المضخة الحرارية لتدفئة المنزل: مبدأ التشغيل، مراجعة النماذج، إيجابياتها وسلبياتها. مبادئ تشغيل المضخة الحرارية مما تتكون المضخة الحرارية؟

يستخدم العديد من أعضاء بوابتنا المضخات الحرارية لفترة طويلة ويفكرون فيها بأفضل طريقة ممكنةالتدفئة. لا تزال المضخة الحرارية موجودة جهاز باهظ الثمن، وفترة الاسترداد طويلة. ولكن هناك تجارب ناجحة للمضخات الحرارية ذاتية الصنع: وهذا يسمح لك بتجنب أي تكاليف غير واقعية.

• مبدأ التشغيل مضخة حرارية
• كيف تصنع مضخة حرارية بيديك
• هل من المربح صنع مضخة حرارية؟

مبدأ عمل المضخة الحرارية

عند شرح مبدأ تشغيل المضخة الحرارية، غالبا ما يتذكر الناس الثلاجة، حيث المبرد الجدار الخلفييتم إطلاق الحرارة "المُزالة" من المنتجات الموجودة في الغرفة.

عضو منتدى ساغا

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية مثل الثلاجة: الشبكة الموجودة عليها الجانب الخلفييسخن، ويبرد الفريزر. إذا قمنا بتمديد أنابيب الفريون وخفضناها إلى الحمام، فسوف يبرد الماء الموجود فيها، وسوف تسخن شواية الثلاجة؛ سوف تضخ الثلاجة الحرارة من الحمام وتدفئ الغرفة.

تعمل مكيفات الهواء والمضخات الحرارية على نفس المبدأ. يعتمد تشغيل الأجهزة على دورة كارنو.

يتحرك المبرد عبر الأرض أو الماء، في عملية "إزالة" الحرارة ورفع درجة حرارته بعدة درجات. في المبادل الحراري يقوم المبرد بنقل الحرارة المتراكمة إلى مادة التبريد التي تتحول إلى بخار ويدخل إلى الضاغط حيث ترتفع درجة حرارته. في هذا النموذج، يتم توفيره للمكثف، وينقل الحرارة إلى مبرد نظام التشغيل في المنزل، وبعد أن يبرد، يتحول إلى سائل مرة أخرى ويدخل المبخر، حيث يتم تسخينه بواسطة جزء جديد من المبرد الساخن. تتكرر الدورة.

على الرغم من أن المضخة الحرارية لن تعمل بدون كهرباء، إلا أنها جهاز مفيد لأنها تنتج حرارة أكثر بـ 3-7 مرات من استخدام الكهرباء.

سننظر إلى هذا باستخدام مثال محدد لمستخدمنا الذي صنع مضخة حرارية بيديه.

تعمل المضخات الحرارية على الطاقة من مصادر الجسم الطبيعية:

• تربة؛
• ماء؛
• هواء.

يمكن جمع الحرارة من الأرض (تحت عمق التجمد تكون درجة حرارتها دائمًا حوالي +5 - +7 درجات) بطريقتين:

• جامع التربة الأفقي
• وضعت أفقيا بطرق مختلفةأنابيب.

يتدفق "المحلول الملحي" عبر الأنابيب - غالبًا ما يستخدم البروبيلين جليكول في FORUMHOUSE، الذي يأخذ حرارة الأرض، وينقلها إلى المبرد، وعندما يبرد، يتم إرساله مرة أخرى إلى المجمع الأرضي.

يصبح دفع ثمن الكهرباء والتدفئة أكثر صعوبة كل عام. عند بناء أو شراء منزل جديد، تصبح مشكلة إمدادات الطاقة الاقتصادية حادة بشكل خاص. نظرًا لأزمات الطاقة المتكررة بشكل دوري، فمن المربح زيادة التكاليف الأولية للمعدات عالية التقنية من أجل الحصول على الحرارة بأقل تكلفة على مدى عقود.

الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة في بعض الحالات هو المضخة الحرارية لتدفئة المنزل، ومبدأ تشغيل هذا الجهاز بسيط للغاية. من المستحيل ضخ الحرارة بالمعنى الحرفي للكلمة. لكن قانون الحفاظ على الطاقة يسمح للأجهزة التقنية بخفض درجة حرارة مادة ما في حجم واحد، مع تسخين شيء آخر في نفس الوقت.

ما هي المضخة الحرارية (HP)

لنأخذ الثلاجة المنزلية العادية كمثال. داخل الفريزر، يتحول الماء بسرعة إلى ثلج. يوجد في الخارج شبكة رادياتير ساخنة عند اللمس. منها تجمع الدفء في الداخل الفريزر، ينتقل إلى هواء الغرفة.

TN يفعل نفس الشيء، ولكن بترتيب عكسي. شبكة المبرد الموجودة خارج المبنى بها الكثير أحجام كبيرةلتجميع الحرارة الكافية منها بيئةلتدفئة المنازل. يقوم المبرد الموجود داخل الرادياتير أو الأنابيب المتشعبة بنقل الطاقة إلى نظام التدفئة داخل المنزل ثم يتم تسخينه مرة أخرى خارج المنزل.

جهاز

يعد توفير الحرارة للمنزل مهمة فنية أكثر تعقيدًا من تبريد حجم صغير من الثلاجة حيث يتم تركيب ضاغط مزود بدوائر التجميد والرادياتير. إن تصميم المضخة الحرارية الهوائية بسيط للغاية، فهي تستقبل الحرارة من الغلاف الجوي وتقوم بتسخين الهواء الداخلي. تتم إضافة المراوح فقط لتفجير الدوائر.

من الصعب الحصول على تأثير اقتصادي كبير من تركيب نظام جو-جو بسبب الجاذبية النوعية المنخفضة للغازات الجوية. ويزن متر مكعب واحد من الهواء 1.2 كجم فقط. الماء أثقل بنحو 800 مرة، وبالتالي فإن القيمة الحرارية لها أيضًا اختلافات متعددة. من 1 كيلو واط الطاقة الكهربائية، التي يتم إنفاقها بواسطة جهاز هواء-هواء، يمكنك الحصول على 2 كيلو واط فقط من الحرارة، وتعطي مضخة تسخين الماء إلى الماء 5-6 كيلو واط. يمكن أن تضمن TN مثل هذا المعامل العالي من الكفاءة (الكفاءة).

تكوين مكونات المضخة:

1. نظام التدفئة المنزلية، والذي من الأفضل استخدام الأرضيات الساخنة.
2. غلاية لإمدادات الماء الساخن.
3. مكثف ينقل الطاقة المجمعة خارجيًا إلى سائل التدفئة الداخلي.
4. المبخر الذي يأخذ الطاقة من المبرد الذي يدور في الدائرة الخارجية.
5. ضاغط يقوم بضخ مادة التبريد من المبخر، وتحويلها من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، وزيادة الضغط وتبريدها في المكثف.
6. يتم تركيب صمام التمدد أمام المبخر لتنظيم تدفق مادة التبريد.
7. يتم وضع الكفاف الخارجي في قاع الخزان أو دفنه في الخنادق أو إنزاله في الآبار. بالنسبة لمضخات الحرارة هواء-هواء، تكون الدائرة عبارة عن شبكة رادياتير خارجية، يتم نفخها بواسطة مروحة.
8. تضخ المضخات سائل التبريد عبر الأنابيب خارج المنزل وداخله.
9. التحكم الآلي وفق برنامج معين لتدفئة الغرفة، والذي يعتمد على التغيرات في درجة حرارة الهواء الخارجي.

داخل المبخر، يتم تبريد مبرد سجل الأنبوب الخارجي، مما يطلق الحرارة إلى مبرد دائرة الضاغط، ثم يتم ضخه عبر الأنابيب الموجودة في الجزء السفلي من الخزان. هناك تسخن وتتكرر الدورة مرة أخرى. يقوم المكثف بنقل الحرارة إلى نظام التدفئة المنزلية.

أسعار نماذج المضخات الحرارية المختلفة

مضخة حرارية

مبدأ التشغيل

فتح في أوائل التاسع عشرفي القرن العشرين، قام العالم الفرنسي كارنو، بتفصيل مبدأ الديناميكا الحرارية لانتقال الحرارة لاحقًا بواسطة اللورد كلفن. لكن الفوائد العملية لأعمالهم المكرسة لحل مشكلة تدفئة المساكن من مصادر بديلة لم تظهر إلا في الخمسين عامًا الماضية.

في أوائل السبعينيات من القرن الماضي، حدثت أول أزمة طاقة عالمية. أدى البحث عن طرق تدفئة اقتصادية إلى ابتكار أجهزة قادرة على جمع الطاقة من البيئة وتركيزها وتوجيهها لتدفئة المنزل.

ونتيجة لذلك، تم تطوير تصميم HP مع العديد من العمليات الديناميكية الحرارية المتفاعلة مع بعضها البعض:

1. عندما يدخل سائل التبريد من دائرة الضاغط إلى المبخر، ينخفض ​​ضغط ودرجة حرارة الفريون على الفور تقريبًا. يساهم اختلاف درجة الحرارة الناتج في استخلاص الطاقة الحرارية من مبرد المجمع الخارجي. وتسمى هذه المرحلة التوسع متساوي الحرارة.
2. ثم يحدث ضغط ثابت الحرارة - يزيد الضاغط من ضغط مادة التبريد. وفي الوقت نفسه ترتفع درجة حرارته إلى +70 درجة مئوية.
3. عند مرور المكثف، يصبح الفريون سائلاً، لأنه عند الضغط المتزايد فإنه يطلق الحرارة إلى دائرة التدفئة الداخلية. وتسمى هذه المرحلة ضغط متساوي الحرارة.
4. عندما يمر الفريون عبر الاختناق، ينخفض ​​\u200b\u200bالضغط ودرجة الحرارة بشكل حاد. يحدث التوسع الأديباتي.

لا يمكن تسخين الحجم الداخلي للغرفة وفقًا لمبدأ HP إلا باستخدام معدات عالية التقنية ومجهزة بالأتمتة للتحكم في جميع العمليات المذكورة أعلاه. بالإضافة إلى ذلك، تعمل وحدات التحكم القابلة للبرمجة على تنظيم شدة توليد الحرارة وفقًا للتقلبات في درجة حرارة الهواء الخارجي.

الوقود البديل للمضخات

ليست هناك حاجة لاستخدام الوقود الكربوني على شكل حطب أو فحم أو غاز لتشغيل HP. مصدر الطاقة هو حرارة الكوكب المنتشرة في الفضاء المحيط الذي يوجد بداخله مفاعل نووي يعمل باستمرار.

تطفو القشرة الصلبة للصفائح القارية على سطح الصهارة السائلة الساخنة. في بعض الأحيان ينفجر أثناء الانفجارات البركانية. بالقرب من البراكين توجد ينابيع الطاقة الحرارية الأرضية، حيث يمكنك السباحة وأخذ حمام شمس حتى في فصل الشتاء. يمكن للمضخة الحرارية جمع الطاقة في أي مكان تقريبًا.

للعمل مع مصادر مختلفة للحرارة المتبددة، هناك عدة أنواع من المضخات الحرارية:

1. "جو-جو."يستخرج الطاقة من الغلاف الجوي ويسخن الكتل الهوائية في الداخل.
2. "الماء والهواء".يتم جمع الحرارة عن طريق دائرة خارجية من أسفل الخزان لاستخدامها لاحقًا في أنظمة التهوية.
3. "المياه الجوفية".توجد أنابيب تجميع الحرارة بشكل أفقي تحت مستوى التجمد، بحيث يمكنها حتى في أشد حالات الصقيع الحصول على الطاقة لتسخين سائل التبريد في نظام التدفئة بالمبنى.
4. "ماء الماء."يتم وضع المجمع على طول الجزء السفلي من الخزان على عمق ثلاثة أمتار، وتقوم الحرارة المجمعة بتسخين المياه المتداولة في الأرضيات الساخنة داخل المنزل.

هناك خيار مع مجمع خارجي مفتوح، حيث يمكنك الحصول على بئرين: أحدهما لتجميع المياه الجوفية، والثاني لتصريف المياه مرة أخرى إلى طبقة المياه الجوفية. هذا الخيار ممكن فقط إذا كانت نوعية السائل جيدة، لأن المرشحات تصبح مسدودة بسرعة إذا كان سائل التبريد يحتوي على الكثير من الأملاح الصلبة أو الجسيمات الدقيقة العالقة. قبل التثبيت، من الضروري إجراء تحليل المياه.

إذا تراكم الطمي في البئر المحفورة بسرعة أو كان الماء يحتوي على الكثير من أملاح الصلابة، فسيتم ضمان التشغيل المستقر لوحدة HP عن طريق الحفر أكثرثقوب في الأرض. يتم إنزال حلقات الكفاف الخارجي المختوم فيها. ثم يتم سد الآبار باستخدام سدادات مصنوعة من خليط من الطين والرمل.

باستخدام مضخات نعرات

يمكنك استخلاص فائدة إضافية من المناطق التي تشغلها المروج أو أحواض الزهور باستخدام HP من الأرض إلى الماء. للقيام بذلك، من الضروري وضع الأنابيب في الخنادق على عمق أقل من مستوى التجمد لجمع الحرارة تحت الأرض. المسافة بين الخنادق المتوازية لا تقل عن 1.5 متر.

في جنوب روسيا، حتى في فصول الشتاء شديدة البرودة، تتجمد الأرض بحد أقصى 0.5 متر، لذلك من الأسهل إزالة طبقة الأرض بالكامل في موقع التثبيت باستخدام ممهدة، ووضع المجمع، ثم ملء الحفرة مع حفارة. لا ينبغي زراعة الشجيرات والأشجار التي يمكن لجذورها أن تلحق الضرر بالكفاف الخارجي في هذا المكان.

تعتمد كمية الحرارة الواردة من كل متر من الأنابيب على نوع التربة:

• الرمل الجاف والطين - 10-20 واط / م؛
• الطين الرطب - 25 واط/م؛
• الرمل والحصى المبلل - 35 وات/م.

قد لا تكون مساحة الأرض المجاورة للمنزل كافية لاستيعاب سجل الأنابيب الخارجي. لا توفر التربة الرملية الجافة تدفقًا كافيًا للحرارة. ثم يقومون بحفر آبار يصل عمقها إلى 50 مترًا للوصول إلى طبقة المياه الجوفية. يتم إنزال حلقات التجميع على شكل حرف U في الآبار.

وكلما زاد العمق، زادت الكفاءة الحرارية للمسابير داخل الآبار. تزداد درجة حرارة الأرض الداخلية بمعدل 3 درجات كل 100 متر. ويمكن أن تصل كفاءة إزالة الطاقة من مجمع البئر إلى 50 وات/م.

يعد تركيب وتشغيل أنظمة HP عبارة عن مجموعة من الأعمال المعقدة تقنيًا والتي لا يمكن تنفيذها إلا بواسطة متخصصين ذوي خبرة. التكلفة الإجمالية للمعدات والمواد المكونة أعلى بكثير بالمقارنة مع معدات تسخين الغاز التقليدية. ولذلك فإن فترة استرداد التكاليف الأولية تمتد على مدى سنوات. ولكن تم بناء المنزل ليدوم لعقود من الزمن، وتعد المضخات الحرارية الأرضية هي أكثر طرق التدفئة ربحية للمنازل الريفية.

الوفورات السنوية مقارنة بـ:

• غلاية غاز - 70%؛
• التدفئة الكهربائية - 350%؛
• غلاية الوقود الصلب - 50٪.

عند حساب فترة الاسترداد لـ HP، فإن الأمر يستحق مراعاة تكاليف التشغيل طوال عمر الخدمة للمعدات - على الأقل 30 عامًا، ثم ستتجاوز المدخرات التكاليف الأولية عدة مرات.

مضخات الماء إلى الماء

يمكن لأي شخص تقريبًا وضع أنابيب تجميع البولي إيثيلين في قاع الخزان القريب. وهذا لا يتطلب الكثير من المعرفة أو المهارات أو الأدوات المهنية. يكفي توزيع لفائف الملف بالتساوي على سطح الماء. يجب أن تكون المسافة بين المنعطفات 30 سم على الأقل، وعمق الفيضان لا يقل عن 3 أمتار، ثم تحتاج إلى ربط الأوزان بالأنابيب بحيث تذهب إلى الأسفل. الطوب أو الحجر الطبيعي دون المستوى المطلوب مناسب تمامًا هنا.

سيتطلب تركيب جهاز تجميع HP للمياه إلى الماء وقتًا ومالًا أقل بكثير من حفر الخنادق أو حفر الآبار. وستكون تكلفة شراء الأنابيب أيضًا ضئيلة، نظرًا لأن إزالة الحرارة أثناء التبادل الحراري بالحمل الحراري في بيئة مائية تصل إلى 80 وات/م. الفائدة الواضحة لاستخدام HP هي أنه ليست هناك حاجة لحرق وقود الكربون لإنتاج الحرارة.

أصبحت الطريقة البديلة لتدفئة المنزل شائعة بشكل متزايد، حيث تتمتع بالعديد من المزايا:

1. صديقة للبيئة.
2. يستخدم مصدر الطاقة المتجددة.
3. بعد التخرج أعمال التكليفلا توجد تكاليف منتظمة للمواد الاستهلاكية.
4. يقوم تلقائيًا بضبط التدفئة داخل المنزل بناءً على درجة الحرارة الخارجية.
5. فترة الاسترداد للتكاليف الأولية هي 5-10 سنوات.
6. يمكنك توصيل غلاية لتزويد الماء الساخن بالمنزل.
7. في الصيف، يعمل مثل مكيف الهواء، حيث يقوم بتبريد الهواء المزوّد بالهواء.
8. عمر الخدمة للمعدات أكثر من 30 عامًا.
9. الحد الأدنى من استهلاك الطاقة - يولد ما يصل إلى 6 كيلو واط من الحرارة باستخدام 1 كيلو واط من الكهرباء.
10. الاستقلال التام للتدفئة وتكييف الهواء للمنزل في ظل وجود مولد كهربائي من أي نوع.
11. التكيف مع النظام ممكن المنزل الذكي" ل التحكم عن بعد، توفير إضافي للطاقة.

لتشغيل HP من الماء إلى الماء، يلزم وجود ثلاثة أنظمة مستقلة: الدوائر الخارجية والداخلية ودوائر الضاغط. يتم دمجها في دائرة واحدة بواسطة مبادلات حرارية تدور فيها مبردات مختلفة.

عند تصميم نظام إمداد الطاقة، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن ضخ سائل التبريد عبر الدائرة الخارجية يستهلك الكهرباء. كيف طول أطولالأنابيب، والانحناءات، والمنعطفات، وأقل ربحية VT. المسافة الأمثلمن المنزل إلى الشاطئ - 100 م ويمكن تمديده بنسبة 25٪ عن طريق زيادة قطر أنابيب التجميع من 32 إلى 40 ملم.

الهواء - سبليت وأحادي

يعد استخدام الهواء HP أكثر ربحية في المناطق الجنوبية، حيث نادرًا ما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 0 درجة مئوية، ولكن المعدات الحديثة يمكن أن تعمل عند -25 درجة مئوية. في أغلب الأحيان، يتم تركيب أنظمة مقسمة تتكون من وحدات داخلية وخارجية. تتكون المجموعة الخارجية من مروحة تنفخ عبر شبكة المبرد، وتتكون المجموعة الداخلية من مبادل حراري مكثف وضاغط.

يوفر تصميم الأنظمة المقسمة إمكانية التبديل العكسي لأوضاع التشغيل باستخدام الصمام. في الشتاء تكون الوحدة الخارجية مولدة للحرارة، وفي الصيف على العكس من ذلك، تطلقها إلى الهواء الخارجي، فتعمل مثل مكيف الهواء. إن VTs الهوائية مختلفة تمامًا تركيب بسيطكتلة خارجية.

فوائد أخرى:

1. يتم ضمان الكفاءة العالية للوحدة الخارجية من خلال مساحة التبادل الحراري الكبيرة لشبكة المبخر.
2. يمكن التشغيل دون انقطاع في درجات حرارة خارجية تصل إلى -25 درجة مئوية.
3. المروحة موجودة خارج الغرفة، وبالتالي فإن مستوى الضوضاء ضمن الحدود المقبولة.
4. في الصيف، يعمل نظام الانقسام مثل مكيف الهواء.
5. يتم الحفاظ على درجة الحرارة المضبوطة داخل الغرفة تلقائيًا.

عند تصميم تدفئة المباني الواقعة في المناطق ذات الشتاء الطويل والبارد، من الضروري مراعاة الكفاءة المنخفضة لسخانات الهواء عند درجات حرارة تحت الصفر. لكل 1 كيلوواط من الكهرباء المستهلكة هناك 1.5-2 كيلوواط من الحرارة. ولذلك، فمن الضروري توفير مصادر إضافية لإمدادات الحرارة.

أبسط تركيب لـ VT ممكن عند استخدام أنظمة أحادية الكتلة. تدخل أنابيب التبريد فقط إلى داخل الغرفة، وتقع جميع الآليات الأخرى بالخارج في مسكن واحد. يزيد هذا التصميم بشكل كبير من موثوقية الجهاز ويقلل أيضًا من الضوضاء إلى أقل من 35 ديسيبل - وهذا على مستوى المحادثة العادية بين شخصين.

عند تركيب المضخة غير مربحة

يكاد يكون من المستحيل العثور على قطع أرض مجانية في المدينة لموقع الكفاف الخارجي لمحطة HP من الأرض إلى الماء. من الأسهل تركيب مضخة حرارية بمصدر الهواء على الجدار الخارجي للمبنى، وهو أمر مفيد بشكل خاص في المناطق الجنوبية. بالنسبة للمناطق الباردة التي تعاني من صقيع طويل، من الممكن أن تتجمد شبكة المبرد الخارجية للنظام المنفصل.

يتم ضمان كفاءة HP العالية إذا تم استيفاء الشروط التالية:

1. يجب أن تحتوي الغرفة المُدفأة على هياكل خارجية معزولة. لا يمكن أن يتجاوز الحد الأقصى لفقد الحرارة 100 واط/م2.
2. TN قادرة على العمل بفعالية فقط مع نظام "الأرضية الدافئة" ذو درجة الحرارة المنخفضة بالقصور الذاتي.
3. في المناطق الشمالية، يجب استخدام HP مع مصادر الحرارة الإضافية.

عندما تنخفض درجة حرارة الهواء الخارجي بشكل حاد، فإن دائرة القصور الذاتي لـ "الأرضية الدافئة" ببساطة ليس لديها الوقت لتدفئة الغرفة. يحدث هذا كثيرًا في الشتاء. خلال النهار كانت الشمس دافئة، وأظهر مقياس الحرارة -5 درجة مئوية. في الليل يمكن أن تنخفض درجة الحرارة بسرعة إلى -15 درجة مئوية، وإذا هبت رياح قوية، فإن الصقيع سيكون أقوى.

ثم تحتاج إلى تركيب بطاريات عادية أسفل النوافذ وعلى طول الجدران الخارجية. لكن درجة حرارة سائل التبريد فيها يجب أن تكون أعلى مرتين من دائرة "الأرضية الدافئة". طاقة اضافية في كوخ ريفييمكن توفير مدفأة بدائرة مائية وشقة في المدينة - غلاية كهربائية.

يبقى فقط تحديد ما إذا كان HP سيكون مصدر الحرارة الرئيسي أو الإضافي. في الحالة الأولى، يجب تعويض 70٪ من إجمالي فقدان الحرارة للغرفة، وفي الثانية - 30٪.

فيديو

يقدم الفيديو مقارنة مرئية لمزايا وعيوب الأنواع المختلفة من المضخات الحرارية ويشرح بالتفصيل هيكل نظام الهواء والماء.

يفغيني أفاناسييفرئيس التحرير

مؤلف المنشور 05.02.2019

ش معدات التدفئة، والتي تستخدم أنواعًا باهظة الثمن من ناقلات الطاقة، مثل الغاز والكهرباء والوقود الصلب والسائل، ظهر مؤخرًا بديل جدير بالاهتمام - مضخة حرارية من الماء إلى الماء. لتشغيل مثل هذه المعدات، التي بدأت للتو تكتسب شعبية في روسيا، هناك حاجة إلى مصادر طاقة لا تنضب تتميز بإمكانيات منخفضة. في هذه الحالة، يمكن استخلاص الطاقة الحرارية من أي مصدر للمياه تقريبًا، والذي يمكن أن يكون خزانات طبيعية وصناعية، وآبارًا، وآبارًا، وما إلى ذلك. إذا كان الحساب والتركيب على هذا النحو وحدة الضخإذا تم تنفيذها بشكل صحيح، فهي قادرة على توفير التدفئة لكل من المباني السكنية والصناعية طوال فترة الشتاء بأكملها.

العناصر الهيكلية ومبدأ التشغيل

مبدأ تشغيل المضخات الحرارية قيد النظر لتدفئة المنزل يشبه مبدأ تشغيل معدات التبريد، ولكن في الاتجاه المعاكس فقط. لو وحدة التبريدتعمل على إزالة بعض الحرارة من حجرتها الداخلية إلى الخارج، وبالتالي خفض درجة الحرارة فيها، ومن ثم يكون عمل المضخة الحرارية هو تبريد البيئة وتسخين سائل التبريد الذي يتحرك عبر أنابيب نظام التدفئة. تعمل مضخات تسخين الهواء والماء والمياه الجوفية على نفس المبدأ، والتي تستخدم أيضًا الطاقة من مصادر منخفضة الإمكانات لتدفئة المباني السكنية والصناعية.

يفترض المخطط التصميمي لمضخة تسخين الماء إلى الماء، وهي الأكثر إنتاجية بين الأجهزة التي تستخدم مصادر طاقة منخفضة الإمكانات، وجود عناصر مثل:

• دائرة خارجية تتحرك عبرها المياه، ويتم ضخها من مصدر مائي؛
• دائرة داخلية يتحرك من خلالها سائل التبريد عبر خط الأنابيب؛
• المبخر الذي يتم فيه تحويل مادة التبريد إلى غاز؛
• مكثف يتحول فيه غاز التبريد إلى سائل مرة أخرى؛
• ضاغط مصمم لزيادة ضغط غاز التبريد قبل دخوله إلى المكثف.

وبالتالي، لا يوجد شيء معقد في تصميم مضخة تسخين الماء إلى الماء. إذا كان هناك خزان طبيعي أو اصطناعي بالقرب من المنزل، فمن الأفضل لتدفئة المبنى استخدام مضخة تسخين الماء إلى الماء، ومبدأ التشغيل وميزات التصميم الخاصة بها هي كما يلي.

1. تقع الدائرة، وهي المبادل الحراري الأساسي الذي يدور من خلاله مانع التجمد، في الجزء السفلي من الخزان. في هذه الحالة، يجب أن يكون العمق الذي تم تركيب المبادل الحراري الأساسي فيه أقل من مستوى تجميد الخزان. يتم تسخين مانع التجمد، الذي يمر عبر الدائرة الأولية، إلى درجة حرارة تتراوح من 6 إلى 8 درجات، ثم يتم توفيره للمبادل الحراري، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة على جدرانه. تتمثل مهمة مانع التجمد المنتشر عبر الدائرة الأولية في نقل الطاقة الحرارية للمياه إلى مادة التبريد (الفريون).
2. في حالة ما إذا كان مخطط تشغيل المضخة الحرارية ينطوي على تناول ونقل الطاقة الحرارية من المياه التي يتم ضخها من بئر تحت الأرض، لا يتم استخدام دائرة التجمد. يتم تمرير الماء من البئر عبر أنبوب خاص من خلال غرفة المبادل الحراري، حيث ينقل طاقته الحرارية إلى مادة التبريد.
3. مبادل حراري للمضخات الحرارية – عنصر أساسيتصاميمهم. هذا جهاز يتكون من وحدتين - المبخر والمكثف. في المبخر، يبدأ الفريون، الذي يتم توفيره من خلال أنبوب شعري، في التوسع ويتحول إلى غاز. عندما يتلامس الفريون الغازي مع جدران المبادل الحراري، يتم نقل الطاقة الحرارية المنخفضة إلى مادة التبريد. يتم توفير الفريون المشحون بهذه الطاقة إلى الضاغط.
4. يقوم الضاغط بضغط غاز الفريون، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة مادة التبريد. بعد الضغط في غرفة الضاغط، يدخل الفريون وحدة أخرى من المبادل الحراري - المكثف.
5. في المكثف، يتحول الفريون الغازي مرة أخرى إلى سائل، ويتم نقل الطاقة الحرارية المتراكمة به إلى جدران الحاوية التي يوجد بها المبرد. عند دخول غرفة وحدة المبادل الحراري الثانية، يتكثف الفريون، وهو في حالة غازية، على جدران خزان التخزين، ويمنحها طاقة حرارية، والتي يتم نقلها بعد ذلك إلى الماء الموجود في مثل هذه الغرفة. إذا كانت درجة حرارة الفريون عند الخروج من المبخر 6-8 درجات مئوية، عند مدخل المكثف لمضخة حرارة الماء إلى الماء، وذلك بفضل مبدأ تشغيل هذا الجهاز الموصوف أعلاه، فإنه تصل القيمة إلى 40-70 درجة مئوية.

وبالتالي، فإن مبدأ تشغيل المضخة الحرارية يعتمد على أن مادة التبريد، عند التحول إلى الحالة الغازية، تأخذ الطاقة الحرارية من الماء، وعند الانتقال إلى الحالة السائلة في المكثف، فإنها تطلق الطاقة المتراكمة إلى وسط سائل - مبرد نظام التدفئة.

تعمل مضخات حرارة الهواء والماء والمياه الجوفية على نفس المبدأ تمامًا؛ والفرق الوحيد هو في نوع المصدر المستخدم لإنتاج طاقة حرارية منخفضة الإمكانات. بمعنى آخر، للمضخة الحرارية مبدأ تشغيل واحد لا يختلف باختلاف نوع الجهاز أو موديله.

يتم تحديد مدى فعالية المضخة الحرارية في تسخين مبرد نظام التدفئة إلى حد كبير من خلال التقلبات في درجة حرارة الماء، وهو مصدر للطاقة ذات الإمكانات المنخفضة. تثبت هذه الأجهزة كفاءة عالية عند العمل بالمياه من الآبار، حيث تتراوح درجة حرارة الوسط السائل على مدار العام بين 7-12 درجة مئوية.

تعتبر مضخة الماء إلى الماء أحد أنواع المضخات الحرارية الأرضية

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية من الماء إلى الماء كفاءة عاليةتسمح هذه المعدات باستخدام هذه الأجهزة لتجهيز أنظمة التدفئة للمباني السكنية والصناعية ليس فقط في المناطق ذات الشتاء الدافئ، ولكن أيضًا في المناطق الشمالية.

لكي تظهر المضخة الحرارية، التي تم وصف مخطط تشغيلها أعلاه، كفاءة عالية، يجب أن تعرف كيفية اختيار المعدات المناسبة. يُنصح بشدة أن يتم اختيار مضخة تسخين الماء إلى الماء (وكذلك "الهواء إلى الماء" و"الأرض إلى الماء") بمشاركة متخصص مؤهل وذوي خبرة.

عند اختيار مضخة حرارية لتسخين المياه، تؤخذ المعلمات التالية لهذه المعدات بعين الاعتبار:

• الإنتاجية، التي تحدد مساحة المبنى الذي يمكن أن توفره المضخة؛
• العلامة التجارية التي تم تصنيع المعدات بموجبها (يجب أن تؤخذ هذه المعلمة في الاعتبار لأن الشركات الجادة التي حظيت منتجاتها بالفعل بتقدير العديد من المستهلكين تولي اهتمامًا جادًا لكل من موثوقية ووظائف النماذج التي تنتجها) ؛
• تكلفة كل من المعدات المختارة وتركيبها.

عند اختيار المضخات الحرارية من الماء إلى الماء، ومن الهواء إلى الماء، ومن الأرض إلى الماء، يوصى بالانتباه إلى توفر خيارات إضافية لهذه المعدات. ويشمل ذلك، على وجه الخصوص، الفرص التالية:

• التحكم في تشغيل المعدات في الوضع التلقائي (المضخات الحرارية التي تعمل في هذا الوضع بسبب وحدة تحكم خاصة تجعل من الممكن إنشاؤها في المبنى الذي تخدمه ظروف مريحةللإقامة؛ يمكن إجراء تغيير معلمات التشغيل والإجراءات الأخرى للتحكم في المضخات الحرارية المجهزة بوحدة تحكم باستخدام جهاز محمول أو جهاز تحكم عن بعد)؛
• استخدام معدات تسخين المياه في نظام إمداد الماء الساخن (انتبه إلى هذا الخيار لأنه في بعض نماذج المضخات الحرارية (خاصة القديمة) التي يتم تركيب مجمعها في خزانات مفتوحة، لا يتوفر ذلك).

حساب قوة المعدات: قواعد التنفيذ

قبل أن تبدأ في اختيار نموذج معين لمضخة حرارية، تحتاج إلى تطوير تصميم لنظام التدفئة الذي ستخدمه هذه المعدات، وكذلك حساب قوتها. تعتبر مثل هذه الحسابات ضرورية لتحديد الطلب الفعلي على الطاقة الحرارية لمبنى بمعلمات معينة. في هذه الحالة، من الضروري أن تأخذ بعين الاعتبار فقدان الحرارة في مثل هذا المبنى، فضلا عن وجود دائرة إمدادات الماء الساخن فيه.

بالنسبة لمضخة تسخين الماء إلى الماء، يتم إجراء حساب الطاقة باستخدام الطريقة التالية.

• أولا، تحديد المساحة الإجمالية للمبنى للتدفئة التي سيتم استخدام المضخة الحرارية المشتراة.
• بعد تحديد مساحة المبنى، يمكنك حساب قوة المضخة الحرارية القادرة على توفير التدفئة. عند إجراء هذا الحساب، يلتزمون بالقاعدة التالية: لمدة 10 متر مربع. يتطلب المتر المربع من مساحة البناء 0.7 كيلووات من طاقة المضخة الحرارية.
• إذا تم استخدام المضخة الحرارية أيضًا لضمان عمل نظام الماء الساخن المنزلي، فسيتم إضافة 15-20٪ إلى القيمة التي تم الحصول عليها من قوتها.

يعد حساب طاقة المضخة الحرارية، الذي يتم إجراؤه وفقًا للطريقة الموضحة أعلاه، مناسبًا للمباني التي لا يتجاوز ارتفاع السقف فيها 2.7 متر. يتم إجراء حسابات أكثر دقة تأخذ في الاعتبار جميع ميزات المباني التي سيتم تسخينها باستخدام المضخة الحرارية من قبل موظفي المنظمات المتخصصة.

بالنسبة لمضخة تسخين الماء والهواء، يتم إجراء حساب الطاقة بطريقة مماثلة، ولكن مع مراعاة بعض الفروق الدقيقة.

كيف تصنع مضخة حرارية بنفسك

من خلال فهم جيد لكيفية عمل مضخة تسخين الماء إلى الماء، يمكنك صنع مثل هذا الجهاز بيديك. في الواقع، المضخة الحرارية محلية الصنع عبارة عن مجموعة من الأجهزة التقنية الجاهزة، والتي تم اختيارها بشكل صحيح وتوصيلها في تسلسل معين. لكي تظهر المضخة الحرارية محلية الصنع كفاءة عالية ولا تسبب مشاكل أثناء التشغيل، من الضروري إجراء حساب أولي لمعلماتها الرئيسية. للقيام بذلك، يمكنك استخدام البرامج المناسبة والآلات الحاسبة عبر الإنترنت على مواقع الشركات المصنعة لهذه المعدات أو الاتصال بالمتخصصين المتخصصين.

لذلك، من أجل صنع مضخة حرارية بيديك، تحتاج إلى تحديد عناصر المعدات الخاصة بها وفقًا للمعايير المحسوبة مسبقًا وتنفيذ التثبيت الصحيح.

ضاغط

يمكن أخذ ضاغط المضخة الحرارية المصنوع يدويًا من ثلاجة قديمة أو نظام منفصل، مع الانتباه إلى قوة هذا الجهاز. تتمثل ميزة استخدام الضواغط من الأنظمة المنفصلة في انخفاض مستوى الضوضاء الناتج أثناء تشغيلها.

مكثف

كمكثف لمضخة حرارية محلية الصنع، يمكنك استخدام الملف المفكك من الثلاجة القديمة. يقوم بعض الأشخاص بصنعها بأنفسهم باستخدام السباكة أو أنبوب تبريد خاص. كحاوية لوضع ملف المكثف، يمكنك أن تأخذ خزانًا من الفولاذ المقاوم للصدأ بحجم 120 لترًا تقريبًا. لوضع الملف في مثل هذا الخزان، يتم تقطيعه أولاً إلى نصفين، وبعد ذلك، عند الانتهاء من تركيب الملف، يتم لحامه.

من المهم جدًا حساب مساحتها قبل اختيار أو صنع الملف الخاص بك. للقيام بذلك تحتاج إلى الصيغة التالية:

P3 = MT/0.8PT

المعلمات المستخدمة في هذه الصيغة هي:

• MT - قوة الحرارة الناتجة عن المضخة الحرارية (كيلوواط)؛
• PT هو الفرق بين درجات الحرارة عند مدخل ومخرج المضخة الحرارية.

لمنع تكوين فقاعات الهواء في مكثف المضخة الحرارية من الثلاجة، يجب أن يكون مدخل الملف في الجزء العلوي من الحاوية، ويجب أن يكون مخرجه في الجزء السفلي.

المبخر

كحاوية للمبخر، يمكنك استخدام برميل بلاستيكي بسيط بسعة 127 لترًا ذو رقبة واسعة. لإنشاء ملف يتم تحديد مساحته بنفس طريقة تحديد المكثف، يتم أيضًا استخدام أنبوب نحاسي. تستخدم المضخات الحرارية محلية الصنع عادة المبخرات الغاطسة، حيث يدخل الفريون المسال من الأسفل ويتحول إلى غاز في الجزء العلوي من الملف.

بعناية فائقة عند استخدام اللحام الإنتاج الذاتيبالنسبة للمضخة الحرارية، يجب تثبيت منظم الحرارة، حيث لا يمكن تسخين هذا العنصر إلى درجات حرارة تتجاوز 100 درجة مئوية.

لتوفير المياه لعناصر المضخة الحرارية محلية الصنع، وكذلك لتصريفها، يتم استخدام أنابيب الصرف الصحي العادية.

تعتبر المضخات الحرارية من الماء إلى الماء، عند مقارنتها بأجهزة الهواء إلى الماء والأرض إلى الماء، أبسط في التصميم، ولكنها في الوقت نفسه أكثر كفاءة، ولهذا السبب يتم تصنيع المعدات من هذا النوع في أغلب الأحيان بشكل مستقل.

تجميع مضخة حرارية محلية الصنع وتشغيلها

لتجميع وتشغيل مضخة حرارية محلية الصنع، سوف تحتاج إلى ما يلي: المواد الاستهلاكيةوالمعدات:

1. آلة لحام
2. مضخة فراغ (لاختبار النظام بأكمله للفراغ) ؛
3. أسطوانة غاز الفريون، تتم إعادة تعبئتها من خلال صمام خاص (يجب توفير تركيب الصمام في النظام مسبقًا)؛
4. أجهزة استشعار درجة الحرارة المثبتة على الأنابيب الشعرية عند مخرج النظام بأكمله وعند مخرج المبخر؛
5. مرحل البدء والصمام وسكة DIN واللوحة الكهربائية.

يجب أن يتم تنفيذ جميع التوصيلات الملحومة والملولبة أثناء التجميع بأعلى جودة ممكنة لضمان إحكام النظام المطلق الذي سيتحرك من خلاله الفريون.

في حالة أن الماء في خزان مفتوح يعمل كمصدر للطاقة ذات الإمكانات المنخفضة، فمن الضروري بالإضافة إلى ذلك تصنيع المجمع، الذي يفترض وجوده مبدأ تشغيل المضخات الحرارية من هذا النوع. إذا كان المقصود استخدام المياه من مصدر تحت الأرض، فمن الضروري حفر بئرين، سيتم تصريف المياه في أحدهما بعد مرورها عبر النظام بأكمله.

1، متوسط ​​التقييم: 5,00 من 5)

الوضع هو أن الطريقة الأكثر شيوعًا لتدفئة المنزل في الوقت الحالي هي استخدام مراجل التدفئة - الغاز والوقود الصلب والديزل وفي كثير من الأحيان - الكهرباء. لكن هذه الأنظمة البسيطة وعالية التقنية مثل المضخات الحرارية لم تنتشر على نطاق واسع، وذلك لسبب وجيه. بالنسبة لأولئك الذين يحبون ويعرفون كيفية حساب كل شيء مقدمًا، فإن مزاياهم واضحة. لا تحرق المضخات الحرارية للتدفئة احتياطيات لا يمكن تعويضها من الموارد الطبيعية، وهو أمر مهم للغاية ليس فقط من وجهة نظر حماية البيئة، ولكنه يسمح لك أيضًا بتوفير الطاقة، لأنها تصبح أكثر تكلفة كل عام. بالإضافة إلى ذلك، بمساعدة المضخات الحرارية، لا يمكنك تسخين الغرفة فحسب، بل يمكنك أيضًا تدفئة الغرفة الماء الساخنلتلبية الاحتياجات المنزلية، وتكييف الغرفة في حرارة الصيف.

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية

دعونا نلقي نظرة فاحصة على مبدأ تشغيل المضخة الحرارية. تذكر كيف تعمل الثلاجة. يتم ضخ حرارة المنتجات الموجودة فيه وإلقائها على المبرد الموجود على الجدار الخلفي. يمكنك التحقق من ذلك بسهولة عن طريق لمسه. تقريبا نفس المبدأ مكيفات الهواء المنزلية: يقومون بضخ الحرارة خارج الغرفة وإلقاءها على جهاز التدفئة الموجود على الجدار الخارجي للمبنى.

يعتمد تشغيل المضخة الحرارية والثلاجة ومكيف الهواء على دورة كارنو.

1. يتحرك المبرد على طول مصدر حرارة منخفضة الحرارة، على سبيل المثال، التربة، مع ارتفاع درجات الحرارة بعدة درجات.
2. ثم يدخل في مبادل حراري يسمى المبخر. في المبخر، يطلق المبرد الحرارة المتراكمة إلى المبرد. المبردهو سائل خاص يتحول إلى بخار عند درجات حرارة منخفضة.
3. بأخذ درجة الحرارة من المبرد، يتحول المبرد الساخن إلى بخار ويدخل إلى الضاغط. يقوم الضاغط بضغط مادة التبريد، أي. زيادة في ضغطه، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته أيضًا.
4. يدخل المبرد الساخن المضغوط إلى مبادل حراري آخر يسمى المكثف. هنا ينقل المبرد حرارته إلى مبرد آخر، والذي يتم توفيره في نظام التدفئة في المنزل (الماء، مضاد التجمد، الهواء). يؤدي ذلك إلى تبريد مادة التبريد وتحويلها مرة أخرى إلى سائل.
5. بعد ذلك، يدخل المبرد إلى المبخر، حيث يتم تسخينه بواسطة جزء جديد من المبرد الساخن، وتتكرر الدورة.

تتطلب المضخة الحرارية الكهرباء لتشغيلها. لكنها لا تزال أكثر ربحية من استخدام سخان كهربائي فقط. نظرًا لأن الغلاية الكهربائية أو السخان الكهربائي تنفق نفس كمية الكهرباء تمامًا التي تنتج الحرارة. على سبيل المثال، إذا كان للسخان معدل طاقة يبلغ 2 كيلووات، فإنه ينفق 2 كيلووات في الساعة وينتج 2 كيلووات من الحرارة. تنتج المضخة الحرارية حرارة أكثر بـ 3 إلى 7 مرات من استهلاكها للكهرباء. على سبيل المثال، يتم استخدام 5.5 كيلووات/ساعة لتشغيل الضاغط والمضخة، وتكون الحرارة المنتجة 17 كيلووات/ساعة. بالضبط مثل هذا كفاءة عاليةوهي الميزة الرئيسية للمضخة الحرارية.

مزايا وعيوب نظام التدفئة بمضخة الحرارة

هناك العديد من الأساطير والمفاهيم الخاطئة المحيطة بالمضخات الحرارية، على الرغم من أنها ليست اختراعًا مبتكرًا أو عالي التقنية. يتم تسخين جميع الولايات "الدافئة" في الولايات المتحدة الأمريكية، وكل أوروبا واليابان تقريبًا، حيث تم تطوير التكنولوجيا إلى حد الكمال تقريبًا لفترة طويلة، بمساعدة المضخات الحرارية. بالمناسبة، لا تعتقد أن هذه المعدات هي تقنية أجنبية بحتة وجاءت إلينا مؤخرا. بعد كل شيء، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، تم استخدام هذه الوحدات في المنشآت التجريبية. مثال على ذلك مصحة دروجبا في مدينة يالطا. بالإضافة إلى الهندسة المعمارية المستقبلية، التي تذكرنا بـ "الكوخ على أرجل الدجاج"، تشتهر هذه المصحة أيضًا بحقيقة أنها تستخدم منذ الثمانينيات من القرن العشرين مضخات حرارية صناعية للتدفئة. مصدر الحرارة هو البحر القريب، ومحطة الضخ نفسها لا تقوم فقط بتسخين جميع مباني المصحة، ولكنها توفر أيضًا الماء الساخنيقوم بتسخين الماء في حوض السباحة وتبريده خلال الموسم الحار. لذلك دعونا نحاول تبديد الأساطير وتحديد ما إذا كان من المنطقي تدفئة منزلك بهذه الطريقة.

مزايا أنظمة التدفئة بالمضخات الحرارية:

• توفير الطاقة.فيما يتعلق بارتفاع أسعار الغاز ووقود الديزل، فهذه ميزة مهمة للغاية. في عمود "النفقات الشهرية"، ستظهر الكهرباء فقط، والتي، كما كتبنا بالفعل، تتطلب أقل بكثير من الحرارة المنتجة بالفعل. عند شراء وحدة، يجب عليك الانتباه إلى معلمة مثل معامل تحويل الحرارة "ϕ" (يمكن أن يطلق عليه أيضًا معامل تحويل الحرارة أو معامل تحويل الطاقة أو درجة الحرارة). يوضح نسبة كمية الحرارة الناتجة إلى الطاقة المستهلكة. على سبيل المثال، إذا كانت ϕ=4، فعند استهلاك 1 كيلووات/ساعة سنتلقى 4 كيلووات/ساعة من الطاقة الحرارية.
• وفورات الصيانة. لا تتطلب المضخة الحرارية أي معاملة خاصة. تكاليف صيانتها ضئيلة.
• يمكن تركيبها في أي مكان. يمكن أن تكون مصادر الحرارة المنخفضة الحرارة لتشغيل المضخة الحرارية هي التربة أو الماء أو الهواء. أينما قمت ببناء منزل، حتى في منطقة صخرية، ستكون هناك دائمًا فرصة للعثور على "طعام" للوحدة. في المناطق البعيدة عن مصدر الغاز الرئيسي، يعد هذا أحد أفضل أنظمة التدفئة. وحتى في المناطق التي لا توجد بها خطوط كهرباء، يمكنك تركيب محرك بنزين أو ديزل لضمان تشغيل الضاغط.
• لا حاجة لمراقبة تشغيل المضخةأضف الوقود كما هو الحال مع الوقود الصلب أو غلاية الديزل. نظام التدفئة بالكامل مع المضخة الحرارية مؤتمت.
• يمكنك الذهاب بعيدا لفترة طويلةولا تخافوا من أن النظام سوف يتجمد. وفي الوقت نفسه، يمكنك توفير المال عن طريق تركيب المضخة لضمان درجة حرارة +10 درجة مئوية في غرفة المعيشة.
• آمنة للبيئة.للمقارنة، عند استخدام الغلايات التقليدية التي تحرق الوقود، تتشكل دائمًا أكاسيد مختلفة CO، CO2، NOx، SO2، PbO2، ونتيجة لذلك، الفوسفور، النيتروجين، حمض الكبريتيكومركبات البنزوين. عندما تعمل المضخة الحرارية، لا ينبعث أي شيء. ومواد التبريد المستخدمة في النظام آمنة تمامًا.
• ويمكن الإشارة هنا أيضًا الحفاظ على الموارد الطبيعية التي لا يمكن تعويضها على كوكب الأرض.
• السلامة للأشخاص والممتلكات. لا شيء في المضخة الحرارية يسخن بدرجة كافية للتسبب في ارتفاع درجة الحرارة أو الانفجار. علاوة على ذلك، ببساطة لا يوجد شيء يمكن أن ينفجر فيه. لذلك يمكن تصنيفها على أنها وحدة مقاومة للحريق تمامًا.
• تعمل المضخات الحرارية بنجاح حتى عند درجة حرارة محيطة تبلغ -15 درجة مئوية. لذا، إذا كان شخص ما يعتقد أن مثل هذا النظام لا يمكنه تدفئة المنزل إلا في المناطق ذات الشتاء الدافئ حتى +5 درجة مئوية، فهو مخطئ.
• انعكاس المضخة الحرارية. الميزة التي لا يمكن إنكارها هي تعدد استخدامات التثبيت، حيث يمكنك التسخين في الشتاء والتبريد في الصيف. في الأيام الحارة، تأخذ المضخة الحرارية الحرارة من الغرفة وترسلها إلى الأرض للتخزين، حيث سيتم إرجاعها مرة أخرى في الشتاء. يرجى ملاحظة أنه ليست كل المضخات الحرارية لديها القدرة العكسية، ولكن بعض النماذج فقط.
• متانة. مع الرعاية المناسبة، يمكن أن تستمر المضخات الحرارية في نظام التدفئة من 25 إلى 50 عامًا دون إصلاحات كبيرة، ولن يلزم استبدال الضاغط إلا مرة واحدة كل 15 إلى 20 عامًا.

مساوئ أنظمة التدفئة بالمضخات الحرارية:

• استثمار أولي كبير.بالإضافة إلى حقيقة أن أسعار المضخات الحرارية للتدفئة مرتفعة جدًا (من 3000 إلى 10000 دولار أمريكي)، ستحتاج أيضًا إلى إنفاق ما لا يقل عن إنفاقه على تركيب نظام الطاقة الحرارية الأرضية مقارنة بالمضخة نفسها. الاستثناء هو المضخة الحرارية لمصدر الهواء، والتي لا تتطلب ذلك عمل إضافي. لن تدفع المضخة الحرارية تكاليفها قريبًا (خلال 5 إلى 10 سنوات). لذا فإن الإجابة على سؤال ما إذا كان سيتم استخدام المضخة الحرارية للتدفئة أم لا تعتمد على تفضيلات المالك وقدراته المالية وظروف البناء. على سبيل المثال، في منطقة حيث تكلفة توفير مصدر الغاز الرئيسي والتوصيل به هي نفس تكلفة المضخة الحرارية، فمن المنطقي إعطاء الأفضلية للأخيرة.

• في المناطق التي تنخفض فيها درجات الحرارة في فصل الشتاء إلى ما دون -15 درجة مئوية، ويجب استخدام مصدر حرارة إضافي. إنه يسمى نظام التدفئة ثنائي التكافؤ، حيث توفر المضخة الحرارية الحرارة أثناء انخفاض درجة حرارة الشارع إلى -20 درجة مئوية، وعندما لا تستطيع التكيف، على سبيل المثال، يتم توصيل سخان كهربائي أو غلاية غاز، أو مولد حراري.

• يُنصح باستخدام مضخة حرارية في الأنظمة ذات درجة حرارة التبريد المنخفضة، مثل نظام "الأرضية الدافئة".(+35 درجة مئوية) و وحدات لفائف المروحة(+35 - +45 درجة مئوية). وحدات لفائف المروحةإنها عبارة عن مسخن مروحة يتم من خلاله نقل الحرارة/البرودة من الماء إلى الهواء. لتثبيت مثل هذا النظام في منزل قديم، ستكون هناك حاجة إلى إعادة تطوير وإعادة إعمار كاملة، الأمر الذي سيترتب عليه تكاليف إضافية. هذا ليس عيبًا عند بناء منزل جديد.
• الصداقة البيئية للمضخات الحرارية، أخذ الحرارة من الماء والتربة، نسبي إلى حد ما.والحقيقة هي أنه أثناء التشغيل، يتم تبريد المساحة المحيطة بأنابيب التبريد، وهذا يعطل النظام البيئي القائم. بعد كل شيء، حتى في أعماق التربة، تعيش الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية، مما يضمن النشاط الحيوي لمزيد من أنظمة معقدة. من ناحية أخرى، مقارنة بإنتاج الغاز أو النفط، فإن الضرر الناتج عن المضخة الحرارية يكون ضئيلًا.

مصادر الحرارة لتشغيل المضخات الحرارية

تأخذ المضخات الحرارية الحرارة من تلك المصادر الطبيعية التي تتراكم الإشعاع الشمسي خلال الفترة الدافئة. تختلف المضخات الحرارية حسب مصدر الحرارة.

فتيلة

التربة هي المصدر الأكثر استقرارًا للحرارة التي تتراكم خلال الموسم. على عمق 5 - 7 م، تكون درجة حرارة التربة ثابتة دائمًا تقريبًا وتساوي حوالي +5 - +8 درجة مئوية، وعلى عمق 10 م تكون دائمًا ثابتة +10 درجة مئوية. هناك طريقتان لجمع الحرارة من الأرض.

جامع الأرض الأفقيإنه أنبوب تم وضعه أفقيًا يتم من خلاله تدوير سائل التبريد. يتم حساب عمق المجمع الأفقي بشكل فردي حسب الظروف، أحياناً يكون 1.5 – 1.7 م – عمق تجمد التربة، أحياناً أقل – 2 – 3 م لضمان ثبات أكبر في درجات الحرارة وفرق أقل، وأحياناً فقط 1 – 1.2 م - هنا تبدأ التربة في الاحماء بشكل أسرع في الربيع. هناك حالات يتم فيها تركيب أداة تجميع أفقية ذات طبقتين.

يمكن أن يكون لأنابيب التجميع الأفقية أقطار مختلفة: 25 مم، 32 مم، 40 مم. يمكن أن يكون شكل تخطيطها مختلفًا أيضًا - الثعبان والحلقة والمتعرج واللوالب المختلفة. يجب أن تكون المسافة بين الأنابيب في الثعبان 0.6 م على الأقل، وعادة ما تكون 0.8 - 1 م.

إزالة الحرارة محددةلكل متر خطي من الأنابيب يعتمد على بنية التربة:

• الرمال الجافة - 10 واط/م؛
• الطين الجاف - 20 واط/م؛
• الطين أكثر رطوبة - 25 واط/م؛
• طين يحتوي على نسبة عالية جدًا من الماء - 35 وات/م.

لتدفئة منزل بمساحة 100 م2، بشرط أن تكون التربة طينية مبللة، ستحتاج إلى 400 م2 من مساحة الأرض للمجمع. هذا كثير جدًا - 4 - 5 فدان. ومع الأخذ في الاعتبار حقيقة أنه لا ينبغي أن تكون هناك مباني في هذا الموقع ولا يُسمح إلا بالعشب وأسرّة الزهور ذات الزهور السنوية، لا يستطيع الجميع تجهيز المجمع الأفقي.

يتدفق سائل خاص عبر أنابيب المجمع، ويسمى أيضًا "محلول ملحي"أو مضاد للتجمدعلى سبيل المثال، محلول 30% من جلايكول الإثيلين أو بروبيلين جلايكول. يجمع "المحلول الملحي" الحرارة من الأرض ويرسلها إلى المضخة الحرارية، حيث ينقلها إلى مادة التبريد. يتدفق "المحلول الملحي" المبرد مرة أخرى إلى المجمع الأرضي.

مسبار التربة العموديعبارة عن نظام من الأنابيب المدفونة حتى عمق 50 - 150 مترًا، ويمكن أن يكون هذا مجرد أنبوب واحد على شكل حرف U، يتم إنزاله إلى عمق أكبر يصل إلى 80 - 100 متر ومملوء بملاط خرساني. أو ربما يتم إنزال نظام من الأنابيب على شكل حرف U بارتفاع 20 مترًا لجمع الطاقة من مساحة أكبر. إن تنفيذ أعمال الحفر على عمق 100 - 150 متر ليس مكلفًا فحسب، بل يتطلب أيضًا الحصول على تصريح خاص، ولهذا السبب غالبًا ما يلجأون إلى الماكرة وتجهيز العديد من المجسات ذات العمق الضحل. المسافة بين هذه المجسات هي 5 - 7 م.

إزالة الحرارة محددةمن المجمع الرأسي يعتمد أيضًا على الصخر:

• الصخور الرسوبية الجافة - 20 وات/م؛
• الصخور الرسوبية المشبعة بالماء والتربة الصخرية - 50 وات/م؛
• تربة صخرية ذات معامل توصيل حراري عالي - 70 وات/م؛
• المياه الجوفية (المياه الجوفية) - 80 واط/م.

المساحة المطلوبة للمجمع الرأسي صغيرة جدًا، لكن تكلفة تركيبها أعلى من تكلفة المجمع الأفقي. ميزة المجمع الرأسي هي أيضًا درجة حرارة أكثر استقرارًا وإزالة أكبر للحرارة.

ماء

يمكن استخدام الماء كمصدر للحرارة بطرق مختلفة.

جامع في الجزء السفلي من خزان مفتوح غير متجمد- الأنهار والبحيرات والبحار - تمثل الأنابيب التي تحتوي على "محلول ملحي" غارقة بمساعدة الوزن. نظرًا لارتفاع درجة حرارة سائل التبريد، تعد هذه الطريقة هي الأكثر ربحية واقتصادية. فقط أولئك الذين لا يزيد ارتفاع الخزان عن 50 مترًا يمكنهم تركيب جهاز تجميع المياه، وإلا فسيتم فقدان كفاءة التثبيت. كما تفهم، ليس كل شخص لديه مثل هذه الظروف. لكن عدم استخدام المضخات الحرارية لسكان المناطق الساحلية هو ببساطة قصر نظر وغبي.

جامع في مجاري الصرف الصحيأو يمكن استخدام مياه الصرف الصحي الناتجة عن المنشآت الفنية لتدفئة المنازل وحتى المباني الشاهقة و المؤسسات الصناعيةداخل المدينة، وكذلك لتحضير الماء الساخن. ما يتم إنجازه بنجاح في بعض مدن وطننا الأم.

بئر أو المياه الجوفية تستخدم بشكل أقل تكرارا من هواة الجمع الآخرين. يتضمن هذا النظام بناء بئرين، حيث يتم أخذ الماء من أحدهما، والذي ينقل حرارته إلى المبرد الموجود في المضخة الحرارية، ويتم تصريف الماء المبرد إلى الثاني. بدلا من البئر، قد يكون هناك بئر ترشيح. على أي حال، يجب أن يقع بئر التصريف على مسافة 15 - 20 مترًا من الأول، وحتى في اتجاه مجرى النهر (كما أن المياه الجوفية لها تدفقها الخاص). من الصعب جدًا تشغيل هذا النظام، حيث يجب مراقبة جودة المياه الواردة وتصفيتها وحماية أجزاء المضخة الحرارية (المبخر) من التآكل والتلوث.

هواء

معظم تصميم بسيطلديه نظام التدفئة مع مضخة الحرارة مصدر الهواء. ليس هناك حاجة إلى جامع إضافي. يدخل الهواء من البيئة إلى المبخر مباشرة، حيث ينقل حرارته إلى مادة التبريد، والتي بدورها تنقل الحرارة إلى مادة التبريد الموجودة داخل المنزل. يمكن أن يكون هذا هواءًا لوحدات ملف المروحة أو ماءًا للأرضيات الساخنة والمشعات.

تكاليف تركيب المضخة الحرارية بمصدر الهواء ضئيلة، لكن أداء التثبيت يعتمد بشكل كبير على درجة حرارة الهواء. في المناطق ذات الشتاء الدافئ (ما يصل إلى +5 - 0 درجة مئوية) يعد هذا أحد أكثر مصادر الحرارة اقتصادًا. ولكن إذا انخفضت درجة حرارة الهواء إلى أقل من -15 درجة مئوية، فإن الأداء ينخفض ​​\u200b\u200bبشكل كبير بحيث لا معنى لاستخدام المضخة، وأكثر ربحية لتشغيل سخان كهربائي تقليدي أو غلاية.

التعليقات حول المضخات الحرارية للتدفئة بمصدر الهواء متناقضة للغاية. كل هذا يتوقف على منطقة استخدامها. من المفيد استخدامها في المناطق ذات الشتاء الدافئ، على سبيل المثال، في سوتشي، حيث ليست هناك حاجة لمصدر حرارة احتياطي في حالة الصقيع الشديد. ومن الممكن أيضًا تركيب مضخات حرارية مصدر الهواء في المناطق التي يكون فيها الهواء جافًا نسبيًا وتنخفض درجة الحرارة في الشتاء إلى -15 درجة مئوية. لكن في المناخات الرطبة والباردة، تعاني هذه المنشآت من التجمد والتجمد. تمنع رقاقات الثلج الملتصقة بالمروحة النظام بأكمله من العمل بشكل طبيعي.

التدفئة بمضخة حرارية: تكلفة النظام وتكاليف التشغيل

يتم تحديد قوة المضخة الحرارية اعتمادًا على الوظائف التي سيتم تخصيصها لها. إذا كانت التدفئة فقط، فيمكن إجراء الحسابات في آلة حاسبة خاصة تأخذ في الاعتبار فقدان الحرارة للمبنى. بالمناسبة، أفضل أداء للمضخة الحرارية هو عندما لا يزيد فقدان الحرارة للمبنى عن 80 - 100 واط/م2. للتبسيط، نفترض أنه لتدفئة منزل مساحته 100 متر مربع وأسقف بارتفاع 3 أمتار وفقدان حرارة قدره 60 وات/م2، هناك حاجة إلى مضخة بقدرة 10 كيلووات. لتسخين المياه، سيتعين عليك أن تأخذ وحدة مع احتياطي طاقة - 12 أو 16 كيلو واط.

تكلفة المضخة الحراريةلا يعتمد ذلك على القوة فحسب، بل يعتمد أيضًا على الموثوقية وطلبات الشركة المصنعة. على سبيل المثال، تبلغ تكلفة الوحدة روسية الصنع بقدرة 16 كيلووات 7000 دولار، وتبلغ تكلفة المضخة الأجنبية RFM 17 بقدرة 17 كيلووات حوالي 13200 دولار. مع جميع المعدات المرتبطة بها باستثناء المشعب.

سيكون خط النفقات التالي ترتيب الخزان. ويعتمد أيضًا على قوة التثبيت. على سبيل المثال، بالنسبة لمنزل مساحته 100 متر مربع، حيث تم تركيب أرضيات ساخنة (100 متر مربع) أو مشعات تدفئة بمساحة 80 مترًا مربعًا في كل مكان، بالإضافة إلى تسخين المياه إلى +40 درجة مئوية بحجم 150 لترًا في الساعة، سوف تحتاج إلى تحتاج إلى حفر الآبار لهواة جمع العملات. سيكلف هذا المجمع الرأسي 13000 دولار أمريكي.

سيكلف المجمع الموجود في قاع الخزان أقل قليلاً. وفي ظل نفس الظروف، سيكلف 11000 دولار أمريكي. لكن من الأفضل التحقق من تكلفة تركيب نظام الطاقة الحرارية الأرضية مع الشركات المتخصصة؛ فهي يمكن أن تختلف بشكل كبير. على سبيل المثال، سيكلف تركيب المجمع الأفقي لمضخة بقدرة 17 كيلوواط 2500 دولار أمريكي فقط. وبالنسبة للمضخة الحرارية ذات مصدر الهواء، ليست هناك حاجة إلى المجمع على الإطلاق.

التكلفة الإجمالية للمضخة الحرارية هي 8000 دولار أمريكي. في المتوسط، تبلغ تكلفة بناء المجمع 6000 دولار أمريكي. في المتوسط.

تشمل التكلفة الشهرية للتدفئة بمضخة حرارية فقط تكاليف الكهرباء. يمكن حسابها على النحو التالي: يجب الإشارة إلى استهلاك الطاقة على المضخة. على سبيل المثال، بالنسبة لمضخة 17 كيلوواط المذكورة أعلاه، فإن استهلاك الطاقة هو 5.5 كيلوواط/ساعة. في المجمل، يعمل نظام التدفئة 225 يومًا في السنة، أي 225 يومًا في السنة. 5400 ساعة. مع الأخذ بعين الاعتبار أن المضخة الحرارية والضاغط يعملان بشكل دوري، يجب تقليل استهلاك الطاقة إلى النصف. خلال موسم التدفئة، سيتم إنفاق 5400 ساعة*5.5 كيلووات/ساعة/2=14850 كيلووات.

نحن نضرب عدد الكيلوواط الذي يتم إنفاقه في تكلفة الطاقة في منطقتك. على سبيل المثال، 0.05 دولار أمريكي لمدة 1 كيلو واط / ساعة. في المجموع، سيتم إنفاق 742.5 دولارًا أمريكيًا سنويًا. تبلغ تكلفة كل شهر يتم فيه تشغيل المضخة الحرارية للتدفئة 100 دولار أمريكي. تكاليف الكهرباء. إذا قمت بتقسيم النفقات على 12 شهرًا، فستحصل على 60 دولارًا أمريكيًا شهريًا.

يرجى ملاحظة أنه كلما انخفض استهلاك الطاقة للمضخة الحرارية، انخفضت التكاليف الشهرية. على سبيل المثال، هناك مضخات بقدرة 17 كيلووات تستهلك 10000 كيلووات فقط سنويًا (بتكلفة 500 متر مكعب). ومن المهم أيضًا أن يكون أداء المضخة الحرارية أكبر، فكلما قل الفرق في درجة الحرارة بين مصدر الحرارة والمبرد في نظام التدفئة. لهذا السبب يقولون أنه من المربح أكثر تركيب الأرضيات الدافئة ووحدات لفائف المروحة. على الرغم من إمكانية تركيب مشعات التدفئة القياسية مع سائل تبريد عالي الحرارة (+65 - +95 درجة مئوية)، ولكن مع تراكم حرارة إضافي، على سبيل المثال، غلاية تسخين غير مباشرة. يتم استخدام الغلاية أيضًا لتسخين الماء الساخن أيضًا.

تعتبر المضخات الحرارية مفيدة عند استخدامها في الأنظمة ثنائية التكافؤ. بالإضافة إلى المضخة، يمكنك تثبيت جامع الطاقة الشمسيةوالتي ستتمكن من إمداد المضخة بالكهرباء بشكل كامل في فصل الصيف عندما تعمل على التبريد. بالنسبة للتأمين الشتوي، يمكنك إضافة مولد حراري يقوم بتسخين المياه لإمدادات المياه الساخنة ومشعات الحرارة العالية.

دعونا نحاول أن نشرح بلغة الرجل العادي ما " مضخة حرارية«:

مضخة حرارية - هذا جهاز خاص يجمع بين الغلاية ومصدر الماء الساخن ومكيف الهواء للتبريد. الفرق الرئيسي بين المضخة الحرارية ومصادر الحرارة الأخرى هو القدرة على استخدام الطاقة المتجددة ذات الإمكانات المنخفضة المأخوذة من البيئة (الأرض، الماء، الهواء، مياه الصرف الصحي) لتغطية احتياجات الحرارة خلال موسم التدفئة، وتسخين المياه لتوفير الماء الساخن وتبريد المنزل. وبالتالي توفر المضخة الحرارية مصدر طاقة عالي الكفاءة بدون غاز أو مواد هيدروكربونية أخرى.

مضخة حرارية هو جهاز يعمل على مبدأ المبرد العكسي، حيث يقوم بنقل الحرارة من مصدر منخفض الحرارة إلى بيئة ذات درجة حرارة أعلى، مثل نظام التدفئة في منزلك.

يحتوي كل نظام مضخة حرارية على المكونات الرئيسية التالية:

- الدائرة الأولية - نظام دوران مغلق يعمل على نقل الحرارة من الأرض أو الماء أو الهواء إلى المضخة الحرارية.
- الدائرة الثانوية - نظام مغلق يعمل على نقل الحرارة من المضخة الحرارية إلى نظام التدفئة أو إمدادات الماء الساخن أو التهوية (إمدادات التدفئة) في المنزل.

مبدأ عمل المضخة الحرارية على غرار تشغيل الثلاجة العادية، فقط في الاتجاه المعاكس. تأخذ الثلاجة الحرارة من الطعام وتنقلها إلى الخارج (إلى المبرد الموجود على جدارها الخلفي). تقوم المضخة الحرارية بنقل الحرارة المتراكمة في التربة أو الأرض أو الخزان أو المياه الجوفية أو الهواء إلى منزلك. مثل الثلاجة، يحتوي مولد الحرارة الموفر للطاقة هذا على ما يلي العناصر الرئيسية:

— المكثف (مبادل حراري يتم فيه نقل الحرارة من مادة التبريد إلى عناصر نظام تدفئة الغرفة: مشعات ذات درجة حرارة منخفضة، وملفات مروحة، وأرضيات ساخنة، وألواح تدفئة/تبريد مشعة)؛
— دواسة الوقود (جهاز يعمل على تقليل الضغط ودرجة الحرارة، ونتيجة لذلك، إغلاق دورة التسخين في المضخة الحرارية)؛
— المبخر (مبادل حراري يتم فيه نقل الحرارة من مصدر منخفض الحرارة إلى المضخة الحرارية)؛
- الضاغط (جهاز يعمل على زيادة ضغط ودرجة حرارة أبخرة مادة التبريد).

مضخة حراريةمرتبة بطريقة تجعل الحرارة تتحرك في اتجاهات مختلفة. على سبيل المثال، عند تدفئة المنزل، يتم أخذ الحرارة من مصدر خارجي بارد (الأرض، النهر، البحيرة، الهواء الخارجي) ونقلها إلى المنزل. لتبريد (حالة) المنزل، تتم إزالة الحرارة من الهواء الأكثر دفئًا في المنزل ونقلها إلى الخارج (التخلص منها). في هذا الصدد، تشبه المضخة الحرارية المضخة الهيدروليكية التقليدية، التي تضخ السائل من مستوى أدنى إلى مستوى أعلى، بينما في في ظل الظروف العاديةيتحرك السائل دائمًا من المستوى الأعلى إلى المستوى الأدنى.

اليوم، الأكثر شيوعا هي المضخات الحرارية لضغط البخار. يعتمد مبدأ عملها على ظاهرتين: أولا، امتصاص وإطلاق الحرارة بواسطة السائل عندما تتغير حالة التجميع - التبخر والتكثيف، على التوالي؛ ثانيا، التغير في درجة حرارة التبخر (والتكثيف) مع تغير الضغط.

في مبخر المضخة الحرارية، يكون سائل العمل عبارة عن مادة تبريد لا تحتوي على الكلور؛ ويكون تحت ضغط منخفض ويغلي عند درجة حرارة منخفضة، ويمتص الحرارة من مصدر منخفض الإمكانات (على سبيل المثال، التربة). ثم يتم ضغط مائع العمل في ضاغط، يتم تشغيله بواسطة محرك كهربائي أو أي محرك آخر، ويدخل إلى مكثف، حيث يتكثف عند الضغط العالي بدرجة أكبر ارتفاع درجة الحرارة، نقل حرارة التكثيف إلى جهاز استقبال الحرارة (على سبيل المثال، مبرد نظام التدفئة). من المكثف، يدخل سائل العمل مرة أخرى إلى المبخر من خلال الخانق، حيث ينخفض ​​ضغطه وتبدأ عملية غليان مادة التبريد من جديد.

مضخة حراريةقادرة على إزالة الحرارة من مصادر مختلفة، على سبيل المثال، الهواء والماء والتربة. كما يمكنها أيضًا إطلاق الحرارة في الهواء أو الماء أو الأرض. ويسمى الوسط الأكثر دفئا الذي يستقبل الحرارة بالوعة الحرارة.

مضخة حراريةيستخدم X/Y الوسيط X كمصدر للحرارة وحامل للحرارة Y. وتتميز المضخات "ماء-هواء"، "مياه جوفية"، "ماء-ماء"، "هواء-هواء"، "هواء-جوفي"، "ماء-هواء".

مضخة الحرارة من الأرض إلى الماء:

مضخة حرارة الهواء إلى الماء:

يتم تنظيم تشغيل نظام التدفئة باستخدام المضخات الحرارية في معظم الحالات عن طريق تشغيله وإيقاف تشغيله بناءً على إشارة من مستشعر درجة الحرارة المثبت في جهاز الاستقبال (عند التسخين) أو المصدر (عند التبريد) حرارة. يتم عادةً إعداد المضخة الحرارية عن طريق تغيير المقطع العرضي للخانق (صمام منظم الحرارة).

مثل آلة التبريد، تستخدم المضخة الحرارية الطاقة الميكانيكية (الكهربائية أو غيرها) لقيادة دورة ديناميكية حرارية. تُستخدم هذه الطاقة لتشغيل الضاغط (المضخات الحرارية الحديثة التي تصل طاقتها إلى 100 كيلووات مجهزة بضواغط حلزونية عالية الكفاءة).

(نسبة التحويل أو الكفاءة) للمضخة الحرارية هي نسبة كمية الطاقة الحرارية التي تنتجها المضخة الحرارية إلى كمية الطاقة الكهربائية التي تستهلكها.

عامل التحويل COPيعتمد على مستوى درجة الحرارة في المبخر ومكثف المضخة الحرارية. تختلف هذه القيمة بالنسبة لأنظمة المضخات الحرارية المختلفة في النطاق من 2.5 إلى 7، أي أنه مقابل 1 كيلو واط من الطاقة الكهربائية المستهلكة، تنتج المضخة الحرارية من 2.5 إلى 7 كيلو واط من الطاقة الحرارية، وهو ما يتجاوز قوة أي غاز متكثف. غلاية أو أي مولد حراري آخر.

لذلك يمكن القول بذلك تنتج المضخات الحرارية الحرارة باستخدام كمية قليلة من الطاقة الكهربائية الباهظة الثمن.

يعتمد توفير الطاقة وكفاءة استخدام المضخة الحرارية في المقام الأول على حيث تقرر استخلاص الحرارة ذات درجات الحرارة المنخفضة، ثانياً - من طريقة تدفئة منزلك (الماء أو الهواء) .

الحقيقة هي أن المضخة الحرارية تعمل بمثابة "قاعدة نقل" بين دائرتين حراريتين: إحداهما تسخين عند المدخل (على جانب المبخر) والثانية تسخين عند المخرج (المكثف).

تحتوي جميع أنواع المضخات الحرارية على عدد من الميزات التي يجب أن تتذكرها عند اختيار الطراز:

أولا، المضخة الحرارية تؤتي ثمارها فقط في منزل معزول جيدا. المزيد منزل دافئكلما زادت الفائدة عند استخدام هذا الجهاز. كما تفهم، فإن تسخين الشارع باستخدام مضخة حرارية، وجمع فتات الحرارة منه، ليس معقولا تماما.

ثانياً، كلما زاد الفرق في درجات حرارة سائل التبريد في دوائر الإدخال والإخراج، انخفض معامل التحويل الحراري (COR)، أي انخفض التوفير في الطاقة الكهربائية. لهذا السبب توصيل أكثر ربحية للمضخة الحرارية بأنظمة التدفئة ذات درجة الحرارة المنخفضة. بادئ ذي بدء، نحن نتحدث عن التدفئة بالماء أو الأرضيات الساخنة سقف الماء بالأشعة تحت الحمراءأو لوحات الحائط. لكن كلما زادت سخونة الماء الذي تعده المضخة الحرارية لدائرة الخرج (المشعاعات أو الدش)، قلت الطاقة التي تطورها وزاد استهلاكها للكهرباء.

ثالثا، لتحقيق فوائد أكبر، يتم ممارسة تشغيل مضخة حرارية مع مولد حرارة إضافي (في مثل هذه الحالات يتحدثون عن استخدام دائرة تسخين ثنائية التكافؤ ).

<<< к разделу ТЕПЛОВОЙ НАСОС

<<< выбор вентиляционного оборудования

<<< назад к СТАТЬЯМ

المضخات الحرارية للتدفئة المنزلية: إيجابيات وسلبيات

1. مميزات المضخات الحرارية
2. أنواع المضخات الحرارية
3. المضخات الحرارية الأرضية
4. مزايا وعيوب المضخات الحرارية

إحدى الطرق عالية الكفاءة لتدفئة المنزل الريفي هي استخدام المضخات الحرارية.

يعتمد مبدأ تشغيل المضخات الحرارية على استخلاص الطاقة الحرارية من التربة والخزانات والمياه الجوفية والهواء. المضخات الحرارية لتدفئة منزلك ليس لها أي تأثير ضار على البيئة. يمكنك أن ترى كيف تبدو أنظمة التدفئة هذه في الصورة.

لقد كان هذا التنظيم لتدفئة المنزل وإمدادات المياه الساخنة ممكنًا لسنوات عديدة، لكنه بدأ ينتشر على نطاق واسع مؤخرًا فقط.

مميزات المضخات الحرارية

يشبه مبدأ تشغيل هذه الأجهزة معدات التبريد.

تأخذ المضخات الحرارية الحرارة، وتراكمها وتثريها، ثم تنقلها إلى المبرد. يتم استخدام المكثف كجهاز لتوليد الحرارة، ويتم استخدام المبخر لاستعادة الحرارة المنخفضة المحتملة.

تؤدي الزيادة المستمرة في تكلفة الكهرباء وفرض متطلبات صارمة لحماية البيئة إلى البحث عن طرق بديلة لتوليد الحرارة لتدفئة المنازل وتسخين المياه.

أحدها هو استخدام المضخات الحرارية، حيث أن كمية الطاقة الحرارية المستلمة أكبر بعدة مرات من الكهرباء المستهلكة (مزيد من التفاصيل: "التدفئة الاقتصادية بالكهرباء: الإيجابيات والسلبيات").

إذا قارنا التدفئة بالغاز أو الوقود الصلب أو السائل، مع المضخات الحرارية، فإن الأخير سيكون أكثر اقتصادا. ومع ذلك، فإن تركيب نظام التدفئة مع هذه الوحدات هو أكثر تكلفة بكثير.

تستهلك المضخات الحرارية الكهرباء اللازمة لتشغيل الضاغط. لذلك فإن هذا النوع من تدفئة المباني غير مناسب في حالة وجود مشاكل متكررة في إمدادات الطاقة في المنطقة.

يمكن أن يكون لتدفئة منزل خاص بمضخة حرارية كفاءة مختلفة؛ ومؤشرها الرئيسي هو تحويل الحرارة - الفرق بين الكهرباء المستهلكة والحرارة الواردة.

هناك دائما فرق بين درجات حرارة المبخر والمكثف.

كلما زاد ذلك، انخفضت كفاءة الجهاز. لهذا السبب، عند استخدام مضخة حرارية، يجب أن يكون لديك مصدر كبير للحرارة المنخفضة المحتملة. وبناء على ذلك، فإنه كلما زاد حجم المبادل الحراري، كلما انخفض استهلاك الطاقة. ولكن في الوقت نفسه، فإن الأجهزة ذات الأبعاد الكبيرة لها تكلفة أعلى بكثير.

التدفئة باستخدام المضخة الحرارية موجودة في العديد من البلدان المتقدمة.

علاوة على ذلك، فهي تستخدم أيضًا لتدفئة الشقق والمباني العامة - وهذا أكثر اقتصادا بكثير من نظام التدفئة المعتاد في بلدنا.

أنواع المضخات الحرارية

يمكن استخدام هذه الأجهزة على نطاق واسع من درجات الحرارة. عادة ما يعملون بشكل طبيعي في درجات حرارة تتراوح من -30 إلى +35 درجة.

الأكثر شعبية هي مضخات الحرارة الامتصاص والضغط.

يستخدم الأخير منهم الطاقة الميكانيكية والكهربائية لنقل الحرارة. تعد مضخات الامتصاص أكثر تعقيدًا، لكنها قادرة على نقل الحرارة باستخدام المصدر نفسه، وبالتالي تقليل تكاليف الطاقة بشكل كبير.

أما بالنسبة لمصادر الحرارة فتنقسم هذه الوحدات إلى الأنواع التالية:

• هواء؛
• الطاقة الحرارية الأرضية.
• الحرارة الثانوية.

تأخذ مضخات حرارة الهواء للتدفئة الحرارة من الهواء المحيط.

تستخدم الطاقة الحرارية الأرضية الطاقة الحرارية للأرض والمياه الجوفية والسطحية (لمزيد من التفاصيل: "التدفئة الحرارية الأرضية: مبادئ التشغيل مع الأمثلة"). تستهلك المضخات الحرارية المُعاد تدويرها الطاقة من مياه الصرف الصحي والتدفئة المركزية - تُستخدم هذه الأجهزة بشكل أساسي لتدفئة المباني الصناعية.

وهذا مفيد بشكل خاص إذا كانت هناك مصادر للحرارة يجب إعادة تدويرها (اقرأ أيضًا: “نستخدم حرارة الأرض لتدفئة المنزل”).

يتم تصنيف المضخات الحرارية أيضًا حسب نوع سائل التبريد؛ حيث يمكن أن تكون هواء، أو تربة، أو ماء، أو مزيجًا منها.

مضخات الحرارة الجوفية

تنقسم أنظمة التدفئة التي تستخدم المضخات الحرارية إلى نوعين - مفتوحة ومغلقة. تم تصميم الهياكل المفتوحة لتسخين المياه التي تمر عبر المضخة الحرارية. بعد مرور سائل التبريد عبر النظام، يتم تفريغه مرة أخرى إلى الأرض.

يعمل مثل هذا النظام بشكل مثالي فقط في حالة وجود كمية كبيرة من المياه النظيفة، مع الأخذ في الاعتبار أن استهلاكها لن يضر بالبيئة ولن يتعارض مع التشريعات الحالية. لذلك، قبل استخدام نظام التدفئة الذي يستقبل الطاقة من المياه الجوفية، يجب عليك استشارة المنظمات ذات الصلة.

تنقسم الأنظمة المغلقة إلى عدة أنواع:

1. تتضمن الطاقة الحرارية الأرضية ذات الترتيب الأفقي وضع المجمع في خندق تحت عمق تجمد التربة.

   هذا حوالي 1.5 متر. يتم وضع المجمع في حلقات من أجل تقليل مساحة الحفر إلى الحد الأدنى وتوفير دائرة كافية في منطقة صغيرة (اقرأ: "المضخات الحرارية الأرضية للتدفئة: مبدأ النظام").

   هذه الطريقة مناسبة فقط في حالة توفر مساحة حرة كافية.

2. تتضمن هياكل الطاقة الحرارية الأرضية ذات الترتيب الرأسي وضع المجمع في بئر يصل عمقه إلى 200 متر. يتم استخدام هذه الطريقة عندما لا يكون من الممكن وضع المبادل الحراري على مساحة كبيرة وهو أمر ضروري لبئر أفقي.

   كما يتم إنشاء أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية ذات الآبار العمودية في حالة التضاريس غير المستوية للموقع.

3. المياه الحرارية الأرضية تعني وضع المجمع في خزان على عمق أقل من مستوى التجمد. يتم وضع الحلقات. لا يمكن استخدام مثل هذه الأنظمة إذا كان الخزان صغيرًا أو غير عميق بما فيه الكفاية.

   يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه إذا تجمد الخزان عند المستوى الذي يقع فيه المجمع، فلن تكون المضخة قادرة على العمل.

مضخة حرارة الماء والهواء - الميزات والتفاصيل في الفيديو:

مزايا وعيوب المضخات الحرارية

إن تدفئة منزل ريفي بمضخة حرارية لها جوانب إيجابية وسلبية. واحدة من المزايا الرئيسية لأنظمة التدفئة هي الصداقة البيئية.

كما أن المضخات الحرارية اقتصادية على عكس السخانات الأخرى التي تستهلك الكهرباء. وبالتالي فإن كمية الطاقة الحرارية المولدة أكبر بعدة مرات من الكهرباء المستهلكة.

تتميز المضخات الحرارية بزيادة السلامة من الحرائق، ويمكن استخدامها دون تهوية إضافية.

نظرًا لأن النظام يحتوي على حلقة مغلقة، يتم تقليل النفقات المالية أثناء التشغيل إلى الحد الأدنى - ما عليك سوى دفع ثمن الكهرباء المستهلكة.

يتيح لك استخدام المضخات الحرارية أيضًا تبريد الغرفة في فصل الصيف - وهذا ممكن عن طريق توصيل ملفات المروحة ونظام "السقف البارد" بالمجمع.

هذه الأجهزة موثوقة، والتحكم في عمليات العمل تلقائي بالكامل. لذلك، لا توجد مهارات خاصة مطلوبة لتشغيل المضخات الحرارية.

الحجم الصغير للأجهزة مهم أيضًا.

العيب الرئيسي للمضخات الحرارية:

• تكلفة عالية وتكاليف تركيب كبيرة. من غير المحتمل أن تتمكن من بناء التدفئة بمضخة حرارية بنفسك دون معرفة خاصة. سوف يستغرق الأمر أكثر من عام حتى يؤتي الاستثمار ثماره؛
• يبلغ عمر الخدمة للأجهزة حوالي 20 عامًا، وبعد ذلك هناك احتمال كبير أن تكون هناك حاجة إلى إصلاحات كبيرة.

  وهذا لن يكون رخيصًا أيضًا؛

• سعر المضخات الحرارية أعلى بعدة مرات من تكلفة الغلايات التي تعمل بالغاز أو الوقود الصلب أو السائل. سيتعين عليك دفع الكثير من المال لحفر الآبار.

ولكن من ناحية أخرى، لا تحتاج المضخات الحرارية إلى صيانة دورية، كما هو الحال مع العديد من أجهزة التدفئة الأخرى.

على الرغم من كل مزايا المضخات الحرارية، إلا أنها لا تزال غير مستخدمة على نطاق واسع. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى التكلفة العالية للمعدات نفسها وتركيبها. لن يكون من الممكن الحفظ إلا إذا قمت بإنشاء نظام بمبادل حراري أفقي، إذا قمت بحفر الخنادق بنفسك، لكن هذا سيستغرق أكثر من يوم واحد. أما بالنسبة للتشغيل، فقد تبين أن المعدات مربحة للغاية.

تعتبر المضخات الحرارية وسيلة اقتصادية لتدفئة المباني الصديقة للبيئة.

قد لا يتم استخدامها على نطاق واسع بسبب تكلفتها العالية، لكن الوضع قد يتغير في المستقبل. في البلدان المتقدمة، يستخدم العديد من أصحاب المنازل الخاصة المضخات الحرارية - حيث تشجع الحكومة الاهتمام بالبيئة، وتكلفة هذا النوع من التدفئة منخفضة.

تعتبر المضخة الحرارية الأرضية أو المضخة الحرارية الأرضية واحدة من أكثر أنظمة الطاقة البديلة كفاءة في استخدام الطاقة. ولا يعتمد تشغيلها على الموسم ودرجة الحرارة المحيطة، كما هو الحال بالنسبة لمضخة الهواء إلى الهواء، ولا يقتصر عملها على وجود خزان أو بئر بمياه جوفية بالقرب من المنزل، مثل نظام الماء إلى الماء.

تتمتع المضخة الحرارية من الأرض إلى الماء، والتي تستخدم الحرارة المأخوذة من التربة لتسخين سائل التبريد في نظام التدفئة، بأعلى كفاءة وأكثرها ثباتًا، بالإضافة إلى معامل تحويل الطاقة (ECR).

قيمتها هي 1:3.5-5، أي أن كل كيلووات من الكهرباء المستهلكة في تشغيل المضخة يتم إرجاعها إلى 3.5-5 كيلووات من الطاقة الحرارية. وبالتالي، فإن قوة التسخين لمضخة التربة تجعل من الممكن استخدامها كمصدر وحيد للحرارة حتى في منزل بمساحة كبيرة، بالطبع، عند تركيب وحدة طاقة مناسبة.

تتطلب مضخة التربة الغاطسة معدات من دائرة التربة مع مبرد متداول لاستخراج الحرارة من الأرض.

هناك خياران ممكنان لوضعه: مجمع التربة الأفقي (نظام الأنابيب على عمق ضحل، ولكن مساحة كبيرة نسبيا) ومسبار عمودي يوضع في بئر بعمق يتراوح من 50 إلى 200 متر.

تعتمد كفاءة التبادل الحراري مع التربة بشكل كبير على نوع التربة - فالتربة المليئة بالرطوبة تنبعث منها حرارة أكبر بكثير من التربة الرملية على سبيل المثال.

الأكثر شيوعا هي المضخات التي تعمل على مبدأ المياه الجوفية، حيث يقوم المبرد بتخزين طاقة التربة، ونتيجة للمرور عبر ضاغط ومبادل حراري، ينقلها إلى الماء كمبرد في نظام التدفئة. تتوافق أسعار هذا النوع من مضخات التربة مع كفاءتها وإنتاجيتها العالية.

مضخة التربة الغاطسة

أي وحدات معقدة عالية التقنية، مثل المضخات الأرضية GRAT، وكذلك مضخات حرارة التربة، تتطلب اهتمامًا متخصصًا.

مضخة حرارية

نحن نقدم مجموعة كاملة من الخدمات لبيع وتركيب وصيانة أنظمة التدفئة وإمدادات المياه الساخنة على أساس المضخات الحرارية.

اليوم، من بين الدول التي تنتج مثل هذه الوحدات في السوق، تحظى الدول الأوروبية والصين بشعبية خاصة.

أشهر موديلات المضخات الحرارية: نيبي، شتيبل إلترون، ميتسوبيشي زوبادان، واتركوت. المضخة الحرارية ذات المصدر الأرضي المحلي ليست أقل طلبًا أيضًا.

تفضل شركتنا العمل فقط مع المعدات من الشركات المصنعة الأوروبية الموثوقة: Viessmann وNibe.

تستخرج المضخة الحرارية الطاقة المتراكمة من مصادر مختلفة - المياه الجوفية والارتوازية والحرارية - مياه الأنهار والبحيرات والبحار؛ معالجة مياه الصرف الصحي الصناعية والمنزلية؛ انبعاثات التهوية وغازات المداخن. التربة وأحشاء الأرض - تنقل وتحول درجات الحرارة المرتفعة إلى طاقة.

المضخة الحرارية - تقنية تدفئة وراحة اقتصادية للغاية وصديقة للبيئة

الطاقة الحرارية موجودة حولنا، والمشكلة هي كيفية استخراجها دون إنفاق موارد طاقة كبيرة.

تستخرج المضخات الحرارية الطاقة المتراكمة من مصادر مختلفة - المياه الجوفية والمياه الارتوازية والحرارية - مياه الأنهار والبحيرات والبحار؛ معالجة مياه الصرف الصحي الصناعية والمنزلية؛ انبعاثات التهوية وغازات المداخن. التربة وأحشاء الأرض - تنقل وتحول درجات الحرارة المرتفعة إلى طاقة.

يعتمد اختيار مصدر الحرارة الأمثل على عوامل كثيرة: حجم احتياجات الطاقة في منزلك، ونظام التدفئة المثبت، والظروف الطبيعية للمنطقة التي تعيش فيها.

تصميم ومبدأ تشغيل المضخة الحرارية

تعمل المضخة الحرارية مثل الثلاجة، ولكن في الاتجاه المعاكس.

تقوم الثلاجة بنقل الحرارة من الداخل إلى الخارج.

تقوم المضخة الحرارية بنقل الحرارة المتراكمة في الهواء أو التربة أو باطن الأرض أو الماء إلى منزلك.

تتكون المضخة الحرارية من 4 وحدات رئيسية:

المبخر،

مكثف،

صمام التمدد (صمام التفريغ-
خنق، يخفض الضغط)،

الضاغط (يزيد الضغط).

ترتبط هذه الوحدات بخط أنابيب مغلق.

يقوم نظام الأنابيب بتدوير مادة التبريد، وهي عبارة عن سائل في أحد أجزاء الدورة وغاز في الجزء الآخر.

باطن الأرض كمصدر عميق للحرارة

باطن الأرض عبارة عن مصدر حر للحرارة يحافظ على نفس درجة الحرارة طوال العام. يعد استخدام الحرارة الداخلية للأرض تقنية صديقة للبيئة وموثوقة وآمنة لتوفير إمدادات الحرارة والمياه الساخنة لجميع أنواع المباني، الكبيرة والصغيرة، العامة والخاصة. مستوى الاستثمار مرتفع جدًا، ولكن في المقابل ستحصل على نظام تدفئة بديل آمن للتشغيل، مع الحد الأدنى من متطلبات الصيانة ويتمتع بأطول فترة خدمة. معامل التحويل الحراري (انظر. صفحة 6) مرتفع يصل إلى 3. لا يتطلب التثبيت مساحة كبيرة ويمكن تركيبه على قطعة أرض صغيرة. إن حجم أعمال الترميم بعد الحفر ضئيل، وتأثير البئر المحفور على البيئة ضئيل. ولا يوجد أي تأثير على مستويات المياه الجوفية حيث لا يتم استهلاك المياه الجوفية. يتم نقل الطاقة الحرارية إلى نظام تسخين المياه بالحمل الحراري واستخدامها لتوفير الماء الساخن.

حرارة الأرض - طاقة قريبة

تتراكم الحرارة في الطبقة السطحية من الأرض خلال فصل الصيف.

يُنصح باستخدام هذه الطاقة للتدفئة في المباني ذات الاستهلاك العالي للطاقة. يتم استخراج أكبر قدر من الطاقة من التربة التي تحتوي على أعلى نسبة رطوبة.

مضخة الحرارة الأرضية

مصادر حرارة الماء

تقوم الشمس بتسخين الماء في البحار والبحيرات ومصادر المياه الأخرى.

تتراكم الطاقة الشمسية في الماء والطبقات السفلية. نادرًا ما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من +4 درجة مئوية. كلما اقتربنا من السطح كلما تغيرت درجة الحرارة على مدار العام، أما في الأعماق فهي مستقرة نسبيًا.

مضخة حرارية مع مصدر حرارة الماء

يتم وضع خرطوم نقل الحرارة في القاع أو في التربة السفلية، حيث لا تزال درجة الحرارة أعلى قليلاً،
من درجة حرارة الماء.

من المهم أن يتم وزن الخرطوم لمنعه
يطفو الخرطوم على السطح. كلما انخفض مستوى الكذب، انخفض خطر الضرر.

يعتبر مصدر المياه كمصدر للحرارة فعالاً للغاية بالنسبة للمباني ذات الاحتياجات العالية نسبيًا من الطاقة الحرارية.

حرارة المياه الجوفية

وحتى المياه الجوفية يمكن استخدامها لتدفئة المباني.

وهذا يتطلب حفر بئر، حيث يتم ضخ المياه إلى المضخة الحرارية.

عند استخدام المياه الجوفية، يتم فرض متطلبات عالية على جودتها.

مضخة الحرارة مع المياه الجوفية كمصدر للحرارة

بعد المرور عبر المضخة الحرارية، يمكن نقل المياه إلى قناة تصريف أو بئر. قد يؤدي مثل هذا الحل إلى انخفاض غير مرغوب فيه في مستويات المياه الجوفية، فضلا عن تقليل الموثوقية التشغيلية للتركيب ويكون له تأثير سلبي على الآبار القريبة.

في الوقت الحاضر يتم استخدام هذه الطريقة بشكل أقل فأقل.

ويمكن أيضًا إعادة المياه الجوفية إلى الأرض من خلال التسرب الجزئي أو الكامل.

مثل هذه المضخة الحرارية المربحة

معامل التحويل الحراري كلما زادت كفاءة المضخة الحرارية، كلما كانت أكثر ربحية. يتم تحديد الكفاءة من خلال ما يسمى بمعامل التحويل الحراري أو معامل التحول الحراري، وهو نسبة كمية الطاقة المولدة بواسطة المضخة الحرارية إلى كمية الطاقة المستهلكة في عملية نقل الحرارة. على سبيل المثال: معامل التحول في درجة الحرارة هو 3. وهذا يعني أن المضخة الحرارية توفر طاقة أكثر بثلاث مرات مما تستهلكه. بمعنى آخر، تم استلام 2/3 "مجانًا" من مصدر الحرارة. كيفية صنع مضخة حرارية لتدفئة المنزل بيديك: مبدأ التشغيل والرسوم البيانية كلما زادت احتياجات الطاقة في منزلك، كلما وفرت المزيد من المال. ملاحظة: تتأثر قيمة معامل تحويل درجة الحرارة بوجود/تجاهل معلمات المعدات الإضافية (مضخات الدورة الدموية) في الحسابات، فضلاً عن ظروف درجات الحرارة المختلفة. كلما انخفض توزيع درجة الحرارة، كلما ارتفع معامل تحويل درجة الحرارة، أصبحت المضخات الحرارية أكثر فعالية في أنظمة التدفئة ذات خصائص درجات الحرارة المنخفضة.

عند اختيار مضخة حرارية لنظام التدفئة الخاص بك، ليس من المربح التوجه مؤشرات الطاقة للمضخة الحرارية لمتطلبات الطاقة القصوى (لتغطية تكاليف الطاقة في دائرة التدفئة في أبرد يوم في السنة). تظهر التجربة أن المضخة الحرارية يجب أن تولد حوالي 50-70% من هذا الحد الأقصى، ويجب أن تغطي المضخة الحرارية 70-90% (اعتمادًا على مصدر الحرارة) من إجمالي الطلب السنوي على الطاقة للتدفئة وإمدادات الماء الساخن. في درجات الحرارة الخارجية المنخفضة، يتم استخدام المضخة الحرارية مع معدات الغلايات الموجودة أو مع قمة أقرب، وهي مجهزة بمضخة الحرارة.

مقارنة تكاليف تركيب نظام التدفئة لمنزل فردي يعتمد على مضخة حرارية وغلاية زيت.

للتحليل، لنأخذ منزلاً بمساحة 150-200 متر مربع.

النسخة الأكثر شيوعًا للمنزل الريفي الحديث للاستخدام الدائم اليوم.
إن استخدام مواد وتقنيات البناء الحديثة يضمن فقدان حرارة المبنى عند مستوى 55 واط / متر مربع من الأرضية.
ولتغطية إجمالي الاحتياجات من الطاقة الحرارية التي يتم إنفاقها على التدفئة وإمدادات المياه الساخنة لمثل هذا المنزل، من الضروري تركيب مضخة حرارية أو غلاية بسعة حرارية تبلغ حوالي 12 كيلو واط / ساعة.
تكلفة المضخة الحرارية أو غلاية الديزل نفسها ليست سوى جزء صغير من التكاليف التي يجب تكبدها لتشغيل نظام التدفئة ككل.

فيما يلي قائمة بعيدة كل البعد عن الاكتمال للتكاليف الرئيسية المرتبطة بتركيب نظام تسخين جاهز يعتمد على غلاية الوقود السائل، والتي تكون غائبة عند استخدام المضخة الحرارية:

مرشح تنفيس الهواء، حزمة الإصلاح، مجموعة السلامة، الموقد، نظام أنابيب الغلاية، لوحة التحكم مع الأتمتة التي تعتمد على الطقس، غلاية كهربائية في حالات الطوارئ، خزان الوقود، مدخنة، غلاية.

كل هذا يصل إلى 8000-9000 يورو على الأقل. مع الأخذ في الاعتبار الحاجة إلى تركيب غرفة المرجل نفسها، والتي تبلغ تكلفتها، مع مراعاة جميع متطلبات السلطات الإشرافية، عدة آلاف من اليورو، نتوصل إلى نتيجة متناقضة للوهلة الأولى، وهي قابلية المقارنة العملية من التكاليف الرأسمالية الأولية عند تركيب نظام تدفئة جاهز يعتمد على مضخة حرارية وغلاية وقود سائل.

وفي كلتا الحالتين تقترب التكلفة من 15 ألف يورو.

مع الأخذ في الاعتبار المزايا التالية التي لا يمكن إنكارها للمضخة الحرارية، مثل:
اقتصادية.بتكلفة 1 كيلووات من الكهرباء هي 1 روبل 40 كوبيل، 1 كيلووات من الطاقة الحرارية لن تكلفنا أكثر من 30-45 كوبيل، في حين أن 1 كيلووات من الطاقة الحرارية من المرجل ستكلف بالفعل 1 روبل 70 كوبيل (بسعر وقود الديزل 17 روبل/لتر)؛
علم البيئة.طريقة تسخين صديقة للبيئة لكل من البيئة والأشخاص الموجودين في الغرفة؛
أمان.لا يوجد لهب مفتوح، ولا عادم، ولا سخام، ولا رائحة ديزل، ولا تسرب غاز، ولا تسرب زيت الوقود.

لا توجد مرافق تخزين خطرة للفحم أو الحطب أو زيت الوقود أو وقود الديزل؛

مصداقية.الحد الأدنى من الأجزاء المتحركة مع عمر خدمة مرتفع. الاستقلال عن توريد مادة الوقود وجودتها. عمليا لا حاجة للصيانة. عمر الخدمة للمضخة الحرارية هو 15 – 25 سنة؛
راحة.تعمل المضخة الحرارية بصمت (ليس أعلى من صوت الثلاجة)؛
المرونة.تتوافق المضخة الحرارية مع أي نظام تسخين دائري، كما يسمح تصميمها الحديث بتركيبها في أي غرفة؛

يختار عدد متزايد من أصحاب المنازل الفردية المضخة الحرارية للتدفئة، سواء في البناء الجديد أو عند ترقية نظام التدفئة الحالي.

جهاز مضخة الحرارة

يمكن اعتبار التكنولوجيا القريبة من السطح المتمثلة في استخدام الطاقة الحرارية منخفضة الجودة باستخدام مضخة حرارية نوعًا من الظواهر التقنية والاقتصادية أو ثورة حقيقية في نظام الإمداد الحراري.

جهاز مضخة الحرارة.العناصر الرئيسية للمضخة الحرارية هي المبخر والضاغط والمكثف ومنظم التدفق المتصل بخط أنابيب - دواسة الوقود أو الموسع أو أنبوب الدوامة (الشكل 16).

من الناحية التخطيطية، يمكن تمثيل المضخة الحرارية كنظام من ثلاث دوائر مغلقة: في الدائرة الأولى، يتم تدوير المشتت الحراري الخارجي (المبرد الذي يجمع الحرارة من البيئة)، في الثانية - مادة التبريد (مادة تتبخر، وتأخذ بعيدا حرارة المشتت الحراري، ويتكثف، والتخلي عن الحرارة إلى المشتت الحراري) ، في الثالث - جهاز استقبال الحرارة (الماء في أنظمة التدفئة وإمدادات المياه الساخنة للمبنى).

16. جهاز المضخة الحرارية

الدائرة الخارجية (المجمع) عبارة عن خط أنابيب يتم وضعه في الأرض أو في الماء حيث يدور سائل غير متجمد - مضاد للتجمد. تجدر الإشارة إلى أن مصدر الطاقة المنخفضة يمكن أن يكون إما حرارة ذات أصل طبيعي (الهواء الخارجي؛ حرارة الأرض والمياه الارتوازية والحرارية؛ مياه الأنهار والبحيرات والبحار وغيرها من المسطحات المائية الطبيعية غير المتجمدة) و مصدر صناعي (التصريفات الصناعية، محطات معالجة مياه الصرف الصحي، الحرارة الناتجة عن محولات الطاقة وأي حرارة مهدرة أخرى).

درجة الحرارة المطلوبة لتشغيل المضخة عادة ما تكون 5-15 درجة مئوية.

تحتوي الدائرة الثانية، حيث يدور سائل التبريد، على مبادلات حرارية مدمجة - مبخر ومكثف، بالإضافة إلى أجهزة تغير ضغط سائل التبريد - خنق (ثقب معايرة ضيق) يرشه في الطور السائل و ضاغط يضغطه في الحالة الغازية.

دورة العمل.يتم دفع سائل التبريد عبر الخانق، وينخفض ​​ضغطه، ويدخل إلى المبخر، حيث يغلي، مما يؤدي إلى إزالة الحرارة التي يوفرها المجمع من البيئة.

بعد ذلك، يتم امتصاص الغاز الذي تحول إليه سائل التبريد إلى الضاغط، ويتم ضغطه وتسخينه ودفعه إلى المكثف. المكثف هو وحدة إطلاق الحرارة للمضخة الحرارية: هنا يتم استقبال الحرارة عن طريق الماء في نظام دائرة التسخين. في هذه الحالة يبرد الغاز ويتكثف ليتعرض مرة أخرى للتفريغ في صمام التمدد ويعود إلى المبخر. بعد ذلك، تتكرر دورة العمل.

لكي يعمل الضاغط (المحافظة على الضغط العالي والتدوير) يجب توصيله بالكهرباء.

ولكن مقابل كل كيلووات/ساعة من الكهرباء يتم إنفاقها، تنتج المضخة الحرارية ما بين 2.5 إلى 5 كيلووات/ساعة من الطاقة الحرارية.

المضخة الحرارية للتدفئة: مبدأ التشغيل ومزايا الاستخدام

تسمى هذه النسبة نسبة التحويل (أو نسبة تحويل الحرارة) وتعمل كمؤشر على كفاءة المضخة الحرارية.

تعتمد قيمة هذه القيمة على الفرق في مستويات درجة الحرارة في المبخر والمكثف: كلما زاد الفرق، كلما كان أصغر. لهذا السبب، يجب أن تستخدم المضخة الحرارية أكبر قدر ممكن من مصدر الحرارة المنخفض، دون محاولة تبريده أكثر من اللازم.

أنواع المضخات الحرارية.

تأتي المضخات الحرارية في نوعين رئيسيين – حلقة مغلقة وحلقة مفتوحة.

مضخات الدائرة المفتوحةيستخدمون المياه من المصادر الجوفية كمصدر للحرارة - حيث يتم ضخها من خلال بئر محفورة إلى مضخة حرارية، حيث يحدث التبادل الحراري، ويتم تفريغ المياه المبردة مرة أخرى إلى الأفق تحت الماء من خلال بئر آخر.

يعتبر هذا النوع من المضخات مفيدًا لأن المياه الجوفية تحافظ على درجة حرارة ثابتة ومرتفعة إلى حد ما على مدار السنة.

مضخات دورة مغلقةهناك عدة أنواع: رَأسِيّو ز أفقي(الشكل 17).

تحتوي المضخات ذات المبادل الحراري الأفقي على دائرة خارجية مغلقة، يتم حفر الجزء الرئيسي منها أفقيًا في الأرض، أو يتم وضعها على طول قاع بحيرة أو بركة قريبة.

يصل عمق الأنابيب تحت الأرض في مثل هذه المنشآت إلى متر واحد. تعتبر هذه الطريقة للحصول على الطاقة الحرارية الأرضية هي الأرخص، لكن استخدامها يتطلب عددًا من الشروط الفنية التي لا تتوفر دائمًا في المنطقة التي يتم تطويرها.

الشيء الرئيسي هو أن يتم وضع الأنابيب بطريقة لا تتداخل مع نمو الأشجار أو العمل الزراعي، بحيث يكون هناك احتمال ضئيل لتلف الأنابيب تحت الماء أثناء الأنشطة الزراعية أو غيرها.

أرز. 17.نظام الطاقة الحرارية الأرضية القريب من السطح مع التبادل الحراري

مضخات مع مبادل حراري عموديتشمل كفافًا خارجيًا محفورًا في عمق الأرض - 50-200 م.

هذا هو النوع الأكثر كفاءة من المضخات وينتج حرارة أرخص، ولكن تركيبه أكثر تكلفة بكثير من الأنواع السابقة. وترجع الفائدة في هذه الحالة إلى أن درجة حرارة الأرض على عمق أكثر من 20 مترًا تكون مستقرة على مدار السنة وتبلغ 15-20 درجة، ولا تزداد إلا مع زيادة العمق.

تكييف الهواء باستخدام المضخات الحرارية.إحدى الصفات المهمة للمضخات الحرارية هي القدرة على التبديل من وضع التدفئة في الشتاء إلى وضع تكييف الهواء في الصيف: يتم استخدام ملفات المروحة فقط بدلاً من المشعات.

ملف المروحة عبارة عن وحدة داخلية يتم فيها توفير الحرارة أو سائل التبريد والهواء الذي يتم تشغيله بواسطة مروحة، والذي يتم تسخينه أو تبريده حسب درجة حرارة الماء.

يشتمل على: مبادل حراري، ومروحة، وفلتر هواء، ولوحة تحكم.

نظرًا لأن وحدات ملف المروحة يمكن أن تعمل لكل من التدفئة والتبريد، فمن الممكن توفير عدة خيارات للأنابيب:
- S2 - الأنبوب - عندما يلعب الماء دور الحرارة والمبرد ويسمح بخلطهما (وكخيار، جهاز مزود بسخان كهربائي ومبادل حراري يعمل للتبريد فقط)؛
- S4 - الأنبوب - عندما لا يمكن خلط سائل التبريد (على سبيل المثال، جلايكول الإيثيلين) مع سائل التبريد (الماء).

تتراوح قوة وحدات لفائف المروحة للبرد من 0.5 إلى 8.5 كيلو واط، وللحرارة من 1.0 إلى 20.5 كيلو واط.

وهي مجهزة بمراوح منخفضة الضوضاء (من 12 إلى 45 ديسيبل) مع ما يصل إلى 7 سرعات دوران.

الآفاق.الاستخدام الواسع النطاق للمضخات الحرارية يعوقه نقص الوعي العام. يشعر المشترون المحتملون بالخوف من التكاليف الأولية المرتفعة إلى حد ما: تكلفة المضخة وتركيب النظام تتراوح بين 300-1200 دولار لكل 1 كيلوواط من طاقة التدفئة المطلوبة. لكن الحساب المختص يثبت بشكل مقنع الجدوى الاقتصادية لاستخدام هذه المنشآت: فالاستثمارات الرأسمالية تؤتي ثمارها، وفقا لتقديرات تقريبية، خلال 4-9 سنوات، وتستمر المضخات الحرارية لمدة 15-20 سنة قبل الإصلاحات الرئيسية.