مضخة حرارية لتدفئة المنزل بيديك

المضخة الحرارية شيء مثير للاهتمام ، لكنها باهظة الثمن. تتراوح التكلفة التقريبية للمعدات + أجهزة الدوائر الخارجية من 300 دولار إلى 1000 دولار لكل 1 كيلوواط من الطاقة. من خلال معرفة "براعة" الشعب الروسي ، من السهل افتراض أن أكثر من مضخة حرارية يدوية الصنع تعمل في مساحة وطننا الشاسع والمتنوع. في أغلب الأحيان ، توجد أجهزة منزلية تم تصنيعها بواسطة "ثلاجات". وهذا أمر مفهوم ، لأن المضخة الحرارية والمجمد يعملان وفقًا لنفس المبدأ ، كل ما في الأمر أن نظام محطات التدفئة يركز على تجميع الحرارة ، وليس إزالتها ، ويستخدم الضاغط بقوة أعلى.

اقرأ عن كيفية عملها هنا.

ما يمكن أن يكون مصدر حرارة لمضخة حرارية

يمكن أخذ الحرارة لتدفئة الغرفة من الهواء الخارجي. ولكن هنا ستنشأ صعوبات في التشغيل حتمًا: تقلبات درجات الحرارة ، حتى في المتوسط ​​يوميًا ، كبيرة جدًا ، ناهيك عن حقيقة أن المضخة الحرارية تُظهر كفاءة طبيعية عند درجات حرارة أعلى من 0 درجة مئوية ، وكم عدد المناطق التي لدينا مثل هذه الصورة في الشتاء ؟ في الربيع ، وحتى ذلك الحين ليس مبكرًا ، وليس في جميع أنحاء الإقليم ، وليس طوال الوقت.

يمكن أن تكون أي بيئة مصدرًا للحرارة لمنزلك الذي يتم تسخينه بمضخة الحرارة

يبدو مصدر الحرارة الموجود في الماء أكثر قبولًا. إذا كان هناك نهر أو بحيرة أو بركة ذات عمق لائق في مكان قريب ، فهذا شيء رائع: يمكنك ببساطة إغراق خط الأنابيب. من المهم فقط ألا يصطاد الصيادون مع الحمير هناك.

هناك خيار جيد آخر وهو البئر ، ولكن هناك احتمال أن ينخفض ​​مستوى المياه وسيتعين عليك البحث عن مصدر آخر. لكن حتى الآن كل شيء على ما يرام ، سيعمل بشكل جيد: متوسط ​​درجة حرارة الماء في الآفاق الجوفية هو 5-7 درجة مئوية. هذا أكثر من كافٍ لتشغيل المضخة الحرارية.

قد تتفاجأ ، ولكن يمكنك أيضًا استخدام نظام الصرف الصحي - درجات الحرارة هناك أعلى من درجة حرارة الآبار. يمكن وضع خط الأنابيب في بالوعة أو بئر ، ولكن بشرط أن يتم تغطيته بالماء في جميع الأوقات. ويجب أن يكون الأنبوب مقاومًا كيميائيًا.

يعتبر المجمع الأفقي تحت الأرض مهمة شاقة للغاية: سيكون من الضروري إزالة التربة من عدة مئات من الأمتار المربعة إلى عمق تحت نقطة التجمد. هذه كميات كبيرة جدًا لا يمكن إتقانها بمفردها أو حتى مع مساعد. وكما أظهرت الممارسة ، فإن مثل هذه الأنظمة غير فعالة في ظروفنا المناخية: فالشتاء شديد القسوة.

مع المجمعات العمودية ، الأمور ليست أفضل - لن تتمكن من الاستغناء عن معدات الحفر بصعوبة. يعتمد عدد الآبار وعمقها على التربة: نطاق إزالة الحرارة الممكنة من متر من البئر كبير جدًا. من 25 وات / م في الأنقاض الجافة والتربة الرملية ، حتى 80-85 وات / م في الحجر المسحوق الرطب والتربة الرملية أو الجرانيت. وعليه فإن الفرق في أطوال الآبار 3 مرات فأكثر.

فيما يلي رسم تخطيطي لتدفئة منزل بمضخة حرارية. عند استخدام بئرين ، كما في المثال الموصوف ، وفي حالة عدم وجود حلقة مغلقة ، يجب ألا تقل المسافة بين البئرين عن 20 مترًا. وتحتاج إلى مراعاة اتجاه التدفق حتى لا يخفض الماء البارد من المضخة درجة الحرارة في بئر "المتبرع"

في المثال الموصوف لمضخة حرارية محلية الصنع ، يكون مصدر الحرارة عبارة عن بئر ذات معدل تدفق مياه جيد. تصل المياه بسرعة كبيرة بحيث تغطي الاستهلاك للاحتياجات المنزلية وتكفي لنقل كمية الحرارة المطلوبة (تم حساب معدل تدفق المياه المطلوب وتم اختيار المضخة وفقًا لذلك).لكن مصدر الحرارة لهذا التعديل يمكن أن يكون أيًا من المصادر المذكورة أعلاه ، باستثناء الهواء. بعد تحديد مصدر الحرارة ، سيكون من الممكن عمل مضخة حرارية لتدفئة المنزل.

أنواع المضخات الحرارية

لكي تفهم بوضوح ما هي المضخة الحرارية ، عليك أن تعرف ما هو الناقل الحراري لها على ملامح هيكلها خارج المنزل وداخله. هذه المبردات تصنف هذا الجهاز.

أنواع المضخات الحرارية

يستقبل الجهاز الطاقة لتشغيله من المصادر التالية:

• ماء. يمكن أن يكون المصدر عبارة عن جسم مائي أو مصدر مياه مركزي أو بئر ، وما إلى ذلك ؛
• فتيلة؛
• هواء.

في الداخل ، يتم استخدام الطاقة التي يتم الحصول عليها باستخدام مثل هذا الجهاز ليس فقط للتدفئة ، ولكن أيضًا في تكييف الهواء ، وكذلك لتسخين المياه. يتيح الجمع بين الوظائف والعناصر المختلفة المستخدمة تقسيم المضخات الحرارية إلى عدة أنواع ، والتي تشمل:

• المياه المياه؛
• ماء هواء؛
• ماء طينية.

الماء والهواء

أكثر أنظمة التدفئة كفاءة هي أنظمة الماء والماء. ترجع هذه الكفاءة إلى حقيقة أن درجة حرارة المياه المستخدمة ، الموجودة على أعماق كبيرة ، ثابتة ولها مؤشرات عالية إلى حد ما. للحصول على الطاقة من هذا النوع من المصادر ، يمكنهم استخدام:

• الآبار والآبار التي يتم من خلالها ضخ المياه الجوفية ؛
• المسطحات المائية المفتوحة ، والتي تشمل الأنهار والبحيرات ؛
• مياه الصرف الصحي التي تم استخدامها في الصناعة للتكنولوجيا.

تتطلب المضخة الحرارية التي تستخدم الطاقة المستخرجة من خزان مفتوح أقل تكلفة. في هذه الحالة ، سوف تحتاج إلى تحميل الأنابيب بسائل تبريد وخفضها في الماء. في حالة المياه الجوفية ، يتم استخدام هيكل أكثر تكلفة ، لأن تنفيذه أصعب بالفعل. لتفريغ المياه ، تحتاج إلى بناء بئر. سوف يمر هذا الماء من خلال المبادل الحراري.

دائرة الهواء إلى الماء أو الهواء

تجمع المضخة الحرارية من الهواء إلى الماء بين الإيجابيات والسلبيات. وتشمل المزايا عدم جدوى تطوير الآبار ذات العمق الكبير والعمل المرتبط بتنظيف التربة. عيب هذه الأجهزة هو قوتها المنخفضة في موسم البرد ، مما يؤثر على أدنى كفاءة لها بين الموديلات الأخرى. لاستخدام هذا الجهاز ، تحتاج إلى تركيب المعدات المناسبة على سطح المنزل.

مضخة حرارة مصدر الهواء

يمكن أن تعزى ميزة هذا التصميم إلى قدرته على إعادة استخدام الحرارة الخارجة من المبنى ، والتي تقوم بتسخين المضخة الحرارية على شكل دخان أو ماء أو هواء. في فصل الشتاء ، ستكون هناك حاجة إلى تدفئة بديلة للقضاء على نقص الحرارة.

مياه جوفية

تعتبر المضخة الحرارية من هذا النوع أيضًا مصدرًا فعالًا جدًا للطاقة للتدفئة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الحرارة التي يتم الحصول عليها من الأرض على عمق 5 أمتار لها قيم ثابتة في درجة الحرارة ولا تتأثر بالتغيرات في الظروف الجوية على سطح الأرض. في الدائرة الخارجية ، المبرد عبارة عن تركيبة آمنة خاصة تسمى محلول ملحي ، وهي آمنة من وجهة نظر بيئية.

يمكن أن تكون الدائرة الخارجية المستخدمة لهذا النوع من المضخات الحرارية أفقية أو رأسية.

يجب أن تكون الأنابيب المستخدمة لهذا النظام من البلاستيك. يتطلب التنفيذ الأفقي مساحة كبيرة من الأرض. بعد وضع الأنابيب تحت الأرض ، لا يمكن استخدام قطعة الأرض هذه لتلبية الاحتياجات الزراعية.

يُسمح بزراعة العشب أو النباتات من نفس العمر. من أجل التنفيذ الرأسي ، سيكون من الضروري تطوير العديد من الآبار ، يتراوح عمقها من 50 إلى 150 مترًا ، نظرًا لأن التربة عند هذا العمق تتمتع بدرجة حرارة ثابتة وعالية. مثل هذا الجهاز يسمى المضخة الحرارية الأرضية.لنقل الطاقة من هذه الأعماق ، يتم استخدام مجسات خاصة.

كيف تعمل المضخة الحرارية

البيئة من حولنا ، عند درجات حرارة تزيد عن درجة واحدة ، لديها قدر معين من الطاقة. بمساعدة المضخة الحرارية ، يمكن استخدام هذه الطاقة. يعتمد مبدأ عملها على نقل الحرارة من مصدر منخفض الجهد مع طاقة حرارية إلى حامل حراري ، تكون درجة حرارته أعلى من ذلك بكثير.

كيف تعمل المضخة الحرارية

يتم تنفيذ ذلك على النحو التالي:

1. المبرد يدخل خط الأنابيب الموجود في الأرض. تسخن بضع درجات.
2. بعد ذلك ، ينقل المبرد الذي يمر إلى المبخر إلى الدائرة الداخلية الطاقة التي تم جمعها في المبخر.
3. تحتوي الدائرة الخارجية على مادة التبريد ، والتي يتم تحويلها إلى غاز بعد تسخينها في المبادل الحراري.
4. من أجل زيادة درجة حرارة هذا المبرد ، فإنه يدخل إلى الضاغط للضغط عند الضغط العالي.
5. يدخل غاز التبريد المسخن بالفعل إلى المكثف ، والذي بدوره يبعث الحرارة إلى سائل التبريد في نظام التدفئة في الغرفة.
6. بعد انتهاء الدورة ، يتحول المبرد الذي فقد الحرارة إلى حالة سائلة ويعود إلى موضعه الأصلي.

تعمل وحدات التبريد على مبدأ مماثل. لذلك ، المضخات الحرارية يمكن استخدامه لتكثيف الهواء في الطقس الحار سنوات (أنظمة مقسمة) ابتداءً من الثلاجة.

من تجربة تشغيل مضخة حرارية افعلها بنفسك

كما أوضحت الممارسة ، فإن أداء الخيار المعروض منخفض: 2.6-2.8 كيلو واط. ليست هناك حاجة للحديث عن الكفاءة العالية لهذه المضخة الحرارية: على مساحة 60 مترًا مربعًا عند -5 درجة مئوية في الهواء الطلق ، فهي نفسها تحافظ على +17 درجة مئوية. ولكن تم النظر في النظام وتثبيته تحت المرجل - المشعات ، عند درجة حرارة إدخال +45 درجة مئوية ، لا يمكنها ببساطة إعطاء المزيد. كان النظام في المنزل قديمًا ولم يتم زيادة عدد المشعات ، ولكن تم تسخينها حتى الآن في البرد بواسطة موقد.

إذا تمت إضافة مبادل حراري متجدد إلى الهيكل ، فسيؤدي ذلك إلى زيادة الكفاءة بنسبة 10-15٪. بالنظر إلى أن التكاليف منخفضة ، يمكنك القيام بذلك. ستحتاج إلى أنبوبين نحاسيين بطول 1.5 متر لكل منهما. واحد بقطر 22 مم ، والثاني - 10 مم. يتم لف موصل رباعي النواة (طوله 3-4 أمتار ، قطره 4 مم) على موصل أرق لزيادة مساحة التبادل الحراري ، ويتم لحام نهاياته بالأنبوب بحيث لا يتم فكها. يتم إدخال أنبوب الجرح السلكي برفق في الأنبوب ذي القطر الأكبر. يجب تركيبه بين الضاغط والمبخر. الصقل ضئيل ، لكنه يزيد بشكل كبير من الكفاءة. صحيح ، في ظل ظروف معينة ، يكون الأمر غير آمن: يمكن أن يدخل الفريون الدافئ إلى الضاغط ، مما يؤدي إلى فشله.

تحسين الدائرة: يمكنك إضافة مبادل حراري متجدد ، مما سيزيد من الإنتاجية بحوالي 15-20٪

الخيار الثاني لزيادة الكفاءة ، وهو أكثر أمانًا وليس أقل فعالية ، هو بناء مبادل حراري إضافي لتسخين المياه أو الجليكول.

ما الذي تبحث عنه إذا قررت صنع مضخة الحرارة الخاصة بك. هناك بعض الأشياء التي لا يمكن تعلمها إلا من خلال التجربة:

• كانت تيارات البداية لهذا التثبيت الخاص لائقة للغاية. لم تكن هناك دائمًا موارد شبكة كافية لتشغيل التثبيت. لذلك ، إذا قمت بإجراء تثبيت جاد ، فمن الأفضل أن تأخذ ضاغطًا ثلاثي الطور ، وتزويد مدخلات ثلاثية الطور ، على التوالي. نعم ، ليس رخيصًا ، ولكن من أجل بداية مستقرة للضاغط أحادي الطور ، يلزم وجود مثبت إلكتروني للطاقة اللائقة ، والذي لا يمكن تسميته رخيصة أيضًا.
• لن تعطي المضخة الحرارية على نظام الرادياتير النهائي درجة حرارة الغرفة العادية. إنها مصممة لدرجات حرارة مختلفة لسائل التبريد ، والتي نادرًا ما تكون هذه التركيبات قادرة على توفيرها ، خاصة تلك المصنوعة في المنزل.لذلك ، قم إما بترقية النظام (عن طريق إضافة نفس عدد أقسام المبرد على الأقل) ، أو تثبيت أرضيات مائية.
• إذا كان هناك ثلاث حلقات من الماء في البئر ، فهذا لا يعني أن لها مدينًا كبيرًا. أنت بحاجة إلى معرفة مقدار الماء الذي يمكنه إعطائه باختياره المستمر.

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية

تكمن خصوصية المضخات الحرارية في أنها تعمل من مصادر الطاقة الطبيعية. لا تحتاج المضخة إلى ديزل أو كهرباء أو وقود صلب لإطلاق طاقة حرارية.
مصدر الطاقة هو الماء والغلاف الجوي والتربة. لا تولد المضخات حرارة ، بل تنقلها ببساطة إلى المبنى. هذا يستهلك كمية قليلة من الكهرباء.

لتزويد المنزل بالحرارة ، ما عليك سوى مضخة حرارة ومصدر حرارة. يشبه مبدأ تشغيل النظام مبدأ الثلاجة التقليدية ، ولكن العكس تمامًا. في هذه الحالة يتم أخذ الحرارة من الخارج ونقلها إلى المنزل.

نقطة مهمة: العنصر الرئيسي في نظام التدفئة البديل هو بالضبط المضخة الحرارية ، لذلك ، يجب التعامل مع بنائها بعناية فائقة.
تتكون المضخة من العناصر التالية:

ميزات المضخة الحرارية من الهواء إلى الهواء:

• الضاغط ، وهو عنصر وسيط في النظام ؛
• المبخر. يتم فيه نقل الطاقة منخفضة الإمكانات ؛
• صمام خانق يعود من خلاله المبرد (الفريون) إلى المبخر ؛
• مكثف ، حيث يتم تبريد الفريون وإطلاق الطاقة الحرارية.

تعمل المضخة وفقًا لمبدأ معين. يبدو شيئًا كالتالي:

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية. (اضغط للتكبير)

1. يتم نقل الحرارة المنخفضة الدرجة ، المنبعثة من مصادر الطاقة الخارجية ، عبر الأنابيب إلى المبخر - إلى العنصر الأول في تصميم المضخة. يتم نقل الحرارة بواسطة حاملات حرارية قادرة على تحمل درجات الحرارة المنخفضة وعدم التجمد في نفس الوقت.
2. هنا يتم نقل الحرارة إلى المبرد ، والذي يتم تعميمه في حلقة مغلقة من النظام. غالبًا ما يستخدم الفريون كمبرد.
3. في الضاغط ، يعمل الضغط العالي على الفريون ، مما يزيد من درجة حرارته بشكل كبير.
4. في المرحلة التالية ، يدخل المبرد إلى المكثف ، حيث يتم نقل الحرارة إلى دائرة نظام التدفئة. نتيجة لذلك ، تدخل الحرارة إلى الغرفة ، ويعود الفريون إلى الحالة السائلة عند تبريده.
5. من خلال صمام تخفيض الضغط ، يعود الفريون إلى المبخر ، حيث تتكرر العملية.

بناءً على مبدأ تشغيل المضخة ، يتم إنفاق الكهرباء فقط على تشغيل الضاغط. نتيجة لذلك ، يجعل هذا المضخة الحرارية الطريقة الأكثر اقتصادا لنقل الحرارة.

قد تكون مهتمًا بمقال حول ميزات مضخات الحرارة للتدفئة المنزلية. يمكنك دراسة تصنيف مفصل للمضخات الحرارية في هذه المقالة.

النتائج

مما لا شك فيه أن تكلفة المضخة الحرارية من مكيف الهواء أقل بعدة مرات من خيارات المصنع الجاهزة ، حتى تلك المصنوعة في الصين. ولكن هناك الكثير من الفروق الدقيقة هنا: تحتاج إلى الاهتمام بمصدر وكمية الحرارة المزودة ، وحساب طول المبادلات الحرارية (الملفات) بشكل صحيح ، وتثبيت التشغيل الآلي ، وتوفير الطاقة المضمونة ، وما إلى ذلك. لكن إذا كنت قادرًا على حل هذه المشكلات ، فهذا مفيد بلا شك. دعنا نقدم لك بعض النصائح: في السنة الأولى ، من المستحسن جدًا أن يكون لديك تدفئة احتياطية ، واختبار وتشغيل تجريبي ، فمن الأفضل القيام به في الصيف ، بحيث يكون هناك وقت لمراجعة الوحدة قبل البدء من موسم التدفئة.

إيجابيات وسلبيات المضخات الحرارية

إلى الإيجابيات استخدام أنظمة التدفئة على أساس استخدام المضخات الحرارية يمكن أن يعزى الأتى:

• الربحية أثناء التشغيل
• السلامة البيئية للمنشآت ؛
• منشآت السلامة من الحرائق ؛
• الموثوقية التشغيلية؛
• استقلالية العمل.

تشمل العيوب ما يلي:

• غالي السعر؛
• تعقيد مجمع الأعمال بأكمله ؛
• الحاجة إلى إصلاحات كبيرة بعد انتهاء مدة الخدمة ، المرتبطة باستثمارات مادية كبيرة.