چگونه پمپ حرارتی مناسب را انتخاب کنیم؟ پمپ حرارتی برای گرمایش خانه: نحوه انتخاب یک پمپ حرارتی کارآمد

پمپ حرارتی دستگاهی است که می تواند خانه شما را در زمستان گرمایش، در تابستان سرمایش و آب گرم را در تمام طول سال تامین کند.

یک پمپ حرارتی از انرژی منابع تجدیدپذیر - هوای گرم، زمین، سنگ یا آب - برای تولید انرژی گرمایی استفاده می کند. این تبدیل با کمک مواد خاص انجام می شود -.

اصل عملکرد پمپ حرارتی

از نظر ساختاری، هر پمپ حرارتی از دو قسمت تشکیل شده است: قسمت بیرونی که گرما را از منابع تجدیدپذیر "می گیرد" و قسمت داخلی که این گرما را به سیستم گرمایش یا تهویه مطبوع خانه شما می دهد. پمپ های حرارتی مدرن بسیار کارآمد هستند، که در عمل به معنای زیر است - مصرف کننده، یعنی. صاحب خانه ای که از پمپ حرارتی استفاده می کند، به طور متوسط ​​تنها یک چهارم پولی را که برای گرم کردن یا خنک کردن خانه خرج می کند، خرج می کند، گویی که پمپ حرارتی ندارد.

به عبارت دیگر، در یک سیستم با یک پمپ حرارتی، 75٪ گرمای مفید (یا سرما) از منابع رایگان - گرمای زمین، آب های زیرزمینی یا هوای استفاده شده که در محل گرم شده و به بیرون تخلیه می شود، تامین می شود.

بیایید ببینیم که شاید محبوب ترین پمپ حرارتی در زندگی روزمره چگونه کار می کند که با گرمای زمین کار می کند. پمپ حرارتی در چندین سیکل کار می کند.

چرخه 1، تبخیر

قسمت بیرونی پمپ حرارتی "زمین" یک سیستم بسته از لوله‌هایی است که تا عمق معینی در زمین مدفون شده‌اند، جایی که دما در تمام طول سال ثابت است و 7-12 درجه سانتیگراد است. برای "جمع آوری" مقدار کافی انرژی زمین، لازم است که کل مساحت اشغال شده توسط سیستم لوله زیرزمینی 1.5-2 برابر بزرگتر از کل منطقه گرم شده خانه باشد. این لوله ها با مبرد پر می شوند که تا دمای زمین گرم می شود.

مبرد نقطه جوش بسیار پایینی دارد، بنابراین می تواند در دمای زمین به حالت گازی برود. سپس این گاز وارد می شود.

چرخه 2، فشرده سازی

این کمپرسور است که تمام انرژی لازم برای عملکرد پمپ حرارتی را مصرف می کند، اما در مقایسه، به عنوان مثال، با گرمایش از، این هزینه ها به طور قابل توجهی کمتر است. بعداً به مقایسه هزینه ها برمی گردیم.

بنابراین، مبرد گازی که از لوله های زیرزمینی در محفظه کمپرسور تا دمای 7-12 درجه سانتیگراد گرم می شود، به شدت فشرده می شود که منجر به گرم شدن شدید آن می شود. برای درک این موضوع، فقط به این فکر کنید که پمپ دوچرخه معمولی وقتی لاستیک های خود را باد می کنید چقدر داغ می شود. اصل همین است.

توجه به مالک

پمپ حرارتی گرمایش مدرن است. اما مقادیر بازده واقعی پمپ های حرارتی به شرایط دما بستگی دارد، یعنی. در روزهای سرد اثربخشی آنها کاهش می یابد. در دمای 20- درجه سانتی گراد حدود 150 درصد و در دمای منبع 7+ درجه سانتی گراد حدود 300 درصد است.

چرخه 3، تراکم

پس از چرخه فشرده سازی، بخار داغ را تحت فشار بالا دریافت کردیم که به قسمت داخلی و "خانه" پمپ حرارتی عرضه می شود. اکنون می توان از این گاز برای سیستم گرمایش هوا یا برای گرم کردن آب در سیستم گرمایش آب و تامین آب گرم استفاده کرد. این بخار داغ با سیستم "" نیز قابل استفاده است.

با انتشار گرما در سیستم گرمایشی، گاز داغ سرد، متراکم شده و به مایع تبدیل می شود.

چرخه 4، بسط

این سیال وارد شیر انبساط می شود که فشار آن کاهش می یابد. مبرد مایع کم فشار اکنون دوباره به زیر زمین فرستاده می شود تا تا دمای زمین گرم شود. و همه چرخه ها تکرار می شوند.

کارایی پمپ های حرارتی

به ازای هر 1 کیلووات برق مصرف شده توسط یک پمپ حرارتی برای کارکرد کمپرسور آن، به طور متوسط ​​حدود 4 کیلووات انرژی گرمایی مفید تولید می شود. این مربوط به بازده 300٪ است.

مقایسه گرمایش با استفاده از پمپ حرارتی با روش های دیگر.

داده های ارائه شده توسط انجمن پمپ حرارتی اروپا (EHPA)

نوع گرمایش	بهره وری انرژی، ٪

لطفاً توجه داشته باشید که بازده پمپ حرارتی بسته به شرایط خاصی که واحد شما در آن کار می کند متفاوت است. بنابراین، اگر از پمپ حرارتی منبع زمینی استفاده می کنید و خاک رسی در ملک خود دارید، بازده پمپ حرارتی تقریباً دو برابر بیشتر از زمانی است که لوله های پمپ حرارتی در خاک شنی قرار دارند.

همچنین باید به خاطر داشت که قسمت زیرزمینی باید زیر علامت انجماد خاک قرار گیرد. در غیر این صورت پمپ حرارتی اصلا کار نمی کند.

مقادیر بازده واقعی پمپ های حرارتی به شرایط دما بستگی دارد، به عنوان مثال. در روزهای سرد اثربخشی آنها کاهش می یابد. در دمای 20- درجه سانتیگراد حدود 150 درصد و در دمای منبع 7+ درجه سانتیگراد حدود 300 درصد است. اما فناوری ثابت نمی‌ماند - مدل‌های مدرن کارآمدتر انرژی هستند و این روند ادامه دارد.

پمپ های حرارتی برای خنک کننده خانه

از نظر اصل عملکرد، یک پمپ حرارتی مشابه یا است. بنابراین، در تابستان می توان از آن نه برای گرمایش خانه، بلکه برای سرمایش یا تهویه مطبوع استفاده کرد. به یاد داشته باشید که اگر در مورد پمپ حرارتی "خاکی" صحبت می کنیم، دمای خاک در تمام طول سال بین 7-12 درجه سانتیگراد پایدار است. و با کمک پمپ حرارتی می توان آن را به محوطه منزل منتقل کرد.

اصل عملکرد یک سیستم خنک کننده با استفاده از پمپ حرارتی مشابه سیستم گرمایش است، فقط به جای رادیاتور از آن استفاده می شود. با خنک کننده غیرفعال، مایع خنک کننده به سادگی بین فن کویل ها و چاه گردش می کند، یعنی. سرمای چاه مستقیماً وارد سیستم تهویه مطبوع می شود ، اما خود کمپرسور کار نمی کند. اگر خنک کننده غیرفعال کافی نباشد، کمپرسور پمپ حرارتی روشن می شود، که علاوه بر این خنک کننده را خنک می کند.

انواع پمپ های حرارتی

پمپ های حرارتی خانگی در 3 نوع اصلی وجود دارند که در منبع حرارت خارجی متفاوت هستند:

• "زمین" یا "آب زیرزمینی"، "زمین-هوا"؛
• "آب" یا "آب-آب"، "آب-هوا"؛
• «هوا» یا «هوا به آب»، «هوا به هوا».

پمپ های حرارتی منبع زمینی

محبوب ترین پمپ های حرارتی هستند که از گرمای زمین استفاده می کنند. آنها قبلاً در بالا مورد بحث قرار گرفته اند. اینها موثرترین، اما در عین حال گرانترین از همه انواع هستند. لوله هایی که به زیر زمین می روند را می توان به صورت عمودی یا افقی قرار داد. بسته به این، پمپ های حرارتی "زمینی" به دو دسته تقسیم می شوند عمودیو افقی.

پمپ های حرارتی عمودینیاز به غوطه ور شدن لوله هایی است که از طریق آنها مبرد به عمق قابل توجهی گردش می کند: 50-200 متر. درست است، یک جایگزین وجود دارد - ساختن نه یک چاه، بلکه چندین چاه، بلکه کوچکتر. فاصله بین چنین چاه هایی باید حداقل 10 متر باشد. برای محاسبه عمق حفاری، می توانید تقریباً تخمین بزنید که یک پمپ حرارتی 10 کیلوواتی به چاه هایی (یک یا چند) با عمق کل حدود 170 متر نیاز دارد. همچنین باید به خاطر داشت. که حفر چاه های بسیار کم عمق - کمتر از 50 متر - بی فایده است.

در تخمگذار افقیحفاری گران قیمت در اعماق زیاد مورد نیاز نیست. عمق لوله گذاری با این روش حدود 1 متر است، بسته به منطقه نصب، این مقدار می تواند کاهش یا افزایش یابد. با این روش لوله مبرد به گونه ای گذاشته می شود که فاصله مقاطع مجاور حداقل یک و نیم متر باشد در غیر این صورت جمع آوری حرارت موثر نیست.

توجه به مالک

اگر در یک منطقه معتدل زندگی می کنید - به عنوان مثال، در شمال غربی - کارآمدترین گزینه برای شما یک پمپ حرارتی است که از گرمای زمین استفاده می کند. علاوه بر این، بهتر است یک نسخه عمودی از پمپ حرارتی را نصب کنید - به خصوص اگر خانه شما روی صخره ها قرار دارد.

برای نصب یک پمپ حرارتی با ظرفیت 10 کیلو وات، طول کل لوله مدفون در حدود 350-450 متر مورد نیاز است. اگر محدودیت های مربوط به نزدیکی مکان های مختلف به یکدیگر را در نظر بگیرید، به یک قطعه نیاز خواهید داشت. زمینی به ابعاد 20 در 20 متر. این که آیا چنین طرح رایگان در دسترس است یا خیر، یک سوال بزرگ است.

نحوه انتخاب پمپ حرارتی مناسب

اگر در یک منطقه معتدل زندگی می کنید - به عنوان مثال، در شمال غربی - پس کارآمدترین گزینه برای شما یک پمپ حرارتی است که از گرمای زمین استفاده می کند. علاوه بر این، بهتر است یک نسخه عمودی از پمپ حرارتی را نصب کنید - به خصوص اگر خانه شما روی صخره ها قرار دارد، جایی که پیدا کردن یک قطعه زمین بزرگ رایگان مشکل ساز است. اما این نوع پمپ حرارتی از نظر هزینه سرمایه گرانترین است.

در یک منطقه آب و هوایی معتدل - به عنوان مثال، در سوچی - امکان نصب یک پمپ حرارتی هوا به آب وجود دارد که نیازی به هزینه های سرمایه ای بیش از حد ندارد و به ویژه در مناطقی که نوسانات دمایی فصلی نسبتاً کم است مؤثر است.

بسته به اصل عملکرد، نیز وجود دارد. مدل هایی که با برق کار می کنند محبوبیت بیشتری دارند.

یک نکته مهم دیگر یک ایده خوب مدل های ترکیبی پمپ های حرارتی است که نسخه کلاسیک پمپ حرارتی را با بخاری گازی یا برقی ترکیب می کند. چنین بخاری هایی را می توان در شرایط نامساعد جوی زمانی که راندمان پمپ حرارتی کاهش می یابد استفاده کرد. همانطور که قبلا ذکر شد، کاهش راندمان به ویژه در پمپ های حرارتی هوا به آب و هوا به هوا مشخص است.

ترکیب این دو منبع حرارتی باعث کاهش هزینه های سرمایه ای و افزایش دوره بازگشت سرمایه نصب پمپ حرارتی می شود.

مزایا و معایب پمپ های حرارتی

مزیت اصلی پمپ های حرارتی هزینه عملیاتی پایین آنهاست. آن ها هزینه گرما یا سرمایش تولید شده برای کاربر نهایی در مقایسه با سایر روش های گرمایش/تهویه مطبوع کمترین هزینه است. علاوه بر این، یک سیستم پمپ حرارتی عملا برای خانه بی خطر است. در نتیجه، الزامات سیستم های تهویه محل آن ساده شده و سطح ایمنی آتش سوزی افزایش می یابد. که در هزینه نصب این سیستم ها نیز تاثیر مثبت دارد.

پمپ های حرارتی آسان برای استفاده و بسیار قابل اعتماد هستند و همچنین عملا بی صدا هستند.

مزیت دیگر این است که در صورت لزوم می توانید به راحتی پمپ حرارتی را از گرمایش به خنک کننده تغییر دهید. فقط باید نه تنها سیستم های گرمایشی در خانه، بلکه واحدهای فن کویل نیز داشته باشید.

پمپ حرارتی برای خانه چیست؟ ✮انتخاب بزرگ پمپ های حرارتی در پورتال وب سایت

اما آنها همچنین دارای معایبی هستند که یکی از اصلی ترین آنها طرف مقابل مزیت اصلی است - هزینه های سرمایه ای نصب آنها بسیار قابل توجه است. تا همین اواخر، یکی دیگر از معایب پمپ های حرارتی دمای نسبتاً پایین مایع خنک کننده - نه بیشتر از 60 درجه سانتیگراد بود. درست است که قیمت چنین مدل هایی بالاتر از مدل های استاندارد است.

پمپ حرارتی جایگزین خوبی برای گرمایش سنتی یک خانه خصوصی است. این دستگاه که به مدت 30 سال در کشورهای غربی مورد استفاده قرار می گیرد، هنوز یک محصول جدید در روسیه است. یکی از موانع استفاده گسترده از آن دو عامل است: هزینه بالا و کمبود اطلاعات در مورد پمپ های حرارتی، مزایا و اصول عملکرد آنها. یکی از شاخص های کاربردی بودن سیستم گرمایش زمین گرمایی، محبوبیت آن در غرب است. بنابراین، حدود 95 درصد خانه ها با پمپ های حرارتی در سوئد و نروژ گرم می شوند. از شما دعوت می کنیم تا با جزئیات بیشتر با اصول طراحی و عملکرد این تجهیزات حرارتی آشنا شوید که مطمئناً آینده است.

پمپ حرارتی چیست؟

پمپ حرارتی دستگاهی است که انرژی حرارتی با پتانسیل پایین را از محیط (آب، زمین، هوا) جذب کرده و به سیستم های تامین حرارت با دمای بالاتر منتقل می کند.

طبیعت اطراف ما از انرژی اشباع شده است. حتی یخبندان هم گرما دارد. تنها در دمای 273- درجه سانتی گراد نمی توان از محیط زیست انرژی استخراج کرد. بنابراین، حتی در شدیدترین زمستان، یک خانه روستایی می تواند با استفاده از انرژی حاصل از طبیعت گرم شود.

بسته به منبع انرژی (آب، زمین، هوا) رخ می دهد اصلاح پمپ های حرارتیبا این حال، کاربردی ترین و اثبات شده ترین پمپ حرارتی زمین گرمایی است که از انرژی زمین استفاده می کند. برای شرایط روسیه ایده آل است.

گرمایش زمین گرمایی به یکی از سه روش زیر عمل می کند:

استفاده از گرمایش زمین گرمایی، مانند هر سیستم گرمایشی، نه تنها خانه را گرم می کند، بلکه آب گرم، پارکینگ یا گلخانه را گرم می کند یا آب استخر را گرم می کند.

مزایای استفاده از پمپ حرارتی

اصل کار پمپ حرارتی

عملکرد یک پمپ حرارتی را می توان با عملکرد یک یخچال معمولی مقایسه کرد. فقط به جای سرما، دستگاه گرما تولید می کند. ماده ای که انرژی را منتقل می کند فریون- گاز یا مایع با نقطه جوش کم. هنگامی که تبخیر می شود گرما را جذب می کند و هنگامی که متراکم می شود آن را آزاد می کند.

پمپ حرارتی عنصر اصلی سیستم است. ابعاد آن از ابعاد یک ماشین لباسشویی متوسط ​​تجاوز نکنید، که نصب دستگاه را تسهیل می کند. خود پمپ به دو مدار داخلی و خارجی متصل است.

مدار داخلیشامل یک سیستم گرمایش خانه (لوله و رادیاتور). کانتور خارجیواقع در آب یا زیر زمین این شامل یک کلکتور مبدل حرارتی و لوله هایی است که کلکتور را به پمپ متصل می کند.

پمپ های حرارتی مجهز به دستگاه های اضافی مختلف هستند. میتونه باشه:

• دستگاه ارتباطیبرای کنترل سیستم از طریق رایانه شخصی یا تلفن همراه؛
• واحد خنک کنندهبرای سیستم خنک کننده محلی یا مرکزی؛
• واحد پمپ اضافیممکن است برای گرمایش از کف مورد نیاز باشد.
• پمپ گردش خونلازم برای گردش آب گرم؛

فرآیند عملیات پمپ شامل چند مرحله:

1. مخلوط ضد یخ به کلکتور عرضه می شود.انرژی حرارتی جذب شده و به پمپ منتقل می شود.
2. در اواپراتور انرژی به فریون منتقل می شود و در آنجا گرم می شود تا 8 درجه سانتیگراد، می جوشد و تبدیل به بخار می شود.
3. با افزایش فشار در کمپرسور، دما افزایش می یابد. می تواند به 70 درجه سانتیگراد برسد.
4. سیستم گرمایش داخلی انرژی حرارتی را از طریق دریافت می کند خازن. فریون فوراً خنک می شود و به حالت مایع تبدیل می شود و گرمای باقی مانده را از بین می برد. سپس به جمع کننده برمی گردد. این چرخه را کامل می کند.
5. سپس کار بر اساس همان اصل تکرار می شود.

پمپ حرارتی در صورت وجود کف گرم در خانه کارآمدترین عملکرد را دارد. گرما به طور مساوی در کل سطح زمین توزیع می شود. هیچ منطقه گرمای بیش از حد وجود ندارد. مایع خنک کننده در سیستم به ندرت بیش از 35 درجه سانتیگراد گرم می شود و گرمایش با کف گرم در دمای 33 درجه سانتیگراد راحت ترین در نظر گرفته می شود. این 2 درجه سانتیگراد کمتر از گرمایش با رادیاتور است. از این رو بوجود می آید صرفه جویی تا 18٪ در سالاز کل بودجه گرمایشی علاوه بر این، اعتقاد بر این است که گرمایش در سطح کف برای سکونت انسان راحت‌تر است.

سیستم گرمایش می تواند یک ظرفیتی یا دو ظرفیتی باشد. سیستم های تک ظرفیتی یک منبع گرمایشی دارند. به طور کامل نیاز به گرما را در طول سال برآورده می کند. دو ظرفیتی به ترتیب دارای دو منبع هستند.

گرم کردن خانه در زمستان

در مناطقی با شرایط آب و هوایی شدیدتر، استفاده از آن مهم است سیستم گرمایش دو ظرفیتی. با توجه به منبع حرارت دوم، محدوده دما افزایش یافته است. عملکرد یک پمپ حرارتی فقط تا دمای -20 درجه سانتیگراد کافی است. هنگامی که بیشتر پایین می آید، یک بخاری برقی، شومینه، سوخت مایع یا دیگ بخار گاز وصل می شود. در این حالت، توان پمپ حرارتی از حداکثر تقاضای زمستانی به 70 - 80٪ محدود می شود. 20 تا 30 درصد از دست رفته منبع گرمای اضافی می دهد. این راندمان کلی سیستم را کاهش می دهد.با این حال، کاهش ناچیز است.

هنگام تغییر کامل به گرمایش ساختمان با استفاده از سیستم زمین گرمایی (در مواردی که قرار نیست دیگ بخار یا وسیله الکتریکی اضافی نصب شود)، پمپ حرارتی همراه با یک ماژول داخلی حاوی یک بخاری برقی کوچک داخلی استفاده می شود. هنگامی که دمای محیط است، از ابزار پشتیبانی می کند زیر 20- درجه سانتی گراد

چه زمانی استفاده از پمپ حرارتی توجیه می شود؟

مسئله گرمایش خانه روستایی شامل در نظر گرفتن چندین گزینه است:

• گاز. در صورت عدم وجود خط لوله گاز در نزدیکی خانه، این غیر ممکن می شود. در برخی مناطق، گاز را فقط می توان در بطری خریداری کرد.
• زغال سنگ یا هیزم. با آنها، گرمایش به یک فرآیند پرزحمت و ناکارآمد تبدیل می شود.
• دیگ سوخت مایعنیاز به هزینه های سوخت بالا و مکان های خاص دارد. ذخیره سازی ویژه برای خود سوخت نیز ضروری است که در یک خانه کوچک ناخوشایند است.
• گرمایش الکتریکیخیلی گران است.

در این مورد، کمک می آید سیستم گرمایش زمین گرمایی. حتی در جایی که گاز در دسترس باشد نیز استفاده می شود. نصب پمپ حرارتی گرانتر از نصب تجهیزات گرمایش گاز است. با این حال، برخلاف انرژی گرفته شده از محیط زیست، در آینده باید به طور مداوم برای گاز پرداخت شود.

بازپرداخت یک پمپ حرارتی در یک مقدار عددی متوسط ​​دشوار است. همه چیز به هزینه اولیه آن بستگی دارد. ماهیت نصب چنین گرمایشی به چشم انداز می رسد. اگرچه مقدار مصرف شده است برق - 3-5 برابر کمترنسبت به سایر سیستم های گرمایشی، هنوز هم لازم است که تمام هزینه های انرژی سال را به صورت پولی محاسبه و با هزینه سیستم، نصب و راه اندازی آن مقایسه کرد.

حداکثر بازده استفاده از پمپ حرارتی را می توان با رعایت موارد زیر بدست آورد دو شرط مهم:

• ساختمان گرم باید باشد عایق شدهو میزان تلفات حرارتی نباید از 100 وات بر متر مربع تجاوز کند. ارتباط مستقیمی بین نحوه عایق بندی خانه و میزان سودمندی نصب پمپ حرارتی وجود دارد.
• اتصال پمپ حرارتی به منابع گرمایشی با دمای پایین(کانوکتورها، کف گرم) که محدوده دمایی آنها بین 30 - 40 درجه سانتیگراد متغیر است.

بنابراین پمپ حرارتی جایگزین مناسبی برای روش های گرمایش سنتی خواهد بود. دستگاه تضمین می کند اقتصادی و کاملا ایمن. مالک، پس از نصب سیستم گرمایش زمین گرمایی، مجبور نخواهد بود به عوامل خارجی مختلف، مانند وقفه در تامین گاز یا تماس های خدمات وابسته باشد. انرژی گرفته شده از محیط زیست نیازی به پرداخت ندارد و تمام نمی شود.

بر اساس پیش‌بینی‌های کمیته جهانی انرژی، پمپ‌های زمین‌گرمایی سه چهارم کل تجهیزات گرمایشی را در سال 2020 تشکیل خواهند داد.

تمرین استفاده از پمپ های حرارتی: ویدئو

زمان مطالعه: 7 دقیقه

اصطلاح پمپ حرارتی به مجموعه واحدهایی گفته می شود که برای جمع آوری انرژی گرمایی از منابع مختلف در محیط و انتقال این انرژی به مصرف کنندگان طراحی شده اند.

به عنوان مثال، چنین منابعی می توانند بالابرهای فاضلاب، زباله های صنایع مختلف بزرگ، گرمای تولید شده در حین کار از نیروگاه های مختلف و غیره باشند. در نتیجه منبع می تواند محیط ها و اجسام مختلف با دمای بیش از یک درجه باشد.

هدف از پمپ حرارتی تبدیل انرژی طبیعی آب، زمین یا هوا به انرژی حرارتی برای نیازهای مصرف کننده است. از آنجایی که این نوع انرژی ها دائماً خودبازسازی می شوند، می توان آنها را منبعی بی حد و حصر در نظر گرفت.

پمپ حرارتی برای گرم کردن یک خانه اصل کار

اصل عملکرد پمپ های حرارتی مبتنی بر توانایی بدنه ها و رسانه ها در انتقال انرژی حرارتی خود به سایر بدنه ها و محیط های مشابه است. بر اساس این ویژگی، انواع مختلفی از پمپ های حرارتی متمایز می شوند که همیشه تامین کننده انرژی و گیرنده آن وجود دارد.

در نام پمپ در وهله اول منبع انرژی حرارتی و در درجه دوم نوع محیطی که انرژی به آن منتقل می شود مشخص شده است.

4 عنصر اصلی در طراحی هر پمپ حرارتی خانه وجود دارد:

1. کمپرسوری که برای افزایش فشار و دمای بخار حاصل از جوشاندن فریون طراحی شده است.
2. اواپراتور که مخزنی است که در آن فریون از حالت مایع به حالت گازی می رسد.
3. در کندانسور، مبرد انرژی حرارتی را به مدار داخلی منتقل می کند.
4. شیر دریچه گاز میزان مبرد ورودی به اواپراتور را کنترل می کند.

نوع پمپ حرارتی هوا-هوا به این معنی است که انرژی حرارتی از محیط خارجی (اتمسفر) گرفته شده و به حامل و همچنین به هوا منتقل می شود.

پمپ حرارتی هوا به هوا: اصل کار

اصل عملکرد این سیستم بر اساس پدیده فیزیکی زیر است: یک محیط در حالت مایع، در حال تبخیر، دمای سطح را از جایی که پراکنده می شود، کاهش می دهد.

برای وضوح، بیایید به طور خلاصه نمودار عملکرد یخچال فریزر را در نظر بگیریم. فریون که در لوله های یخچال به گردش در می آید گرما را از یخچال می گیرد و خودش گرم می شود. متعاقباً گرمای جمع آوری شده توسط آن به محیط خارجی (یعنی به اتاقی که یخچال در آن قرار دارد) منتقل می شود. سپس مبرد، فشرده شده در کمپرسور، دوباره سرد می شود و چرخه ادامه می یابد. پمپ حرارتی منبع هوا بر اساس همان اصل کار می کند - گرما را از هوای خیابان می گیرد و خانه را گرم می کند.

طراحی واحد از بخش های زیر تشکیل شده است:

• واحد پمپ خارجی از یک کمپرسور، یک اواپراتور با یک فن و یک شیر انبساط تشکیل شده است.
• لوله های مسی عایق حرارتی برای گردش فریون استفاده می شود
• یک خازن با یک فن که روی آن قرار دارد. برای پخش هوای گرم شده از قبل در منطقه محل کار می کند.

هنگامی که یک پمپ حرارتی منبع هوا هنگام گرم کردن خانه کار می کند، فرآیندهای زیر به ترتیب خاصی رخ می دهد:

• با استفاده از یک فن، هوای خیابان به داخل دستگاه کشیده شده و از اواپراتور خارجی عبور می کند. فریون در حال گردش در سیستم تمام انرژی گرمایی هوای خیابان را جمع آوری می کند. در نتیجه از حالت مایع به گاز تبدیل می شود.
• متعاقباً فریون گازی در کندانسور فشرده شده و به داخل واحد داخلی می رود.
• سپس گاز به حالت مایع تبدیل می شود و گرمای انباشته شده را در هوای اتاق آزاد می کند. این فرآیند در یک کندانسور واقع در داخل خانه اتفاق می افتد.
• فشار اضافی از شیر انبساط عبور می کند و فریون در حالت مایع به یک دایره جدید می رود.

فریون دائماً از هوای خیابان انرژی گرمایی می گیرد ، زیرا دمای آن همیشه پایین تر خواهد بود. استثنا زمانی است که یخبندان شدید در خارج وجود دارد. در چنین شرایطی راندمان پمپ حرارتی کاهش می یابد.

برای افزایش توان دستگاه، سطوح کندانسور و اواپراتور به حداکثر می رسد.

مانند هر دستگاه پیچیده، پمپ حرارتی منبع هوا دارای مزایا و معایب خود است. از جمله مزایایی که باید به آن اشاره کرد:

1. بسته به نیاز، واحد می تواند دمای گرمایش خانه را افزایش یا کاهش دهد.
2. این نوع پمپ محیط را با محصولات مضر احتراق سوخت آلوده نمی کند.
3. نصب دستگاه آسان است.
4. پمپ باد از نظر آتش سوزی کاملاً ایمن است.
5. ضریب انتقال حرارت پمپ نسبت به هزینه های انرژی بسیار بالا است (برای 1 کیلو وات برق مصرفی 4 تا 5 کیلو وات گرما تولید می شود)
6. قیمت مقرون به صرفه ای دارند.
7. استفاده از دستگاه راحت است.
8. سیستم به طور خودکار کنترل می شود.

معایب سیستم هوا قابل ذکر است:

1. هنگام کار دستگاه، صدای کمی ایجاد می شود.
2. اثربخشی دستگاه به دمای محیط بستگی دارد.
3. در دمای پایین بیرون، مصرف برق افزایش می یابد. (زیر 10 درجه)
4. سیستم به طور کامل به در دسترس بودن برق وابسته است. مشکل را می توان با نصب یک ژنراتور مستقل حل کرد.
5. پمپ هوا نمی تواند آب را گرم کند.

به طور کلی، وسایل هوا به هوا برای گرم کردن خانه های چوبی ایده آل هستند که به دلیل ماهیت متریال، اتلاف حرارت طبیعی را کاهش می دهند.

قبل از انتخاب پمپ هوا، باید نکات کلیدی زیر را بدانید:

• نشانگر عایق حرارتی محل.
• مربع بندی تمام اتاق ها
• تعداد افرادی که در یک خانه شخصی زندگی می کنند
• شرایط آب و هوایی

در بیشتر موارد، 10 متر مربع. متر از اتاق باید حدود 0.7 کیلو وات قدرت دستگاه را تشکیل دهد.

پمپ های حرارتی برای آب گرمایش خانه.

هنگام نصب سیستم گرمایش در یک خانه خصوصی، سیستم های آب به آب مناسب هستند. علاوه بر این، آنها می توانند آب گرم خانه را تامین کنند. مخازن مختلف، آب های زیرزمینی و ... به عنوان منابع گرمای طبیعی مناسب هستند.

عملکرد پمپ آب-آب بر این قانون استوار است که تغییر حالت تجمع (از مایع به گاز و بالعکس) یک ماده، تحت تأثیر عوامل مختلف، منجر به آزاد شدن یا جذب انرژی گرمایی می شود.

از این نوع پمپ می توان برای گرم کردن خانه حتی در دمای پایین محیط استفاده کرد، زیرا دمای مثبت هنوز در لایه های عمیق زمین حفظ می شود.

اصول کار پمپ حرارتی آب-آب به شرح زیر است:

• یک پمپ مخصوص آب را از طریق لوله های مسی سیستم از یک منبع خارجی به داخل تاسیسات هدایت می کند.
• در دستگاه آب محیط بر روی مبرد (فریون) اثر می کند که نقطه جوش آن از 2+ تا 3+ درجه است. بخشی از انرژی گرمایی آب به فریون منتقل می شود.
• کمپرسور گاز مبرد را می کشد و آن را فشرده می کند. در نتیجه این فرآیند دمای مبرد حتی بیشتر افزایش می یابد.
• سپس فریون به کندانسور فرستاده می شود، جایی که آب را تا دمای مورد نیاز (40-80 درجه) گرم می کند. آب گرم شده وارد خط لوله سیستم گرمایش می شود. در اینجا فریون به حالت مایع برمی گردد و چرخه دوباره شروع می شود.

شایان ذکر است که برای گرم کردن خانه ای به مساحت 50-150 متر مربع از وسایل آب و آب استفاده می شود.

آب پمپ حرارتی: اصل کار

هنگام انتخاب دستگاهی از این کلاس، باید به شرایط خاصی توجه کنید:

• به عنوان منبع انرژی، اولویت باید به مخازن باز داده شود (نصب لوله ها راحت تر است)، در فاصله بیش از 100 متر. علاوه بر این، عمق مخزن برای مناطق شمالی تر باید حداقل 3 متر باشد ( در این عمق معمولا آب یخ نمی زند). لوله های عرضه شده به آب باید عایق باشند.
• سختی آب تا حد زیادی بر عملکرد پمپ تاثیر می گذارد. هر مدلی قادر به عملکرد در سطوح سختی بالا نیست. در نتیجه قبل از خرید دستگاه، نمونه آب گرفته شده و بر اساس نتایج، پمپ انتخاب می شود.
• بر اساس نوع عملکرد، واحدها به دو ظرفیتی و دو ظرفیتی تقسیم می شوند. اولی کاملاً با نقش منبع اصلی گرما (به دلیل قدرت بالای آنها) کنار می آید. دومی می تواند به عنوان منبع اضافی گرمایش عمل کند.
• با قدرت پمپ راندمان آن افزایش می یابد اما در عین حال مصرف برق نیز افزایش می یابد.
• ویژگی های اضافی دستگاه. به عنوان مثال: مسکن عایق صدا، عملکرد گرمایش آب خانگی، کنترل خودکار و غیره.
• برای محاسبه توان مورد نیاز دستگاه، باید مساحت کل محل را در 0.07 کیلو وات ضرب کنید (نشانگر انرژی در هر 1 متر مربع). این فرمول برای اتاق های استاندارد با ارتفاع بیش از 2.7 متر معتبر است.

احتراق سوخت های کلاسیک (گاز، چوب، ذغال سنگ نارس) یکی از روش های قدیمی تولید گرما است. با این حال، تهی شدن منابع انرژی سنتی مردم را بر آن داشته تا به دنبال جایگزین های پیچیده تر، اما نه کمتر موثرتر باشند. یکی از آنها اختراع پمپ حرارتی بود که عملکرد آن بر اساس قوانین مدرسه فیزیک است.

عملکرد پمپ حرارتی

اصل عملکرد پمپ های حرارتی، که در نگاه اول بسیار پیچیده است، بر اساس چندین قانون ساده ترمودینامیک و خواص مایعات و گازها است:

1. هنگامی که یک گاز به حالت مایع تبدیل می شود (تراکم)، گرما آزاد می شود
2. هنگامی که یک مایع به گاز تبدیل می شود (تبخیر)، گرما جذب می شود

بیشتر مایعات می توانند در دمای نسبتاً بالا، نزدیک به 100 درجه بجوشد. اما موادی نیز وجود دارند که نقطه جوش نسبتاً پایینی دارند. برای فریون حدود 3-4 درجه است. تبدیل به گاز، به راحتی فشرده می شود و دمای داخل ظرف شروع به افزایش می کند.

از نظر تئوری، فریون را می توان برای به دست آوردن هر دمای دلخواه فشرده کرد، اما در عمل به 80-90 درجه لازم برای عملکرد کامل یک سیستم گرمایش کلاسیک محدود می شود.

همه افراد بیش از یک بار در روز هنگام عبور از کنار یخچال خود با پمپ حرارتی مواجه می شوند. با این حال، در آن در جهت مخالف عمل می کند و گرمای محصولات را می گیرد و آن را در جو پخش می کند.

ویدئویی در مورد فناوری کار

نمودار پمپ حرارتی

عملکرد اکثر پمپ های حرارتی بر اساس گرمای خاک است که در آن دما عملاً در طول سال (در محدوده 7-10 درجه) در نوسان نیست. گرما بین سه مدار حرکت می کند:

1. مدار گرمایش
2. پمپ حرارتی
3. مدار آب نمک (معروف به خاکی).

اصل کارکرد کلاسیک پمپ های حرارتی در یک سیستم گرمایشی از عناصر زیر تشکیل شده است:

1. مبدل حرارتی که گرمای گرفته شده از زمین را به مدار داخلی منتقل می کند
2. دستگاه فشرده سازی
3. دومین وسیله تبادل حرارتی که انرژی دریافتی در مدار داخلی را به سیستم گرمایش منتقل می کند
4. مکانیزم کاهش فشار در سیستم (دریچه گاز)
5. مدار آب نمک
6. کاوشگر زمین
7. مدار گرمایش

لوله، که به عنوان مدار اولیه عمل می کند، در یک چاه قرار می گیرد یا مستقیماً در زمین دفن می شود. یک خنک کننده مایع غیر یخبندان در امتداد آن حرکت می کند که دمای آن به ویژگی مشابه زمین (حدود +8 درجه) افزایش می یابد و وارد مدار دوم می شود.

مدار ثانویه گرما را از مایع می گیرد. فریون در حال گردش در داخل شروع به جوشیدن می کند و به گاز تبدیل می شود که به کمپرسور ارسال می شود. پیستون آن را به 24-28 اتمسفر فشرده می کند، به همین دلیل دما به +70-80 درجه افزایش می یابد.

در این مرحله کار، انرژی در یک لخته کوچک متمرکز می شود. در نتیجه دما افزایش می یابد.

گاز گرم شده وارد مدار سوم می شود که توسط سیستم های تامین آب گرم یا حتی سیستم های گرمایش خانه نشان داده می شود. در طول انتقال حرارت، تلفات تا 10-15 درجه ممکن است، اما قابل توجه نیستند.

هنگامی که فریون سرد می شود، فشار کاهش می یابد و دوباره به حالت مایع تبدیل می شود. در دمای 2-3 درجه به مدار دوم برمی گردد. چرخه بارها و بارها تکرار می شود.

انواع اصلی

اصل عملکرد پمپ های حرارتی به گونه ای طراحی شده است که می توان آنها را به راحتی و بدون وقفه در محدوده دمایی گسترده - از -30 تا +40 درجه - کار کرد. محبوب ترین دو نوع مدل زیر است:

• نوع جذبی
• نوع فشرده سازی

مدل های نوع جذبی ساختار نسبتاً پیچیده ای دارند. آنها انرژی حرارتی دریافتی را مستقیماً با استفاده از منبع منتقل می کنند. عملکرد آنها به طور قابل توجهی هزینه های مواد برای برق مصرفی و سوخت را کاهش می دهد. مدل های فشرده سازی انرژی (مکانیکی و الکتریکی) را برای انتقال گرما مصرف می کنند.

بسته به منبع گرمایی مورد استفاده، پمپ ها به انواع زیر تقسیم می شوند:

1. پردازش گرمای ثانویه- گران ترین مدل هایی که برای گرمایش تاسیسات صنعتی محبوبیت پیدا کرده اند که در آنها گرمای ثانویه تولید شده توسط منابع دیگر هدر می رود.
2. هوا- گرفتن گرما از هوای اطراف
3. ژئوترمال- گرما را از آب یا زمین انتخاب کنید

با توجه به انواع ورودی/خروجی، همه مدل ها را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد - خاک، آب، هوا و ترکیبات مختلف آنها.

پمپ های حرارتی زمین گرمایی

مدل های پمپ های زمین گرمایی محبوب هستند که به دو نوع بسته یا باز تقسیم می شوند.

طراحی ساده سیستم های باز اجازه می دهد تا آب عبوری از داخل گرم شود که متعاقباً دوباره وارد زمین می شود. در حضور حجم نامحدود مایع خنک کننده تمیز که پس از مصرف به محیط زیست آسیب نمی رساند، ایده آل عمل می کند.

سیستم های حلقه بسته پمپ های حرارتی زمین گرمایی به انواع زیر تقسیم می شوند:

• آب - در یک مخزن در عمق غیر یخ زده قرار دارد
• با آرایش عمودی - کلکتور در چاهی به عمق 200 متر قرار می گیرد و در مناطق با زمین ناهموار قابل استفاده است.
• با آرایش افقی - کلکتور در عمق 0.5-1 متر در زمین قرار می گیرد، ارائه یک مدار بزرگ در یک منطقه محدود بسیار مهم است.

پمپ هوا-آب

یکی از پرکاربردترین گزینه ها، مدل هوا به آب است. در فصول گرم سال بسیار موثر است، اما در زمستان عملکرد می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

مزیت سیستم نصب ساده آن است. تجهیزات مناسب را می توان در هر مکان مناسب، به عنوان مثال، روی پشت بام نصب کرد. گرمایی که به صورت گاز یا دود از اتاق خارج می شود، قابل استفاده مجدد است.

نوع آب به آب

پمپ حرارتی آب به آب یکی از کارآمدترین پمپ ها است. اما استفاده از آن ممکن است به دلیل وجود یک مخزن در نزدیکی یا عمق ناکافی که در آن کاهش قابل توجهی در دما در زمستان وجود ندارد، محدود شود.

انرژی پتانسیل پایین را می توان از منابع زیر انتخاب کرد:

• آب های زیرزمینی
• مخازن باز
• فاضلاب صنعتی

ساده ترین اصل عملکرد پمپ های حرارتی برای مدل هایی است که گرما را از یک مخزن می گیرند. اگر تصمیم به استفاده از آب های زیرزمینی گرفته شود، ممکن است نیاز به حفر چاه باشد.

نوع خاک-آب

گرمای زمین را می توان در طول سال به دست آورد، زیرا در اعماق 1 متر یا بیشتر، دما عملا تغییر نمی کند. به عنوان یک حامل گرما، "آب نمک" استفاده می شود - یک مایع غیر یخ زده که در گردش است.

یکی از معایب سیستم «خاک-آب» نیاز به مساحت وسیع برای دستیابی به راندمان مطلوب است. آنها سعی می کنند با قرار دادن لوله ها در حلقه ها آن را صاف کنند.

کلکتور را می توان در حالت عمودی قرار داد اما چاهی تا عمق 150 متر مورد نیاز است.چترهایی در پایین نصب می شوند که گرمای خاک را از بین می برند.

مزایا و معایب سیستم های گرمایش پمپ حرارتی

پمپ های حرارتی به طور گسترده در سیستم های گرمایشی برای مناطق مسکونی خصوصی یا مناطق صنعتی استفاده می شود. آنها به دلیل قابلیت اطمینان و کارایی آنها به تدریج جایگزین منابع انرژی کلاسیک بیشتری می شوند.

از جمله مزایای زیادی که کارکرد پمپ حرارتی به همراه دارد عبارتند از:

• صرفه جویی در منابع مادی در نگهداری سیستم و خنک کننده
• پمپ ها کاملاً مستقل عمل می کنند
• هیچ محصول احتراق مضر یا سایر مواد سمی در محیط منتشر نمی شود
• ایمنی تجهیزات نصب شده در برابر آتش
• قابلیت معکوس کردن آسان عملکرد سیستم

علیرغم مزایای بسیار، لازم است جنبه های منفی استفاده از پمپ حرارتی را در نظر گرفت:

• سرمایه گذاری های اولیه بزرگ برای نصب سیستم گرمایش - از 3 تا 10 هزار دلار
• در دوره های سرد، زمانی که دما به زیر 15- درجه می رسد، باید به گزینه های گرمایش جایگزین فکر کنید
• گرمایش بر اساس عملکرد یک پمپ حرارتی تنها در سیستم هایی با خنک کننده با دمای پایین موثرتر است

یک ویدیوی شماتیک دیگر:

بیایید آن را جمع بندی کنیم

با آموختن و تسلط بر اصل عملکرد یک پمپ حرارتی، می توانید در مورد توصیه نصب و استفاده از آن فکر کنید و تصمیم بگیرید. هزینه های اولیه که ممکن است بسیار زیاد به نظر برسند، به زودی جواب می دهند و شروع به ایجاد نوعی سود در قالب صرفه جویی در سوخت کلاسیک می کنند.