“ปั๊มความร้อน” สำหรับยานยนต์ไฟฟ้าคืออะไร

กล่าวคือ คุณคุ้นเคยกับปั๊มความร้อนเป็นอย่างดี เพียงแต่คุณมักอ้างถึงปั๊มความร้อนว่าเครื่องปรับอากาศและตู้เย็น

ทีนี้มาลองทดลองคิดกันอีกสักรอบ ถ้าคุณมีเครื่องปรับอากาศแบบติดหน้าต่าง คุณก็สามารถทำการทดลองจริงได้เหมือนกัน ติดตั้งแบบย้อนกลับ นั่นคือ ติดตั้งระบบควบคุมไว้นอกหน้าต่าง ทำแบบนี้ในสภาพอากาศเย็นและแห้ง แล้วจะเกิดอะไรขึ้น?

อย่างที่คุณคาดไว้ มันเป่าลมเย็นเข้ามาในสวนหลังบ้านและปล่อยความร้อนเข้ามาในบ้าน ดังนั้นมันจึงยังคงถ่ายเทความร้อน ทำให้บ้านของคุณอบอุ่นขึ้นด้วยความร้อน แน่นอนว่ามันทำให้อากาศภายนอกเย็นลง แต่ผลกระทบนั้นจะลดลงเมื่อคุณอยู่ห่างจากหน้าต่าง

ตอนนี้คุณมีปั๊มความร้อนสำหรับทำความร้อนในบ้านแล้ว มันอาจจะไม่ใช่ปั๊มที่ดีที่สุดปั๊มความร้อนแต่มันจะใช้งานได้จริง ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อถึงฤดูร้อน คุณยังสามารถพลิกมันกลับด้านแล้วใช้เป็นเครื่องปรับอากาศได้อีกด้วย

แน่นอนว่าอย่าทำแบบนั้นเด็ดขาด ถ้าคุณลองทำดู มันจะพังตั้งแต่ครั้งแรกที่ฝนตกและน้ำเข้าตัวควบคุม คุณสามารถซื้อปั๊มความร้อนแบบ "แหล่งอากาศ" เชิงพาณิชย์ที่ใช้หลักการเดียวกันนี้ในการทำความร้อนในบ้านของคุณแทนได้

แน่นอนว่าปัญหาคือวอดก้าแพง และคุณจะหมดไวมากเมื่อต้องใช้กับไวน์ให้เย็นลง แม้ว่าคุณจะเปลี่ยนวอดก้าเป็นแอลกอฮอล์ราคาถูกกว่า คุณก็จะบ่นเรื่องราคาในไม่ช้า

อุปกรณ์บางชนิดมีสิ่งที่เรียกว่าวาล์วเปลี่ยนทิศทาง ซึ่งทำให้อุปกรณ์ชนิดเดียวกันนี้ทำหน้าที่ได้ 2 อย่าง คือ สามารถสูบความร้อนจากภายนอกเข้ามาหรือจากภายในออกไป ทำให้เกิดทั้งความร้อนและปรับอากาศ ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง

 

เหตุใดปั๊มความร้อนจึงมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า?

ปั๊มความร้อนมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า เพราะไม่ต้องใช้ไฟฟ้าในการสร้างความร้อน ไฟฟ้าที่ใช้โดยปั๊มความร้อนก่อให้เกิดความร้อนบางส่วน แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือมันสูบความร้อนจากภายนอกเข้ามาในบ้านของคุณ อัตราส่วนของความร้อนที่ปล่อยเข้าไปในบ้านต่อพลังงานที่ส่งไปยังคอมเพรสเซอร์ไฟฟ้า เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ หรือ COP

เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแบบเรียบง่ายที่ให้ความร้อนทั้งหมดที่เกิดจากองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้าจะมีค่า COP เท่ากับ 1 ในทางกลับกัน ค่า COP ของปั๊มความร้อนอาจสูงกว่านี้อีกหลายเท่า

อย่างไรก็ตาม ค่า COP ของปั๊มความร้อนไม่ใช่ค่าคงที่ แต่แปรผกผันกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแหล่งเก็บความร้อนสองแห่งที่สูบความร้อนเข้าไป อย่างไรก็ตาม หากคุณสูบความร้อนจากแหล่งเก็บความร้อนที่ไม่เย็นเกินไปไปยังอาคารที่ไม่ร้อนเกินไป ค่า COP จะมีค่าสูง ซึ่งหมายความว่าปั๊มความร้อนของคุณมีประสิทธิภาพในการใช้ไฟฟ้าสูง แต่หากคุณพยายามสูบความร้อนจากแหล่งเก็บความร้อนที่เย็นจัดไปยังอาคารที่อุ่นอยู่แล้ว ค่า COP จะลดลง ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพจะลดลง

ผลลัพธ์ที่ได้คือสิ่งที่คุณคาดหวังโดยสัญชาตญาณ นั่นคือ ควรใช้สิ่งที่อุ่นที่สุดที่หาได้เป็นแหล่งกักเก็บความร้อนกลางแจ้ง

ปั๊มความร้อนแบบใช้อากาศ ซึ่งใช้อากาศภายนอกเป็นแหล่งกักเก็บความร้อน ถือเป็นตัวเลือกที่แย่ที่สุดในเรื่องนี้ เนื่องจากอากาศภายนอกจะเย็นมากในช่วงฤดูหนาว ยิ่งไปกว่านั้น ปั๊มความร้อนแบบใช้พื้นดิน (หรือที่เรียกว่าปั๊มความร้อนใต้พิภพ) ก็ยังดีกว่า เพราะแม้แต่ในฤดูหนาว พื้นดินที่ระดับความลึกปานกลางก็ยังคงอุ่นอยู่มาก

แหล่งความร้อนที่ดีที่สุดสำหรับปั๊มความร้อนคืออะไร?

 ปัญหาเรื่องแหล่งกำเนิดไฟฟ้าใต้ดินปั๊มความร้อนคือคุณต้องหาวิธีเข้าถึงแหล่งความร้อนที่ฝังอยู่นี้ หากคุณมีพื้นที่เพียงพอรอบบ้าน คุณสามารถขุดคูน้ำและฝังท่อหลายๆ ท่อในระดับความลึกที่เหมาะสม เช่น ลึกไม่กี่เมตร จากนั้นคุณสามารถหมุนเวียนของเหลว (โดยปกติจะเป็นส่วนผสมของน้ำและสารป้องกันการแข็งตัว) ผ่านท่อเหล่านี้เพื่อดูดซับความร้อนจากพื้นดิน อีกทางเลือกหนึ่งคือ คุณสามารถเจาะรูลึกๆ ในพื้นดินและติดตั้งท่อในแนวตั้งลงในรูเหล่านี้ได้ แต่ทั้งหมดนี้มีค่าใช้จ่ายสูง

อีกกลยุทธ์หนึ่งที่ผู้โชคดีบางคนสามารถใช้ได้คือการดึงความร้อนจากแหล่งน้ำใกล้เคียงโดยการจุ่มท่อลงในน้ำที่ระดับความลึกที่กำหนด ซึ่งเรียกว่าปั๊มความร้อนจากแหล่งน้ำ ปั๊มความร้อนบางรุ่นใช้กลยุทธ์ที่แปลกใหม่กว่า นั่นคือการดึงความร้อนจากอากาศที่ออกจากอาคารหรือจากน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

ในสภาพอากาศที่หนาวเย็นจัด การติดตั้งปั๊มความร้อนแบบใช้แหล่งความร้อนใต้ดินหากเป็นไปได้จึงเป็นสิ่งที่สมเหตุสมผล นี่อาจเป็นเหตุผลว่าทำไมปั๊มความร้อนส่วนใหญ่ในสวีเดน (ซึ่งเป็นหนึ่งในประเทศที่มีปั๊มความร้อนต่อหัวประชากรมากที่สุด) จึงมักเป็นปั๊มความร้อนประเภทนี้ แต่แม้แต่สวีเดนก็ยังมีปั๊มความร้อนแบบใช้แหล่งความร้อนอากาศเป็นจำนวนมาก ซึ่งขัดแย้งกับคำกล่าวอ้างทั่วไป (อย่างน้อยก็ในสหรัฐอเมริกา) ที่ว่าปั๊มความร้อนเหมาะสำหรับทำความร้อนในบ้านในสภาพอากาศอบอุ่นเท่านั้น

ดังนั้น ไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหน หากคุณสามารถจ่ายค่าใช้จ่ายล่วงหน้าที่สูงกว่าได้ ครั้งต่อไปที่คุณต้องตัดสินใจว่าจะให้ความร้อนแก่บ้านอย่างไร ลองพิจารณาใช้ปั๊มความร้อนแทนเตาหรือหม้อต้มแบบดั้งเดิม