كيفية اختيار المضخة الحرارية المناسبة؟ المضخة الحرارية للتدفئة المنزلية: كيفية اختيار المضخة الحرارية الفعالة

المضخة الحرارية هي جهاز يمكنه تزويد منزلك بالتدفئة في الشتاء والتبريد في الصيف وإنتاج الماء الساخن على مدار السنة.

تستخدم المضخة الحرارية الطاقة من مصادر متجددة - الهواء الساخن أو الأرض أو الصخور أو الماء - لإنتاج الطاقة الحرارية. يتم تنفيذ هذا التحول بمساعدة مواد خاصة -.

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية

من الناحية الهيكلية، تتكون أي مضخة حرارية من جزأين: جزء خارجي، "يأخذ" الحرارة من مصادر متجددة، وجزء داخلي، ينقل هذه الحرارة إلى نظام التدفئة أو تكييف الهواء في منزلك. تتميز المضخات الحرارية الحديثة بكفاءة عالية في استخدام الطاقة، وهو ما يعني من الناحية العملية ما يلي - المستهلك، أي. ينفق صاحب المنزل الذي يستخدم مضخة حرارية، في المتوسط، ربع الأموال التي ينفقها فقط على تدفئة أو تبريد منزله كما لو لم يكن لديه مضخة حرارية.

بمعنى آخر، في نظام مزود بمضخة حرارية، يتم توفير 75% من الحرارة المفيدة (أو البرودة) من مصادر مجانية - حرارة الأرض، أو المياه الجوفية، أو الهواء المستخدم الذي يتم تسخينه في المبنى وتصريفه في الخارج.

دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل المضخة الحرارية الأكثر شيوعًا في الحياة اليومية، والتي تعمل بحرارة الأرض. تعمل المضخة الحرارية في عدة دورات.

الدورة 1، التبخر

الجزء الخارجي من المضخة الحرارية "الأرضية" عبارة عن نظام مغلق من الأنابيب المدفونة في الأرض إلى عمق معين، حيث تكون درجة الحرارة مستقرة على مدار السنة وهي 7-12 درجة مئوية. "لجمع" كمية كافية من طاقة الأرض، من الضروري أن تكون المساحة الإجمالية التي يشغلها نظام الأنابيب تحت الأرض أكبر بمقدار 1.5-2 مرات من المساحة الساخنة الكاملة للمنزل. تمتلئ هذه الأنابيب بمادة التبريد، والتي يتم تسخينها إلى درجة حرارة الأرض.

يتمتع سائل التبريد بنقطة غليان منخفضة جدًا، لذا يمكن أن يتحول إلى الحالة الغازية عند درجة حرارة الأرض بالفعل. ثم يدخل هذا الغاز.

الدورة الثانية، الضغط

هذا الضاغط هو الذي يستهلك كل الطاقة اللازمة لتشغيل المضخة الحرارية، ولكن بالمقارنة، على سبيل المثال، مع التدفئة، تكون هذه التكاليف أقل بشكل ملحوظ. سنعود لمقارنات التكلفة لاحقًا.

لذلك، يتم ضغط مادة التبريد الغازية التي يتم تسخينها إلى درجة حرارة 7-12 درجة مئوية من الأنابيب تحت الأرض في غرفة الضاغط بقوة، مما يؤدي إلى تسخينها بشكل حاد. لفهم ذلك، فكر فقط في مدى سخونة مضخة الدراجة العادية عندما تقوم بنفخ إطارات سيارتك. المبدأ هو نفسه.

ملاحظة للمالك

"المضخة الحرارية هي تدفئة حديثة. لكن قيم الكفاءة الفعلية للمضخات الحرارية تعتمد على ظروف درجة الحرارة، أي. وفي الأيام الباردة تنخفض فعاليتها. وتبلغ حوالي 150% عند درجة حرارة -20 درجة مئوية، وحوالي 300% عند درجة حرارة المصدر +7 درجة مئوية."

الدورة 3، التكثيف

بعد دورة الضغط، حصلنا على بخار ساخن تحت ضغط مرتفع، والذي يتم إمداده إلى الجزء الداخلي "المنزلي" من المضخة الحرارية. الآن يمكن استخدام هذا الغاز لنظام تسخين الهواء أو لتسخين المياه في نظام تسخين المياه وإمدادات الماء الساخن. يمكن أيضًا استخدام هذا البخار الساخن مع نظام "".

ومن خلال إطلاق الحرارة في نظام التدفئة، يبرد الغاز الساخن ويتكثف ويتحول إلى سائل.

الدورة الرابعة، التوسع

يدخل هذا السائل إلى صمام التمدد، حيث ينخفض ​​ضغطه. يتم الآن إرسال سائل التبريد منخفض الضغط تحت الأرض مرة أخرى ليتم تسخينه إلى درجة حرارة الأرض. وتتكرر جميع الدورات.

كفاءة المضخات الحرارية

لكل 1 كيلوواط من الكهرباء تستهلكه المضخة الحرارية لتشغيل ضاغطها، في المتوسط، يتم توليد حوالي 4 كيلوواط من الطاقة الحرارية المفيدة. وهذا يتوافق مع كفاءة 300٪.

مقارنة التدفئة باستخدام المضخة الحرارية مع طرق أخرى.

البيانات مقدمة من الجمعية الأوروبية للمضخات الحرارية (EHPA)

نوع التدفئة	كفاءة الطاقة،٪

يرجى فهم أن كفاءة المضخة الحرارية تختلف وفقًا للظروف المحددة التي تعمل فيها وحدتك. لذا، إذا كنت تستخدم مضخة حرارية ذات مصدر أرضي ولديك تربة طينية في ممتلكاتك، فستكون كفاءة المضخة الحرارية ضعف ما لو كانت أنابيب المضخة الحرارية في تربة رملية.

يجب أن نتذكر أيضًا أنه يجب وضع الجزء الموجود تحت الأرض تحت علامة تجمد التربة. وإلا فإن المضخة الحرارية لن تعمل على الإطلاق.

تعتمد قيم الكفاءة الفعلية للمضخات الحرارية على ظروف درجة الحرارة، أي. وفي الأيام الباردة تنخفض فعاليتها. وتبلغ حوالي 150% عند درجة حرارة -20 درجة مئوية، وحوالي 300% عند درجة حرارة المصدر +7 درجة مئوية. لكن التكنولوجيا لا تقف مكتوفة الأيدي - فالنماذج الحديثة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، ويستمر هذا الاتجاه.

مضخات حرارية لتبريد المنزل

من حيث مبدأ التشغيل، تشبه المضخة الحرارية أو. لذلك، في الصيف، يمكن استخدامه ليس لتدفئة المنزل، ولكن للتبريد أو تكييف الهواء. دعونا نتذكر أنه إذا كنا نتحدث عن مضخة حرارية "ترابية"، فإن درجة حرارة التربة تكون مستقرة في حدود 7-12 درجة مئوية على مدار السنة. وبمساعدة المضخة الحرارية يمكن نقلها إلى داخل المنزل.

مبدأ تشغيل نظام التبريد باستخدام المضخة الحرارية يشبه نظام التدفئة، فقط بدلا من المشعات يتم استخدامه. مع التبريد السلبي، يدور المبرد ببساطة بين وحدات ملف المروحة والبئر، أي. البرد من البئر يدخل مباشرة إلى نظام تكييف الهواء، ولكن الضاغط نفسه لا يعمل. إذا لم يكن التبريد السلبي كافيًا، يتم تشغيل ضاغط المضخة الحرارية، والذي يعمل أيضًا على تبريد وسط التسخين.

أنواع المضخات الحرارية

تنقسم المضخات الحرارية المنزلية إلى ثلاثة أنواع رئيسية، تختلف في مصدر الحرارة الخارجي:

• "الأرض" أو "المياه الجوفية"، "الهواء الجوفي"؛
• "ماء" أو "ماء-ماء" ، "ماء-هواء" ؛
• "هواء" أو "هواء إلى ماء"، "هواء إلى جو".

مضخات حرارية ذات مصدر أرضي

الأكثر شعبية هي المضخات الحرارية التي تستخدم حرارة الأرض. لقد تمت مناقشتها بالفعل أعلاه. هذه هي الأكثر فعالية، ولكنها أيضًا الأغلى من بين جميع الأنواع. يمكن وضع الأنابيب التي تمر تحت الأرض عموديًا أو أفقيًا. اعتمادا على هذا، يتم تقسيم المضخات الحرارية "الأرضية" إلى رَأسِيّو أفقي.

مضخات الحرارة العموديةتتطلب غمر الأنابيب التي يتم من خلالها تعميم مادة التبريد على عمق كبير: 50-200 م، صحيح أن هناك بديل - ليس صنع بئر واحدة، بل عدة بئر، ولكن أكثر "ضحلة". ويجب أن تكون المسافة بين هذه الآبار 10 أمتار على الأقل. ولحساب عمق الحفر، يمكن للمرء أن يقدر بشكل تقريبي أن مضخة حرارية بقدرة 10 كيلوواط سوف تتطلب آبارًا (واحدة أو أكثر) بعمق إجمالي يبلغ حوالي 170 مترًا. ويجب أن نتذكر أيضًا أنه من غير المجدي حفر آبار ضحلة جدًا - أقل من 50 مترًا -.

في وضع أفقيليس من الضروري إجراء حفر باهظ الثمن على أعماق كبيرة. يبلغ عمق مد خطوط الأنابيب بهذه الطريقة حوالي 1 متر، اعتمادًا على منطقة التثبيت، يمكن أن تنخفض هذه القيمة أو تزيد. وبهذه الطريقة يتم وضع أنبوب مادة التبريد بحيث تكون المسافة بين الأقسام المجاورة مترًا ونصف على الأقل، وإلا فإن تجميع الحرارة لن يكون فعالاً.

ملاحظة للمالك

"إذا كنت تعيش في منطقة مناخية معتدلة - على سبيل المثال، في الشمال الغربي - فإن الخيار الأكثر فعالية بالنسبة لك هو المضخة الحرارية التي تستخدم حرارة الأرض. علاوة على ذلك، فمن الأفضل تركيب نسخة عمودية من المضخة الحرارية - خاصة إذا كان منزلك يقع على الصخور الصخرية.

لتثبيت مضخة حرارية بقدرة 10 كيلووات، تحتاج إلى طول إجمالي للأنبوب المدفون يبلغ حوالي 350-450 مترًا، وإذا أخذت في الاعتبار القيود المرتبطة بقرب المناطق المختلفة من بعضها البعض، فستحتاج إلى قطعة أرض بها أبعاد 20 في 20 مترا. ما إذا كانت هذه المؤامرة المجانية متاحة هو سؤال كبير.

كيفية اختيار المضخة الحرارية المناسبة

إذا كنت تعيش في منطقة مناخية معتدلة - على سبيل المثال، في الشمال الغربي - فإن الخيار الأكثر فعالية بالنسبة لك هو المضخة الحرارية التي تستخدم حرارة الأرض. علاوة على ذلك، من الأفضل تثبيت نسخة رأسية من المضخة الحرارية - خاصة إذا كان منزلك يقع على صخور صخرية، حيث يمثل العثور على قطعة أرض واسعة خالية مشكلة. لكن هذا النوع من المضخات الحرارية هو الأغلى من حيث التكاليف الرأسمالية.

في منطقة ذات مناخ معتدل - على سبيل المثال، في سوتشي - يمكنك تركيب مضخة حرارية من الهواء إلى الماء، والتي لا تتطلب تكاليف رأسمالية مفرطة وتكون فعالة بشكل خاص في المناطق التي تكون فيها تقلبات درجات الحرارة الموسمية صغيرة نسبيًا.

اعتمادًا على مبدأ التشغيل، هناك أيضًا. النماذج التي تعمل بالكهرباء هي أكثر شعبية.

ملاحظة مهمة أخرى. من الأفكار الجيدة الجمع بين نماذج المضخات الحرارية التي تجمع بين الإصدار الكلاسيكي للمضخة الحرارية وسخان الغاز أو الكهرباء. يمكن استخدام هذه السخانات في الظروف الجوية السيئة عندما تنخفض كفاءة المضخة الحرارية. كما ذكرنا سابقًا، يعد انخفاض الكفاءة أمرًا شائعًا بشكل خاص مع المضخات الحرارية من الهواء إلى الماء والهواء إلى الهواء.

إن الجمع بين هذين المصدرين للحرارة يقلل من تكلفة النفقات الرأسمالية ويزيد من فترة الاسترداد لتركيب المضخة الحرارية.

مزايا وعيوب المضخات الحرارية

الميزة الرئيسية للمضخات الحرارية هي تكاليف تشغيلها المنخفضة. أولئك. تكلفة الحرارة أو التبريد المنتجة للمستخدم النهائي هي الأقل مقارنة بطرق التدفئة/تكييف الهواء الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر نظام المضخة الحرارية آمنًا عمليًا للمنزل. ونتيجة لذلك، تم تبسيط متطلبات أنظمة التهوية في مبانيها وزيادة مستوى السلامة من الحرائق. مما له أيضًا تأثير إيجابي على تكلفة تركيب هذه الأنظمة.

المضخات الحرارية سهلة الاستخدام وموثوقة للغاية، كما أنها صامتة عمليًا.

ميزة أخرى هي أنه يمكنك بسهولة تحويل المضخة الحرارية من التدفئة إلى التبريد إذا لزم الأمر. لا تحتاج فقط إلى أن يكون لديك أنظمة تدفئة في المنزل فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى وحدات لفائف المروحة.

ما هي المضخة الحرارية للمنزل ✮تشكيلة كبيرة من المضخات الحرارية على بوابة الموقع

لكن لديهم أيضًا عيوبًا، وأهمها الجانب الآخر من الميزة الرئيسية - التكاليف الرأسمالية لتركيبها كبيرة جدًا. حتى وقت قريب، كان هناك عيب آخر للمضخات الحرارية وهو انخفاض درجة حرارة المبرد نسبيا - لا يزيد عن 60 درجة مئوية. ولكن التطورات الأخيرة جعلت من الممكن القضاء على هذا العيب. صحيح أن سعر هذه النماذج أعلى من سعر النماذج القياسية.

تعتبر المضخة الحرارية بديلاً جيدًا للتدفئة التقليدية للمنزل الخاص. الجهاز المستخدم لمدة 30 عامًا في الدول الغربية، لا يزال منتجًا جديدًا في روسيا. هناك عاملان يحولان دون استخدامه على نطاق واسع: التكلفة العالية ونقص المعلومات حول المضخات الحرارية ومزاياها ومبادئ تشغيلها. مؤشر التطبيق العملي لنظام التدفئة الحرارية الأرضية هو شعبيته في الغرب. وهكذا، يتم تدفئة حوالي 95% من المنازل بالمضخات الحرارية في السويد والنرويج. نحن ندعوك للتعرف بمزيد من التفاصيل على تصميم ومبادئ تشغيل هذه المعدات الحرارية، والتي هي بالتأكيد المستقبل.

ماهى المضخة الحراريه؟

المضخة الحرارية هي جهاز يمتص الطاقة الحرارية المنخفضة المحتملة من البيئة (الماء، الأرض، الهواء) وينقلها إلى أنظمة إمداد الحرارة ذات درجة حرارة أعلى.

الطبيعة من حولنا مشبعة بالطاقة. حتى الصقيع لديه الدفء. ولا يمكن استخلاص الطاقة من البيئة إلا عند درجة حرارة -273 درجة مئوية. لذلك، حتى في أشد الشتاء قسوة، يمكن للمنزل الريفي يتم تسخينها باستخدام الطاقة التي يتم الحصول عليها من الطبيعة.

يحدث ذلك اعتمادًا على مصدر الطاقة (الماء، الأرض، الهواء). تعديل المضخات الحرارية.ومع ذلك، فإن المضخة الحرارية الأرضية هي الأكثر عملية وثبتًا، والتي تستخدم الطاقة الأرضية. إنه مثالي للظروف الروسية.

تعمل التدفئة الحرارية الأرضية بإحدى الطرق الثلاث التالية:

إن استخدام التدفئة الحرارية الأرضية، مثل أي نظام تدفئة، لن يقوم فقط بتدفئة المنزل، بل سيوفر أيضًا الماء الساخن، أو يسخن موقف السيارات أو الدفيئة، أو يسخن الماء في حمام السباحة.

فوائد استخدام المضخة الحرارية

مبدأ عمل المضخة الحرارية

يمكن مقارنة تشغيل المضخة الحرارية بتشغيل الثلاجة التقليدية. فقط بدلا من البرد، ينتج الجهاز الحرارة. المادة التي تنقل الطاقة هي غاز الفريون- غاز أو سائل ذو درجة غليان منخفضة. عندما يتبخر فإنه يمتص الحرارة، وعندما يتكثف يطلقها.

المضخة الحرارية هي العنصر الرئيسي في النظام. أبعادها لا تتجاوز أبعاد الغسالة المتوسطةمما يسهل عملية تركيب الجهاز . المضخة نفسها متصلة بدائرتين: داخلية وخارجية.

الدائرة الداخليةيتكون من نظام التدفئة المنزلية (الأنابيب والمشعات). كفاف خارجيتقع في الماء أو تحت الأرض. يشتمل على مجمع مبادل حراري وأنابيب تربط المجمع بالمضخة.

تم تجهيز المضخات الحرارية بأجهزة إضافية مختلفة. يمكن أن يكون:

• جهاز اتصالللتحكم في النظام عبر جهاز كمبيوتر شخصي أو هاتف محمول؛
• وحدة تبريدلنظام التبريد المحلي أو المركزي.
• وحدة مضخة إضافيةقد تكون هناك حاجة لتدفئة الأرضية.
• مضخة الدورة الدمويةضروري لتدوير الماء الساخن.

تتكون عملية تشغيل المضخة من عدة مراحل:

1. خليط مضاد للتجمد يتم توفيره للمجمع.يتم امتصاص الطاقة الحرارية ونقلها إلى المضخة.
2. في المبخر، يتم نقل الطاقة إلى الفريون، حيث يتم تسخينه تصل إلى 8 درجات مئوية، يغلي ويتحول إلى بخار.
3. مع زيادة الضغط في الضاغط، ترتفع درجة الحرارة. يمكن أن تصل إلى 70 درجة مئوية.
4. يستقبل نظام التدفئة الداخلي الطاقة الحرارية من خلاله مكثف. يبرد الفريون على الفور ويتحول إلى حالة سائلة، مما ينبعث منه الحرارة المتبقية. ثم يعود إلى المجمع. هذا يكمل الدورة.
5. ثم يتكرر العمل على نفس المبدأ.

تعمل المضخة الحرارية بكفاءة أكبر عندما تكون هناك تدفئة تحت الأرضية في المنزل. يتم توزيع الحرارة على كامل مساحة الأرضية بالتساوي. لا توجد مناطق المحموم. نادرًا ما ترتفع درجة حرارة سائل التبريد الموجود في النظام فوق 35 درجة مئوية، ويعتبر التسخين عن طريق تسخين الأرضيات أكثر راحة عند درجة حرارة 33 درجة مئوية. وهذا أقل بمقدار درجتين مئويتين عما هو عليه عند التسخين باستخدام المشعات. ومن هنا ينشأ وفورات تصل إلى 18% سنويامن ميزانية التدفئة بأكملها. بالإضافة إلى ذلك، يُعتقد أن التدفئة على مستوى الأرض هي الأكثر راحة لسكن الإنسان.

يمكن أن يكون نظام التدفئة أحادي التكافؤ وثنائي التكافؤ. الأنظمة أحادية التكافؤ لها مصدر تسخين واحد. إنه يلبي تمامًا الحاجة للحرارة على مدار العام. وبالتالي، فإن ثنائي التكافؤ له مصدران.

تدفئة المنزل في الشتاء

في المناطق ذات الظروف المناخية الأكثر قسوة، من المهم استخدامه نظام التدفئة ثنائي التكافؤ. بسبب مصدر الحرارة الثاني، يتوسع نطاق درجة الحرارة. إن تشغيل مضخة حرارية واحدة يكفي فقط حتى مستوى درجة حرارة -20 درجة مئوية. عندما يتم خفضه أكثر، يتم توصيل سخان كهربائي أو مدفأة أو وقود سائل أو غلاية غاز. في هذه الحالة، تكون طاقة المضخة الحرارية محدودة من الحد الأقصى للطلب في فصل الشتاء إلى 70 - 80٪. يتم توفير نسبة 20 إلى 30٪ المفقودة بواسطة مصدر حرارة إضافي. هذا يقلل من الكفاءة الشاملة للنظام.ومع ذلك، فإن الانخفاض ضئيل.

عند التبديل الكامل لتدفئة مبنى باستخدام نظام الطاقة الحرارية الأرضية (في حالة عدم التخطيط لتركيب غلاية إضافية أو جهاز كهربائي)، يتم استخدام المضخة الحرارية جنبًا إلى جنب مع وحدة داخلية تحتوي على سخان كهربائي صغير مدمج. وسوف يدعم الجهاز عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من -20 درجة مئوية.

في أي الحالات يكون استخدام المضخة الحرارية مبررًا؟

تتضمن مسألة تدفئة منزل ريفي النظر في عدة خيارات:

• غاز. إذا لم يكن هناك خط أنابيب غاز بالقرب من المنزل، يصبح من المستحيل. في بعض المناطق، يمكنك فقط شراء الغاز في أسطوانات.
• الفحم أو الحطب. معهم، التدفئة تتحول إلى عملية كثيفة العمالة وغير فعالة.
• غلاية الزيتيتطلب ارتفاع تكاليف الوقود والمباني الخاصة. يتطلب الوقود نفسه أيضًا تخزينًا خاصًا، وهو أمر غير مناسب في منزل صغير.
• التدفئة الكهربائيةمكلفة للغاية.

في هذه الحالة، يأتي إلى الإنقاذ نظام التدفئة الحرارية الأرضية. يتم استخدامه حتى في حالة توفر الغاز. يعد تركيب المضخة الحرارية أكثر تكلفة من تركيب معدات تسخين الغاز. ومع ذلك، في المستقبل، سيتعين دفع ثمن الغاز باستمرار، على عكس الطاقة المأخوذة من البيئة.

من الصعب التعبير عن مردود المضخة الحرارية بقيمة عددية متوسطة. كل هذا يتوقف على تكلفته الأولية. يتم تقليل جوهر تركيب هذه التدفئة إلى المنظور. على الرغم من الكمية المستهلكة الكهرباء - 3-5 مرات أقلمن أنظمة التدفئة الأخرى، لا يزال من الضروري حساب جميع تكاليف الطاقة لهذا العام من الناحية النقدية ومقارنتها بتكلفة النظام وتركيبه وتشغيله.

من الممكن تحقيق أقصى قدر من الكفاءة لاستخدام المضخة الحرارية إذا شرطين مهمين:

• يجب أن يكون المبنى ساخنًا معزولويجب ألا يزيد مؤشر فقدان الحرارة عن 100 وات/م2. هناك علاقة مباشرة بين كيفية عزل المنزل ومدى ربحية تركيب المضخة الحرارية.
• توصيل المضخة الحرارية إلى مصادر التدفئة ذات درجة الحرارة المنخفضة(السخانات الحرارية، الأرضيات الدافئة)، نظام درجة الحرارة فيها يتراوح بين 30 - 40 درجة مئوية.

لذلك، ستكون المضخة الحرارية بديلاً جيدًا لطرق التدفئة التقليدية. يضمن الجهاز الاقتصاد والسلامة الكاملة. لن يضطر المالك، بعد تركيب نظام التدفئة الحرارية الأرضية، إلى الاعتماد على عوامل خارجية مختلفة، مثل انقطاع إمدادات الغاز أو مكالمات الخدمة. الطاقة المأخوذة من البيئة لا تتطلب الدفع ولا يتم استنفادها.

وستشكل مضخات الطاقة الحرارية الأرضية ثلاثة أرباع جميع معدات التدفئة في عام 2020، وفقا لتوقعات لجنة الطاقة العالمية.

ممارسة استخدام المضخات الحرارية: فيديو

مدة القراءة: 7 دقائق.

ويعني مصطلح المضخة الحرارية مجموعة من الوحدات المصممة لتجميع الطاقة الحرارية من مصادر مختلفة في البيئة ونقل هذه الطاقة إلى المستهلكين.

على سبيل المثال، يمكن أن تكون هذه المصادر عبارة عن رافعات المجاري، والنفايات الناتجة عن مختلف الصناعات الكبيرة، والحرارة المتولدة أثناء التشغيل من محطات الطاقة المختلفة، وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك، يمكن أن يكون المصدر بيئات وأجسام مختلفة مع درجة حرارة تزيد عن درجة واحدة.

الغرض من المضخة الحرارية هو تحويل الطاقة الطبيعية من الماء أو الأرض أو الهواء إلى طاقة حرارية لتلبية احتياجات المستهلك. ونظرًا لأن هذه الأنواع من الطاقة تتجدد ذاتيًا باستمرار، فيمكن اعتبارها مصدرًا لا حدود له.

مبدأ عمل المضخة الحرارية لتدفئة المنزل

يعتمد مبدأ تشغيل المضخات الحرارية على قدرة الأجسام والوسائط على نقل طاقتها الحرارية إلى أجسام ووسائط أخرى مماثلة. وفقا لهذه الميزة، هناك أنواع مختلفة من المضخات الحرارية، والتي يوجد فيها بالضرورة مورد الطاقة ومتلقيها.

باسم المضخة يشار إلى مصدر الطاقة الحرارية في المقام الأول، ويشار إلى نوع الناقل الذي تنتقل إليه الطاقة في المقام الثاني.

في تصميم كل مضخة حرارية لتدفئة المنزل هناك 4 عناصر رئيسية:

1. ضاغط مصمم لزيادة ضغط ودرجة حرارة البخار الناتج عن غليان الفريون.
2. المبخر، وهو خزان ينتقل فيه الفريون من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
3. في المكثف، ينقل المبرد الطاقة الحرارية إلى الدائرة الداخلية.
4. ينظم صمام الخانق كمية مادة التبريد التي تدخل إلى المبخر.

نوع هواء المضخة الحرارية يعني أن الطاقة الحرارية ستؤخذ من البيئة الخارجية (الغلاف الجوي) وتنقل إلى الناقل، وهو الهواء أيضاً.

مضخة حرارة الهواء إلى الهواء: مبدأ التشغيل

يعتمد مبدأ تشغيل هذا النظام على الظاهرة الفيزيائية التالية: تبخر الوسط في الحالة السائلة، مما يؤدي إلى خفض درجة حرارة السطح الذي يتبدد منه.

من أجل الوضوح، دعونا ننظر بإيجاز في تشغيل الثلاجة. يأخذ الفريون، الذي يدور عبر أنابيب الثلاجة، الحرارة من الثلاجة ويسخن نفسه. ونتيجة لذلك، يتم نقل الحرارة التي تم جمعها بها إلى البيئة الخارجية (أي إلى الغرفة التي توجد بها الثلاجة). ثم يبرد سائل التبريد، الذي يتم ضغطه في الضاغط، مرة أخرى ويستمر الدورة الدموية. تعمل المضخة الحرارية ذات مصدر الهواء على نفس المبدأ - فهي تأخذ الحرارة من الهواء الخارجي وتقوم بتدفئة المنزل.

يتكون تصميم الوحدة من الأجزاء التالية:

• تتكون وحدة المضخة الخارجية من ضاغط ومبخر مزود بمروحة وصمام تمدد.
• تعمل الأنابيب النحاسية المعزولة حرارياً على توزيع الفريون
• مكثف مع مروحة تقع عليه. يعمل على تشتيت الهواء الساخن بالفعل على مساحة المبنى.

أثناء تشغيل المضخة الحرارية بمصدر الهواء، عند تسخين المنزل، تحدث العمليات التالية بترتيب معين:

• تقوم المروحة بسحب الهواء الخارجي إلى الوحدة وتمر عبر المبخر الخارجي. يجمع الفريون المنتشر في النظام كل الطاقة الحرارية من هواء الشارع. ونتيجة لذلك، يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
• بعد ذلك، يتم ضغط الفريون الغازي في المكثف ويمرر إلى الوحدة الداخلية.
• ثم يتحول الغاز إلى حالة سائلة، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة المتراكمة إلى هواء الغرفة. تحدث هذه العملية في مكثف موجود في الداخل.
• يمر الضغط الزائد عبر صمام التمدد، ويذهب الفريون في الحالة السائلة إلى دائرة جديدة.

سيأخذ الفريون الطاقة الحرارية باستمرار من هواء الشارع، حيث ستكون درجة حرارته أقل دائمًا. الاستثناء هو عندما يكون هناك صقيع شديد في الخارج. في مثل هذه الظروف، سوف تنخفض كفاءة المضخة الحرارية.

لزيادة قوة الوحدة، يتم تعظيم أسطح المكثف والمبخر.

مثل كل جهاز معقد، فإن المضخة الحرارية بمصدر الهواء لها إيجابيات وسلبيات. من بين المزايا التي تستحق تسليط الضوء عليها:

1. اعتمادا على الحاجة، يمكن للوحدة زيادة أو خفض درجة حرارة التدفئة في المنزل.
2. هذا النوع من المضخات لا يلوث البيئة بالمنتجات الضارة لاحتراق الوقود.
3. الجهاز سهل التركيب.
4. مضخة الهواء آمنة تمامًا من حيث الحريق.
5. معامل نقل الحرارة للمضخة مرتفع جدًا مقارنة بتكاليف الطاقة (لكل 1 كيلوواط من الكهرباء المستهلكة هناك 4 إلى 5 كيلوواط من الحرارة المولدة)
6. لديهم بأسعار في متناول الجميع.
7. الجهاز مناسب للاستخدام.
8. يتم التحكم في النظام تلقائيًا.

تجدر الإشارة إلى عيوب النظام الهوائي:

1. ضوضاء طفيفة تنشأ عند تشغيل الجهاز.
2. تعتمد كفاءة الجهاز على درجة الحرارة المحيطة.
3. في درجات الحرارة الخارجية المنخفضة، يزداد استهلاك الكهرباء. (أقل من -10 درجات)
4. يعتمد النظام بشكل كامل على توفر الكهرباء. يمكن حل المشكلة عن طريق تركيب مولد مستقل.
5. لا تستطيع مضخة الهواء تسخين الماء.

بشكل عام، تعتبر أجهزة الهواء إلى الهواء مثالية لتدفئة المنازل الخشبية، والتي، بسبب طبيعة المادة، تقلل من فقدان الحرارة الطبيعي.

قبل اختيار مضخة الهواء، عليك معرفة النقاط الرئيسية التالية:

• مؤشر العزل الحراري للمباني.
• تربيع جميع الغرف
• عدد الأشخاص الذين يعيشون في منزل خاص
• الظروف المناخية

في معظم الحالات، 10 متر مربع. يجب أن يمثل المتر المربع من الغرفة حوالي 0.7 كيلو واط من طاقة الجهاز.

مضخات حرارية لتسخين المياه المنزلية.

عند ترتيب نظام التدفئة في منزل خاص، فإن أنظمة فئة المياه المائية مناسبة تماما. وبالإضافة إلى ذلك، سيكونون قادرين على تزويد المنزل بالماء الساخن. تعتبر الخزانات المختلفة والمياه الجوفية وما إلى ذلك مناسبة كمصادر للحرارة الطبيعية.

يعتمد تشغيل مضخة الماء على القانون القائل بأن التغيير في حالة التجميع (من السائل إلى الغاز والعكس) للمادة تحت تأثير عوامل مختلفة يستلزم إطلاق أو امتصاص الطاقة الحرارية.

يمكن استخدام هذا النوع من المضخات لتدفئة المنزل حتى في درجات الحرارة المحيطة المنخفضة، حيث تظل درجات الحرارة الإيجابية في الطبقات العميقة من الأرض.

مبدأ تشغيل مضخة تسخين الماء والماء هو كما يلي:

• تقوم مضخة خاصة بدفع المياه عبر الأنابيب النحاسية للنظام من مصدر خارجي إلى التركيب.
• في الجهاز، يعمل الماء من البيئة على المبرد (الفريون)، ونقطة الغليان التي تتراوح من +2 إلى +3 درجة. يتم تحويل جزء من الطاقة الحرارية للمياه إلى الفريون.
• يقوم الضاغط بسحب غاز التبريد وضغطه. ونتيجة لهذه العملية، تزداد درجة حرارة مادة التبريد بشكل أكبر.
• ثم يتم إرسال الفريون إلى المكثف حيث يقوم بتسخين الماء إلى درجة الحرارة المطلوبة (40-80 درجة). يدخل الماء الساخن إلى خط أنابيب نظام التدفئة. وهنا يعود الفريون إلى الحالة السائلة وتبدأ الدورة من جديد.

تجدر الإشارة إلى أن أجهزة الماء المائي تستخدم لتدفئة منزل بمساحة 50-150 متر مربع.

مضخة حرارة الماء: مبدأ التشغيل

عند اختيار جهاز من هذه الفئة، يجب الانتباه إلى شروط معينة:

• وكمصدر للطاقة يجب إعطاء الأفضلية للخزانات المفتوحة (من الأسهل تركيب الأنابيب) على مسافة لا تزيد عن 100 متر، بالإضافة إلى أن عمق الخزان في المناطق الشمالية يجب أن لا يقل عن 3 أمتار. (الماء عادة لا يتجمد عند هذا العمق). يجب عزل الأنابيب الموردة للمياه.
• تؤثر صلابة الماء بشكل كبير على تشغيل المضخة. ليس كل نموذج قادر على العمل بمستويات صلابة عالية. ونتيجة لذلك، قبل شراء الجهاز، يتم أخذ عينة من المياه، وبناء على النتائج يتم اختيار المضخة.
• بناءً على نوع العملية، يتم تقسيم الوحدات إلى أحادية التكافؤ وثنائية التكافؤ. سوف يتعامل الأول تمامًا مع دور المصدر الرئيسي للحرارة (بسبب قوتها العالية). هذا الأخير يمكن أن يكون بمثابة مصدر إضافي للتدفئة.
• مع قوة المضخة تزداد كفاءتها ولكن في نفس الوقت يزداد استهلاك الكهرباء أيضًا.
• ميزات إضافية للجهاز. على سبيل المثال: السكن العازل للصوت، وظيفة تسخين المياه المنزلية، التحكم الآلي، إلخ.
• لحساب الطاقة المطلوبة للجهاز، تحتاج إلى مضاعفة المساحة الإجمالية للمبنى بمقدار 0.07 كيلو واط (مؤشر الطاقة لكل 1 متر مربع). هذه الصيغة صالحة للغرف القياسية التي لا يزيد ارتفاعها عن 2.7 متر.

يعد حرق الوقود الكلاسيكي (الغاز والخشب والجفت) إحدى الطرق القديمة لإنتاج الحرارة. ومع ذلك، فإن استنفاد مصادر الطاقة التقليدية دفع الناس إلى البحث عن بدائل أكثر تعقيدا، ولكنها ليست أقل فعالية. أحدها كان اختراع المضخة الحرارية، التي يعتمد تشغيلها على قوانين الفيزياء المدرسية.

تشغيل المضخة الحرارية

يعتمد مبدأ تشغيل المضخات الحرارية، والذي يبدو معقدًا جدًا للوهلة الأولى، على عدة قوانين بسيطة للديناميكا الحرارية وخصائص السوائل والغازات:

1. عندما يتحول الغاز إلى الحالة السائلة (التكثيف)، تنطلق الحرارة
2. عندما يتحول السائل إلى غاز (التبخر)، يتم امتصاص الحرارة

يمكن أن تغلي معظم السوائل عند درجات حرارة عالية إلى حد ما، تقترب من 100 درجة. ولكن هناك أيضًا مواد ذات نقاط غليان منخفضة إلى حد ما. بالنسبة للفريون فهو حوالي 3-4 درجات. ويتحول إلى غاز، ويتم ضغطه بسهولة وتبدأ درجة الحرارة داخل الحاوية في الارتفاع.

من الناحية النظرية، يمكن ضغط الفريون للحصول على أي درجات حرارة مرغوبة، ولكن من الناحية العملية يقتصر على 80-90 درجة ضرورية للتشغيل الكامل لنظام التدفئة الكلاسيكي.

يواجه الجميع مضخة حرارية أكثر من مرة يوميًا عندما يمرون بجانب ثلاجتهم. ومع ذلك، فإنه يعمل في الاتجاه المعاكس، حيث يأخذ حرارة المنتجات ويبددها في الغلاف الجوي.

فيديو عن تكنولوجيا العمل

مخطط المضخة الحرارية

يعتمد أداء معظم المضخات الحرارية على حرارة التربة، حيث لا تتقلب درجة الحرارة عمليا على مدار العام (في حدود 7-10 درجات). تنتقل الحرارة بين ثلاث دوائر:

1. دائرة التدفئة
2. مضخة الحرارة
3. دائرة محلول ملحي (ويعرف أيضًا باسم الترابية).

يتكون مبدأ التشغيل الكلاسيكي للمضخات الحرارية في نظام التدفئة من العناصر التالية:

1. مبادل حراري ينقل الحرارة المأخوذة من الأرض إلى الدائرة الداخلية
2. جهاز ضغط
3. جهاز تبادل حراري ثانٍ ينقل الطاقة الواردة في الدائرة الداخلية إلى نظام التدفئة
4. آلية تقليل الضغط في النظام (الخانق)
5. دائرة محلول ملحي
6. مسبار الأرض
7. دائرة التدفئة

يتم وضع الأنبوب، الذي يعمل بمثابة الدائرة الأولية، في بئر أو يتم دفنه مباشرة في الأرض. يتحرك على طوله سائل تبريد غير متجمد، وترتفع درجة حرارته إلى نفس خاصية الأرض (حوالي +8 درجات) ويدخل الدائرة الثانية.

الدائرة الثانوية تأخذ الحرارة من السائل. يبدأ الفريون المنتشر بالداخل بالغليان ويتحول إلى غاز يتم إرساله إلى الضاغط. يضغطه المكبس إلى 24-28 ضغط جوي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة إلى +70-80 درجة.

في مرحلة العمل هذه، تتركز الطاقة في جلطة صغيرة واحدة. ونتيجة لذلك، ترتفع درجة الحرارة.

يدخل الغاز الساخن إلى الدائرة الثالثة، والتي تتمثل في أنظمة إمداد الماء الساخن أو حتى أنظمة التدفئة المنزلية. أثناء نقل الحرارة، من الممكن حدوث خسائر تصل إلى 10-15 درجة، لكنها ليست كبيرة.

عندما يبرد الفريون، ينخفض ​​الضغط ويعود إلى الحالة السائلة. عند درجة حرارة 2-3 درجات، يعود إلى الدائرة الثانية. وتتكرر الدورة مرارا وتكرارا.

أنواع رئيسية

تم تصميم مبدأ تشغيل المضخات الحرارية بحيث يمكن تشغيلها بسهولة دون انقطاع في نطاق درجات حرارة واسع - من -30 إلى +40 درجة. الأكثر شيوعًا هما النوعان التاليان من النماذج:

• نوع الامتصاص
• نوع الضغط

نماذج نوع الامتصاص لها بنية معقدة إلى حد ما. يقومون بنقل الطاقة الحرارية المستلمة مباشرة باستخدام المصدر. يؤدي تشغيلها إلى تقليل تكاليف المواد للكهرباء والوقود المستهلكة بشكل كبير. تستهلك النماذج من النوع المضغوط الطاقة (الميكانيكية والكهربائية) لنقل الحرارة.

اعتمادًا على مصدر الحرارة المستخدم، تنقسم المضخات إلى الأنواع التالية:

1. معالجة الحرارة الثانوية- أغلى النماذج التي اكتسبت شعبية لتدفئة المنشآت الصناعية، حيث يتم إهدار الحرارة الثانوية الناتجة عن مصادر أخرى.
2. هواء- أخذ الحرارة من الهواء المحيط
3. الحرارة الأرضية- اختر الحرارة من الماء أو الأرض

وفقا لأنواع المدخلات والمخرجات، يمكن تصنيف جميع النماذج على النحو التالي - التربة، الماء، الهواء ومجموعاتها المختلفة.

مضخات الحرارة الجوفية

تحظى نماذج المضخات الحرارية الأرضية بشعبية كبيرة، وتنقسم إلى نوعين: النوع المغلق أو المفتوح.

يسمح التصميم البسيط للأنظمة المفتوحة بتسخين المياه التي تمر بالداخل، والتي تعود بعد ذلك إلى الأرض. إنه يعمل بشكل مثالي في وجود كمية غير محدودة من سائل التبريد النظيف، والذي لا يضر بالبيئة بعد الاستهلاك.

تنقسم أنظمة الحلقة المغلقة للمضخات الحرارية الأرضية إلى الأنواع التالية:

• مائي - يقع في خزان على عمق غير متجمد
• مع الترتيب الرأسي - يتم وضع المجمع في بئر على عمق يصل إلى 200 متر ويمكن استخدامه في المناطق ذات التضاريس غير المستوية
• مع الترتيب الأفقي - يتم وضع المجمع في الأرض على عمق 0.5-1 متر، ومن المهم جدًا توفير محيط كبير في منطقة محدودة

مضخة الهواء والماء

أحد الخيارات الأكثر تنوعًا هو نموذج الهواء إلى الماء. إنه فعال للغاية خلال الفترات الدافئة من العام، لكن في الشتاء يمكن أن تنخفض الإنتاجية بشكل ملحوظ.

ميزة النظام هي التثبيت البسيط. يمكن تركيب المعدات المناسبة في أي مكان مناسب، على سبيل المثال، على السطح. يمكن إعادة استخدام الحرارة التي يتم إزالتها من الغرفة على شكل غاز أو دخان.

نوع الماء إلى الماء

تعتبر مضخة تسخين الماء إلى الماء واحدة من أكثر المضخات كفاءة. لكن استخدامه قد يكون محدودا بسبب وجود خزان قريب أو عدم كفاية العمق، حيث لا يلاحظ انخفاض كبير في درجة الحرارة في فصل الشتاء.

يمكن اختيار الطاقة المنخفضة المحتملة من المصادر التالية:

• المياه الجوفية
• الخزانات المفتوحة
• مياه الصرف الصناعي

إن أبسط مبدأ لتشغيل المضخات الحرارية هو للنماذج التي تستخرج الحرارة من الخزان. إذا تم اتخاذ القرار باستخدام المياه الجوفية، فقد يكون من الضروري حفر بئر.

نوع التربة والمياه

يمكن الحصول على الحرارة من الأرض على مدار العام، حيث تظل درجة الحرارة على عمق 1 متر دون تغيير تقريبًا. يستخدم "المحلول الملحي" كحامل حراري - وهو سائل غير متجمد يدور.

ومن عيوب نظام المياه الجوفية الحاجة إلى مساحة كبيرة لتحقيق الكفاءة المطلوبة. يحاولون تسويتها عن طريق وضع الأنابيب في حلقات.

ويمكن وضع المجمع في وضع عمودي، ولكن ستكون هناك حاجة إلى بئر يصل عمقه إلى 150 مترا، ويتم تركيب مظلات في الأسفل لتجميع الحرارة من الأرض.

إيجابيات وسلبيات أنظمة التدفئة بالمضخات الحرارية

تستخدم المضخات الحرارية على نطاق واسع في أنظمة التدفئة للمناطق السكنية أو الصناعية الخاصة. إنها تحل تدريجياً محل مصادر الطاقة الكلاسيكية بسبب موثوقيتها وكفاءتها.

من بين الفوائد العديدة التي يوفرها تشغيل المضخة الحرارية ما يلي:

• توفير الموارد المادية على صيانة النظام والمبرد
• تعمل المضخات بشكل مستقل تمامًا
• لا يتم إطلاق أي منتجات احتراق ضارة أو مواد سامة أخرى في البيئة
• السلامة من الحرائق للمعدات المركبة
• القدرة على عكس تشغيل النظام بسهولة

على الرغم من المزايا العديدة، فمن الضروري أن تأخذ في الاعتبار الجوانب السلبية لاستخدام المضخة الحرارية:

• استثمارات أولية كبيرة لتركيب نظام التدفئة - من 3 إلى 10 آلاف دولار
• خلال فترات البرد، عندما تنخفض درجات الحرارة إلى ما دون -15 درجة، عليك التفكير في خيارات التدفئة البديلة
• يعد التسخين المعتمد على تشغيل المضخة الحرارية أكثر فعالية فقط في الأنظمة ذات درجة حرارة التبريد المنخفضة

فيديو تخطيطي آخر:

دعونا نلخص ذلك

بعد أن تعلمت وأتقنت مبدأ تشغيل المضخة الحرارية، يمكنك التفكير واتخاذ قرار بشأن مدى استصواب تركيبها واستخدامها. التكاليف الأولية، التي قد تبدو كبيرة جدًا، ستؤتي ثمارها قريبًا وتبدأ في تحقيق نوع من الربح في شكل توفير في الوقود الكلاسيكي.