کتاب پمپ حرارتی

کتاب پمپ حرارتی نوشته‌ی محمدرضا سلطاندوست و منتشرشده توسط نشر یزدا به معرفی جامع پمپ‌های حرارتی، اجزا، نحوه‌ی کار و شیوه‌های طراحی، نصب و بهره‌برداری از آن‌ها در سیستم‌های تهویه مطبوع و گرمایش می‌پردازد. نویسنده که هم مترجم و هم مؤلف این اثر است با تکیه‌بر منابع فنی معتبر و تجربه‌ی میدانی، پمپ حرارتی را به‌عنوان یک دستگاه دو فصلی معرفی کرده است که می‌تواند هم سرمایش و هم گرمایش را با یک مدار تبرید تراکمی برگشت‌پذیر تأمین کند. در این کتاب ابتدا مفهوم چرخه‌ی تبرید تراکم–بخار و نقش اجزایی مانند کمپرسور، کندانسور، اواپراتور، وصاله‌ی انبساطی و شیر چهارراهه توضیح داده شده است و سپس انواع پمپ‌های حرارتی منبع آب، منبع هوا، آب به آب و سیستم‌های متصل به زمین بررسی شده‌اند. ساختار کتاب از مقدمه‌ای کوتاه و چند فصل آموزشی تشکیل شده که از اصول پایه شروع می‌شود و به مباحثی مانند طراحی حلقه‌ی آب، برج خنک‌کننده، دیگ، حلقه‌های افقی و عمودی زمین‌گرمایی، کنترل، آکوستیک، نگهداری و کنترل رطوبت می‌رسد. متن کتاب سرشار از مثال‌های کاربردی در ساختمان‌های اداری، هتل‌ها، فضاهای پیرامونی و داخلی و نیز ترکیب پمپ حرارتی با چیلر و هواساز است. نسخه‌ی الکترونیکی این اثر را می‌توانید از طاقچه خرید و دانلود کنید.

درباره کتاب پمپ حرارتی

کتاب پمپ حرارتی با تمرکز بر کارکرد و طراحی سیستم‌های پمپ حرارتی منبع آب نوشته شده است و در همان فصل‌های ابتدایی، جایگاه این دستگاه را در میان تجهیزات دو فصلی سرمایش و گرمایش روشن می‌کند. محمدرضا سلطاندوست در این کتاب ابتدا توضیح داده است که پمپ حرارتی چگونه با استفاده از چرخه‌ی تبرید تراکم–بخار، گرما را از یک محیط به محیط دیگر منتقل می‌کند و چرا تنها با افزودن یک شیر چهارراهه می‌توان همان مدار تبرید را برای هر دو حالت سرمایش و گرمایش به‌کار گرفت. فصل «پمپ حرارتی و چرخه تبرید تراکم–بخار» مسیر مبرد در اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و وصاله‌ی انبساطی را مرحله‌به‌مرحله شرح داده است و نشان داده که چگونه تغییر فشار و دما، امکان تبخیر و میعان را فراهم می‌کند. در ادامه، کتاب پمپ حرارتی به معرفی انواع پمپ‌های حرارتی منبع آب، منبع هوا و آب به آب پرداخته است و تأکید کرده که تمرکز اصلی اثر بر نوع منبع آب است؛ نوعی که می‌تواند در قالب واحدهای افقی، عمودی، کنسولی، پشت‌بامی و واحد–فن در فضاهای مختلف نصب شود. در همین بخش‌ها، اجزای داخلی مانند کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی، دوار و اسکرول، مبدل‌های حرارتی مبرد–هوا و مبرد–آب، شیرهای انبساطی حرارتی و الکترونیکی و شیر معکوس‌کننده معرفی شده‌اند. در فصل‌های میانی، کتاب پمپ حرارتی ساختار یک سیستم منبع آب حلقه‌بسته را تشریح کرده است؛ سیستمی که در آن چندین پمپ حرارتی به یک حلقه‌ی آب مشترک متصل می‌شوند و برج خنک‌کننده به‌عنوان دافع گرما و دیگ یا منبع گرما به‌عنوان اضافه‌کننده‌ی گرما عمل می‌کند. نویسنده راهبری تابستانی، زمستانی و دوره‌های معتدل (بهار و پاییز) را جداگانه توضیح داده است و نشان داده که چگونه در این دوره‌ها امکان بازیافت گرما بین فضاهای در حال سرمایش و گرمایش به‌وجود می‌آید. فصل‌های بعدی به مزایا و مشکلات سیستم منبع آب، طراحی شبکه‌ی لوله‌کشی مستقیم و با برگشت معکوس، تجهیزات جانبی حلقه‌ی آب مانند صافی، جداکننده‌ی هوا، منبع انبساط، شیرهای متعادل‌کننده و کنترل‌کننده‌ها اختصاص یافته است. سپس مباحثی مانند انواع دافع گرما (برج خنک‌کننده‌ی باز با مبدل میانی، برج مدار بسته، گرماگیرهای طبیعی)، اضافه‌کننده‌ی گرما، منابع ذخیره‌ی آب‌گرم، گرمکن الکتریکی، طراحی شبکه‌ی کانال هوا، سیستم اختصاصی تأمین هوای تازه، پیش‌سرمایش و پیش‌گرمایش، بازیافت گرمای هوای تخلیه، کنترل متمرکز، سیستم‌های منبع زمینی با حلقه‌های عمودی، افقی، مارپیچی، آب سطحی و آب زیرزمینی، سیستم‌های ترکیبی با چیلر و واحدهای حجم متغیر، نگهداری، محافظت در برابر یخ‌زدگی، آکوستیک و کنترل رطوبت مطرح شده است. در مجموع، این کتاب تصویری نسبتاً کامل از چرخه‌ی تبرید، اجزای پمپ حرارتی، چیدمان‌های مختلف منبع آب و منبع زمینی و نیز چالش‌های طراحی، بهره‌برداری و نگهداری آن‌ها ارائه کرده است.

خلاصه کتاب پمپ حرارتی

کتاب پمپ حرارتی از مقدمه‌ای کوتاه آغاز می‌شود که در آن نویسنده پمپ حرارتی را به‌عنوان دستگاهی دو فصلی معرفی کرده است که برخلاف بسیاری از مولدهای دو فصلی، ترکیبی از دو دستگاه مجزا نیست بلکه با یک مدار تبرید تراکمی برگشت‌پذیر، هم سرمایش و هم گرمایش را تأمین می‌کند. در همین مقدمه به قابلیت استفاده از انرژی تجدیدپذیر زمین‌گرمایی، انعطاف‌پذیری در کاربردهای مرکزی و محلی و تنها عیب عمده یعنی مصرف برق اشاره شده است. در فصل «پمپ حرارتی و چرخه تبرید تراکم–بخار» چرخه‌ی پایه‌ی تبرید تشریح می‌شود: مبرد به‌صورت مخلوط مایع و بخار کم‌فشار وارد اواپراتور می‌شود، گرما را از هوا یا آب می‌گیرد و تبخیر می‌شود، سپس در کمپرسور متراکم شده و با فشار و دمای بالا وارد کندانسور می‌شود تا گرما را به محیط خنک‌تر پس بدهد و مایع شود. وصاله‌ی انبساطی با کاهش فشار، شرایط را برای تبخیر مجدد در اواپراتور فراهم می‌کند. نویسنده توضیح داده است که با افزودن یک شیر چهارراهه می‌توان مسیر مبرد را معکوس کرد تا مبدل‌ها در حالت گرمایش و سرمایش نقش‌های خود را عوض کنند. بخش بعدی به پمپ حرارتی منبع آب اختصاص دارد. مدار تبرید این نوع شامل کمپرسور، مبدل مبرد–هوا، مبدل مبرد–آب، وصاله‌ی انبساطی و شیر معکوس‌کننده است. هر واحد منبع آب علاوه‌بر این اجزا، فن، فیلتر هوا، کنترل‌کننده‌ی سطح–پایه و گاهی لوازم جانبی اختیاری دارد. نویسنده انواع پمپ‌های حرارتی منبع آب را از نظر شکل نصب (افقی سقفی، عمودی در اتاقک، کنسولی زیر پنجره، واحد–فن، عمودی بلند، پشت‌بامی) معرفی کرده و نشان داده است که چگونه می‌توان در یک ساختمان، متناسب با نوع فضا (اتاق مهمان هتل، سالن، لابی، رستوران، اتاق جلسه) از ترکیب این واحدها استفاده کرد. در فصل‌های مربوط به راهبری سیستم، عملکرد حلقه‌ی آب در تابستان، زمستان و دوره‌های معتدل توضیح داده شده است. در تابستان، پمپ‌های حرارتی گرما را از فضا گرفته و به حلقه‌ی آب می‌دهند و برج خنک‌کننده دمای آب را در حدود ۳۲ درجه سلسیوس نگه می‌دارد. در زمستان، پمپ‌های حرارتی گرما را از حلقه گرفته و به فضا می‌دهند و دیگ آب‌گرم دمای حلقه را حدود ۱۶ درجه سلسیوس حفظ می‌کند. در بهار و پاییز، برخی واحدها در سرمایش و برخی در گرمایش کار می‌کنند و گرمای دفع‌شده‌ی واحدهای در حال سرمایش، نیاز واحدهای در حال گرمایش را تا حد زیادی جبران می‌کند؛ حالتی که نویسنده آن را نوعی بازیافت گرما و فرصت صرفه‌جویی انرژی دانسته است. بخش مفصلی از کتاب به مزایا و مشکلات سیستم منبع آب، طراحی حلقه‌ی توزیع آب و تجهیزات جانبی اختصاص دارد. مزایا شامل امکان بازیافت گرما، کنترل مستقل هر فضا با ترموستات جداگانه، استفاده از تجهیزات مشترک برای سرمایش و گرمایش، انعطاف‌پذیری در توسعه‌ی آتی و نیاز کمتر به فضای مکانیکی است. در مقابل، چالش‌هایی مانند تأمین هوای تازه، کنترل صدا و ارتعاش، دسترسی برای تعمیر و نگهداری و طراحی دقیق لوله‌کشی مطرح شده است. نویسنده دو الگوی اصلی لوله‌کشی حلقه (شبکه‌ی مستقیم و برگشت معکوس) را توضیح داده و نشان داده است که چگونه برگشت معکوس با افزایش طول لوله، تعادل هیدرولیکی بهتری ایجاد می‌کند. در ادامه، انواع دافع گرما (برج خنک‌کننده‌ی باز با مبدل میانی، برج مدار بسته) و اضافه‌کننده‌ی گرما (دیگ آب‌گرم، مبدل متصل به سیستم‌های موجود، گرمکن الکتریکی) بررسی شده است. نقش منبع ذخیره‌ی آب‌گرم در کاهش ظرفیت موردنیاز دیگ در شرایط بازگشت شبانه و بار گرمایش صبحگاهی توضیح داده شده و تفاوت پمپ‌های جریان ثابت و متغیر در حلقه‌ی آب بیان شده است. فصل‌های بعدی به طراحی شبکه‌ی کانال هوا، سیستم اختصاصی تأمین هوای تازه، پیش‌سرمایش و پیش‌گرمایش هوای بیرون، بازیافت گرمای هوای تخلیه با چرخ بازیافت انرژی، و نقش کنترل‌کننده‌ی سطح سیستم در تنظیم دمای حلقه، هماهنگی برج و دیگ، برنامه‌ریزی زمانی، ثبت روند و اعلام هشدارها می‌پردازد. بخش مهم دیگری از کتاب به سیستم‌های پمپ حرارتی منبع زمینی اختصاص دارد. نویسنده حلقه‌های عمودی، افقی، مارپیچی، آب سطحی (برکه و دریاچه) و آب زیرزمینی (حلقه‌ی باز و بسته) را معرفی کرده و برای هرکدام عمق، طول لوله، مساحت موردنیاز، مزایا، معایب و ملاحظات کیفیت آب، دبی چاه و دفع آب برگشتی را توضیح داده است. سپس دو نمونه‌ی سیستم ترکیبی را نشان داده است: ترکیب پمپ حرارتی منبع آب با چیلر و هواساز برای رطوبت‌زدایی هوای تازه و ترکیب با واحد یکپارچه‌ی حجم متغیر برای فضاهای داخلی. در فصل‌های پایانی، نگهداری دوره‌ای پمپ‌های حرارتی (تعویض فیلتر، تمیزکردن مبدل‌ها، تشتک تقطیر، صافی‌ها و مبدل‌های برج)، محافظت در برابر یخ‌زدگی (استفاده از ضدیخ، زمستان‌گذرانی برج، عایق‌کاری و گرمکن‌ها)، ملاحظات آکوستیکی در جانمایی واحدها و طراحی کانال‌ها و در نهایت کنترل رطوبت داخلی با استفاده از دوباره‌گرمایش گاز داغ و نقش سیستم تهویه‌ی اختصاصی در کاهش بار نهان تشریح شده است.

چرا باید کتاب پمپ حرارتی را بخوانیم؟

کتاب پمپ حرارتی برای کسانی که به‌دنبال درک منسجم از پمپ‌های حرارتی در مقیاس ساختمان هستند، یک مسیر نسبتاً پیوسته از اصول تبرید تا طراحی حلقه‌ی آب و سیستم‌های متصل به زمین ترسیم کرده است. این اثر نشان می‌دهد که پمپ حرارتی چگونه می‌تواند هم‌زمان نقش مولد سرمایش، گرمایش و در بسیاری موارد بازیاب گرما را در یک ساختمان برعهده بگیرد و چه تفاوتی با ترکیب‌های متداول چیلر–دیگ دارد. خواننده با مطالعه‌ی این کتاب با اجزای اصلی مدار تبرید، انواع مبدل‌های حرارتی، شیرهای انبساطی و شیر معکوس‌کننده آشنا می‌شود و می‌بیند که تغییر مسیر مبرد چگونه حالت سرمایش و گرمایش را رقم می‌زند. از سوی دیگر، کتاب پمپ حرارتی فراتر از توضیح یک دستگاه منفرد، به سطح سیستم رفته است؛ یعنی جایی که چندین پمپ حرارتی به یک حلقه‌ی آب مشترک، برج خنک‌کننده، دیگ، شبکه‌ی کانال هوا و سیستم کنترل متمرکز متصل می‌شوند. در این سطح، موضوعاتی مانند بازیافت گرما بین فضاهای مختلف، انتخاب نوع لوله‌کشی، طراحی حلقه‌های عمودی و افقی زمین‌گرمایی، استفاده از آب سطحی و زیرزمینی، ترکیب با چیلر و واحدهای حجم متغیر، و نیز مسائل عملی مانند صدا، نگهداری، یخ‌زدگی و کنترل رطوبت مطرح شده است. این گستره‌ی موضوعی باعث می‌شود خواننده بتواند پمپ حرارتی را نه‌تنها به‌عنوان یک تجهیز، بلکه به‌عنوان بخشی از یک راه‌حل کامل تهویه مطبوع و گرمایش درک کند و در طراحی یا ارزیابی پروژه‌ها، تصویر دقیق‌تری از مزایا، محدودیت‌ها و الزامات اجرایی آن داشته باشد.

خواندن این کتاب را به چه کسانی پیشنهاد می‌کنیم؟

کتاب پمپ حرارتی به دانشجویان و دانش‌آموختگان مهندسی مکانیک، گرایش حرارت و سیالات و تهویه مطبوع پیشنهاد می‌شود که به‌دنبال منبعی فشرده برای آشنایی با پمپ‌های حرارتی منبع آب و منبع زمینی هستند. هم‌چنین به طراحان و مجریان سیستم‌های تأسیسات ساختمانی، تکنسین‌های بهره‌برداری و نگهداری، و مدیران فنی ساختمان‌هایی مانند هتل‌ها، مجتمع‌های اداری و مسکونی چندواحدی که با موضوع انتخاب، نصب یا بهینه‌سازی سیستم‌های دو فصلی سروکار دارند توصیه می‌شود.