أنواع المضخات الحرارية للتدفئة المنزلية

أنواع تصاميم المضخات الحرارية

عادةً ما يُشار إلى نوع HP بعبارة تشير إلى وسيط المصدر والحامل الحراري لنظام التدفئة.

هناك الأنواع التالية:

• TN "هواء - هواء" ؛
• TN "هواء - ماء" ؛
• TN "التربة - الماء" ؛
• TN "ماء - ماء".

الخيار الأول هو نظام تقسيم تقليدي يعمل في وضع التسخين. يتم تركيب المبخر في الشارع ، ويتم تركيب كتلة مع مكثف داخل المنزل. يتم تفجير الأخير بواسطة مروحة ، بسبب تدفق الهواء الدافئ إلى الغرفة.

إذا كان هذا النظام مزودًا بمبادل حراري خاص مع فوهات ، فسيتم الحصول على مضخة حرارية من الهواء إلى الماء. وهي متصلة بنظام تسخين المياه.

يمكن وضع مبخر HP من الهواء إلى الهواء أو من الهواء إلى الماء ليس في الشارع ، ولكن في قناة تهوية العادم (يجب أن يتم إجباره). في هذه الحالة ، ستتم زيادة كفاءة HP عدة مرات.

تستخدم المضخات الحرارية من نوعي "الماء - الماء" و "التربة - الماء" ما يسمى بالمبادل الحراري الخارجي أو ، كما يطلق عليه أيضًا ، جهاز تجميع لاستخراج الحرارة.

رسم تخطيطي لمضخة الحرارة

هذا أنبوب طويل ، وعادة ما يكون من البلاستيك ، والذي من خلاله يدور وسط سائل ، ويغسل المبخر. كلا النوعين من HP هما نفس الجهاز: في حالة واحدة ، يتم غمر المجمع في قاع خزان سطحي ، وفي الحالة الثانية ، في الأرض. يقع مكثف مثل هذا HP في مبادل حراري متصل بنظام تسخين المياه.

يعتبر توصيل HP وفقًا لمخطط "الماء - الماء" أقل صعوبة بكثير من "التربة - الماء" ، حيث لا توجد حاجة لأعمال الحفر. في الجزء السفلي من الخزان يتم وضع الأنبوب على شكل حلزوني. بالطبع ، هذا المخطط المائي فقط مناسب لهذا المخطط ، والذي لا يتجمد في القاع في الشتاء.

حان الوقت لدراسة التجربة الأجنبية بالتفصيل

يعرف الجميع تقريبًا بالفعل عن المضخات الحرارية القادرة على استخلاص الحرارة المحيطة لتدفئة المباني ، وإذا كان أحد العملاء المحتملين ، كقاعدة عامة ، قد طرح سؤالاً محيرًا "كيف يكون هذا ممكنًا؟" ، الآن السؤال "كيف يكون ذلك صحيحًا" يسمع على نحو متزايد. تفعل؟ ".

ليس من السهل الإجابة على هذا السؤال.

بحثًا عن إجابة للأسئلة العديدة التي تنشأ حتماً عند محاولة تصميم أنظمة التدفئة بمضخات الحرارة ، يُنصح بالانتقال إلى خبرة المتخصصين من 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 للحصول على معلومات حول طرق الحسابات الهندسية لمبادلات حرارة الأرض ، نتائج مباشرة في هذا الاتجاه ، ولكن تم بيع كتاب في جناح معرض ASHRAE ، وقد استخدمت بعض أحكامه كأساس لهذه المنشورات.

يجب أن يقال على الفور إن نقل الأساليب الأمريكية إلى الأراضي المحلية ليس بالمهمة السهلة. لا يفعل الأمريكيون الأشياء بالطريقة التي يفعلونها 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 مع تدفق الحرارة ، والذي يمكن قياسه بوحدات حرارية بريطانية لكل وحدة زمنية ، وأطنان من التبريد ، والتي ربما تم اختراعها في أمريكا.

ومع ذلك ، لم تكن المشكلة الرئيسية هي الإزعاج الفني لإعادة حساب وحدات القياس المقبولة في الولايات المتحدة ، والتي يمكن للمرء أن يعتاد عليها في النهاية ، ولكن الغياب في الكتاب المذكور لأساس منهجي واضح لبناء خوارزمية حسابية. يتم توفير مساحة كبيرة جدًا لطرق الحساب الروتينية والمعروفة ، بينما تظل بعض الأحكام المهمة غير معلنة تمامًا.

على وجه الخصوص ، لا يمكن ضبط بيانات الإدخال المرتبطة فعليًا لحساب المبادلات الحرارية الأرضية العمودية ، مثل درجة حرارة السائل المتداول في المبادل الحراري ومعامل تحويل المضخة الحرارية ، بشكل تعسفي ، وقبل متابعة الحسابات المتعلقة بالحرارة غير المستقرة نقل في الأرض ، فمن الضروري تحديد التبعيات التي تربط هذه الخيارات.

معيار كفاءة المضخة الحرارية هو عامل التحويل α ، والذي يتم تحديد قيمته من خلال نسبة قوتها الحرارية إلى طاقة محرك الضاغط الكهربائي. هذه القيمة هي دالة لدرجات حرارة الغليان في المبخر ر_ش والتكثيف ر_ك، وفيما يتعلق بالمضخات الحرارية "الماء - الماء" يمكننا التحدث عن درجة حرارة السائل عند مخرج المبخر t_{2 أنا} وعند خرج المكثف ر_2ك:

؟ =؟ (ت_{2 أنا}، ر_2ك).         (1)

أتاح تحليل خصائص الكتالوج لآلات التبريد التسلسلي 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 تدفئة أرضية ، فإن المبرد بدرجة حرارة 35 درجة مئوية سيدخل إلى نظام التدفئة من مكثف المضخة الحرارية. في هذه الحالة ، يمكن أن تعمل المضخة الحرارية 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 + طن_{2 أنا} - 0.015 طن_{2 أنا} • ر_2ك - 0.437 • ر_2ك      (2)

إذا كان من الضروري ، باستخدام عامل التحويل المرغوب وقيمة معينة لدرجة حرارة المبرد في نظام التسخين المدعوم بمضخة حرارية ، تحديد درجة حرارة السائل المبرد في المبخر ، فيمكن تمثيل المعادلة (2) على النحو التالي:

         (3)

لتحديد درجة حرارة الناقل الحراري في نظام التسخين لقيم معينة لمعامل تحويل المضخة الحرارية ودرجة حرارة السائل عند مخرج المبخر ، يمكنك استخدام الصيغة:

    (4)

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

بعد تحديد هذه التبعيات ، يمكننا الآن المضي قدمًا مباشرة في التجربة الأمريكية.

منهجية 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 الخطوات التالية:

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

Qok \ u003d S * (tin - tout) * (1 + Σ β) * n / Rt (W) حيث

tout - درجة حرارة الهواء الخارجي (درجة مئوية) ؛

القصدير - درجة حرارة الهواء الداخلية (درجة مئوية) ؛

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

ن هو معامل يشير إلى تأثير البيئة على خصائص الكائن. للمباني التي لها اتصال مباشر بالبيئة الخارجية من خلال الأسقف n = 1 ؛ للأشياء ذات أرضيات العلية ن = 0.9 ؛ إذا كان الكائن يقع فوق الطابق السفلي n = 0.75 ؛

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

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

Rt = 1 / α_داخلي + Σ (δ_أنا / λ_أنا ) + 1 / α_{سرير طوابق} (m2 * ° C / W) حيث:

δ_أنا / هو المؤشر المحسوب للتوصيل الحراري للمواد المستخدمة في البناء.

α_{سرير طوابق}- معامل التبديد الحراري للأسطح الخارجية للهياكل المغلقة (W / m2 * ° C) ؛

α_داخلي- معامل الامتصاص الحراري للأسطح الداخلية للهياكل المغلقة (W / m2 * ° C) ؛

- يتم حساب إجمالي فقد الحرارة للهيكل وفقًا للصيغة:

Qt.pot \ u003d Qok + Qi - Qbp ، حيث:

Qi - تكاليف 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. عرق. * ((d * (tin - tout.av.) / (tin - tout.)) (كيلوواط ساعة في السنة) حيث:

tvn - درجة حرارة الهواء الموصى بها داخل الغرفة ؛

tout - درجة حرارة الهواء الخارجي ؛

tout.average - المتوسط ​​الحسابي لدرجة حرارة الهواء الخارجي لموسم التدفئة بأكمله ؛

d هو عدد أيام فترة التسخين.

3. لإجراء تحليل كامل ، سيكون من الضروري أيضًا حساب مستوى الطاقة الحرارية المطلوبة لتسخين الماء:

Qhv \ u003d V * 17 (kW / h سنويًا) حيث:

V هو حجم التسخين اليومي للمياه حتى 50 درجة مئوية.

ثم يتم تحديد إجمالي استهلاك الطاقة الحرارية بالصيغة:

Q \ u003d Qgw + Qyear (كيلوواط / ساعة سنويًا).

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 ، يتم تحديد القوة المحسوبة على أنها. Qtn = 1.1 * Q ، حيث:

Qtn = 1.1 * Q ، حيث:

1.1 - معامل التصحيح الذي يشير إلى إمكانية زيادة الحمل على المضخة الحرارية أثناء حدوث درجات الحرارة الحرجة.

بعد إجراء حساب المضخات الحرارية ، يمكنك اختيار أنسب المضخات الحرارية التي يمكن أن توفر المعلمات المناخية المطلوبة في الغرف مع أي خصائص تقنية. وبالنظر إلى إمكانية دمج هذا النظام مع وحدة تكييف أرضية مُدفأة ، يمكن ملاحظة ليس فقط وظيفته ، ولكن أيضًا قيمته الجمالية العالية.

اقرأ أكثر:

يمكن العثور على كيفية حساب عدد وعمق الآبار بشكل صحيح لـ HP في الفيديو التالي:

إذا أحببت المادة ، سأكون ممتنًا إذا أوصيت بها للأصدقاء أو تركت تعليقًا مفيدًا.

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 على السطح.

بالنسبة لأنظمة تسخين المياه الأكثر شيوعًا ، يتم استخدام الأنواع التالية من المضخات الحرارية:

"هواء إلى ماء" - مضخة حرارية من نوع الهواء تعمل على تسخين المبنى عن طريق سحب الهواء من الخارج عبر وحدة خارجية. إنه يعمل على مبدأ مكيف الهواء ، بالعكس فقط ، حيث يحول طاقة الهواء إلى حرارة. لا تتطلب هذه المضخة الحرارية تكاليف تركيب كبيرة ، ولا تحتاج إلى 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.

يشير جهاز "المياه الجوفية" إلى الطاقة الحرارية الجوفية وينتج حرارة من الأرض باستخدام جامع تم وضعه على عمق تحت درجة تجمد التربة. هناك أيضًا اعتماد على مساحة الموقع والمناظر الطبيعية ، إذا كان المجمع يقع أفقيًا. للترتيب العمودي ، سوف تحتاج إلى حفر بئر.

يتم تركيب "الماء - الماء" حيث يوجد خزان أو مياه جوفية قريبة. في الحالة الأولى ، يتم وضع المجمع في قاع الخزان ، وفي الحالة الثانية ، يتم حفر بئر أو عدة بئر ، إذا سمحت مساحة الموقع بذلك. أحيانًا يكون عمق المياه الجوفية كبيرًا جدًا ، لذا قد تكون تكلفة تركيب مثل هذه المضخة الحرارية عالية جدًا.

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

طريقة لحساب قوة المضخة الحرارية

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

للقيام بذلك ، 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 (نضرب المساحة في ارتفاع الأسقف) ؛
• ∆Т هي نسبة درجات الحرارة الدنيا خارج المبنى وداخله خلال أبرد فترة في العام ، درجة مئوية. من الداخلي tº نطرح الخارجي ؛
• k هو معامل انتقال الحرارة المعمم للمبنى. لمبنى من الطوب بطبقتين من البناء k = 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 مئوية من الخارج إلى + 20 درجة مئوية في الداخل ، سيكون على النحو التالي:

Q \ u003d (100x2.5) x (20- (-30)) × 1 \ u003d 12500 كيلو كالوري / ساعة

12500/860 = 14.53 كيلوواط. أي لمنزل قياسي من الطوب بمساحة 100 متر مربع ، ستحتاج إلى جهاز 14 كيلو وات.

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

• السمات الجغرافية للمنطقة (قرب 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 لمضخة حرارية ، من الأفضل الاتصال بالمتخصصين ، حيث سيكونون قادرين على إجراء حسابات أكثر تفصيلاً وتوفير الجدوى الاقتصادية لتركيب المعدات.

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

اليوم ، بدأ استخدام هذه الأجهزة لأداء وظيفة الطبيعة المعاكسة - تدفئة المنزل خلال موسم البرد.

دعونا نرى كيف يتم استخدام المضخات الحرارية لتدفئة المنازل الخاصة وما تحتاج إلى معرفته من أجل حساب جميع مكوناتها بشكل صحيح.

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 المغلقة التي تلبي متطلبات أكواد البناء الحديثة. لتدفئة الطابق الأول. م من هذا الكائن ، وفقًا للمعايير المقبولة عمومًا ، يجب أن تنفق 100 واط من الحرارة. وبالتالي ، لتدفئة المنزل بأكمله ، ستحتاج إلى:

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

نختار ماركة المضخة الحرارية "TeploDarom" (موديل L-024-WLC) بقدرة حرارة ناتجة W = 7.7 كيلو وات. يستهلك ضاغط الوحدة N = 2.5 كيلو واط من الكهرباء.

حساب الجامع

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

يتم تحديد قوة المجمع من خلال الصيغة:

Qk \ u003d W - N \ u003d 7.7 - 2.5 \ u003d 5.2 كيلو واط.

L = 5200/35 = 148.5 م (تقريبًا).

استنادًا إلى حقيقة أن مد دائرة أطول من 100 متر أمر غير منطقي بسبب المقاومة الهيدروليكية العالية بشكل مفرط ، نفترض ما يلي: يتكون مجمع المضخة الحرارية من دائرتين - 100 متر وطول 50 مترًا.

يتم تحديد مساحة الموقع التي يجب أخذها ضمن المجمع بواسطة الصيغة:

S = L x A ،

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

ثم S = 150 × 0.8 = 120 قدمًا مربعًا. م.

استرداد المضخة الحرارية

عندما يتعلق الأمر بالوقت الذي سيتمكن فيه الشخص من إعادة أمواله المستثمرة في شيء ما ، فهذا يعني مدى ربحية الاستثمار نفسه. في مجال التدفئة ، كل شيء صعب للغاية ، لأننا نوفر لأنفسنا الراحة والدفء ، وجميع الأنظمة باهظة الثمن ، ولكن في هذه الحالة ، يمكنك البحث عن خيار يعيد الأموال التي تنفقها عن طريق تقليل التكاليف عند 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 ، إذا كان ذلك ببساطة ، على النحو التالي:

يوجد نظام واحد - غلاية غاز فردية ، والتي توفر تدفئة مستقلة وماء ساخن. يوجد مكيف هواء بنظام سبليت يوفر البرودة لغرفة واحدة. 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 تقييم مقدار انخفاض التكاليف السنوية لتشغيل الأنواع المختارة من المعدات. ولتحديد عدد السنوات التي ستؤتي فيها المعدات الأكثر تكلفة ثمارها مع المدخرات الناتجة. من الناحية المثالية ، تتم مقارنة العديد من حلول التصميم المقترحة واختيار أكثر الحلول فعالية من حيث التكلفة.

سنحسب ونكتشف ما هي فترة الاسترداد لمضخة الحرارة في أوكرانيا

النظر في مثال محدد

• منزل 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 غاز للتدفئة وإمداد الماء الساخن (DHW) ، على سبيل المثال ، 24 كيلو وات ، دائرة مزدوجة.
• نظام تكييف اسبليت لـ 3 غرف بالمنزل.

التكاليف السنوية للتدفئة وتسخين المياه

الأعلى. ناتج الحرارة HP للتدفئة ، كيلوواط	19993,59
الأعلى. استهلاك الطاقة HP عند العمل للتدفئة ، كيلوواط	7283,18

الأعلى. قدرة تدفئة HP لإمداد الماء الساخن ، كيلو واط	2133,46
الأعلى. استهلاك الطاقة HP عند العمل على تزويد 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 سبليت) لمثل هذا المنزل حوالي 800 يورو. في المجموع ، مع ترتيب غرفة المرجل ، وأعمال التصميم ، والاتصال بشبكة أنابيب الغاز وأعمال التركيب - 6100 يورو.

1. التكلفة التقريبية لمضخة الحرارة Mycond مع نظام ملف مروحة إضافي وأعمال التركيب والتوصيل الكهربائي 6650 يورو.

1. نمو الاستثمارات الرأسمالية هو: K2-K1 = 6650-6100 = 550 يورو (أو حوالي 16500 غريفنا)
2. التخفيض في تكاليف التشغيل هو: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 غريفنا.
3. فترة الاسترداد Tokup. = 16500/19608 = 0.84 سنة!

سهولة استخدام المضخة الحرارية

تعد المضخات الحرارية من أكثر المعدات تنوعًا وتعدد الوظائف وكفاءة في استخدام الطاقة لتدفئة منزل أو شقة أو مكتب أو منشأة تجارية.

يعد نظام التحكم الذكي مع البرمجة الأسبوعية أو اليومية ، والتبديل التلقائي للإعدادات الموسمية ، والحفاظ على درجة الحرارة في المنازل ، والأوضاع الاقتصادية ، 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 قدر من التوفير في استهلاك الطاقة.

تشغيل المضخة الحرارية أثناء تشغيل المياه الجوفية

يمكن وضع المجمع في الأرض بثلاث طرق.

خيار أفقي

يتم وضع الأنابيب في الخنادق "الأفعى" على عمق يتجاوز عمق تجميد التربة (في المتوسط ​​- من 1 إلى 1.5 م).

سيتطلب مثل هذا المجمع قطعة أرض بمساحة كبيرة بما فيه الكفاية ، ولكن يمكن لأي صاحب منزل أن يبنيها - لن تكون هناك 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

يتم غمر أنابيب التجميع على شكل حلقات ، على شكل حرف "U" ، في آبار بعمق 20 إلى 100 متر ، ويمكن بناء العديد من هذه الآبار إذا لزم الأمر. بعد تثبيت الأنابيب ، تمتلئ الآبار بقذائف 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.

البديل المشترك

يمكن اعتبار هذا المجمع تباينًا عن المجمع الأفقي ، ولكنه يتطلب مساحة أقل بكثير للبناء.

حفر بئر مستدير في الموقع بعمق 2 م.

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

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

المجمع مملوء بمضاد للتجمد - مضاد للتجمد أو محلول جلايكول الإيثيلين. لضمان تداولها ، تتعطل مضخة خاصة في الدائرة. بعد امتصاص حرارة التربة ، يدخل مانع التجمد إلى المبخر ، حيث يحدث التبادل الحراري بينه وبين المبرد.

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

يتميز نظام تسخين الغاز بالعديد من المزايا ومن أهمها التكلفة المنخفضة للغاز. كيفية تجهيز المنزل بتدفئة الغاز ، سيُطلب منك مخطط تدفئة لمنزل خاص به غلاية غاز. ضع في اعتبارك تصميم نظام التدفئة ومتطلبات الاستبدال.

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

حساب المجمع الأفقي لمضخة الحرارة

تعتمد كفاءة المجمّع الأفقي على درجة حرارة الوسط المغمور 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:

• 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

يوجد في أي HP وسيط عمل يسمى المبرد. عادة ما يعمل الفريون بهذه السعة ، في كثير من الأحيان - 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 - بوسط المصدر ، بينما يكون المكثف على اتصال بنظام التدفئة أو نظام DHW.

كيف تعمل المضخة الحرارية

يعتمد تشغيل HP على الترابط بين حجم الغاز وضغطه ودرجة حرارته. إليك ما يحدث داخل الركام:

1. الأمونيا أو الفريون أو المبرد الآخر ، الذي يتحرك عبر المبخر ، يسخن من وسط المصدر ، على سبيل المثال ، إلى درجة حرارة +5 درجات.
2. بعد مرور المبخر ، يصل الغاز إلى الضاغط الذي يضخه في المكثف.
3. يتم وضع المبرد الذي يضخه 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 لغاز التبريد - فهو يسخن حتى 60-70 درجة. نظرًا لغسل المكثف بواسطة سائل التبريد المتداول في نظام التسخين ، يتم أيضًا تسخين الأخير.
4. من خلال صمام تخفيض الضغط ، يتم تفريغ المبرد في أجزاء صغيرة في المبخر ، حيث ينخفض ​​ضغطه مرة أخرى. يتمدد الغاز ويبرد ، وبما أنه فقد جزءًا من الطاقة الداخلية نتيجة انتقال الحرارة 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 HP لا تزال مربحة للغاية: لكل كيلو واط ساعة من الكهرباء المستهلكة ، من الممكن الحصول على 3 إلى 5 كيلو واط في الساعة من الحرارة.

تأثير البيانات الأولية على نتيجة الحساب

دعونا الآن نستخدم النموذج الرياضي المبني في سياق العمليات الحسابية من أجل تتبع تأثير البيانات الأولية المختلفة على النتيجة النهائية للحساب. وتجدر الإشارة إلى أن الحسابات التي يتم إجراؤها على برنامج Excel تسمح بإجراء مثل هذا التحليل بسرعة كبيرة.

بادئ ذي بدء ، دعنا نرى كيف تؤثر الموصلية الحرارية على حجم تدفق الحرارة إلى WGT من التربة.

تم تنفيذ مثالنا الحسابي للتربة ذات الموصلية الحرارية؟ \ u003d 2.076 واط / (ك • م) ، وكان التدفق الحراري المحدد q_ذد = 41.4 واط على التين. 3 يظهر وظيفة q_ذد =؟ (؟) مع شروط الحساب الأخرى دون تغيير.

 

من المعروف أنه عند استخدام VGT في الصيف في وضع إزالة الحرارة من آلات التبريد لنظام تكييف الهواء ، تزداد كفاءة المبادلات الحرارية الأرضية التي تعمل في فصل الشتاء مع المضخة الحرارية. المنحنى في الشكل. يوضح الشكل 4 طبيعة اعتماد التدفق الحراري المحدد من الأرض إلى VGT في الشتاء على نسبة احتياج المبنى السنوي للبرودة إلى حاجته السنوية للتدفئة.

في الممارسة الأوروبية ، في بناء المضخات الحرارية الأرضية ، عادة ما تستخدم VGTs مع اثنين من أنابيب البولي إيثيلين على شكل حرف U مثبتة في بئر واحد. يتيح النموذج الرياضي تقييم فعالية مثل هذا الحل التقني (الشكل 5). يتم حساب قيم التدفق الحراري المحدد في العمودين الأيسر والأيمن من الرسم التخطيطي لقيم القطر المكافئ لـ VGT ، المقابلة لتصميم المبادل الحراري مع أنبوب واحد واثنين من أنابيب U.

يعد اختلاف درجة الحرارة بين الأرض والجليكول المبرد في مبخر المضخة الحرارية أمرًا حاسمًا لتكثيف انتقال الحرارة في الأرض. على التين. يوضح الشكل 6 اعتماد تدفق الحرارة المحدد على فرق درجة الحرارة هذا.

وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن الأشكال 3 ... 6 لا تعرض القيم المطلقة لتدفق الحرارة المحدد من التربة إلى VGT ، ولكن طبيعة التغيير في هذه القيم من إحدى الحجج ، في حين أن العديد من الحجج الأخرى تظل الحجج دون تغيير ، أو بالأحرى ، كما تم تعريفها أو تقديمها في مثالنا الحسابي. لذلك ، من المستحيل الاسترشاد بالمخططات الموضحة في هذه الأشكال لحساب طول VGT في مشاريع محددة.

 

يوصى بتحديد طول المبادلات الحرارية الرأسية للأرض باستخدام الصيغة (6).