تعمل المضخات الحرارية على تدفئة المنازل، وتجفيف الملابس، وحتى أنها مُتضمنَّة في السيارات الكهربائية. لكن في السيارات الكهربائية، تكون المضخات الحرارية أحيانًا خيارًا إضافيًا. ماذا تفعل، وهل ستُحقق أي قيمة للتكلفة الإضافية؟
تُعتبر المضخات الحرارية عنصرًا أساسيًا لتحقيق كفاءة أفضل وتحسين أداء السيارات. يعتمد تصميم هذه المضخات على الاستفادة من الحرارة المُحيطة لتحسين تدفق الطاقة داخل النظام. في هذه المقالة، سنقوم بفهم كيفية عمل مضخات الحرارة في السيارات الكهربائية وما إذا كانت ضرورية لتحسين أداء هذه المركبات المُستدامة. تحقق من ميزات رائعة للتحكم في المُناخ من Tesla ستُبقيك مُرتاحًا في أي مكان.
ماهى المضخة الحراريه؟
تُعتبر المضخات الحرارية (Heat Pumps) إحدى التقنيات المُستخدمة في تدفئة وتبريد المباني. وهي تستخدم لنقل الحرارة من مصدر بارد إلى مصدر حار أو العكس باستخدام الكهرباء. وتُعتبر من الخيارات الأكثر فعاليَّة من حيث استخدام الطاقة لتدفئة وتبريد المباني.
تعمل المضخات الحرارية عن طريق استخدام سائل التبريد الذي يتم ضغطه وتمديده في دورة مُغلقة تحتوي على مبادل حراري. ويعمل الجزء الداخلي من المضخة على نقل الحرارة من الداخل إلى الخارج في حالة تبريد المبنى، وعلى العكس في حالة التدفئة. ويتم ذلك عن طريق استخدام الحرارة الموجودة في الهواء الخارجي أو في التربة أو في الماء كمصدر بارد لنقل الحرارة إلى المبنى.
تتميز هذه المضخات بأنها تستخدم كمية قليلة من الكهرباء، وتعتمد على الحرارة الطبيعية الموجودة في الهواء والتربة والماء. وتُتيح هذه التقنية توفير الطاقة والمال في التدفئة والتبريد. وتتميز أيضاً بكفاءتها العالية حتى في درجات الحرارة المُنخفضة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في المناطق الباردة.
يتم استخدام المضخات الحرارية في العديد من التطبيقات، بما في ذلك التدفئة والتبريد المنزلي والتجاري، وتدفئة المياه الساخنة، والتدفئة والتبريد في المباني الصناعية. وتتميز هذه التقنية بأنها تُعتبر بديلاً صديقًا للبيئة للاعتماد على الوقود الأحفوري والغاز في التدفئة والتبريد.
ليس لدى الجميع مضخة حرارية في المنزل، ولكن مُعظمنا لديه شيء مُماثل: الثلاجة. تُطلق الثلاجة غاز التبريد إلى الضاغط (مضخة من نوع ما) الذي يرسل الغاز عبر سلسلة من الأنابيب المعروفة باسم المكثف. يقوم المكثف بضغط الغاز، وتحويل الغاز إلى سائل وإطلاق الحرارة إلى المنطقة المحيطة. ثم يمر السائل إلى المبخر، الذي يحوله مرة أخرى إلى غاز، ويمتص الحرارة من المنطقة المحيطة. وفي هذه الحالة، يقوم المبخر بسحب الحرارة من داخل الثلاجة.
تمر المضخة الحرارية بنفس الروتين ولكنها تستفيد من عملية مختلفة. تستفيد من الحرارة التي يُطلقها المكثف.
كيف تعمل المضخة الحرارية في السيارة الكهربائية
تأخذ المضخة الحرارية في السيارة الكهربائية الهواء من خارج السيارة، وتقوم بتمريره من خلال الضاغط، وتُرسل الحرارة المنبعثة من المكثف داخل المقصورة الرئيسية، حيث تقوم بتدفئة الهواء حول كل شخص بالداخل (أو تستخدم هذه الحرارة لتدفئة بطارية السيارة) ، التي لا يجب أن تكون باردةً أيضًا).
بدلاً من ذلك، تعتمد السيارة الكهربائية التي لا تحتوي على مضخة حرارية على شكل من أشكال التسخين المُقاوم. باختصار، عند تمرير تيار كهربائي عبر مادة تُوفر مقاومة، فإن الاحتكاك ينتج حرارة. هذه في الواقع عملية فعَّالة حيث يتم تحويل كل الكهرباء إلى حرارة. ولكن عن طريق نقل الدفء من مكان إلى آخر، تكون المضخة الحرارية قادرة على توفير حرارة أكثر مما تستخدمه في الطاقة.
تعمل المضخة الحرارية على زيادة نطاق السير في الشتاء
تُعاني السيارات الكهربائية من انخفاض نطاق السير في فصل الشتاء. كما أنها ليست الوحيدة التي تُواجه هذه المُشكلة. تُعاني السيارات التي تعمل بالبنزين أيضًا عندما يتعلق الأمر بالحصول على عدد أقل من الأميال المقطوعة بالوقود في الشتاء، ولكن مع عرض العديد من السيارات فقط مقياس الوقود الذي يتراوح من E إلى F، غالبًا ما نكاد لا نلاحظ ذلك. لكن مع السيارات الكهربائية، يُمكنك مشاهدة سيارة يبلغ نطاق سيرها 250 ميلاً في الصيف تنخفض إلى أقل من 200 ميل في الشتاء. ويساهم هذا، إلى جانب المشكلات المتعلقة بشحن السيارات الكهربائية العامة، في زيادة القلق بشأن النطاق.
تعمل المضخة الحرارية على تقليل مدى انخفاض نطاقك في الشتاء. نظرًا لأنَّ بطاريات الليثيوم تواجه صعوبة في درجات الحرارة الباردة، فلن تتمكن من القيادة بقدر ما تستطيع في الأشهر الباردة. ولكن عن طريق تسخين مقصورة سيارتك وبطاريتها باستخدام كمية أقل من الكهرباء، فإنك تزيد من مقدار الطاقة المتبقية للقيادة الفعلية. إذا كان لديك الاختيار بين مُتغِّر مُزوَّد بمضخة حرارية وآخر بدونها، فسيكون المُتغِّر المُزوَّد بمضخة حرارية قادرًا على القيادة لمسافة أبعد قليلاً في الشتاء قبل أن يحتاج إلى إعادة الشحن.
تأتي المضخات الحرارية بتكلفة إضافية
هناك سبب يدفع الشركات إلى فرض رسوم أعلى على السيارات ذات المضخات الحرارية، وذلك لأنَّ الأنظمة المُستخدمة تُعتبر أكثر تعقيدًا. فهي تحتوي على المزيد من المُكوِّنات، وهذا يعني المزيد من الأشياء التي يجب تصنيعها والمزيد من الأجزاء التي من المحتمل أن تتعطل (على الرغم من أن السيارات الكهربائية تظل أرخص في الصيانة من السيارات التي تعمل بالوقود).
بعد كل شيء، غالبًا ما يتم تركيب المضخات الحرارية جنبًا إلى جنب مع التسخين المُقاوم (وليس بدلاً منه). بهذه الطريقة، حتى لو كان الهواء الخارجي باردًا جدًا بحيث لا يُمكنك التعامل معه، فلن تترك بدون وسيلة لتدفئة سيارتك. من وجهة نظر هندسية، تُعتبر المضخة الحرارية إضافة اختيارية.
الأسئلة الشائعة
س1. ما هي مضخات الحرارة في السيارات الكهربائية؟
تُعتبر المضخات الحرارية عنصرًا هامًا في تصميم السيارات الكهربائية، حيث تستخدم لنقل الحرارة وتحسين كفاءة استهلاك الطاقة.
س2. كيف تعمل المضخات الحرارية في السيارات الكهربائية؟
تقوم المضخات الحرارية بنقل الحرارة من مصدر مُرتفع الحرارة (مثل هواء الضاغط) إلى مكان ذو حرارة مُنخفضة (مثل بطارية السيارة) باستخدام عمليات حرارية.
ش3. هل المضخات الحرارية ضرورية للسيارات الكهربائية؟
لا، تُعتبر إضافة اختيارية، فهي تلعب دورًا هامًا في تحسين كفاءة استهلاك الطاقة وتحسين أداء البطارية، مما يؤدي إلى زيادة نطاق سير السيارة.
ش4. ما هي الفوائد المُتوقعة من استخدام المضخات الحرارية في السيارات الكهربائية؟
تشمل الفوائد زيادة نطاق سير السيارة، وتحسين أداء البطارية، وتقليل استهلاك الطاقة، مما يسهم في تعزيز استدامة النقل.
ش5. هل هناك تحديات تُواجه استخدام المضخات الحرارية في السيارات الكهربائية؟
نعم، من بين التحديات قد تكون التكلفة والتقنيات المُتقدمة المطلوبة، ولكن التطورات التكنولوجية قد تسهم في تقليل هذه التحديات.
هل تحتاج سيارتك الكهربائية إلى مضخة حرارية؟
يعتمد مدى استفادتك من المضخة الحرارية إلى حد كبير على المكان الذي تعيش فيه. في الأماكن التي تتساقط فيها الثلوج، فأنت بالتأكيد تريد سيارة كهربائية مزودة بمضخة حرارية على الرغم من اضطرار السخان المقاوم إلى العمل عندما يكون الجو شديد البرودة. حتى لو كان فصل الشتاء لديك أعلى من درجة التجمد ولكنه بارد بما يكفي لارتداء سترة، فإنَّ المضخة الحرارية تستحق الاستخدام.
على الجانب الآخر، إذا كان الشتاء لديك معتدلاً لدرجة أنك بالكاد تقوم بتشغيل المدفأة، فإن الفائدة ستكون ضئيلة. في هذه الحالة، قد يكون من الأفضل أن توفر لنفسك المال إذا كان طراز سيارتك يمنحك هذا الخيار. يُمكنك الإطلاع الآن على لماذا يتناقص نطاق سير سيارتك الكهربائية خلال فصل الشتاء؟
