المضخة الحرارية لتدفئة المنزل: مبدأ التشغيل وأمثلة الحساب

أنواع تصاميم المضخات الحرارية

عادة ما يتم الإشارة إلى نوع المضخة الحرارية بعبارة تشير إلى وسيط المصدر والناقل الحراري لنظام التدفئة.
هناك الأنواع التالية:

• ТН "هواء - هواء" ؛
• ТН "هواء - ماء" ؛
• TH "التربة - الماء" ؛
• TH "ماء - ماء".

الخيار الأول هو نظام تقسيم تقليدي يعمل في وضع التسخين. يتم تركيب المبخر في الخارج ، ويتم تركيب وحدة مع مكثف داخل المنزل. يتم تفجير الأخير بواسطة مروحة ، يتم من خلالها توفير كتلة هواء دافئة للغرفة.

إذا كان مثل هذا النظام مجهزًا بمبادل حراري خاص مع فوهات ، فسيتم الحصول على نوع HP "air-water". وهي متصلة بنظام تسخين المياه.

يمكن وضع مبخر HP من النوع "الهواء إلى الهواء" أو "الهواء إلى الماء" ليس في الهواء الطلق ، ولكن في قناة تهوية العادم (يجب أن يتم إجباره). في هذه الحالة ، ستزداد كفاءة المضخة الحرارية عدة مرات.

تستخدم المضخات الحرارية من نوع "الماء إلى الماء" و "من التربة إلى الماء" ما يسمى بالمبادل الحراري الخارجي أو ، كما يطلق عليه أيضًا ، جامع لاستخراج الحرارة.

رسم تخطيطي لمضخة الحرارة

هذا أنبوب طويل ، عادة ما يكون بلاستيكيًا ، يدور من خلاله وسط سائل حول المبخر. يمثل كلا النوعين من المضخات الحرارية نفس الجهاز: في حالة واحدة ، يتم غمر المجمع في قاع خزان السطح ، وفي الحالة الثانية - في الأرض. يقع مكثف هذه المضخة الحرارية في مبادل حراري متصل بنظام تسخين الماء الساخن.

توصيل المضخات الحرارية حسب مخطط "الماء - الماء" هو أقل شاقة بكثير من "التربة - الماء" ، حيث لا توجد حاجة للقيام بأعمال الحفر. في الجزء السفلي من الخزان ، يتم وضع الأنبوب على شكل حلزوني. بالطبع ، بالنسبة لهذا المخطط ، فإن الخزان المناسب فقط لا يتجمد إلى الأسفل في الشتاء.

كيف تعمل المضخة الحرارية

المضخة الحرارية الحديثة تشبه إلى حد بعيد الثلاجة الشائعة.

ما هي المضخة الحرارية الجوفية أو بعبارة أخرى المضخة الحرارية؟ هذه هي الأجهزة التي يمكنها نقل الحرارة من مصدر إلى المستهلك. دعنا نفكر في مبدأ عملها على مثال التطبيق العملي الأول للفكرة.

أصبح مبدأ تشغيل المضخات الحرارية الأرضية معروفًا في الخمسينيات من القرن الماضي. القرن التاسع عشر. تم وضع هذه المبادئ موضع التنفيذ فقط في منتصف القرن الماضي.

في أحد الأيام ، كان المجرب المسمى ويبر مشغولاً بالفريزر ولمس خط إطلاق المكثف بالخطأ. كان لديه فكرة لماذا لا تذهب الحرارة إلى أي مكان ولا تساعد؟ لم يفكر طويلاً ، فأطال الأنبوب ووضعه في خزان المياه.

كان الماء الساخن الذي خرج منه ساخنًا جدًا لدرجة أنه لم يكن يعرف مكان وضعه. كان علينا الاستمرار - كيف قمت بتسخين الهواء بهذا النظام البسيط؟ كان الحل بسيطًا جدًا ولم يكن أقل ذكاءً.

يتم تصفية الماء الساخن من خلال مبادل حراري ثم تقوم مروحة بنفث الهواء الدافئ عبر المنزل. كل عبقري بسيط! كان ويبر رجلاً متواضعًا ، وفي النهاية اكتشف كيفية الاستغناء عن الثلاجة. عليك سحب الحرارة من الأرض!

بعد أن دفن الأنابيب النحاسية وضخ الفريون (نفس الغاز الموجود في الثلاجات) ، بدأ في تلقي الطاقة الحرارية من الأمعاء. نعتقد أنه في هذا المثال سوف يفهم الجميع كيف تعمل المضخة الحرارية.

نوصي أيضًا بقراءة المقالة التالية حول معجزة التسخين الشمسي: //6.//otoplenie/chudo-pech-.html.

أنظمة إزالة الحرارة. (اضغط للتكبير)

• في الأساس ، مكيف الهواء هو مكيف هواء تقليدي ؛
• هواء إلى ماء - أضف مبادل حراري إلى مكيف الهواء وسنقوم بالفعل بتسخين الماء ؛
• المياه الجوفية - نقوم بدفن المجمع من الأنابيب في الأرض ، ونسخن الماء عند المخرج ؛
• يتم وضع أنابيب السباكة في المياه المفتوحة أو الجوفية وتحويل الحرارة إلى نظام تدفئة المبنى.

(يمكن العثور على تصنيف مفصل للمضخات الحرارية للتدفئة في هذه المقالة).

لقد حان الوقت لدراسة التجربة الأجنبية بشكل موضوعي

يعرف الجميع تقريبًا الآن عن المضخات الحرارية القادرة على استخلاص الحرارة من البيئة لتدفئة المباني ، وإذا لم يمض وقت طويل على طرح أحد العملاء المحتملين السؤال المحير "كيف يمكن ذلك؟" ؟ ".

الإجابة على هذا السؤال ليست سهلة.

بحثًا عن إجابات للأسئلة العديدة التي تنشأ حتماً عند محاولة تصميم أنظمة التدفئة بمضخات حرارية ، يُنصح بالانتقال إلى خبرة المتخصصين في تلك البلدان حيث تم استخدام المضخات الحرارية على المبادلات الحرارية الأرضية لفترة طويلة.

لم تحقق زيارة * إلى المعرض الأمريكي AHR EXPO-2008 ، والذي تم إجراؤه بشكل أساسي من أجل الحصول على معلومات حول طرق الحسابات الهندسية لمبادلات الحرارة الأرضية ، نتائج مباشرة في هذا الاتجاه ، ولكن تم بيع كتاب في معرض ASHRAE الوقوف ، وبعض أحكامه كانت بمثابة أساس لهذه المنشورات.

يجب أن يقال على الفور إن نقل المنهجية الأمريكية إلى الأراضي المحلية ليس بالمهمة السهلة. بالنسبة للأمريكيين ، الأمور ليست كما هي في أوروبا. هم فقط يقيسون الوقت بنفس الوحدات التي نقيسها. جميع وحدات القياس الأخرى أمريكية بحتة ، أو بالأحرى بريطانية. كان الأمريكيون غير محظوظين بشكل خاص فيما يتعلق بتدفق الحرارة ، والذي يمكن قياسه بالوحدات الحرارية البريطانية لكل وحدة زمنية ، وأطنان التبريد ، والتي ربما تم اختراعها في أمريكا.

ومع ذلك ، لم تكن المشكلة الرئيسية هي الإزعاج الفني لإعادة حساب وحدات القياس المعتمدة في الولايات المتحدة ، والتي يمكن للمرء أن يعتاد عليها بمرور الوقت ، ولكن عدم وجود أساس منهجي واضح في الكتاب المذكور لبناء حساب. الخوارزمية. يتم إعطاء مساحة كبيرة جدًا لطرق الحساب الروتينية والمعروفة ، بينما تظل بعض الأحكام المهمة غير معلنة تمامًا.

على وجه الخصوص ، لا يمكن ضبط مثل هذه البيانات الأولية المرتبطة فعليًا لحساب المبادلات الحرارية للأرض الرأسية ، مثل درجة حرارة السائل المتداول في المبادل الحراري وعامل تحويل المضخة الحرارية ، بشكل تعسفي ، وقبل متابعة الحسابات المتعلقة بالحرارة غير المستقرة نقل في الأرض ، فمن الضروري تحديد العلاقات التي تربط هذه المعلمات.

معيار كفاءة المضخة الحرارية هو معامل التحويل α ، والذي يتم تحديد قيمته من خلال نسبة قوتها الحرارية إلى طاقة محرك الضاغط الكهربائي. هذه القيمة هي دالة لنقاط الغليان في المبخر و tk للتكثيف ، وفيما يتعلق بمضخات الحرارة من الماء إلى الماء ، يمكننا التحدث عن درجات حرارة السائل عند مخرج المبخر t2I وعند المخرج من مكثف t2K:

؟ =؟ (t2И، t2K). (واحد)

أتاح تحليل خصائص الكتالوج لآلات التبريد التسلسلية والمضخات الحرارية من الماء إلى الماء عرض هذه الوظيفة في شكل رسم بياني (الشكل 1).

باستخدام الرسم التخطيطي ، من السهل تحديد معلمات المضخة الحرارية في المراحل الأولى من التصميم. من الواضح ، على سبيل المثال ، أنه إذا كان نظام التسخين المتصل بالمضخة الحرارية مصممًا لتزويد وسيط تسخين بدرجة حرارة تدفق تبلغ 50 درجة مئوية ، فإن أقصى عامل تحويل ممكن للمضخة الحرارية سيكون حوالي 3.5. في الوقت نفسه ، يجب ألا تقل درجة حرارة الجليكول عند مخرج المبخر عن + 3 درجة مئوية ، مما يعني أن هناك حاجة إلى مبادل حراري أرضي باهظ الثمن.

في الوقت نفسه ، إذا تم تسخين المنزل عن طريق أرضية دافئة ، سيدخل حامل حرارة بدرجة حرارة 35 درجة مئوية إلى نظام التدفئة من مكثف المضخة الحرارية. في هذه الحالة ، ستكون المضخة الحرارية قادرة على العمل بكفاءة أكبر ، على سبيل المثال ، مع عامل تحويل 4.3 ، إذا كانت درجة حرارة الجليكول المبرد في المبخر حوالي -2 درجة مئوية.

باستخدام جداول بيانات Excel ، يمكنك التعبير عن الوظيفة (1) كمعادلة:

؟ = 0.1729 • (41.5 + t2I - 0.015t2I • t2K - 0.437 • t2K (2)

إذا كان ، عند عامل التحويل المطلوب وقيمة معينة لدرجة حرارة المبرد في نظام التسخين المدعوم بمضخة حرارية ، من الضروري تحديد درجة حرارة السائل المبرد في المبخر ، ثم يمكن تمثيل المعادلة (2) مثل:

(3)

يمكنك اختيار درجة حرارة سائل التبريد في نظام التسخين بالقيم المحددة لمعامل التحويل للمضخة الحرارية ودرجة حرارة السائل عند مخرج المبخر باستخدام الصيغة:

(4)

في الصيغ (2) ... (4) يتم التعبير عن درجات الحرارة بالدرجات المئوية.

بعد تحديد هذه التبعيات ، يمكننا الآن الانتقال مباشرة إلى التجربة الأمريكية.

المضخة الحرارية من الهواء إلى الماء - حقائق حقيقية

هذا النوع من معدات التدفئة يسبب الكثير من الجدل. يتم تقسيم المستخدمين إلى معسكرين. يعتقد البعض أنه لم يتم اختراع شيء أفضل لتدفئة المنزل. يعتقد البعض الآخر أنه بسبب ارتفاع تكلفة المضخات الحرارية (HP) والظروف المناخية القاسية في العديد من مناطق الاتحاد الروسي ، لن يتم سداد الاستثمار الأولي. والأكثر ربحية هو وضع الأموال في أحد البنوك ، واستخدام الفائدة المتلقاة لتدفئة المنزل بالكهرباء. كالعادة ، الحقيقة في المنتصف. بالنظر إلى المستقبل ، دعنا نقول ذلك ، في المقال سنتحدث فقط عن المضخات الحرارية من الهواء إلى الماء... أولا ، نظرية صغيرة.

المضخة الحرارية هي "آلة" تأخذ الحرارة من مصدر منخفض الدرجة وتنقلها إلى المنزل.

مصادر الحرارة لمضخة الحرارة:

• هواء؛
• ماء؛
• الأرض.

رسم تخطيطي لمضخة الحرارة.
نقطة مهمة: المضخة الحرارية لا تنتج حرارة. إنها تضخ الحرارة من البيئة الخارجية إلى المستهلك ، ولكن لكي تعمل المضخة الحرارية ، فإن الكهرباء مطلوبة... يتم التعبير عن كفاءة المضخة الحرارية في نسبة الطاقة الحرارية التي يتم ضخها إلى تلك المستهلكة من الشبكة الكهربائية. هذه الكمية تسمى معامل الأداء (COP). إذا كانت الخصائص التقنية للمضخة الحرارية تنص على أن COP = 3 ، فهذا يعني أن المضخة الحرارية تضخ حرارة أكثر بثلاث مرات مما "تستهلك" كهرباء.

يبدو أن هذا هو - الحل لجميع المشاكل - نسبيًا ، بعد أن أنفقنا 1 كيلوواط من الكهرباء في ساعة واحدة ، خلال هذا الوقت ، سوف نتلقى 3 كيلو واط / ساعة من الحرارة لنظام التدفئة. في الواقع ، منذ ذلك الحين نحن نتحدث عن مضخات حرارية ذات مصدر هواء مع وحدة خارجية مثبتة خارج المنزل، ستختلف نسبة التحول لموسم التدفئة اعتمادًا على درجة الحرارة في الخارج. في الصقيع الشديد (-25 - -30 درجة مئوية وما دون) ينخفض ​​COP من مجرى الهواء إلى الوحدة.

هذا يمنع القرويين من تركيب مضخات حرارية من الهواء إلى الماء - وهي معدات تستخدم فيها الحرارة التي يتم ضخها لتسخين سائل نقل الحرارة. يعتقد الناس أنه بالنسبة لظروفنا - وليس المناطق الجنوبية من البلاد ، فإن المضخات الحرارية الأرضية المزودة بمبادل حراري أرضي مدفون في الأرض - وهي نظام من الأنابيب الموضوعة أفقيًا أو رأسيًا - هي الأنسب.

هل هذا صحيح؟

kmvtgnFORUMHOUSE وسيط مساعد

غالبًا ما أصادف أسطورة مفادها أن المضخة الحرارية من الهواء إلى الماء غير فعالة في الطقس البارد ، لكن المضخة الحرارية الأرضية هي بالضبط. قارن نسبة التحول الحراري للمعدات في الربيع. الدائرة الحرارية الأرضية تنضب بعد الشتاء. إنه لأمر جيد إذا كانت درجة الحرارة هناك حوالي 0 درجة. لكن الهواء تم تسخينه بالفعل بدرجة كافية. تنخفض الحاجة للحرارة لكنها لا تختفي في الصيف بسبب هناك حاجة إلى إمدادات الماء الساخن على مدار السنة.تعتبر المضخات الحرارية الأرضية ممتازة للمناطق ذات الشتاء القاسي وفترات التسخين الطويلة. بالنسبة للمنطقة الفيدرالية الجنوبية ومنطقة موسكو ، تُظهر المضخة الحرارية من الهواء إلى الماء متوسط ​​COP سنويًا يضاهي مثيله في الطاقة الحرارية الأرضية.

درجات الحرارة -20 - -25 درجة مئوية وأقل في منطقة موسكو لا تحدث كثيرًا وتستمر بضعة أيام فقط. في المتوسط ​​، يتميز الشتاء في منطقة موسكو بـ -7 - -12 درجة مئوية وذوبان الجليد بشكل متكرر مع ارتفاع درجات الحرارة إلى -3-0 درجة مئوية. لذلك ، بالنسبة للجزء الأكبر من موسم التدفئة ، سيعمل الهواء HP مع COP قريب من ثلاث وحدات.

طريقة حساب المضخات الحرارية

بالطبع ، تعتبر عملية اختيار المضخة الحرارية وحسابها عملية معقدة للغاية من الناحية الفنية وتعتمد على الخصائص الفردية للكائن ، ولكن يمكن اختصارها تقريبًا إلى المراحل التالية:

يتم تحديد فاقد الحرارة من خلال غلاف المبنى (الجدران ، الأسقف ، النوافذ ، الأبواب). يمكن القيام بذلك عن طريق تطبيق النسبة التالية:

Qok = S * (tvn - tnar) * (1 + Σ β) * n / Rt (W) حيث

تنار - درجة حرارة الهواء الخارجي (درجة مئوية) ؛

tvn - درجة حرارة الهواء الداخلية (درجة مئوية) ؛

S هي المساحة الإجمالية لجميع الهياكل المغلقة (م 2) ؛

ن - معامل يشير إلى تأثير البيئة على خصائص الكائن. للغرف التي تتلامس مباشرة مع البيئة الخارجية من خلال الأسقف n = 1 ؛ للأشياء ذات الأرضيات العلية ن = 0.9 ؛ إذا كان الكائن يقع فوق الطابق السفلي n = 0.75 ؛

β هو معامل فقدان الحرارة الإضافي ، والذي يعتمد على نوع الهيكل وموقعه الجغرافي β يمكن أن يختلف من 0.05 إلى 0.27 ؛

RT - المقاومة الحرارية ، يتم تحديدها من خلال التعبير التالي:

Rt = 1 / αint + Σ (δі / λі) + 1 / αout (m2 * ° С / W) ، حيث:

δі / هو مؤشر محسوب للتوصيل الحراري للمواد المستخدمة في البناء.

αout هو معامل التبديد الحراري للأسطح الخارجية للهياكل المحيطة (W / m2 * оС) ؛

αin - معامل الامتصاص الحراري للأسطح الداخلية للهياكل المحيطة (W / m2 * оС) ؛

- يتم حساب إجمالي فقد الحرارة للهيكل بالصيغة:

Qt.pot = Qok + Qi - Qbp ، حيث:

Qi - استهلاك الطاقة لتسخين الهواء الداخل إلى الغرفة من خلال التسريبات الطبيعية ؛

Qbp ​​- إطلاق الحرارة بسبب عمل الأجهزة المنزلية والأنشطة البشرية.

2. بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها ، يتم حساب الاستهلاك السنوي للطاقة الحرارية لكل كائن على حدة:

السنة = 24 * 0.63 * كيو تي. وعاء. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / hour per year.) حيث:

tвн - درجة حرارة الهواء الداخلية الموصى بها ؛

تنار - درجة حرارة الهواء الخارجي ؛

tout.av - القيمة الحسابية المتوسطة لدرجة حرارة الهواء الخارجي لموسم التدفئة بأكمله ؛

d هو عدد أيام فترة التسخين.

3. لإجراء تحليل كامل ، ستحتاج أيضًا إلى حساب مستوى الطاقة الحرارية المطلوبة لتسخين الماء:

Qgv = V * 17 (kW / ساعة في السنة) حيث:

V هو حجم التسخين اليومي للمياه حتى 50 درجة مئوية.

ثم سيتم تحديد إجمالي استهلاك الطاقة الحرارية من خلال الصيغة:

Q = Qgv + Qyear (كيلوواط ساعة في السنة.)

مع الأخذ في الاعتبار البيانات التي تم الحصول عليها ، لن يكون من الصعب اختيار المضخة الحرارية الأكثر ملاءمة للتدفئة وإمدادات المياه الساخنة. علاوة على ذلك ، سيتم تحديد القوة المحسوبة على أنها. Qtn = 1.1 * Q ، حيث:

Qtn = 1.1 * Q ، حيث:

1.1 هو عامل تصحيح يشير إلى إمكانية زيادة الحمل على المضخة الحرارية خلال فترة درجات الحرارة الحرجة.

بعد إجراء حساب المضخات الحرارية ، يمكنك تحديد أنسب المضخات الحرارية القادرة على توفير معلمات المناخ المحلي المطلوبة في الغرف مع أي خصائص تقنية. وبالنظر إلى إمكانية دمج هذا النظام مع وحدة التحكم في المناخ ، يمكن ملاحظة الأرضية الدافئة ليس فقط لوظائفها ، ولكن أيضًا لتكلفتها الجمالية العالية.

حساب قوة مضخة التسخين

كيف تحسب قوة تسخين المضخة؟ عند اختيار مضخة لنظام التدفئة ، من الضروري الانتباه إلى نقطة التشغيل التي يبدأ منها تشغيله. سيتم تثبيته في نفس النقطة.

سيكون معدل التدفق وضغط الماء من المؤشرات التي تميز موضع المضخة. لقياس تدفق المياه ، يتم استخدام قيمة مثل الأمتار المكعبة من الماء في الساعة (سرعة المضخة في نظام التسخين) ، ويتم قياس الرأس بالأمتار. تعتمد هذه المؤشرات إلى حد كبير على خصائص المضخة.

عند حساب مضخة للتدفئة ، من الأفضل اختيار خيار تكون فيه قوة نقطة البداية مساوية للطاقة التي يستهلكها نظام التدفئة نفسه.

يمكن تتبع هذا النمط فقط على مخطط خاص. سيساعد هذا الإجراء في تحديد ما إذا كانت مضخة معينة مناسبة لنظام التدفئة الخاص بك من حيث مؤشرات الطاقة الخاصة بها.

فيما يلي صيغة تساعدك في معرفة قوة مضخة الدورة الدموية للتدفئة:

P2 (kW) = (p * Q * H) / 367 * الكفاءة

Р هو مستوى كثافة الماء ؛

س هو مستوى استهلاك المياه ؛

Н - مستوى ضغط الماء.

وبالتالي ، يتم حساب قوة المضخة للتدفئة.

أنواع 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:

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. هذه المضخة الحرارية لا تتطلب 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 حرارة من الأرض باستخدام مجمّع يتم وضعه على عمق تحت درجة التجمد من الأرض. أيضًا ، هناك اعتماد على مساحة الموقع والمناظر الطبيعية ، إذا كان المجمع يقع أفقيًا. للوضع الرأسي ، ستحتاج 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 ، لذلك قد تكون تكلفة تركيب مثل هذه المضخة الحرارية 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.

مضخة الحرارة. تصميم تدفئة المنزل

في نظام تدفئة المنزل ، تلعب المضخة الحرارية (HP) نفس دور المرجل ، أي أنها مولد للحرارة.
والفرق الوحيد هو أن المرجل يحرق الوقود ، بينما "يضخ" HP الطاقة الحرارية من مصادر ليست غنية بها على الإطلاق للوهلة الأولى.

التربة ومياه الأنهار بدرجة حرارة من 5-7 درجات ، أو حتى هواء شتوي فاتر ، ودرجة حرارته أقل من الصفر بشكل عام.

تسمى هذه المصادر منخفضة الإمكانات ، وعلى الرغم من أنها لا ترتبط بمفهوم الحرارة بأي شكل من الأشكال ، إلا أن TH تمكنت من "إخراج" منها قدرًا هائلاً من الطاقة الواهبة للحياة. لهذا يجب إضافة الحرارة الناتجة عن المحرك الكهربائي لضاغط HP: هنا ، على عكس الثلاجة ومكيف الهواء ، لا يضيع.

لا يختلف باقي نظام التدفئة المعتمد على HP عن النظام المعتاد: يتم استخدام حامل حراري - الماء أو الهواء ، الذي يسخن ويتدفق من خلال مبادل حراري ، ثم يحمل الحرارة في جميع أنحاء المنزل. يتم توفير الدوران بواسطة مضخة (لتسخين المياه) أو مروحة (للهواء). تمامًا مثل مولد الحرارة التقليدي ، يمكن توصيل HP في نفس الوقت بدائرة إمداد الماء الساخن (DHW) مع أو بدون خزان تخزين (مرجل).

هل تعلم أنه يمكنك تدفئة منزلك مجانًا تقريبًا؟ التسخين الجيوحراري: مبدأ التشغيل ، مزايا وعيوب التكنولوجيا ، اقرأ بعناية.

اقرأ عن كيفية تركيب غلاية غاز مزدوجة الدائرة بشكل مستقل لتدفئة منزل خاص.

في روسيا ، ظهر تسخين البخار قبل تسخين المياه ، ولكن نادرًا ما يتم استخدام مثل هذا النظام الآن. هنا https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/montazh-sistem-otopleniya/parovoe-otoplenie-v-chastnom-dome-sxema.html ستجد لمحة عامة عن الأنواع الرئيسية للغلايات وطرق تسخين البخار.

طريقة لحساب قوة المضخة الحرارية

بالإضافة إلى تحديد مصدر الطاقة الأمثل ، سيكون من الضروري حساب طاقة المضخة الحرارية اللازمة للتدفئة. يعتمد ذلك على مقدار فقد الحرارة في المبنى. دعونا نحسب قوة المضخة الحرارية لتدفئة منزل باستخدام مثال محدد.

لهذا ، نستخدم الصيغة Q = k * V * ∆T ، أين

• س هو فقدان الحرارة (كيلو كالوري / ساعة). 1 كيلو واط ساعة = 860 كيلو كالوري / ساعة ؛
• V هو حجم المنزل بالمتر المكعب (المساحة مضروبة في ارتفاع الأسقف) ؛
• ∆Т هي نسبة درجات الحرارة الدنيا خارج المبنى وداخله خلال أبرد فترة في العام ، درجة مئوية. اطرح الخارج من الداخل tº ؛
• k هو معامل انتقال الحرارة المعمم للمبنى. لمبنى من الطوب مع وضع في طبقتين ك = 1 ؛ لمبنى جيد العزل k = 0.6.

وبالتالي ، فإن حساب قوة المضخة الحرارية لتدفئة منزل من الطوب بمساحة 100 متر مربع وسقف يبلغ ارتفاعه 2.5 متر ، مع اختلاف ttº من -30 درجة في الخارج إلى + 20 درجة في الداخل ، سيكون كما يلي:

Q = (100x2.5) x (20- (-30)) x 1 = 12500 kcal / ساعة

12500/860 = 14.53 كيلوواط. أي لمنزل قياسي من الطوب بمساحة 100 متر ، ستكون هناك حاجة لجهاز 14 كيلو واط.

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

• المعالم 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 ، سوف تكون قادرًا على الاختيار الأفضل للمعدات. من أجل اختيار أكثر كفاءة وصحة للمضخة الحرارية ، من الأفضل الاتصال بالمتخصصين ، وسيكونون قادرين على إجراء حسابات أكثر تفصيلاً وتوفير الجدوى الاقتصادية لتركيب المعدات.

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

اليوم ، بدأ استخدام هذه الأجهزة لأداء وظيفة من الطبيعة المعاكسة - تسخين المسكن 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.

صيغة العد

مسارات فقدان الحرارة في المنزل

المضخة الحرارية قادرة على التعامل بشكل كامل مع تدفئة المكان.

لاختيار الوحدة التي تناسبك ، يجب أن تحسب قوتها المطلوبة.

بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى فهم توازن الحرارة في المبنى. لهذه الحسابات ، يمكنك استخدام خدمات المتخصصين أو الآلة الحاسبة عبر الإنترنت أو بنفسك باستخدام صيغة بسيطة:

R = (k x V x T) / 860، حيث:

R - استهلاك الطاقة للغرفة (كيلوواط / ساعة) ؛ k هو متوسط ​​معامل فقدان الحرارة للمبنى: على سبيل المثال ، يساوي 1 - مبنى معزول تمامًا ، و 4 - ثكنة مصنوعة من الألواح ؛ V هو الحجم الكلي للغرفة المسخنة بالكامل ، بالمتر المكعب ؛ T هو الحد الأقصى للاختلاف في درجة الحرارة بين خارج المبنى وداخله. 860 هي القيمة المطلوبة لتحويل kcal الناتج إلى kW.

في حالة وجود مضخة حرارية من الماء إلى الماء ، من الضروري أيضًا حساب الطول المطلوب للدائرة التي ستكون في الخزان. الحساب هنا أبسط.

من المعروف أن المتر الواحد يعطي حوالي 30 واط. بمعنى آخر ، تتطلب طاقة المضخة 1 كيلو وات 22 مترًا من الأنابيب. بمعرفة طاقة المضخة المطلوبة ، يمكننا بسهولة حساب عدد الأنابيب التي نحتاجها لإنشاء الدائرة.

مثال على حساب مضخة الحرارة

سنختار مضخة حرارية لنظام التدفئة لمنزل من طابق واحد بمساحة إجمالية تبلغ 70 مترًا مربعًا. م بارتفاع قياسي للسقف (2.5 م) وعمارة عقلانية وعزل حراري للهياكل المرفقة التي تلبي متطلبات أكواد البناء الحديثة. لتسخين المربع الأول. م من هذا الكائن ، وفقًا للمعايير المقبولة عمومًا ، من الضروري إنفاق 100 واط من الحرارة. وبالتالي ، لتدفئة المنزل بأكمله ، ستحتاج إلى:

س = 70 × 100 = 7000 واط = 7 كيلو واط من الطاقة الحرارية.

نختار مضخة حرارية من ماركة "TeploDarom" (موديل L-024-WLC) بطاقة حرارية W = 7.7 kW. يستهلك ضاغط الوحدة N = 2.5 كيلو واط من الكهرباء.

حساب الخزان

التربة في الموقع المخصص لبناء المجمع هي طينية ، ومستوى المياه الجوفية مرتفع (نأخذ القيمة الحرارية p = 35 واط / م).

يتم تحديد قوة المجمع من خلال الصيغة:

Qk = W - N = 7.7 - 2.5 = 5.2 كيلو واط.

L = 5200/35 = 148.5 م (تقريبًا).

استنادًا إلى حقيقة أنه من غير المنطقي وضع دائرة بطول يزيد عن 100 متر بسبب المقاومة الهيدروليكية العالية جدًا ، فإننا نقبل ما يلي: يتكون مجمع المضخة الحرارية من دائرتين - طولهما 100 متر و 50 مترًا.

يتم تحديد مساحة الموقع التي يجب تخصيصها للمُجمع من خلال الصيغة:

S = L x A ،

حيث A هي الخطوة بين الأقسام المتجاورة من الكفاف. نحن نقبل: أ = 0.8 م.

ثم S = 150 × 0.8 = 120 قدم مربع. م.

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 مثل هذا الخيار الذي من شأنه أن يعيد الأموال التي يتم إنفاقها 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

لنفكر في مثال محدد

• المنزل مكون من طابقين معزول بشكل جيد بمساحة إجمالية قدرها 150 متر مربع.
• نظام توزيع الحرارة / التدفئة: الدائرة 1 - التدفئة الأرضية ، الدائرة 2 - المشعات (أو وحدات ملف المروحة).
• تم تركيب غلاية تعمل بالغاز للتدفئة وإمداد الماء الساخن (DHW) ، على سبيل المثال 24 كيلو وات ، الدائرة المزدوجة.
• نظام تكييف الهواء من انظمة سبليت لثلاث غرف بالمنزل.

التكاليف السنوية للتدفئة وتسخين المياه

الأعلى. سعة تسخين المضخة الحرارية للتدفئة ، كيلوواط	19993,59
الأعلى.استهلاك الطاقة للمضخة الحرارية عند التشغيل للتدفئة ، كيلوواط	7283,18

الأعلى. سعة تسخين المضخة الحرارية لإمداد الماء الساخن ، كيلو واط	2133,46
الأعلى. استهلاك الطاقة للمضخة الحرارية أثناء التشغيل على مصدر الماء الساخن ، كيلوواط	866,12

1. تبلغ التكلفة التقريبية لغرفة المرجل التي تحتوي على غلاية تعمل بالغاز بقدرة 24 كيلو وات (غلاية ، وأنابيب ، وأسلاك ، وخزان ، ومتر ، وتركيب) حوالي 1000 يورو. سيكلف نظام تكييف الهواء (نظام واحد منفصل) لمثل هذا المنزل حوالي 800 يورو. في المجموع مع ترتيب غرفة المرجل وأعمال التصميم والاتصال بشبكة أنابيب الغاز وأعمال التركيب - 6100 يورو.

1. تبلغ التكلفة التقريبية للمضخة الحرارية Mycond مع نظام ملف مروحة إضافي وأعمال التركيب والتوصيل بالتيار الكهربائي 6650 يورو.

1. نمو الاستثمار: К2-К1 = 6650-6100 = 550 يورو (أو حوالي 16500 غريفنا)
2. تخفيض تكاليف التشغيل هو: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 غريفنا.
3. فترة الاسترداد Tocup. = 16500/19608 = 0.84 سنة!

سهولة استخدام المضخة الحرارية

تعد المضخات الحرارية من أكثر المعدات تنوعًا وتعدد الوظائف وكفاءة في استخدام الطاقة لتدفئة المنزل أو الشقة أو المكتب أو المنشأة التجارية.

يعد نظام التحكم الذكي مع البرمجة الأسبوعية أو اليومية ، والتبديل التلقائي للإعدادات الموسمية ، والحفاظ على درجة الحرارة في المنزل ، وأنماط الاقتصاد ، والتحكم في غلاية الرقيق ، والغلاية ، ومضخات الدوران ، والتحكم في درجة الحرارة في دائرتين للتدفئة ، الأكثر تقدمًا وتطورًا. يسمح التحكم العاكس في تشغيل الضاغط والمروحة والمضخات بأقصى توفير للطاقة.

الحساب العام والفروق الدقيقة

عند إضافة استهلاك الكهرباء للتدفئة وإمداد الماء الساخن نحصل على التكلفة الإجمالية لتشغيل المضخة الحرارية. لكن لا يزال هناك فروق دقيقة ، وهما:

• غالبًا ما يبالغ مصنعو المضخات الحرارية في تقدير البيانات. على سبيل المثال ، لا يأخذون في الاعتبار تكلفة تشغيل المضخة التي تضخ المياه عبر نظام التدفئة. أحيانًا تكون مؤامرة COP غير صحيحة.
• عندما لا يتم استخدام الماء الساخن ، فإنه يكون في خزان التخزين ويبرد تدريجيًا. سوف تحافظ المضخة الحرارية على درجة حرارتها ، والتي تستهلك أيضًا الكهرباء.

تشغيل المضخة الحرارية عند العمل وفق مخطط مياه التربة

يمكن دفن المجمع بثلاث طرق.

خيار أفقي

يتم وضع الأنابيب في الخنادق مثل الثعبان إلى عمق يتجاوز عمق تجميد التربة (في المتوسط ​​- من 1 إلى 1.5 متر).
سيتطلب مثل هذا المجمع قطعة أرض بمساحة كبيرة بما فيه الكفاية ، ولكن يمكن لأي صاحب منزل أن يبنيها - لا توجد حاجة إلى مهارات ، بخلاف القدرة على العمل مع مجرفة.

ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن بناء مبادل حراري يدويًا هو عملية شاقة إلى حد ما.

خيار عمودي

أنابيب الخزان على شكل حلقات على شكل حرف "U" مغمورة في آبار بعمق 20 إلى 100 متر ، ويمكن بناء العديد من هذه الآبار إذا لزم الأمر. بعد تركيب الأنابيب ، تمتلئ الآبار بمدافع الهاون الأسمنتية.

ميزة المجمع الرأسي هي أن هناك حاجة إلى مساحة صغيرة جدًا لبنائه. ومع ذلك ، لا توجد طريقة لحفر الآبار بعمق يزيد عن 20 مترًا بمفردك - سيتعين عليك استئجار فريق من الحفارين.

الخيار المشترك

يمكن اعتبار هذا المجمع نوعًا من الأفقي ، ولكن يلزم مساحة أقل بكثير لبنائه.
حفر بئر مستدير في الموقع بعمق 2 م.

يتم وضع أنابيب المبادل الحراري في لولب ، بحيث تكون الدائرة مثل زنبرك مركب عموديًا.

عند الانتهاء من أعمال التركيب ، يتم ملء البئر. كما في حالة المبادل الحراري الأفقي ، يمكن القيام بكل مقدار العمل اللازم يدويًا.

يُملأ المجمع بمضاد التجمد - محلول مضاد للتجمد أو إيثيلين جلايكول. لضمان تداولها ، يتم قطع مضخة خاصة في الدائرة.بعد امتصاص حرارة التربة ، يذهب مانع التجمد إلى المبخر ، حيث يحدث التبادل الحراري بينه وبين المبرد.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الاستخراج غير المحدود للحرارة من التربة ، خاصةً عندما يكون المجمع عموديًا ، يمكن أن يؤدي إلى عواقب غير مرغوب فيها على جيولوجيا وبيئة الموقع. لذلك ، في فترة الصيف ، من المستحسن بشدة تشغيل المضخة الحرارية من نوع "التربة - الماء" في وضع عكسي - تكييف الهواء.

يتميز نظام تسخين الغاز بالعديد من المزايا ، ومن أهمها التكلفة المنخفضة للغاز. كيفية تجهيز التدفئة المنزلية بالغاز ، ستتم مطالبتك بمخطط التدفئة لمنزل خاص مع غلاية غاز. ضع في اعتبارك تصميم نظام التدفئة ومتطلبات الاستبدال.

اقرأ عن ميزات اختيار الألواح الشمسية للتدفئة المنزلية في هذا الموضوع.

الكفاءة و COP

إنه يوضح بوضوح أن ¾ من الطاقة التي نحصل عليها من المصادر المجانية. (اضغط للتكبير)

أولاً ، دعنا نحدد المصطلحات:

• الكفاءة - معامل الكفاءة ، أي مقدار الطاقة المفيدة التي يتم الحصول عليها كنسبة مئوية من الطاقة التي يتم إنفاقها على تشغيل النظام ؛
• COP - معامل الأداء.

كيف تصنع غلاية بيليه بيديك ، اقرأ في هذا المقال:

غالبًا ما يتم استخدام مؤشر مثل الكفاءة لأغراض الدعاية: "كفاءة المضخة لدينا 500٪!" يبدو أنهم يقولون الحقيقة - لقد أنتجوا 5 كيلوواط من الطاقة الحرارية مقابل 1 كيلوواط من الطاقة المستهلكة (للتشغيل الكامل لجميع الأنظمة والوحدات).

ومع ذلك ، تذكر أن الكفاءة لا تتجاوز 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 مفيدة طاقة.

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 هو 5.

حساب رأس المضخة الحرارية الأفقية

تعتمد كفاءة المجمع الأفقي على درجة حرارة الوسط الذي يتم غمره فيه ، والتوصيل الحراري ، وكذلك منطقة التلامس مع سطح الأنبوب. طريقة الحساب معقدة نوعًا ما ، لذلك ، في معظم الحالات ، يتم استخدام البيانات المتوسطة.

يُعتقد أن كل متر من المبادل الحراري يزود HP بالناتج الحراري التالي:

• 10 ث - عند دفنها في التربة الجافة الرملية أو الصخرية ؛
• 20 واط - في التربة الطينية الجافة ؛
• 25 واط - في التربة الطينية الرطبة ؛
• 35 وات - في تربة طينية رطبة جدًا.

وبالتالي ، لحساب طول المجمع (L) ، يجب تقسيم الطاقة الحرارية المطلوبة (Q) على القيمة الحرارية للتربة (p):

L = س / ع.

لا يمكن اعتبار القيم المقدمة صالحة إلا إذا تم استيفاء الشروط التالية:

• قطعة الأرض فوق المجمع ليست مبنية أو مظللة أو مزروعة بأشجار أو شجيرات.
• المسافة بين المنعطفات المتجاورة للولب أو أقسام "الأفعى" لا تقل عن 0.7 متر.

كيف تعمل المضخات الحرارية

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 نظام DHW.

كيف تعمل المضخة الحرارية

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

1. 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.
2. بعد المرور عبر المبخر ، يصل الغاز إلى الضاغط الذي يضخه إلى المكثف.
3. 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.
4. يتم تفريغ مادة التبريد في أجزاء صغيرة من خلال صمام تخفيض الضغط إلى المبخر ، حيث ينخفض ​​ضغطه مرة أخرى. يتمدد الغاز ويبرد ، وبما أنه فقد جزءًا من الطاقة الداخلية نتيجة التبادل الحراري في المرحلة السابقة ، تنخفض درجة حرارته إلى أقل من +5 درجات. بعد المبخر ، يسخن 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 كيلوواط * ساعة مستهلكة من الكهرباء ، من الممكن الحصول على حرارة تتراوح من 3 إلى 5 كيلو واط * ساعة.

اختيار البيئة الخارجية

تتطلب المضخة الحرارية مصدر حرارة خارجيًا للعمل. يمكن أن يكون إما هواء خارجي أو ماء من خزان أو بئر. وبالتالي ، يمكن استخدام ما يلي:

• درجة حرارة الهواء الخارجي من -3 إلى +15 درجة مئوية
• هواء نظام تهوية العادم المفرغ من الغرفة (من +15 إلى +25 درجة مئوية)
• التربة التحتية (+ 4 ... + 10 درجة مئوية) والأرض (حوالي + 10 درجة مئوية) المياه
• مياه البحيرة والأنهار (+ 5 ... + 10 درجة مئوية)
• طبقة سطح الأرض من الأرض (تحت عمق التجمد ؛ + 3 ... + 9 درجة مئوية)
• طبقة عميقة من الأرض (أعمق من 6 م ؛ +8 درجة مئوية).