مبدأ تشغيل مضخة الهواء إلى الماء
كما ذكرنا سابقًا ، فإن المصدر الرئيسي للطاقة الحرارية للمنشآت من هذا النوع هو الهواء الجوي. الأساس الأساسي لتشغيل مضخات الهواء هو الخاصية الفيزيائية للسوائل لامتصاص وإطلاق الحرارة أثناء انتقال الطور من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ، والعكس صحيح. نتيجة لتغير الحالة ، يتم تحرير درجة الحرارة. يعمل النظام على مبدأ الثلاجة في الاتجاه المعاكس.
لاستخدام هذه الخصائص للسائل بشكل فعال ، يدور المبرد منخفض الغليان (الفريون ، الفريون) في دائرة مغلقة ، يتضمن تصميمها:
- ضاغط بمحرك كهربائي
- مبخر منفوخ بالمروحة
- صمام الخانق (التمدد) ؛
- صفيحة تبادل حرارة؛
- أنابيب تداول نحاسية أو معدنية بلاستيكية تربط العناصر الرئيسية للدائرة.
تتم حركة المبرد على طول الدائرة بسبب الضغط الناتج عن الضاغط.لتقليل فقد الحرارة ، يتم تغطية الأنابيب بطبقة عازلة للحرارة من المطاط الصناعي أو رغوة البولي إيثيلين بطبقة واقية ممعدنة. كمبرد ، يتم استخدام الفريون أو الفريون ، والذي يمكن أن يغلي عند درجة حرارة سالبة ولا يتجمد حتى -40 درجة مئوية.
تتكون عملية العمل برمتها من الدورات المتعاقبة التالية:
- يحتوي المبرد المبخر على سائل تبريد أكثر برودة من الهواء الخارجي. أثناء نفخ المبرد النشط ، يتم نقل الطاقة الحرارية من الهواء منخفض الإمكانات إلى الفريون ، والذي يغلي وينتقل إلى حالة غازية. في نفس الوقت ترتفع درجة حرارته.
- يدخل الغاز المسخن إلى الضاغط ، حيث يسخن أكثر أثناء عملية الضغط.
- في حالة الضغط والحرارة ، يتم تغذية بخار مادة التبريد في مبادل حراري لوحة ، حيث يدور الناقل الحراري لنظام التسخين عبر الدائرة الثانية. نظرًا لأن درجة حرارة المبرد أقل بكثير من درجة حرارة الغاز المسخن ، يتكثف الفريون بنشاط على ألواح المبادل الحراري ، مما يعطي الحرارة لنظام التدفئة.
- يدخل خليط البخار والسائل المبرد إلى صمام الخانق ، والذي يسمح فقط لمبرد سائل الضغط المنخفض المبرد بالمرور إلى المبخر. ثم تتكرر الدورة بأكملها.
لزيادة كفاءة نقل الحرارة للأنبوب ، يتم لف الزعانف الحلزونية على المبخر. يجب أن يؤخذ حساب نظام التدفئة واختيار مضخات الدوران وغيرها من المعدات في الاعتبار المقاومة الهيدروليكية والمعامل تركيب مبادل حراري لوحة نقل الحرارة.
نظرة عامة بالفيديو على جهاز النظام وتشغيله
مضخات حرارية ذات عاكس
يسمح وجود العاكس كجزء من التثبيت ببدء التشغيل السلس للجهاز والتنظيم التلقائي للأنماط اعتمادًا على درجة الحرارة الخارجية. هذا يزيد من كفاءة المضخة الحرارية من خلال:
- تحقيق الكفاءة على مستوى 95-98٪ ؛
- تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 20-25٪ ؛
- تقليل الأحمال على الشبكة الكهربائية ؛
- زيادة عمر خدمة المصنع.
نتيجة لذلك ، يتم الحفاظ على درجة الحرارة الداخلية بثبات على نفس المستوى ، بغض النظر عن تغيرات الطقس. في الوقت نفسه ، فإن وجود العاكس المزود بوحدة تحكم آلية لن يوفر التدفئة فقط في الشتاء ، ولكن أيضًا توفير الهواء المبرد في الصيف في الطقس الحار.
في الوقت نفسه ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن وجود معدات إضافية يستلزم دائمًا زيادة في تكلفتها وزيادة في فترة الاسترداد.
التقسيم حسب نوع سائل العمل
يمكن استخدام مضخات الحرارة الحديثة جسم غازي أو سائل كيميائي محلول الأمونيا كناقل للحرارة. يتم تقييم مدى ملاءمة نظام معين من خلال عدة عوامل ، ميزات النظام.
- تركيبات الفريون لها دورة مضخة حرارية تعتمد على ضغط الغاز وعمليات التمدد. إنها مبنية بطريقة ما على مخطط الضاغط. يحتوي الجهاز على مؤشرات أداء جذابة ، ولكن له أيضًا عيوب. على الرغم من أن متوسط استهلاك النظام المرجح في وقت دورة التشغيل مستقر ، إلا أن الأسلاك محملة بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك ، لن تكون المضخات الحرارية ذات ناقل الحرارة الغازي مفيدة في المناطق التي لا توجد فيها شبكة كهرباء مركزية أو مصدر طاقة بسعة تحميل كافية.
- المصانع من النوع التبخيري التي تستخدم محلول الأمونيا لها دورة عمل تعتمد على عملية تبخر المادة عند نقاط الغليان المنخفضة. يحدث التسييل بعد مرور مبادل حراري خارجي تحت تأثير مصدر طاقة. هذا موقد حراري. يمكن استخدام أي وقود تقريبًا له: صلب ، بنزين ، ديزل ، غاز ، كيروسين ، وفي بعض الحالات - كحول الميثيل. لذلك ، فإن المضخات الحرارية التبخرية جذابة في الأماكن التي لا توجد بها كهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن رخص الوقود من نوع معين في المنطقة قد يدفع إلى اختيار مثل هذه المعدات.
يمكن أن توضح طبيعة مائع العمل المستخدم في النظام الكثير عن أداء التثبيت وإخراج الطاقة. لذلك ، فإن المضخات الحرارية لضاغط الفريون قادرة على إحداث رعشة حادة ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الغرفة بسرعة. نماذج تبخر الأمونيا ليست قادرة على مثل هذه الأعمال الفذة. طريقة الاستخدام المفضلة لديهم هي التشغيل المستقر والمستمر عند خرج الحرارة المقنن.
أنواع المضخات الحرارية
تنقسم المضخات الحرارية إلى عدة أنواع. النوع الأول (النوع) في التصنيف حسب طريقة نقل الطاقة الحرارية:
ضغط. عناصر التركيب الرئيسية هي الضواغط والمكثفات والموسعات والمبخرات. هذا النوع من المضخات عالي الجودة وفعال ، مما يجعله مشهورًا جدًا في السوق.
استيعاب. أحدث جيل من المضخات الحرارية. يستخدمون الفريون الماص في عملهم. بفضل هذا ، يتم زيادة جودة العمل عدة مرات.
متميز أنواع المضخات الحرارية حسب مصادر الحرارة وهي:
- يتم إنشاء الطاقة الحرارية بواسطة التربة (في الصورة) ؛
- ماء؛
- تيارات الهواء
- إعادة الدفء. يتم الحصول عليها من جريان المياه أو الهواء المتسخ أو مياه الصرف الصحي.

حسب أنواع دوائر الإدخال والإخراج:
- جو-جو. تأخذ المضخة الهواء البارد ، وتخفض درجة حرارته ، وتتلقى الحرارة المطلوبة ، والتي تنقلها إلى حيث تتطلب التدفئة.
- من الماء إلى الماء. تأخذ المضخة الحرارة من المياه الجوفية ، مما يعطيها للماء لتسخين الغرفة.
- من الماء إلى الهواء. من الماء إلى الهواء. يعد استخدام المجسات والآبار للمياه أمرًا معتادًا ، ويتم التسخين من خلال نظام تسخين الهواء.
- هواء إلى ماء. من الهواء إلى الماء. تستخدم المضخات من هذا النوع الحرارة من الجو لتسخين الماء.
- ماء طينية. في هذا الشكل ، يتم أخذ الحرارة من الأنابيب التي يتم وضعها في الأرض. تؤخذ الحرارة من الأرض (التربة).
- ماء مثلج. نوع مثير للاهتمام من المضخات الحرارية. لتسخين المياه لتسخين الفضاء ، يتم استخدام تقنية إنتاج الثلج ، حيث يتم إطلاق طاقة حرارية هائلة. إذا جمدت ما يصل إلى 200 لتر من الماء ، يمكنك الحصول على طاقة يمكنها تسخين متوسط الحجم لمدة 40-60 دقيقة.
مزايا وعيوب المضخات الحرارية
مبدأ تشغيل المضخة الحراريةبعبارات بسيطة ، يعتمد على تجميع الطاقة الحرارية منخفضة الدرجة ونقلها إلى أنظمة التدفئة والمناخ ، وكذلك إلى أنظمة معالجة المياه ، ولكن عند درجة حرارة أعلى. يمكن إعطاء مثال بسيط باللغة شكل اسطوانة غاز - عند ملئه بالغاز يسخن الضاغط عن طريق ضغطه. وإذا أطلقت غازًا من الأسطوانة ، فستبرد الأسطوانة - حاول إطلاق الغاز بحدة من ولاعة قابلة لإعادة الملء لفهم جوهر هذه الظاهرة.
وهكذا ، فإن المضخات الحرارية ، كما كانت ، تأخذ الطاقة الحرارية من الفضاء المحيط - فهي في الأرض وفي الماء وحتى في الهواء. حتى لو كانت درجة حرارة الهواء سالبة ، فلا تزال هناك حرارة بداخله. يوجد أيضًا في أي مسطحات مائية لا تتجمد حتى القاع ، وكذلك في الطبقات العميقة من التربة التي لا يمكن أيضًا أن تتجمد بعمق - ما لم تكن ، بالطبع ، التربة الصقيعية.
تحتوي المضخات الحرارية على جهاز معقد نوعًا ما ، كما ترون من خلال محاولة تفكيك الثلاجة أو مكيفات الهواء. هذه الوحدات المنزلية المألوفة لدينا تشبه إلى حد ما المضخات المذكورة أعلاه ، إلا أنها تعمل في الاتجاه المعاكس - فهي تأخذ الحرارة من المبنى وترسلها إلى الخارج. إذا وضعت يدك على المبرد الخلفي للثلاجة ، فسنلاحظ أنها دافئة. وهذه الحرارة ليست سوى الطاقة المأخوذة من الفواكه والخضروات والحليب والشوربات والنقانق وغيرها من المنتجات الموجودة في الحجرة.
تعمل مكيفات الهواء والأنظمة المنقسمة بطريقة مماثلة - الحرارة التي تولدها الوحدات الخارجية هي طاقة حرارية يتم تجميعها شيئًا فشيئًا في الغرف المبردة.
مبدأ تشغيل المضخة الحرارية هو عكس مبدأ عمل الثلاجة. يجمع الحرارة من الهواء أو الماء أو التربة من نفس الحبوب ، وبعد ذلك يعيد توجيهها إلى المستهلكين - وهي أنظمة التدفئة ، ومراكم الحرارة ، وأنظمة التدفئة تحت الأرضية ، وسخانات المياه. يبدو أنه لا شيء يمنعنا من تسخين المبرد أو الماء بعنصر تسخين عادي - الأمر أسهل بهذه الطريقة. لكن دعونا نقارن إنتاجية المضخات الحرارية وعناصر التسخين التقليدية:

عند اختيار المضخة الحرارية ، فإن أهم شيء هو توفر مصدر طاقة طبيعي معين.
- عنصر التسخين التقليدي - لإنتاج 1 كيلو واط من الحرارة ، يستهلك 1 كيلو واط من الكهرباء (باستثناء الأخطاء ؛
- مضخة حرارية - تستهلك 200 واط فقط من الكهرباء لإنتاج 1 كيلو وات من الحرارة.
لا ، لا توجد كفاءة تساوي 500٪ هنا - قوانين الفيزياء لا تتزعزع. إنها فقط قوانين الديناميكا الحرارية التي تعمل هنا. المضخة ، كما كانت ، تجمع الطاقة من الفضاء ، "تثخن" وترسلها إلى المستهلكين. وبالمثل ، يمكننا جمع قطرات المطر من خلال علبة سقي كبيرة ، والحصول على تيار صلب من الماء عند الخروج.
لقد قدمنا بالفعل العديد من المقارنات التي تسمح لنا بفهم جوهر المضخات الحرارية بدون صيغ مبهمة ذات متغيرات وثوابت. دعنا الآن نلقي نظرة على مزاياها:
- توفير الطاقة - إذا كان التدفئة الكهربائية القياسية تبلغ 100 متر مربع. م ستؤدي إلى تكاليف تتراوح بين 20 و 30 ألف روبل شهريًا (اعتمادًا على درجة حرارة الهواء بالخارج) ، ثم سيقلل نظام التدفئة بمضخة حرارية التكاليف إلى 3-5 آلاف روبل مقبولة - توافق ، هذا بالفعل بالفعل تماما مدخرات قوية. وهذا بدون حيل وبدون خداع وبدون حيل تسويقية.
- رعاية البيئة - الفحم والطاقة النووية والطاقة الكهرومائية تضر الطبيعة. لذلك ، يقلل استهلاك الكهرباء المخفض من كمية الانبعاثات الضارة ؛
- مجموعة واسعة من الاستخدامات - يمكن استخدام الطاقة الناتجة لتدفئة المنزل وتحضير الماء الساخن.
هناك أيضًا عيوب:
- التكلفة العالية للمضخات الحرارية - يفرض هذا العيب قيودًا على استخدامها ؛
- الحاجة إلى الصيانة الدورية - عليك أن تدفع ثمنها ؛
- صعوبة التثبيت - وهذا ينطبق إلى حد كبير على المضخات الحرارية ذات الدوائر المغلقة ؛
- عدم قبول الناس - القليل منا يوافق على الاستثمار في هذه المعدات من أجل تقليل العبء على البيئة. لكن بعض الأشخاص الذين يعيشون بعيدًا عن أنابيب الغاز ويضطرون إلى تدفئة منازلهم بمصادر حرارة بديلة يوافقون على إنفاق الأموال على شراء مضخة حرارية وخفض فواتير الكهرباء الشهرية ؛
- الاعتماد على التيار الكهربائي - إذا توقف الإمداد بالكهرباء ، فسيتم تجميد الجهاز على الفور. سيتم حفظ الموقف عن طريق تركيب مجمع حراري أو مصدر طاقة احتياطي.
كما ترى ، فإن بعض العيوب خطيرة للغاية.
يمكن أن تعمل مولدات البنزين والديزل كمصادر طاقة احتياطية لمضخات الحرارة.
نصائح وخدع
تعتبر المضخة الحرارية من المعدات المعقدة تقنيًا ومكلفة إلى حد ما ، لذا يجب التعامل مع اختيارها بمسؤولية كبيرة. لكي لا تكون بلا أساس ، إليك بعض التوصيات المحددة للغاية.
1. لا تبدأ أبدًا في اختيار مضخة حرارية دون إجراء الحسابات أولاً وإنشاء مشروع. يمكن أن يتسبب غياب المشروع في حدوث أخطاء فادحة ، والتي لا يمكن تصحيحها إلا بمساعدة استثمارات مالية إضافية ضخمة.
2. يجب أن يُعهد بتصميم وتركيب وصيانة المضخة الحرارية ونظام التدفئة للمحترفين فقط. كيف تتأكد من أن المحترفين يعملون في هذه الشركة؟ بادئ ذي بدء ، من خلال توافر جميع الوثائق اللازمة ، ومجموعة من الكائنات المنفذة ، وشهادات من موردي المعدات.من المرغوب فيه للغاية أن يتم توفير النطاق الكامل للخدمات الضرورية من قبل شركة واحدة ، والتي ستكون في هذه الحالة مسؤولة بالكامل عن تنفيذ المشروع.
3. ننصحك بإعطاء الأفضلية لمضخة حرارية أوروبية الصنع. لا تخلط بين حقيقة أنه أغلى من المعدات الصينية أو الروسية. عند تضمينها في تقدير تكلفة التركيب والتشغيل والتصحيح لنظام التدفئة بالكامل ، سيكون الفرق في سعر المضخات غير محسوس تقريبًا. ولكن من ناحية أخرى ، فإن وجود "أوروبي" تحت تصرفك ، سوف تكون على يقين من موثوقيتها ، لأن السعر المرتفع للمضخة هو فقط نتيجة استخدام التقنيات الحديثة والمواد عالية الجودة لإنشائها.
الأصناف الرئيسية
تنقسم جميع مضخات الدورة الدموية لأنظمة التدفئة إلى نوعين من التصميم: أجهزة ذات دوار "جاف" ومضخات دورانية بدوار "رطب".
في مضخات التدوير من النوع الأول ، والذي يكون واضحًا بالفعل من اسمها ، لا يتلامس الدوار مع وسيط العمل السائل - المبرد. يتم فصل دفاعة هذه المضخات عن العضو الدوار والجزء الثابت عن طريق إحكام إغلاق الحلقات الفولاذية ، ويتم ضغطها مقابل بعضها البعض بواسطة زنبرك خاص يعوض عن تآكل هذه العناصر. يتم ضمان إحكام مجموعة الختم هذه أثناء تشغيل المضخة بواسطة طبقة رقيقة من الماء بين الحلقات الفولاذية ، والتي تتشكل بسبب الاختلاف بين الضغوط في نظام التدفئة وفي البيئة الخارجية.
تتميز مضخات التدوير للتدفئة ذات الدوار "الجاف" بكفاءة وإنتاجية عالية إلى حد ما (89٪) ، ولكن الآلات الهيدروليكية من هذا النوع لها أيضًا عيوب ، بما في ذلك قوية ضوضاء في العمل والتعقيد في التشغيل والصيانة والإصلاح.كقاعدة عامة ، تم تجهيز أنظمة التدفئة الصناعية بمضخات من هذا النوع ؛ ونادرًا ما يتم استخدامها في أنظمة التدفئة المنزلية.

مضخة دورانية أحادية المرحلة بدوار "جاف"
مضخة الدورة الدموية لأنظمة التسخين المزودة بدوار من النوع "الرطب" عبارة عن جهاز يكون الدافع والدوار فيه على اتصال دائم مع المبرد. وسيط العمل الذي يدور فيه الدوار والمكره بمثابة مادة تشحيم ومبرد. يتم عزل الجزء الثابت والدوار للمضخات من هذا النوع عن بعضهما البعض باستخدام زجاج خاص مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ. مثل هذا الزجاج ، الذي يوجد بداخله دوار ومكره يدوران في وسط سائل التبريد ، يحمي الجزء الثابت المتعرج من دخول سائل العمل إليه.
كفاءة المضخات من هذا النوع منخفضة نوعًا ما وتبلغ 55٪ فقط ، لكن القدرات التقنية لمثل هذا الجهاز كافية تمامًا لضمان تداول المبرد في أنظمة التدفئة ليست منازل كبيرة جدا. إذا تحدثنا عن مزايا مضخات الدوران ذات الدوار "الرطب" ، فيجب أن تتضمن الحد الأدنى من الضوضاء المنبعثة أثناء تشغيل هذه الأجهزة ، والموثوقية العالية ، وسهولة التشغيل ، والصيانة ، والإصلاح.

مضخة الدورة الدموية الرطبة
اختيار نوع المضخة الحرارية
المؤشر الرئيسي لنظام التدفئة هذا هو الطاقة. بادئ ذي بدء ، ستعتمد التكاليف المالية لشراء المعدات واختيار مصدر أو آخر للحرارة المنخفضة على الطاقة.كلما زادت قوة نظام المضخة الحرارية ، زادت تكلفة المكونات.
بادئ ذي بدء ، يشير هذا إلى قوة الضاغط ، وعمق الآبار لتحقيقات الطاقة الحرارية الأرضية ، أو المنطقة التي تتسع لمجمع أفقي. تعد الحسابات الديناميكية الحرارية الصحيحة نوعًا من ضمان عمل النظام بكفاءة.

إذا كان هناك خزان بالقرب من منطقتك الشخصية ، فسيكون الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة والأكثر إنتاجية مضخة حرارة المياه-ماء
تحتاج أولاً إلى دراسة المنطقة المخطط لها لتركيب المضخة. سيكون الشرط المثالي هو وجود خزان في هذه المنطقة. سيؤدي استخدام خيار الماء إلى الماء إلى تقليل كمية أعمال الحفر بشكل كبير.
على العكس من ذلك ، فإن استخدام حرارة الأرض ينطوي على عدد كبير من الأعمال المرتبطة بالحفر. تعتبر الأنظمة التي تستخدم الماء كحرارة منخفضة الدرجة الأكثر كفاءة.

يتضمن جهاز المضخة الحرارية التي تستخرج الطاقة الحرارية من الأرض قدرًا هائلاً من أعمال الحفر. تم وضع المجمع تحت مستوى التجميد الموسمي
هناك طريقتان لاستخدام الطاقة الحرارية للتربة. الأول يتضمن حفر آبار بقطر 100-168 ملم. يمكن أن يصل عمق هذه الآبار ، اعتمادًا على معايير النظام ، إلى 100 متر أو أكثر.
توضع مجسات خاصة في هذه الآبار. الطريقة الثانية تستخدم مجمع الأنابيب. يتم وضع هذا المجمع تحت الأرض في مستوى أفقي. يتطلب هذا الخيار مساحة كبيرة إلى حد ما.
لوضع المجمع ، تعتبر المناطق ذات التربة الرطبة مثالية.بطبيعة الحال ، سيكلف حفر الآبار أكثر من الخزان الأفقي. ومع ذلك ، ليس كل موقع به مساحة خالية. تحتاج إلى كيلوواط واحد من طاقة المضخة الحرارية من 30 إلى 50 م².
قد يكون إنشاء بئر عميقة من أجل امتصاص الطاقة الحرارية أرخص قليلاً من حفر حفرة
لكن ميزة إضافية تكمن في التوفير الكبير في المساحة ، وهو أمر مهم لأصحاب الأراضي الصغيرة. في حالة وجود أفق مياه جوفية مرتفع في الموقع ، يمكن ترتيب المبادلات الحرارية في بئرين يقعان على مسافة حوالي 15 مترًا من بعضهما البعض
في حالة وجود أفق مرتفع للمياه الجوفية في الموقع ، يمكن ترتيب المبادلات الحرارية في بئرين يقعان على مسافة حوالي 15 مترًا من بعضهما البعض.
يتم استخراج الطاقة الحرارية في مثل هذه الأنظمة عن طريق ضخ المياه الجوفية في دائرة مغلقة ، توجد أجزاء منها في الآبار. يتطلب مثل هذا النظام تركيب مرشح وتنظيف دوري للمبادل الحراري.
أبسط وأرخص مخطط للمضخات الحرارية يعتمد على استخراج الطاقة الحرارية من الهواء. بمجرد أن أصبحت أساسًا لبناء الثلاجات ، تم تطوير مكيفات الهواء لاحقًا وفقًا لمبادئها.

يحصل أبسط نظام مضخة حرارية على الطاقة من كتلة الهواء. في الصيف تشارك في التدفئة ، في الشتاء في تكييف الهواء. عيب النظام هو أنه ، في إصدار مستقل ، وحدة ذات طاقة غير كافية
نجاعة أنواع مختلفة من هذه المعدات ليس نفس الشيء. المضخات التي تستخدم الهواء هي الأقل أداءً. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه المؤشرات تعتمد بشكل مباشر على الأحوال الجوية.
أنواع المضخات الحرارية الأرضية لها أداء مستقر. معامل الكفاءة لهذه الأنظمة يختلف في حدود 2.8 -3.3. أنظمة الماء إلى الماء هي الأكثر كفاءة. هذا يرجع في المقام الأول إلى استقرار درجة حرارة المصدر.
وتجدر الإشارة إلى أنه كلما كان مجمع المضخة أعمق في الخزان ، كانت درجة الحرارة أكثر استقرارًا. للحصول على طاقة نظام تبلغ 10 كيلو واط ، يلزم حوالي 300 متر من خط الأنابيب.
المعلمة الرئيسية التي تميز كفاءة المضخة الحرارية هي عامل التحويل الخاص بها. كلما زاد معامل التحويل ، زادت كفاءة المضخة الحرارية في الاعتبار.

يتم التعبير عن عامل تحويل المضخة الحرارية من خلال نسبة تدفق الحرارة والطاقة الكهربائية المستهلكة في تشغيل الضاغط



































