مصادر الطاقة البديلة هي المستقبل! مضخة حرارية لتدفئة المنازل

عادةً ما يُستخدم الغاز أو الكهرباء لتدفئة المباني. مع ذلك، ستكلف هذه الطريقة مبالغ طائلة، فكلاهما باهظ الثمن.

ولهذا السبب يتم استخدام مصادر الطاقة البديلة لتدفئة المنازل الخاصة والريفية، أحد أكثر طرق التدفئة شيوعًا هو استخدام المضخات الحرارية.

ما هي مضخة الحرارة لتدفئة منزل خاص؟ وكيف تعمل؟

جهاز خاص قادرة على استخراج الحرارة من البيئة وتسمى مضخة الحرارة.

تُستخدم هذه الأجهزة كطريقة رئيسية أو إضافية لتدفئة المباني. بعض الأجهزة أيضًا العمل على التبريد السلبي للمبنى - يتم استخدام المضخة للتبريد في الصيف والتدفئة في الشتاء.

يتم استخدام طاقة البيئة كوقوديقوم هذا السخان باستخراج الحرارة من الهواء والماء والمياه الجوفية وما إلى ذلك، لذلك يتم تصنيف هذا الجهاز كمصدر للطاقة المتجددة.

تشمل جميع أجهزة التدفئة المبخر والضاغط والمكثف وصمام التمدديتم تمييز أجهزة الماء والهواء وغيرها، حسب مصدر الحرارة. مبدأ التشغيل مشابه جدًا لمبدأ تشغيل الثلاجة (حيث تُخرج الثلاجة الهواء الساخن فقط، بينما تمتص المضخة الحرارة).

تعمل معظم الأجهزة في درجات حرارة موجبة وسالبة على حد سواء، ولكن كفاءة الجهاز تعتمد بشكل مباشر على الظروف الخارجية (أي كلما ارتفعت درجة الحرارة المحيطة، كلما زادت قوة الجهاز). بشكل عام، الجهاز تعمل على النحو التالي:

1. مضخة الحرارة يتلامس مع الظروف المحيطةيقوم الجهاز عادة باستخراج الحرارة من الأرض أو الهواء أو الماء (اعتمادًا على نوع الجهاز).
2. يتم تركيب مبخر خاص داخل الجهاز.، والتي تكون مليئة بالمبرد.
3. عند الاتصال بالبيئة الخارجية يغلي المبرد ويتبخر.
4. بعد ذلك يدخل المبرد إلى الضاغط على شكل بخار.
5. هناك يتقلص - بفضل هذا ترتفع درجة حرارته بشكل ملحوظ.
6. بعد ذلك يدخل الغاز الساخن إلى نظام التدفئة.، مما يؤدي إلى تسخين سائل التبريد الرئيسي، والذي يستخدم لتدفئة المبنى.
7. يبرد المبرد شيئًا فشيئًا. وفي النهاية يتحول مرة أخرى إلى سائل.
8. ثم يدخل سائل التبريد إلى صمام خاص، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارته بشكل كبير.
9. وفي النهاية، يعود المبرد إلى المبخر.وبعد ذلك يتم تكرار دورة التسخين.

الصورة ١. مبدأ تشغيل مضخة حرارة المياه الجوفية. يظهر ناقل الحرارة البارد باللون الأزرق، والساخن باللون الأحمر.

المزايا:

• صديق للبيئة. وتعتبر هذه الأجهزة من مصادر الطاقة المتجددة، والتي لا تلوث الغلاف الجوي بانبعاثاتها (بينما في حالة استخدام الغاز الطبيعي تتشكل غازات دفيئة ضارة، وغالبا ما يستخدم احتراق الفحم لإنتاج الكهرباء، مما يلوث الهواء أيضا).
• بديل جيد للغاز. تُعد المضخة الحرارية مثالية لتدفئة الغرف في الحالات التي يصعب فيها استخدام الغاز لسبب أو لآخر (على سبيل المثال، عندما يكون المنزل بعيدًا عن شبكات المرافق الرئيسية). كما تتميز المضخة عن التدفئة بالغاز بأنها لا تتطلب تصريحًا حكوميًا لتركيبها (ولكن عند حفر بئر عميق، لا يزال يتعين الحصول على هذا التصريح).
• مصدر حرارة إضافي غير مكلف. تعتبر المضخة مثالية كمصدر طاقة مساعد رخيص (الخيار الأفضل هو استخدام الغاز في الشتاء والمضخة في الربيع والخريف).

عيوب:

1. القيود الحرارية عند استخدام مضخات المياهتعمل جميع أجهزة التدفئة بكفاءة عند درجات حرارة موجبة، بينما تتوقف العديد من المضخات عن العمل عند درجات حرارة سالبة. ويعود ذلك أساسًا إلى تجمد الماء، مما يجعل استخدامه كمصدر للحرارة مستحيلًا.
2. قد تحدث مشاكل مع الأجهزة التي تستخدم الماء كحرارة. إذا استُخدم الماء للتدفئة، فيجب إيجاد مصدر ثابت له. غالبًا ما يتطلب الأمر حفر بئر لهذا الغرض، مما قد يزيد من تكلفة تركيب الجهاز.

الأنواع الرئيسية ومبادئ تشغيلها

تختلف جميع المضخات الحرارية عن بعضها البعض في مصدر الطاقة الخاصة بها. الفئات الرئيسية للأجهزة: التربة-الماء، الماء-الماء، الهواء-الماء والهواء-الهواء.

الكلمة الأولى تشير إلى مصدر الحرارة.، أ والثاني يعني ما يتحول إليه في الجهاز.

على سبيل المثال، في حالة جهاز التربة والمياه يتم استخراج الحرارة من الأرض ثم تحويلها إلى ماء ساخنيُستخدم كسخان في نظام التدفئة. سنتناول أدناه أنواع مضخات الحرارة المستخدمة في التدفئة بمزيد من التفصيل.

التربة والمياه

منشآت المياه الجوفية استخراج الحرارة مباشرة من الأرض باستخدام توربينات أو مجمعات خاصةفي هذه الحالة، يكون المصدر هو الأرض، التي تُسخّن الفريون. يُسخّن الماء في خزان المكثف. في هذه الحالة، يُبرّد الفريون ويعود إلى مدخل المضخة، ويُستخدم الماء المُسخّن كمبرّد في نظام التدفئة الرئيسي.

دورة تسخين السائل يستمر ذلك طالما أن المضخة تتلقى الكهرباء من الشبكة. الطريقة الأكثر تكلفة من الناحية الاقتصادية هي طريقة التربة والمياه، لأنه لتثبيت التوربينات والمجمعات سيكون من الضروري حفر آبار عميقة أو تغيير موقع التربة على مساحة كبيرة من الأرض.

ماء-ماء

وفقًا لخصائصها التقنية، فإن مضخات المياه إلى المياه مشابهة جدًا لأجهزة فئة المياه الجوفية مع وجود فرق وحيد وهو أنه في هذه الحالة، يُستخدم الماء، وليس الأرض، كمصدر أساسي للحرارة. يمكن أن يكون المصدر كل من المياه الجوفية والمياه من الخزانات المختلفة.

الصورة 2. تركيب هيكل مضخة الحرارة من الماء إلى الماء: يتم غمر الأنابيب الخاصة في الخزان.

أجهزة توصيل الماء إلى الماء أرخص بكثير مضخات المياه الأرضية، حيث أن تركيبها لا يتطلب حفر آبار عميقة.

قد تكون مهتمًا أيضًا بـ:

4 صيغ لتحديد الحرارة في المنزل: قواعد حساب مضخة الدورة الدموية لنظام التدفئة

في أي الحالات لا يمكن الاستغناء عن مصدر الطاقة غير المنقطع لمضخة التدفئة؟

خيار مثالي تقريبًا: موقد ساونا بيريزكا. لماذا يناسب الكثيرين؟

الهواء والماء

وحدات الهواء إلى الماء تلقي الحرارة مباشرة من البيئة. لا تتطلب هذه الأجهزة مُجمِّعًا خارجيًا كبيرًا لجمع الحرارة، بل يُستخدم هواء الشارع العادي لتسخين الفريون. بعد التسخين، يُطلق الفريون حرارةً إلى الماء، ثم يدخل الماء الساخن إلى نظام التدفئة عبر الأنابيب. الأجهزة من هذا النوع رخيصة جدًا.، حيث أن المضخة لا تحتاج إلى مجمع باهظ الثمن للعمل.

هواء

تتلقى الوحدة الهوائية أيضًا الحرارة مباشرة من البيئة، ولتشغيلها تتطلب أيضًا لا يتطلب مشعب خارجيبعد ملامسة الهواء الدافئ، يسخن الفريون، ثم يسخن الهواء في المضخة. ثم يُطلق هذا الهواء إلى الغرفة، يؤدي إلى ارتفاع محلي في درجة الحرارة. تعتبر الأجهزة من هذا النوع أيضًا رخيصة الثمن، حيث لا يتطلب تشغيلها تركيب مجمع باهظ الثمن.

الصورة ٣. مبدأ تشغيل مضخة الحرارة الهوائية. يدخل ناقل حرارة بدرجة حرارة ٣٥ درجة مئوية إلى مشعات التدفئة.

حساب أنظمة التدفئة، الجدول

المؤشر الرئيسي الذي يوضح قوة جهاز التدفئة المعين هو معلمة CPT (في الأدب الإنجليزي يُعرف بالاختصار شرطي). CPT- معامل التحويل الحراري، والتي تُحسب بقسمة إجمالي طاقة الجهاز على كمية الكهرباء المستهلكة لكل وحدة زمنية. على سبيل المثال، تستهلك مضخة معينة X 2 كيلو وات/ساعة الطاقة الكهربائية، ويولدها 5 كيلو واط/ساعة الطاقة الحرارية - في هذه الحالة القيمة CPT = 5/2 = 2.5.

عامل التحويل لمعظم الأجهزة يقع ضمن النطاق من 3 إلى 7، لكن كلما ارتفع CPT، كلما زادت تكلفة الجهاز. يجب أيضًا أن نتذكر أن قيمة CPT تعتمد على درجة الحرارة المحيطة - إذا كانت منخفضة للغاية، فستبدأ قيمة CPT السعي لتحقيق 1 (في الواقع، يتم استخدام الكهرباء فقط لتسخين سائل التبريد، ولن تشارك الحرارة الخارجية في تدفئة المبنى).

الصورة رقم 4. جدول لحساب قوة مضخة الحرارة الهوائية المائية من الشركة المصنعة Sapun.

يجب تبرير استخدام مضخة معينة هندسيًا. لشراء جهاز، يُحسب أولًا فقدان الحرارة في المبنى. تُستخدم الصيغة التالية لذلك: CT = (OZ * MTP * KS) / 860. يتم فك شفرتها على النحو التالي:

• كمية الحرارة (وحدات القياس - كيلوواط/ساعة).
• أوز - الحجم الإجمالي للمبنى.
• ام تي بي — أقصى فرق في درجة الحرارة. لتحديد هذا الفرق، اطرح درجة الحرارة الداخلية من درجة الحرارة الخارجية. على سبيل المثال، تريد أن تكون درجة الحرارة الداخلية في الشتاء 20 درجة مئوية، بينما في الشارع سوف يكون موجودا بجوار العلامة -10 درجة مئوية - في هذه الحالة MTP = 20 - (-10) = 30.
• كيه إس — عامل تصحيح خاص يأخذ في الاعتبار نوع الجدران. بالنسبة للجدران الخشبية، يكون مؤشر KS مساويًا لـ 3-4 وحدات، للجدران المصنوعة من الطوب - 2-3، للطوب في طبقتين - 1-2، للطوب في طبقتين مع العزل - 0.5—1.
• الرقم 860 - عامل تصحيح يتم من خلاله تقسيم القيمة النهائية لتحويل السعرات الحرارية إلى كيلووات في الساعة.

تركيب مضخة الحرارة

تعتمد طريقة تركيب الجهاز على نوع الجهاز وطرازه، بالإضافة إلى خصائص التضاريس. دعونا نلقي نظرة مثال على تركيب مضخة حرارية بسيطة من الأرض إلى الماء:

• أولاً يتم تنفيذ العمل التحضيريفي هذه المرحلة يتم قياس منسوب المياه الجوفية وتحديد قوة شبكة الكهرباء وغيرها وفي نهاية المرحلة يتم حفر البئر حسب الخطة.

الصورة 5. تركيب مضخة الحرارة من الأرض إلى الماء: يتم إدخال أنابيب خاصة في الآبار المحفورة مسبقًا.

• وبعد ذلك يتم إنزال المجسات الحرارية الأرضية في الآبار، الذي سيستخرج الحرارة من الأرض. في هذه المرحلة، يُركّب أيضًا مُبخّر مزود بمُبرّد، والذي سينقل الحرارة إلى الضاغط.
• الآن يجب تثبيته. عادةً ما يتم وضع الجهاز في غرفة بالقرب من المنزل؛ وعادةً ما تكون منطقة الضاغط أقل من متر مربع واحد، لذلك، كقاعدة عامة، يتم تثبيت مثل هذا الجهاز في غرفة صغيرة.
• بعد حدوث هذا اتصال مضخة إلى شبكة التدفئة المنزلية باستخدام الأنابيب. في المرحلة النهائية، اختبار تشغيل، وإذا تم اكتشاف أي عيوب، يتم إجراء التصحيح.

فيديو مفيد

شاهد مقطع فيديو يشرح كيفية عمل مضخة الحرارة الأرضية.

السلامة والبيئة

تعتبر المضخة الحرارية جهازًا جيدًا مثاليًا لتدفئة المبنى كمصدر حرارة مساعد.

في هذه الحالة، يتم استخدام الموارد البيئية كوقود، لذا فإن مضخة الحرارة تعتبر مصدرًا للطاقة المتجددة.

المزايا الرئيسية هي السلامة والود البيئي، حيث لا يتم استخدام احتراق الغاز أو الفحم في التشغيل.

مثل هذا الجهاز لن يضر البشر أو البيئةولكن يجب استخدامه بحكمة، لأنه في بعض الحالات الاستخدام من هذا الجهاز قد لا يكون من المستحسن من وجهة نظر هندسية أو اقتصادية.