرارة في آنٍ واحد.
**مُبادِلات حرارية متقاطعة محسّنة** المضخات الحرارية التي حققت أخيرًا تقاربًا وثيقًا بين دخول وخروج الماء والمبرد، لديها من ناحية متبادلة جزءًا يتدفق فيه الماء نحو المصب. كما يوفر المبادل الحراري انتقالًا وثيقًا من الماء إلى المبرد لتبادل الحرارة مع المبرد. وفي جميع المبادلات الحرارية المتقاطعة الأخرى، يتم استقبال الحرارة ونقلها عبر أكثر من سطح انتقال حرارة واحد.
**ملخص** تحسين مضخة الحرارة ذات القناتين يستخدم مبادلات حرارية متقاطعة لتحقيق قناتين. تستقبل القناة العلوية الماء من مضخة مُحسّنة، ثم يتم تقسيم الماء إلى فرعين. في القناة الأخرى، يمر مبرد واحد عبر قناتين متقاطعتين، وتكون التدفقات المتقاطعة المعاكسة متاحة لمضخة حرارة ثنائية القناة.
في مبادل المضخة الحرارية ثنائية القناة من لياتيم، يتدفق مبرد التبريد من أسفل القناة إلى الأعلى، في مسار تصاعدي حيث يتبخر المبرد تدريجيًا أثناء صعوده، وبالتالي يمتص الحرارة. وفي قناة السائل المستهدف، يتدفق السائل المستهدف من الأعلى إلى الأسفل، بحيث يُفرغ الطاقة على شكل حرارة عند التبريد، أو يمتص الطاقة على شكل حرارة عند التسخين. يؤدي التدفق المعاكس إلى 'قصور حراري' على طول طول القنوات الثنائية، حيث يتدفق كلا السائلاين في اتجاهات متعاكسة عبر القناة وقناة السائل المستهدف. على سبيل المثال، في وضع التسخين لِمضخة، يمتص المبرد ذو درجة الحرارة المنخفضة عند 5°م في قاع قناة المبرد الحرارة من السائل المستهدف الموجود في منطقة نازلة عند 20°م والجاري نحو الأسفل. في هذه المنطقة التصاعدية والمتقلبة، يحافظ المبرد والسائل المستهدف عند 15°م و10°م على فرق درجة حرارة مقداره 5°م، مما يعزز انتقال الحرارة، وهو مستقر ضمن مدى كل سائل. إن مبادل المضخة الحرارية ثنائي القناة أكثر فعالية بكثير في حالة التدفق المعاكس، حيث يتدفق السائلاين في اتجاهات متعاكسة، مقارنةً بالتدفق المتزامن. ويؤدي التدفق المعاكس إلى زيادة كفاءة انتقال الحرارة في المضخة الحرارية ثنائية القناة بنسبة تتراوح بين 30-40%، ما يدعم الأداء السريع لنظام المضخة الحرارية.
تُتحكم في وضعي التسخين والتبريد لمبادل حراري مضخة حرارية مزود بقناتين من خلال تغير الطور الذي يحدث في مادة التبريد داخل كلتا القناتين المزدوجتين.
كمادة تبريد، تدخل الكيان، في وضع التسخين، بضغط منخفض ومرحلة سائلة إلى قناة مبرد الحرارة ذات القناتين للحرارة، وفي القناة الأخرى، تمتص حرارة من سائل الهدف، مثل الهواء الخارجي أو المياه الجوفية، ثم تتبخر إلى غاز منخفض الضغط، وتنقل إلى الضاغط حيث تتحول إلى غاز عالي الحرارة لتوليد الحرارة. فلنفترض أن مادة التبريد تكون غازًا عالي الضغط وعالي الحرارة بعد خروجها من الضاغط. في هذه الحالة، تنتقل مباشرة إلى قناة مادة التبريد، وتُفقد الحرارة إلى سائل الهدف، مثل ماء التبريد، ثم تتكاثف إلى سائل عالي الضغط، والذي يمر بعد ذلك عبر صمام التمدد ليصبح سائلًا منخفض الحرارة لأغراض التبريد. يقوم المبادل الحراري ثنائي القناة من liatem بتحسين هندسة الزعانف الداخلية لقناة المبادل الحراري لزيادة المساحة السطحية إلى أقصى حد، مما يسرّع عملية التغير الطوري مع كمية أكبر من مادة التبريد في أنظمة التبريد الصناعية المكثفة، والتي في ظل هذه الظروف يمكنها نقل 50 كجم من مادة التبريد المكثفة في الساعة بينما تنقل 120 كيلوواط من الحرارة إلى ماء التبريد. وفي هذه الحالة، يقلل بكفاءة من درجة حرارة المعدات الصناعية.
يحتوي مضخة الحرارة ثنائية القناة من لياتيمز على صمامات تحكم ذكية في كلتا القناتين. وتتحكم هذه الصمامات في معدلات تدفق مادة التبريد والسوائل المستهدفة بناءً على متطلبات درجة الحرارة الفعلية في الوقت الحقيقي. على سبيل المثال، عندما تزداد الحاجة للحرارة (مثلاً: حاجة مصنع إلى مياه ساخنة للحفاظ على استمرار عملية الإنتاج)، فإن نظام التحكم قادر على زيادة معدل تدفق مادة التبريد في قناة مادة التبريد وقناة السوائل المستهدفة، وبالتالي زيادة معدل انتقال الحرارة. على العكس، عندما تنخفض الحاجة، يتم تقليل معدلات التدفق للحفاظ على الطاقة. على سبيل المثال، في نظام تكييف الهواء والتدفئة والتبريد في مبنى تجاري، إذا تم الوصول إلى درجة الحرارة المحددة داخليًا وانخفض الطلب، فإن تبادل الحرارة ثنائي القناة قادر على تقليل وضع صمام التحكم إلى 50%، مما يلغي هدر الطاقة مع الحفاظ في الوقت نفسه على درجة الحرارة المطلوبة. ويؤدي هذا النوع من التعديل التكيفي إلى تحسين استهلاك الطاقة في النظام وزيادة عمر نظام تحكم المضخة، حيث يتجنب العمليات المفرطة.
الاستنتاج
يعمل مبادل المضخة الحرارية ثنائي القناة على الاعتماد على قناتي تدفق مستقلتين لإدارة منفصلة للسوائل باستخدام تدفق معاكس لزيادة كفاءة انتقال الحرارة، وبشكل ثنائي الاتجاه من خلال تغير طور مبرد، وبشكل ديناميكي من خلال تعديل معدل التدفق بناءً على التحكم التكيفي.
يُحسِّن مبادل المضخة الحرارية ثنائي القناة من شركة لياتيم كل مكون من مكونات منطق عمله للحفاظ على كفاءة عالية واستقرار وتنوع في الاستخدام. وبينما يتم العمل على تحقيق توفير الطاقة وإدارة درجة الحرارة بكفاءة، فإن استخدام مبادل المضخة الحرارية ثنائي القناة من لياتيم في تطبيقات التسخين أو التبريد الصناعي، أو التبريد التجاري، أو التحكم بدرجة الحرارة في المباني السكنية يكون منطقياً فقط عند فهم الفروق الدقيقة لأنظمة التشغيل.
أخبار ساخنة
EN
