المضخات الحرارية وأنظمة توفير الطاقة

[اميرة الكويت]

انواع المضخات الحرارية

تنقسم المضخات الحرارية إلى ثلاثة أنواع رئيسية حسب مصدر الطاقة منخفضة الدرجة:
هواء.
فتيلة.
المياه - يمكن أن يكون المصدر هو المياه الجوفية والمسطحات المائية.
بالنسبة لأنظمة تسخين المياه الأكثر شيوعًا ، يتم استخدام الأنواع التالية من المضخات الحرارية:


أنواع المضخات الحرارية للتدفئة المنزلية
الهواء إلى الماء عبارة عن مضخة حرارية من نوع الهواء تقوم بتسخين المبنى عن طريق سحب الهواء من الخارج عبر وحدة خارجية. إنه يعمل وفقًا لمبدأ مكيف الهواء ، والعكس صحيح فقط ، حيث يتم تحويل طاقة الهواء إلى حرارة. لا تتطلب هذه المضخة الحرارية تكاليف تركيب كبيرة ، وليس من الضروري تخصيص قطعة أرض لها ، علاوة على ذلك ، حفر بئر. ومع ذلك ، فإن كفاءة التشغيل في درجات حرارة منخفضة (-25 درجة مئوية) تنخفض ويتطلب مصدر إضافي للطاقة الحرارية.


جهاز "المياه الجوفية" يشير إلى الطاقة الحرارية الجوفية وينتج الحرارة من الأرض باستخدام جامع ، يتم وضعه على عمق تحت درجة التجمد من الأرض. أيضًا ، هناك اعتماد على مساحة الموقع والمناظر الطبيعية ، إذا كان المجمع يقع أفقيًا. للوضع الرأسي ، سوف تحتاج إلى حفر بئر.


يتم تركيب "الماء إلى الماء" حيث يوجد مسطح مائي أو مياه جوفية قريبة. في الحالة الأولى ، يتم وضع الخزان في قاع الخزان ، وفي الحالة الثانية ، يتم حفر بئر أو عدة بئر ، إذا سمحت مساحة الموقع بذلك.في بعض الأحيان يكون عمق المياه الجوفية عميقًا جدًا ، لذا فإن تكلفة تركيب هذه المضخة الحرارية يمكن أن تكون عالية جدًا.


كل نوع من أنواع المضخات الحرارية له مميزاته وعيوبه ، إذا كان المبنى بعيدًا عن الخزان أو كانت المياه الجوفية عميقة جدًا ، فلن تعمل "من الماء إلى الماء". سيكون "الهواء والماء" مناسبًا فقط في المناطق الدافئة نسبيًا ، حيث لا تقل درجة حرارة الهواء في موسم البرد عن -25 درجة مئوية.


تركيب مضخة الحرارة
الآن وقد أصبح الجزء الرئيسي من النظام جاهزًا ، يبقى توصيله بالأجهزة لاستيعاب وتوزيع الحرارة. يمكن القيام بهذا العمل بنفسك. هذا ليس بالأمر الصعب. يمكن أن تكون عملية تركيب جهاز امتصاص الحرارة مختلفة وتعتمد إلى حد كبير على نوع المضخة التي سيتم استخدامها كجزء من نظام التدفئة.


نوع المضخة العمودية للمياه الجوفية
هنا ، أيضًا ، ستكون هناك حاجة إلى تكاليف معينة ، لأنه عند تثبيت مثل هذه المضخة ، لا يمكنك الاستغناء عن استخدام جهاز الحفر. يبدأ كل عمل بإنشاء بئر ، يجب أن يكون عمقها 50-150 مترا... بعد ذلك ، يتم خفض مسبار الطاقة الحرارية الأرضية ، وبعد ذلك يتم توصيله بالمضخة.

مضخة أفقية نوع مياه التربة
عند تثبيت مثل هذه المضخة ، من الضروري استخدام مشعب يتكون من نظام أنابيب. يجب أن يقع تحت مستوى تجميد التربة. الدقة ، عمق وضع المجمع يعتمد إلى حد كبير على المنطقة المناخية. أولاً ، تتم إزالة طبقة التربة. ثم يتم وضع الأنابيب ثم ردمها بالأرض.
يمكنك استخدام طريقة أخرى - وضع الأنابيب الفردية للمياه في خندق محفور مسبقًا. بعد أن قررت استخدامه ، فأنت بحاجة أولاً إلى حفر الخنادق ، حيث يجب أن يكون العمق أقل من مستوى التجمد.




يقبل المستهلك اختيار نوع وقوة المضخة الحرارية بناءً على عدد من الشروط:

السمات الجغرافية للمنطقة (القرب من المسطحات المائية ، وجود المياه الجوفية ، منطقة حرة للمجمع) ؛
ميزات المناخ (درجة الحرارة) ؛
نوع الغرفة وحجمها الداخلي ؛
الفرص المالية.
بالنظر إلى جميع الجوانب المذكورة أعلاه ، ستتمكن من الاختيار الأفضل للمعدات. لاختيار المضخة الحرارية بشكل أكثر فعالية وصحة ، من الأفضل الاتصال بالمتخصصين ، حيث سيكونون قادرين على إجراء حسابات أكثر تفصيلاً وتوفير الجدوى الاقتصادية لتركيب المعدات.


أنواع المضخات الحرارية للتدفئة المنزلية

لفترة طويلة وبنجاح كبير ، تم استخدام المضخات الحرارية في الثلاجات ومكيفات الهواء المنزلية والصناعية.


اليوم ، بدأ استخدام هذه الأجهزة لأداء وظيفة من الطبيعة المعاكسة - تدفئة المنزل أثناء الطقس البارد.


دعنا نلقي نظرة على كيفية استخدام المضخات الحرارية لتدفئة المنازل الخاصة وما تحتاج إلى معرفته من أجل حساب جميع مكوناته بشكل صحيح.


ما هي المضخة الحرارية ، نطاقها
التعريف الفني للمضخة الحرارية هو جهاز لنقل الطاقة من منطقة إلى أخرى مع زيادة كفاءة عملها. هذا الميكانيكي ليس من الصعب توضيحه. لنتخيل دلوًا من الماء البارد وكوبًا من الماء الساخن. يتم إنفاق نفس كمية الطاقة لتسخينها من علامة حرارة معينة. ومع ذلك ، فإن فعالية تطبيقه مختلفة. إذا قللت في نفس الوقت درجة حرارة دلو الماء بمقدار درجة واحدة ، يمكن للطاقة الحرارية التي تم الحصول عليها أن تجعل السائل في الزجاج يغلي تقريبًا.


مضخة الحرارة


وفقًا لهذه الميكانيكا ، تعمل المضخة الحرارية ، والتي يمكنك من خلالها تسخين المسبح أو توفير التدفئة بالكامل لمنزل ريفي. تنقل الوحدة الحرارة من منطقة إلى أخرى ، بشكل عام من خارج الغرفة إلى الداخل. هناك العديد من التطبيقات لهذه التقنية.


مع تصنيف طاقة معين لمضخة حرارية ، تصبح تدفئة المنزل غير مكلفة وفعالة.
من السهل صنع DHW بمضخة حرارية باستخدام غلايات إعادة التسخين.
مع بعض الجهد والتصميم المناسب ، من الممكن إنشاء نظام تدفئة مستقل تمامًا يعمل بواسطة الألواح الشمسية.
تعد معظم نماذج المضخات الحرارية خيارًا مقبولًا للتدفئة تحت الأرضية المستخدمة كدائرة تدفئة. تركيب فلاتر


لاختيار وشراء نظام مناسب ، يجب عليك أولاً وقبل كل شيء تعيين المهمة التي تواجهه بشكل صحيح. وفقط بعد ذلك ، طرح متطلبات الطاقة وتقييم مدى قبول الأنواع الفردية من الغلايات الحرارية لتلبية جميع الاحتياجات.






الكفاءة - معامل الكفاءة ، أي مقدار الطاقة المفيدة التي يتم الحصول عليها كنسبة مئوية من الطاقة التي يتم إنفاقها على تشغيل النظام ؛
COP - معامل الأداء.
غالبًا ما يتم استخدام مؤشر مثل الكفاءة لأغراض الدعاية: "كفاءة المضخة لدينا هي 500٪!" يبدو أنهم يقولون الحقيقة - فقد أنتجوا 5 كيلوواط من الطاقة الحرارية مقابل 1 كيلوواط من الطاقة المستهلكة (للتشغيل الكامل لجميع الأنظمة والوحدات).


ومع ذلك ، تذكر أن الكفاءة لا يمكن أن تكون أعلى من 100٪ (يتم حساب هذا المؤشر للأنظمة المغلقة) ، لذلك سيكون من المنطقي أكثر استخدام مؤشر COP (المستخدم لحساب الأنظمة المفتوحة) ، والذي يوضح عامل تحويل الطاقة المستخدمة إلى طاقة مفيدة.


عادةً ما يتم قياس COP بالأرقام من 1 إلى 7. وكلما زاد الرقم ، زادت كفاءة المضخة الحرارية. في المثال أعلاه (بكفاءة 500٪) ، يكون مؤتمر الأطراف 5.


استرداد مضخة الحرارة
عندما يتعلق الأمر بالوقت الذي يستغرقه الشخص لإعادة أمواله المستثمرة في شيء ما ، فهذا يعني مدى ربحية الاستثمار نفسه. في مجال التدفئة ، كل شيء صعب للغاية ، لأننا نوفر لأنفسنا الراحة والحرارة ، وجميع الأنظمة باهظة الثمن ، ولكن في هذه الحالة ، يمكنك البحث عن خيار يعيد الأموال التي تنفقها عن طريق تقليل التكاليف أثناء الاستخدام. وعندما تبدأ في البحث عن حل مناسب ، تقارن كل شيء: غلاية تعمل بالغاز أو مضخة حرارية أو غلاية كهربائية. سنقوم بتحليل النظام الذي سيؤتي ثماره بشكل أسرع وأكثر كفاءة.


مفهوم الاسترداد ، في هذه الحالة ، يمكن تفسير إدخال مضخة حرارية لتحديث نظام الإمداد الحراري الحالي ، ببساطة ، على النحو التالي:


يوجد نظام واحد - غلاية غاز فردية ، والتي توفر التدفئة المستقلة وإمدادات المياه الساخنة. يوجد مكيف هواء بنظام سبليت يوفر غرفة واحدة باردة. تم تركيب 3 أنظمة سبليت في غرف مختلفة.


وهناك تقنية أكثر تقدمًا اقتصادية - مضخة حرارية تقوم بتدفئة / تبريد المنازل وتسخين المياه بالكميات المناسبة لمنزل أو شقة. من الضروري تحديد مقدار تغير التكلفة الإجمالية للمعدات والتكاليف الأولية ، وكذلك لتقدير مقدار انخفاض تكاليف التشغيل السنوية لأنواع المعدات المختارة. ولتحديد عدد السنوات ، مع المدخرات الناتجة ، فإن المعدات الأكثر تكلفة ستؤتي ثمارها. من الناحية المثالية ، تتم مقارنة العديد من حلول التصميم المقترحة واختيار أكثر الحلول فعالية من حيث التكلفة.


سنقوم بالحساب و vyyaski ، ما هي فترة الاسترداد لمضخة الحرارة في أوكرانيا




أي مضخة حرارة لها وسط عمل يسمى المبرد. عادة ما يعمل الفريون بهذه الصفة ، وغالبًا ما يكون الأمونيا. يتكون الجهاز نفسه من ثلاثة مكونات فقط:


المبخر والمكثف هما خزانان يشبهان الأنابيب الطويلة المنحنية - الملفات.يتم توصيل المكثف في أحد طرفيه بمخرج الضاغط والمبخر بالمدخل. يتم ربط أطراف الملفات ويتم تثبيت صمام تخفيض الضغط عند التقاطع بينهما. يكون المبخر على اتصال - بشكل مباشر أو غير مباشر - مع وسيط المصدر ، والمكثف على اتصال بنظام التدفئة أو مصدر الماء الساخن.






كيف تعمل المضخة الحرارية

تعتمد عملية HP على الترابط بين حجم الغاز والضغط ودرجة الحرارة. إليك ما يحدث داخل الوحدة:


الأمونيا أو الفريون أو مادة التبريد الأخرى ، التي تتحرك على طول المبخر ، ترتفع درجة حرارتها من وسط المصدر ، على سبيل المثال ، إلى درجة حرارة +5 درجات.
بعد المرور عبر المبخر ، يصل الغاز إلى الضاغط الذي يضخه إلى المكثف.
يتم الاحتفاظ بغاز التبريد الذي يتم تفريغه بواسطة الضاغط في المكثف بواسطة صمام تخفيض الضغط ، لذلك يكون ضغطه هنا أعلى منه في المبخر. كما تعلم ، مع زيادة الضغط ، تزداد درجة حرارة أي غاز. هذا هو بالضبط ما يحدث مع المبرد - تسخن حتى 60-70 درجة. نظرًا لأنه يتم غسل المكثف بواسطة سائل التبريد المتداول في نظام التسخين ، فإن هذا الأخير يسخن أيضًا.
يتم تفريغ مادة التبريد في أجزاء صغيرة من خلال صمام تخفيض الضغط إلى المبخر ، حيث ينخفض ​​ضغطه مرة أخرى. يتمدد الغاز ويبرد ، وبما أن بعض طاقته الداخلية قد ضاعت نتيجة التبادل الحراري في المرحلة السابقة ، تنخفض درجة حرارته إلى أقل من +5 درجات. بعد المبخر ، يتم تسخينه مرة أخرى ، ثم يتم ضخه في المكثف بواسطة الضاغط - وهكذا دواليك. علميًا ، تسمى هذه العملية دورة كارنو.
لكن المضخة الحرارية لا تزال مربحة للغاية: لكل كيلو وات ساعة من الكهرباء ، من الممكن الحصول على 3 إلى 5 كيلو واط في الساعة من الحرارة.


توفير الطاقة
يعد استخدام مصادر الطاقة البديلة اليوم مهمة ذات أولوية لجميع مجالات النشاط البشري الحديث تقريبًا. لا يسمح الاستخدام الفعال للرياح والمياه وطاقة الشمس بتقليل تكلفة الموارد المالية بشكل كبير في تنفيذ جميع أنواع العمليات التكنولوجية فحسب ، بل له أيضًا تأثير مفيد على حالة البيئة (المرتبطة بانخفاض الانبعاثات من الملوثات في الغلاف الجوي).


يمكن رؤية اتجاه مماثل في قطاع الإسكان والأسر المعيشية ، حيث يتم استخدام مجمعات الطاقة الشمسية ومولدات الرياح ومولدات الحرارة الاقتصادية بشكل متزايد لخلق ظروف معيشية مواتية ، فضلاً عن اتخاذ تدابير لتحسين مستوى العزل الحراري كل عناصر الهيكل.


من التدابير الفعالة للغاية من الناحية الاقتصادية استخدام المضخات الحرارية - مصادر الطاقة الحرارية الأرضية. من حيث المبدأ ، تم تصميم المضخات الحرارية بطريقة تمكنها من استخراج الحرارة شيئًا فشيئًا من البيئة ، وعندها فقط يتم تحويلها وإرسالها إلى مكان الاستخدام المباشر. يمكن أن يعمل الهواء والماء والتربة كمصادر طاقة لمضخة الحرارة ، بينما تتحقق العملية برمتها بسبب الخصائص الفيزيائية لبعض المواد (المبردات) لتغلي في درجات حرارة منخفضة.


وبالتالي ، فإن تكاليف الموارد التقليدية لأداء مولد الحرارة المقدم مرتبطة فقط بنقل الطاقة ، بينما يتم تضمين الجزء الرئيسي منها من الخارج. نظرًا للخصائص الأساسية للمضخات الحرارية ، يمكن أن يصل معامل أدائها إلى 3-5 وحدات ، أي إنفاق 100 واط من الطاقة الكهربائية لتشغيل المضخة الحرارية ، يمكنك الحصول على 0.5 كيلو واط من الطاقة الحرارية.