يمكن للإصدارات الأولى لمضخات الحرارة تلبية الطلب الجزئي فقط على الطاقة الحرارية. الأصناف الحديثة أكثر فعالية ويمكن استخدامها لأنظمة التدفئة. هذا هو السبب في أن العديد من أصحاب المنازل يحاولون تركيب مضخة حرارية بأيديهم.
سنخبرك بكيفية اختيار أفضل خيار لمضخة الحرارة ، مع مراعاة البيانات الجغرافية للموقع الذي من المقرر تركيبه عليه. المادة المقترحة للنظر فيها تصف بالتفصيل مبدأ تشغيل الأنظمة لاستخدام "الطاقة الخضراء" ، يتم سرد الاختلافات. بناءً على نصيحتنا ، سوف تركز بلا شك على النوع الفعال.
بالنسبة للسادة المستقلين ، نقدم تقنية تجميع مضخة حرارية. يتم استكمال المعلومات المقدمة للنظر فيها من خلال الرسوم البيانية المرئية ، واختيار الصور والتدريب على الفيديو التفصيلي في جزأين.
ما هي المضخة الحرارية وكيف تعمل؟
يشير مصطلح مضخة الحرارة إلى مجموعة من المعدات المحددة. الوظيفة الرئيسية لهذه المعدات هي جمع الطاقة الحرارية ونقلها إلى المستهلك. يمكن أن يكون مصدر هذه الطاقة أي جسم أو متوسط بدرجة حرارة + 1º أو أكثر.
هناك أكثر من مصادر كافية للحرارة المنخفضة في بيئتنا. هذه هي النفايات الصناعية للمؤسسات ، ومحطات الطاقة الحرارية والنووية ، والصرف الصحي ، وما إلى ذلك. لتشغيل المضخات الحرارية في مجال التدفئة المنزلية ، هناك حاجة إلى ثلاثة مصادر طبيعية مستعادة بشكل مستقل - الهواء والماء والأرض.
تقوم المضخات الحرارية بسحب الطاقة من العمليات التي تحدث بانتظام في البيئة. لا تتوقف العملية أبدًا ، لأنه يتم التعرف على المصادر على أنها لا تنضب من المعايير البشرية
يرتبط موردو الطاقة المحتملون الثلاثة المذكورون مباشرةً بطاقة الشمس ، التي ، عن طريق التسخين ، تحرك الهواء مع الرياح وتنقل الطاقة الحرارية إلى الأرض. إنه اختيار المصدر وهو المعيار الرئيسي الذي يتم بموجبه تصنيف أنظمة المضخات الحرارية.
يعتمد مبدأ تشغيل المضخات الحرارية على قدرة الأجسام أو الوسائط على نقل الطاقة الحرارية إلى جسم أو وسيط آخر. عادةً ما يعمل متلقي وموردو الطاقة في أنظمة الضخ الحراري في أزواج.
لذا ميز الأنواع التالية من المضخات الحرارية:
- الهواء هو الماء.
- الأرض هي الماء.
- الماء هو الهواء.
- الماء هو الماء.
- الأرض هي الهواء.
- المياه المياه
- الهواء هو الهواء.
في هذه الحالة ، تحدد الكلمة الأولى نوع الوسط الذي يزيل فيه النظام الحرارة المنخفضة. يشير الثاني إلى نوع الناقل الذي تنتقل إليه هذه الطاقة الحرارية. لذلك ، في المضخات الحرارية الماء - الماء ، يتم أخذ الحرارة من الوسط المائي ويتم استخدام السائل كحامل حرارة.
مضخات الحرارة حسب التصميم هي وحدات ضغط البخار. يستخرجون الحرارة من المصادر الطبيعية ، ويعالجونها وينقلونها إلى المستهلكين (+)
تستخدم المضخات الحرارية الحديثة ثلاثة مصادر رئيسية للطاقة الحرارية. هذه هي التربة والمياه والهواء. أبسط هذه الخيارات هي مضخة حرارة الهواء. ترتبط شعبية هذه الأنظمة بتصميمها البسيط وسهولة تركيبها.
معرض الصور
صورة من
المبدأ القياسي لمضخة الحرارة
وحدة ضخ الحرارة الخارجية جو
مجموعة متنوعة من سخانات الهواء إلى الهواء
مبخر أفقي من الأرض إلى الماء
جهاز استقبال الحرارة لمضخة الهواء الأرضي
المبخر في الخنادق المختارة في الأرض
بئر الماء لمضخة الحرارة من الماء إلى الماء
استقبال أفقي للطاقة المائية
ومع ذلك ، على الرغم من هذه الشعبية ، تتمتع هذه الأصناف بإنتاجية منخفضة إلى حد ما. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكفاءة غير مستقرة وتعتمد على تقلبات درجات الحرارة الموسمية.
مع انخفاض درجة الحرارة ، ينخفض أداءها بشكل ملحوظ. يمكن اعتبار مثل هذه الخيارات لمضخات الحرارة إضافة إلى المصدر الرئيسي الحالي للطاقة الحرارية.
تعتبر متغيرات المعدات التي تستخدم الحرارة الجوفية أكثر كفاءة. تستقبل التربة وتتراكم الطاقة الحرارية ليس فقط من الشمس ، بل يتم تسخينها باستمرار بواسطة طاقة قلب الأرض.
أي أن التربة هي نوع من البطاريات الحرارية ، وقوتها غير محدودة عمليا. علاوة على ذلك ، فإن درجة حرارة التربة ، خاصة عند عمق معين ، ثابتة وتتغير بشكل طفيف.
نطاق الطاقة المولدة بواسطة المضخات الحرارية:
معرض الصور
صورة من
المضخات الحرارية في التدفئة وإمدادات المياه الساخنة
التطبيق في دوائر تسخين الهواء
إعداد الناقل الحراري لأنظمة التدفئة تحت البلاط
التركيب الحراري في تسخين المياه في المسبح
إن ثبات درجة حرارة المصدر هو عامل مهم في التشغيل المستقر والفعال لهذا النوع من معدات الطاقة. تمتلك النظم المائية خصائص مماثلة ، حيث تشكل البيئة المائية المصدر الرئيسي للطاقة الحرارية. يقع جامع هذه المضخات إما في البئر ، حيث يكون في الخزان الجوفي ، أو في الخزان.
يتراوح متوسط درجة الحرارة السنوية لمصادر مثل التربة والمياه من +7 درجة مئوية إلى +12 درجة مئوية. هذه درجة الحرارة كافية تمامًا لضمان التشغيل الفعال للنظام.
الأكثر فاعلية هي المضخات الحرارية التي تستخرج الطاقة الحرارية من مصادر بمؤشرات درجة حرارة مستقرة ، أي من الماء والتربة
العناصر الهيكلية الرئيسية لمضخات الحرارة
لكي تعمل وحدة إنتاج الطاقة وفقًا لمبادئ تشغيل المضخة الحرارية ، يجب أن تكون 4 وحدات رئيسية موجودة في تصميمها ، وهي:
- ضاغط.
- المبخر.
- مكثف.
- صمام التحكم.
أحد العناصر المهمة في تصميم المضخة الحرارية هو الضاغط. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في زيادة ضغط ودرجة حرارة الأبخرة الناتجة عن غليان غاز التبريد. بالنسبة لتكنولوجيا المناخ ومضخات الحرارة ، على وجه الخصوص ، يتم استخدام ضواغط التمرير الحديثة.
يتم استخدام السوائل ذات درجة الغليان المنخفضة كمائع عمل ، حيث تقوم بالنقل المباشر للطاقة الحرارية. كقاعدة ، يتم استخدام الأمونيا والفريون (+)
تم تصميم هذه الضواغط للعمل في درجات حرارة تحت الصفر. على عكس الأصناف الأخرى ، تنتج الضواغط اللولبية ضوضاء صغيرة وتعمل في نقاط غليان الغاز المنخفضة وفي درجات حرارة التكثيف العالية. الميزة التي لا شك فيها هي حجمها الصغير وجاذبيتها النوعية المنخفضة.
يتم إنفاق كل طاقة المضخة الحرارية تقريبًا على نقل الطاقة الحرارية من الخارج إلى داخل الغرفة. لذلك يتم إنفاق حوالي 1 وحدة طاقة على تشغيل الأنظمة في إنتاج 4-6 وحدات (+)
المبخر كعنصر هيكلي عبارة عن حاوية يتم فيها تحويل غاز التبريد السائل إلى بخار. يمر المبرد ، الذي يدور في دائرة مغلقة ، عبر المبخر. في ذلك ، يسخن المبرد ويتحول إلى بخار. يتم توجيه البخار منخفض الضغط المولد نحو الضاغط.
في الضاغط ، تتعرض أبخرة غاز التبريد للضغط وترتفع درجة حرارتها. يضخ الضاغط البخار الساخن تحت ضغط عالي باتجاه المكثف.
يضغط الضاغط الوسط المتداول على طول الدائرة ، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارته وضغطه.ثم يدخل الوسط المضغوط إلى المبادل الحراري (المكثف) ، حيث يتم تبريده ، وينقل الحرارة إلى الماء أو الهواء
العنصر الهيكلي التالي للنظام هو مكثف. وتتمثل وظيفتها في نقل الطاقة الحرارية إلى الدائرة الداخلية لنظام التدفئة.
تم تجهيز العينات التسلسلية المصنعة من قبل الشركات الصناعية بمبادلات حرارية. المادة الرئيسية لهذه المكثفات هي سبائك الصلب أو النحاس.
بالنسبة للمبادل الحراري العصامي ، فإن الأنبوب النحاسي بقطر نصف بوصة مناسب. يجب أن يكون سمك جدار الأنابيب المستخدمة في تصنيع المبادل الحراري 1 مم على الأقل
يتم تثبيت صمام ثرموستاتي ، أو اختناق ، في بداية ذلك الجزء من الدائرة الهيدروليكية حيث يتم تحويل وسط الضغط العالي المتداول إلى وسيط ضغط منخفض. بتعبير أدق ، يقترن الخانق مع الضاغط دائرة المضخة الحرارية إلى جزأين: أحدهما بمعلمات الضغط العالي ، والآخر منخفض.
عند المرور عبر صمام الخانق التمدد ، يتبخر المائع المتداول في دائرة مغلقة جزئيًا ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط مع درجة الحرارة. ثم يدخل المبادل الحراري بالتواصل مع البيئة. هناك ، يلتقط طاقة الوسط ويعيده إلى النظام.
يتحكم صمام الخانق في تدفق غاز التبريد تجاه المبخر. عند اختيار الصمام ، يجب مراعاة معلمات النظام. يجب أن يتوافق الصمام مع هذه المعلمات.
عند المرور عبر صمام التحكم في الحرارة ، يتبخر سائل التبريد جزئيًا ، وتنخفض درجة حرارة التدفق (+)
اختيار نوع المضخة الحرارية
المؤشر الرئيسي لنظام التدفئة هذا هو الطاقة. بادئ ذي بدء ، تعتمد التكاليف المالية لشراء المعدات واختيار مصدر أو آخر للحرارة المنخفضة على السعة. كلما زادت قوة نظام المضخة الحرارية ، زادت تكلفة الأجزاء المكونة.
بادئ ذي بدء ، يشير إلى قوة الضاغط ، وعمق الآبار لمسابير الحرارة الأرضية ، أو منطقة وضع مجمع أفقي. حسابات الديناميكا الحرارية الصحيحة هي نوع من الضمان أن النظام سيعمل بكفاءة.
إذا كان هناك بركة بالقرب من الموقع الشخصي ، فإن الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة والإنتاجية هو مضخة تسخين المياه بالمياه
بادئ ذي بدء ، يجب عليك دراسة المنطقة المخططة لتركيب المضخة. الحالة المثالية هي وجود مسطح مائي في هذا القسم. سيقلل استخدام خيار نوع الماء إلى الماء بشكل كبير من كمية أعمال الحفر.
على العكس من ذلك ، فإن استخدام حرارة الأرض ينطوي على عدد كبير من الأعمال المتعلقة بالحفر. تعتبر النظم التي تستخدم البيئة المائية كحرارة منخفضة الدرجة هي الأكثر كفاءة.
جهاز مضخة الحرارة التي تستخرج الطاقة الحرارية من التربة ، ينطوي على كمية رائعة من الأعمال الترابية. يتم وضع المجمع تحت مستوى التجميد الموسمي
هناك طريقتان لاستخدام الطاقة الحرارية للتربة. يشمل الأول حفر آبار بقطر 100-168 ملم. يمكن أن يصل عمق هذه الآبار ، اعتمادًا على معلمات النظام ، إلى 100 متر أو أكثر.
يتم وضع مجسات خاصة في هذه الآبار. في الطريقة الثانية ، يتم استخدام مشعب الأنابيب. يقع مثل هذا المجمع تحت الأرض في مستوى أفقي. لهذا الخيار ، مطلوب مساحة كبيرة بما فيه الكفاية.
لوضع المجمع ، تعتبر المناطق ذات التربة الرطبة مثالية. بطبيعة الحال ، سيكلف حفر الآبار أكثر من الموقع الأفقي للخزان. ومع ذلك ، لا توجد مساحة حرة لكل منطقة. للحصول على كيلو واط واحد من طاقة المضخة الحرارية ، هناك حاجة إلى 30 إلى 50 متر مربع من المساحة.
قد تكون منشأة لجمع الطاقة الحرارية من بئر عميقة أرخص قليلاً من حفر حفرة.لكن الميزة المهمة هي توفير المساحة بشكل كبير ، وهو أمر مهم لأصحاب قطع الأراضي الصغيرة
في حالة وجود أفق مرتفع للمياه الجوفية ، يمكن ترتيب المبادلات الحرارية في بئرين يقعان على مسافة حوالي 15 م من بعضهما البعض.
اختيار الطاقة الحرارية في هذه الأنظمة عن طريق ضخ المياه الجوفية في حلقة مغلقة ، تقع أجزاء منها في الآبار. يتطلب مثل هذا النظام تركيب مرشح وتنظيف دوري للمبادل الحراري.
تعتمد أبسط وأرخص دائرة مضخة حرارية على استخراج الطاقة الحرارية من الهواء. بمجرد أن أصبحت الأساس للثلاجات ؛ لاحقًا ، وفقًا لمبادئها ، تم تطوير مكيفات الهواء.
يتلقى أبسط نظام ضخ حراري الطاقة من كتلة الهواء. في الصيف ، تشارك في التدفئة ، في فصل الشتاء في تكييف الهواء. ناقص النظام هو أنه في تنفيذ مستقل ، فإن الوحدة ذات الطاقة غير الكافية
فعالية أنواع مختلفة من المعدات ليست هي نفسها. أقل المؤشرات هي المضخات التي تستخدم الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد هذه المؤشرات بشكل مباشر على الأحوال الجوية.
أصناف التربة من مضخات الحرارة لديها أداء مستقر. يتراوح معامل الكفاءة لهذه الأنظمة بين 2.8 -3.3. أنظمة المياه - الماء هي الأكثر فعالية. هذا يرجع في المقام الأول إلى استقرار درجة حرارة المصدر.
وتجدر الإشارة إلى أنه كلما كان مجمع المضخة أعمق ، كلما كانت درجة الحرارة أكثر ثباتًا. للحصول على سعة نظام تبلغ 10 كيلو واط ، تحتاج إلى حوالي 300 متر من خط الأنابيب.
المعلمة الرئيسية التي تميز كفاءة المضخة الحرارية هي معامل التحويل. كلما زاد عامل التحويل ، زادت كفاءة المضخة الحرارية.
يتم التعبير عن معامل التحويل للمضخة الحرارية من حيث نسبة تدفق الحرارة والطاقة الكهربائية المنفقة على الضاغط
افعلها بنفسك بمضخة الحرارة
بمعرفة مخطط العمل وجهاز المضخة الحرارية ، من الممكن جدًا تجميع وتركيب نظام تسخين بديل بنفسك. قبل بدء العمل ، من الضروري حساب جميع المعلمات الأساسية للنظام المستقبلي. لحساب معلمات المضخة المستقبلية ، يمكنك استخدام برنامج مصمم لتحسين أنظمة التبريد.
أبسط خيار للبناء هو نظام المياه والهواء. لا يتطلب عملًا معقدًا على جهاز الدائرة الخارجية ، المتأصل في أنواع المياه والتربة من المضخات الحرارية. للتثبيت ، ستكون هناك حاجة إلى قناتين فقط ، واحدة ستوفر الهواء ، والثانية ستفرغ الكتلة المستهلكة.
أسهل طريقة للقيام بذلك بنفسك هي ترتيب مضخة حرارية مع كمية حرارة من كتلة الهواء. مروحة خارجية تضخ الهواء إلى المبخر
بالإضافة إلى المروحة ، تحتاج إلى الحصول على ضاغط للطاقة المطلوبة. بالنسبة لمثل هذه الوحدة ، يكون الضاغط الذي تم تجهيز أنظمة الانقسام العادية به مناسبًا تمامًا. ليس من الضروري شراء وحدة جديدة.
يمكنك إزالته من المعدات القديمة أو استخدام ملحقات الثلاجة القديمة. من المستحسن استخدام مجموعة دوامة. بالإضافة إلى وجود كفاءة كافية ، تخلق خيارات الضاغط هذه ضغوطًا عالية تزيد من درجة الحرارة.
لبناء مكثف ، ستحتاج إلى مواسعة وأنبوب نحاسي. يتكون الملف من أنبوب. لتصنيعها ، يتم استخدام أي جسم أسطواني من القطر المطلوب. من خلال لف أنبوب نحاسي عليه ، يمكنك بسهولة وبسرعة إنشاء هذا العنصر الهيكلي.
يتم تثبيت الملف النهائي في حاوية تم قطعها سابقًا إلى نصفين. لتصنيع الحاويات ، من الأفضل استخدام مواد مقاومة لعمليات التآكل.بعد وضع ملف فيه ، يتم لحام أنصاف الخزان.
يتم حساب مساحة الملف باستخدام الصيغة التالية:
MT / 0.8 RT ،
أين:
- MT - قوة الطاقة الحرارية التي ينتجها النظام.
- 0,8 - معامل التوصيل الحراري أثناء تفاعل الماء مع مادة الملف.
- RT - اختلاف درجة حرارة الماء عند المدخل والمخرج.
اختيار أنبوب نحاسي للإنتاج الذاتي للملف ، تحتاج إلى الانتباه إلى سمك الجدار. يجب أن تكون 1 مم على الأقل. خلاف ذلك ، عند لف ، سوف تشوه الأنبوب. الأنبوب الذي يقع من خلاله مدخل المبرد في الجزء العلوي من الخزان.
يتم المبادل الحراري للأنبوب النحاسي عن طريق لف أنبوب نحاسي على جسم أسطواني. كلما كبرت مساحة الملف ، كلما زاد أداء المضخة
يمكن صنع مبخر المضخة الحرارية في نسختين - على شكل حاوية بها ملف موجود فيه وفي شكل أنبوب في أنبوب. نظرًا لأن درجة حرارة السائل في المبخر صغيرة ، يمكن صنع السعة من برميل بلاستيكي. بهذه الصفة يتم وضع دائرة مصنوعة من أنبوب نحاسي.
على عكس المكثف ، يجب أن يتوافق ملف ملف المبخر مع قطر وارتفاع الخزان المحدد. الشكل الثاني للمبخر: الأنبوب في الأنبوب. في هذا النموذج ، يتم وضع أنبوب غاز التبريد في أنبوب بلاستيكي بقطر أكبر يتم من خلاله تدوير المياه.
يعتمد طول هذا الأنبوب على سعة المضخة المخططة. يمكن أن يكون من 25 إلى 40 مترا. يتم لف هذا الأنبوب.
يشير الصمام الترموستاتي إلى أنابيب الإغلاق والتحكم. يتم استخدام الإبرة كعنصر قفل في صمام التمدد. يتم تحديد موضع عنصر إغلاق الصمام بواسطة درجة الحرارة في المبخر.
هذا العنصر المهم في النظام له تصميم معقد إلى حد ما. إنها تتكون من:
- المزدوجات الحرارية.
- الحجاب الحاجز.
- أنبوب شعري.
- بالون حراري.
قد تصبح هذه العناصر غير قابلة للاستخدام في درجات حرارة عالية. لذلك ، أثناء لحام النظام ، يجب عزل الصمام بقطعة قماش الأسبستوس. يجب أن يتطابق صمام التحكم مع سعة المبخر.
بعد تنفيذ العمل على تصنيع الأجزاء الهيكلية الرئيسية ، تأتي اللحظة الحاسمة لتجميع الهيكل بأكمله في كتلة واحدة. الخطوة الأكثر أهمية هي عملية ضخ المبرد أو المبرد في النظام.
إجراء مثل هذه العملية بشكل مستقل من غير المرجح أن يكون في متناول أي شخص عادي. هنا سيتعين عليك اللجوء إلى المهنيين العاملين في إصلاح وصيانة معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.
العمال في هذا المجال ، كقاعدة عامة ، لديهم المعدات اللازمة. بالإضافة إلى شحن غاز التبريد ، يمكنهم اختبار النظام. لا يمكن أن يؤدي التحميل الذاتي لغاز التبريد فقط إلى انهيار الهيكل ، ولكن أيضًا إلى إصابات خطيرة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة إلى معدات خاصة لبدء النظام.
عندما يبدأ النظام ، يحدث ذروة بدء التشغيل ، والتي عادة ما تكون حوالي 40 أمبير. لذلك ، لا يمكن بدء تشغيل النظام بدون مرحل بدء. بعد بدء التشغيل الأول ، يجب تعديل ضغط الصمام والمبرد.
يجب أن يؤخذ اختيار المبرد على محمل الجد. بعد كل شيء ، هذه المادة هي التي تعتبر في الأساس "الناقل" الرئيسي للطاقة الحرارية المفيدة. من بين المبردات الحديثة الموجودة ، تعتبر الفريون الأكثر شعبية. هذه مشتقات من مركبات هيدروكربونية يتم فيها استبدال جزء من ذرات الكربون بعناصر أخرى.
نتيجة لتجميع العناصر الفردية للمضخة الحرارية ، يجب الحصول على حلقة مغلقة يتم من خلالها تدوير وسط العمل
نتيجة لهذه الأعمال ، تم الحصول على نظام حلقة مغلقة. يدور غاز التبريد فيه ، مما يوفر انتقاء الطاقة الحرارية ونقلها من المبخر إلى المكثف.عند توصيل مضخات الحرارة بنظام التدفئة للمنزل ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن درجة حرارة الماء عند مخرج المكثف لا تتجاوز 50-60 درجة.
نظرًا لانخفاض درجة حرارة الطاقة الحرارية الناتجة عن المضخة الحرارية ، يجب اختيار السخانات المتخصصة كمستهلك للحرارة. يمكن أن تكون أرضية دافئة أو مشعات ذات قصور ذاتي بالقصور الذاتي صغيرة الحجم مصنوعة من الألومنيوم أو الفولاذ مع مساحة إشعاع كبيرة.
تعتبر الإصدارات محلية الصنع من المضخات الحرارية مناسبة تمامًا للنظر كمعدات مساعدة تدعم وتكمل عمل المصدر الرئيسي.
يتم تحسين تصميمات مضخات الحرارة كل عام. التصاميم الصناعية المصممة للاستخدام المنزلي تستخدم أسطح نقل حرارة أكثر كفاءة. ونتيجة لذلك ، ينمو أداء النظام باستمرار.
العامل المهم الذي يحفز تطوير مثل هذه التكنولوجيا لإنتاج الطاقة الحرارية هو المكون البيئي. هذه الأنظمة ، بالإضافة إلى كونها فعالة للغاية ، لا تلوث البيئة. إن غياب اللهب المكشوف يجعل تشغيله آمنًا تمامًا.
الفيديو رقم 1. كيفية صنع أبسط مضخة حرارية منزلية الصنع باستخدام مبادل حراري من أنابيب PEX:
فيديو رقم 2. متابعة جلسة الإحاطة:
لطالما استخدمت مضخات الحرارة كنظم تسخين بديلة. تتمتع هذه الأنظمة بالموثوقية ، والعمر التشغيلي الطويل ، والأهم أنها صديقة للبيئة. يبدأون بجدية في اعتبارهم الخطوة التالية نحو تطوير أنظمة تدفئة فعالة وآمنة.
هل تريد طرح سؤال أو التحدث عن طريقة مثيرة للاهتمام لبناء مضخة حرارية ، لم يتم ذكرها في المقالة؟ يرجى كتابة التعليقات في الكتلة أدناه.