تلاش برای خنک‌سازی بی‌نقص: مبردهای نسل بعدی، انقلاب پمپ‌های حرارتی را تقویت می‌کنند
برای انتشار فوری
جهانی، ۱۶ ژوئن ۲۰۲۵ - همزمان با تشدید تغییر جهان از سوخت‌های فسیلی برای گرمایش و سرمایش، پمپ حرارتی ساده به خط مقدم آمده است. اما در زیر نقاب این قهرمان اقلیمی، یک سوال حیاتی نهفته است که نوآوری و تأثیر زیست‌محیطی را هدایت می‌کند: بهترین مبرد برای پمپ حرارتی چیست؟ پاسخ پیچیده است، به سرعت در حال تکامل است و برای آینده آسایش پایدار در خانه‌ها و مشاغل در سراسر جهان محوری است.
فراتر از فرئون: انقلاب مبردها
روزهای گازهای سی‌اف‌سی مخرب لایه اوزون مانند R-12 گذشته است. گازهای اچ اف سی (هیدروفلوئوروکربن‌ها) که جایگزین آنها شدند، اگرچه برای لایه اوزون بی‌خطر بودند، اما ثابت شد که گازهای گلخانه‌ای قوی هستند و گاهی هزاران برابر بدتر از دی اکسید کربن عمل می‌کنند. توافق‌نامه‌های بین‌المللی مانند اصلاحیه کیگالی پروتکل مونترال اکنون به شدت در حال کاهش تدریجی این گازهای اچ اف سی با پتانسیل گرمایش جهانی بالا (گرم جهان) هستند.
دکتر النا رودریگز، مهندس سیستم‌های حرارتی در آژانس بین‌المللی انرژی، توضیح می‌دهد که جستجوی «بهترین» مبرد، یافتن یک راه‌حل جادویی واحد نیست. این یک مسئله بهینه‌سازی چند متغیره است: ایجاد تعادل بین تأثیر زیست‌محیطی (گرم جهان پایین)، بهره‌وری انرژی، ایمنی (سمیت و اشتعال‌پذیری)، هزینه و سازگاری با سیستم‌های موجود. هیچ پاسخ کاملی وجود ندارد، اما چندین رقیب قوی به عنوان پرچمداران جدید در حال ظهور هستند.
مدعیان اصلی:
R-32 (دی‌فلورومتان): در حال حاضر، جایگزین غالب R-410A در بسیاری از سیستم‌های گرمایش و سرمایش منازل مسکونی، به ویژه در آسیا و اروپا است. این گاز دارای گرم جهان 675 (به طور قابل توجهی کمتر از R-410A با عدد 2088) است و راندمان انرژی بسیار خوبی را ارائه می‌دهد. نقطه ضعف آن، اشتعال‌پذیری خفیف (طبقه‌بندی A2L) است که نیاز به طراحی دقیق سیستم و شیوه‌های نصب دارد.
R-454B (ترکیب A2L): به عنوان جایگزینی با گرم جهان کمتر (466) برای R-410A، به ویژه در آمریکای شمالی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این گاز عملکرد و راندمان مشابهی با R-32 ارائه می‌دهد اما با اشتعال‌پذیری کمی کمتر. این گاز در حال تبدیل شدن به انتخاب اصلی برای نصب پمپ‌های حرارتی اینورتر مسکونی و تجاری سبک است.
R-290 (پروپان - A3): این مبرد طبیعی دارای گرم جهان فوق‌العاده پایین 3 و خواص ترمودینامیکی عالی است که منجر به راندمان بالقوه بالاتر می‌شود. با این حال، اشتعال‌پذیری بالای آن (A3) در حال حاضر استفاده از آن را در درجه اول به واحدهای کوچک‌تر و مستقل (مانند برخی از مینی اسپلیت‌های پمپ حرارتی اینورتر) یا سیستم‌های پمپ حرارتی تجاری با مهندسی دقیق و پروتکل‌های ایمنی دقیق محدود می‌کند. تحقیقات برای گسترش کاربرد ایمن آن ادامه دارد.
R-1234yf (A2L) و R-1234ze (A2L): HFOها (هیدروفلوئوروالفین‌ها) که به‌طور خاص به‌عنوان جایگزین‌هایی با گرم جهان بسیار پایین (<<1 تا 7) طراحی شده‌اند. اگرچه در تهویه مطبوع خودرو برجسته هستند، اما استفاده از آنها در پمپ‌های حرارتی، به‌ویژه در کاربردهای خاص پمپ حرارتی تجاری یا به‌عنوان اجزایی در مخلوط‌ها، رو به افزایش است. بهینه‌سازی هزینه و عملکرد در مقایسه با R-32/R-454B همچنان مورد توجه است.
ضریب بهره‌وری: فناوری اینورتر
انتخاب مبرد با فناوری پمپ حرارتی اینورتر به شدت افزایش می‌یابد. برخلاف واحدهای سنتی روشن/خاموش، اینورترها از کمپرسورها و فن‌های با سرعت متغیر استفاده می‌کنند. این امر به آنها اجازه می‌دهد تا خروجی گرمایش یا سرمایش را دقیقاً با نیاز ساختمان مطابقت دهند و در بار جزئی - جایی که سیستم‌ها بیشتر وقت خود را صرف می‌کنند - به طور کارآمد کار کنند.
مارک چن، مدیرعامل یکی از تولیدکنندگان پیشرو در زمینه سیستم‌های تهویه مطبوع (تهویه مطبوع)، می‌گوید: «استفاده از یک مبرد با گرم جهان پایین مانند R-32 یا R-454B با فناوری پیشرفته اینورتر، انقلابی در صنعت تهویه مطبوع ایجاد می‌کند.» این کار ضریب عملکرد (پلیس) را به حداکثر می‌رساند، به این معنی که به ازای هر واحد برق مصرفی، گرمایش یا سرمایش بیشتری تولید می‌شود و به طور قابل توجهی هزینه‌های انرژی و ردپای کربن را برای گرمایش و سرمایش خانه کاهش می‌دهد.
تامین انرژی پمپ با نور خورشید: هم‌افزایی خورشیدی
معادله زیست‌محیطی و اقتصادی زمانی که پمپ‌های حرارتی با انرژی تجدیدپذیر کار می‌کنند، حتی جذاب‌تر هم می‌شود. سیستم‌های پمپ حرارتی خورشیدی فتوولتائیک رشد انفجاری را تجربه می‌کنند. پنل‌های خورشیدی پشت بام در طول روز برق تولید می‌کنند و مستقیماً پمپ حرارتی را برای گرم کردن آب، گرم کردن خانه یا تأمین سرمایش تغذیه می‌کنند.
ددد سارا جونز، مدیر ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر در یک شرکت بزرگ، می‌گوید: «ادغام انرژی خورشیدی فتوولتائیک با یک پمپ حرارتی مدرن و با راندمان بالا، یک راه‌حل گرمایش و سرمایش خانه با انتشار تقریباً صفر ایجاد می‌کند.» "انرژی خورشیدی اضافی می‌تواند پمپ حرارتی را تغذیه کند، باتری خانگی را شارژ کند یا به شبکه برق بازگرداند. برای مشاغلی با پشت بام‌ها یا زمین‌های بزرگ، سیستم‌های پمپ حرارتی تجاری که با انرژی خورشیدی در محل کار می‌کنند، گامی بزرگ به سوی استقلال انرژی و کربن‌زدایی هستند.» ددد
مقیاس تجاری: تأثیر بزرگ، صرفه‌جویی بیشتر
اگرچه پذیرش سیستم‌های پمپ حرارتی مسکونی بسیار مهم است، اما تأثیر سیستم‌های پمپ حرارتی تجاری بسیار زیاد است. سوپرمارکت‌ها، هتل‌ها، بیمارستان‌ها، ساختمان‌های اداری و فرآیندهای صنعتی مقادیر زیادی انرژی برای گرمایش، سرمایش و آب گرم مصرف می‌کنند. واحدهای پمپ حرارتی تجاری مدرن، که اغلب از مبردهای با گرم جهان کم مانند R-513A (گرم جهان 573، جایگزین R-134a) استفاده می‌کنند یا R-1234ze را بررسی می‌کنند و به طور فزاینده‌ای از درایوهای اینورتر برای راندمان بهتر در بار جزئی استفاده می‌کنند، جایگزین قانع‌کننده‌ای برای دیگهای بخار گازی و چیلرهای سنتی ارائه می‌دهند.
دیوید میلر، مشاور انرژی متخصص در ساختمان‌های بزرگ، خاطرنشان می‌کند که مقاوم‌سازی دیگ بخار یک هتل با واحدهای پمپ حرارتی تجاری دما بالا که با R-454B یا مشابه کار می‌کنند، همراه با فتوولتائیک خورشیدی، می‌تواند هزینه‌های انرژی را ۴۰ تا ۶۰ درصد کاهش دهد و انتشار گازهای گلخانه‌ای محدوده 1 را به شدت کاهش دهد. دیوید میلر، مشاور انرژی متخصص در ساختمان‌های بزرگ، خاطرنشان می‌کند که صرفه‌جویی‌های عملیاتی، همراه با تشدید مقررات در مورد گازهای F و کربن، هر ساله توجیه تجاری را قوی‌تر می‌کند.
حکم: چشم‌اندازی پویا
بنابراین، آیا یک مبرد واحد وجود دارد که بهترین باشد؟ پاسخ ظریف است:
برای استفاده گسترده مسکونی: R-32 و R-454B در حال حاضر پیشرو هستند و بهترین تعادل بین گرم جهان پایین، راندمان بالا، ایمنی قابل مدیریت و هزینه را ارائه می‌دهند. پمپ حرارتی اینورتر سیستم های تغذیه گرمایش و سرمایش خانه.
برای مسکونی/تجاری کوچک: R-290 (پروپان) در جایی که ایمنی به طور قوی مدیریت شود، می‌درخشد و گرم جهان بسیار پایین و راندمان بالا را ارائه می‌دهد.
برای کاربردهای تجاری: بسته به دمای مورد نیاز، ظرفیت و محدودیت‌های ایمنی، طیف وسیع‌تری از (R-513A، R-1234ze، R-454B، R-32) مورد استفاده قرار می‌گیرد. گازهای اچ‌اف‌او در اینجا جایگاه خود را پیدا کرده‌اند.
آینده: تحقیق در مورد مولکول‌های جدید (از جمله سایر HFOها و گزینه‌های طبیعی مانند دی اکسید کربن - R-744، به ویژه برای دماهای بالا) پمپ حرارتی تجاری استفاده) و ترکیب‌های بهینه همچنان ادامه دارد. استانداردهای ایمنی و طراحی سیستم‌ها نیز در حال تکامل هستند تا مبردهای کمی قابل اشتعال (A2L) را به طور گسترده‌تری در خود جای دهند.
نکته آخر:
تلاش برای یافتن مبرد بهینه برای پمپ حرارتی، نوآوری‌های چشمگیری را به دنبال داشته است. برندگان این عرصه، گزینه‌های کمGWP مانند R-32، R-454B و R-290 هستند که به طور فزاینده‌ای در سیستم‌های با راندمان بالا به کار گرفته می‌شوند. پمپ حرارتی اینورتر سیستم‌ها. وقتی این سیستم‌ها توسط ... تغذیه می‌شوند خورشیدی فتوولتائیک انرژی، آنها یکی از موثرترین و پایدارترین مسیرهای کربن‌زدایی را نشان می‌دهند. گرمایش و سرمایش خانهو همچنین در مقیاس بزرگ پمپ حرارتی تجاری آینده آسایش حرارتی، برقی، هوشمند، با سرعت متغیر و به طور فزاینده‌ای با انرژی خورشیدی است که با تکامل مداوم سیال حیاتی در گردش درون - مبرد نسل بعدی - هدایت می‌شود.