المضخة الحرارية: مبدأ التشغيل ، مجالات التطبيق
مدعوم من FORUMHOUSE
نحصل على الحرارة عن طريق حرق الأخشاب والفحم ومنتجات النفط والغاز. لكن طرق التسخين المألوفة لدينا هي في الواقع بدائية وخطيرة: فهي تهدر موارد الأرض بشكل لا رجعة فيه وتلوث الغلاف الجوي. هذا لا يمكن أن يستمر لفترة طويلة. لذلك ، يتم استبدال الطرق التقليدية بتقنيات موفرة للطاقة يمكنها توليد الحرارة من الأرض والهواء دون الإضرار بالطبيعة.
ماهى المضخة الحراريه؟
توجد الحرارة في كل مكان: في الهواء والماء والأرض. المضخة الحرارية عبارة عن محول حراري تصاعدي ، وهو جهاز يأخذ الحرارة من البيئة وينقلها إلى نظام التدفئة وإمداد الماء الساخن. عندما تعمل المضخة الحرارية ، لا يتم إنفاق الطاقة على التسخين المباشر لسائل التبريد ، ولكن على ضخ وتحويل الحرارة من البيئة إلى المنزل. وبالتالي ، يتم تحقيق كفاءة طاقة عالية للجهاز: عندما يتم استهلاك 1 كيلو واط من الكهرباء لتشغيل الضاغط ، يتم توليد 3-5 كيلو واط من الطاقة الحرارية (معامل الحرارة COP هو 3-5 وحدات).
ما نوع المضخات الحرارية الموجودة؟
يتم تصنيف المضخات الحرارية إلى ثلاثة أنواع:
- حرارة الهواء (الهواء) ، والتي تستقبل الطاقة الحرارية من الغلاف الجوي.
- الطاقة الحرارية الجوفية ، واستخراج الحرارة من الأرض.
- Aquathermal (الماء) - فئة من المعدات التي تستخدم حرارة البيئة المائية: الأنهار والبحيرات والبحر وطبقة المياه الجوفية.
تقوم المضخة الحرارية بسحب الحرارة من خلال مبادل حراري للهواء - مشعاع خارجي. تستقبل مضخات المصدر الأرضي الطاقة الحرارية من الأرض عبر الحقول الحرارية الأرضية - يتم وضعها أفقياً تحت سطح الأنابيب الأرضية ، أو الآبار (المجسات) ، حيث يتم تركيب الأنابيب عموديا. يمكن أيضًا وضع المجسات بزاوية ، حيث لا تتمتع جميع المناطق بالقدرة على الحفر في العمق. يتم وضع مجمعات المضخة المائية في خزان أو بئر ماء.
تعمل مضخات الحرارة الأرضية بشكل أكثر كفاءة بسبب درجات حرارة الأرض المستقرة على مدار السنة. مع المضخات الحرارية الهوائية ، ينخفض المعامل الحراري (COP) عند درجة حرارة خارجية تبلغ -15 درجة مئوية. تعتمد مضخات تسخين المياه على جودة المياه: الطحالب ، والترسبات الكلسية ، والتآكل - تقلل هذه العوامل بشكل كبير من أداء الجهاز.
كيف تعمل مضخة تسخين مصدر الهواء؟
ينقسم تشغيل أي مضخة حرارية إلى ثلاث مراحل:
- تجميع الحرارة من البيئة ؛
- زيادة في درجة حرارة الحرارة المجمعة ؛
- نقل الحرارة إلى نظام التدفئة وإمدادات الماء الساخن.
الاختلاف الوحيد هو طريقة الحصول على حرارة منخفضة الدرجة من البيئة. باستخدام مضخة حرارية لمصدر الهواء ، يتم ذلك على النحو التالي:
- يدور المبرد من خلال مبخر مضخة حرارة الهواء - الفريون. إنه سائل مضاد للتجمد وشديد التقلب يغلي في درجات حرارة منخفضة. تكون درجة حرارة الفريون دائمًا أقل من درجة حرارة الهواء ، وبالتالي ، تحت تأثيرها ، يغلي المبرد ويتحول إلى بخار. وهذا ما يسمى بالنقل الحراري التفاضلي الحراري.
- يدخل بخار الفريون إلى الضاغط حيث يتم ضغطه. تحت تأثير الضغط العالي ، يسخن بخار المبرد: يمكن أن تصل درجة حرارة بخار الفريون المضغوط إلى 128 درجة مئوية. هذه الحرارة تدخل المكثف.
- في المكثف ، ينقل بخار الفريون الساخن الطاقة الحرارية إلى دائرة التسخين وتسخين المياه. عندما يتم إطلاق الطاقة الحرارية ، يتم تبريد البخار ويتحول مرة أخرى إلى حالة سائلة ، ولكن في نفس الوقت يحافظ على ضغط مرتفع. وكذلك درجة حرارة المبرد في هذه المرحلة لا تزال غير كافية لدورة جديدة من امتصاص الحرارة من البيئة. لذلك ، بعد المبادل الحراري ، يمر الفريون عبر صمام الخانق ، حيث ينخفض الضغط وتنخفض درجة الحرارة. بعد ذلك ، يذهب المبرد إلى الدائرة الخارجية لدورة متكررة.
كيف تعمل المضخة الحرارية الجوفية والمائية؟
يختلف مبدأ تشغيل هذه المضخات الحرارية فقط في استخلاص الحرارة من البيئة. هنا ، تعمل دائرة من الأنابيب الموضوعة تحت الأرض أو المغمورة في الماء كمبادل حراري. إنه ليس مادة تبريد تدور عبر الأنابيب ، كما هو الحال في مضخات الهواء ، ولكنها وسيط - البروبيلين جليكول أو الكحول أو خليط الماء جليكول. هذه السوائل هي التي تجمع الحرارة الناتجة عن الماء أو التربة وتنقلها إلى مبخر التركيب.
يدخل المبرد إلى المبخر ، ويسخن الفريون ، ويحوله إلى بخار. يمر بخار الفريون عبر الضاغط ، حيث يتم ضغطه وتسخينه. بعد ذلك ، يدخل أيضًا المكثف ، حيث ينقل الحرارة إلى التدفئة وإمداد الماء الساخن. تنتهي الدورة عندما يمر المبرد عبر صمام الخانق ، حيث تحدث عملية التبريد وإزالة الضغط. يدخل الفريون المبرد إلى المبخر مرة أخرى.
بكل بساطة: حرارة الهواء أو الماء أو الأرض مطلوبة فقط لغلي الفريون وتحويله إلى بخار. علاوة على ذلك ، في الضاغط ، يتم تسخين البخار تحت تأثير الضغط إلى درجات حرارة عالية ، حيث تُستخدم طاقته لتسخين المياه في نظام التدفئة وإمداد الماء الساخن. بهذه الطريقة ، يتم تحويل الحرارة المنخفضة الدرجة للبيئة الخارجية إلى درجات حرارة عالية لوسط التسخين لدائرة التدفئة.
كيفية تحسين كفاءة المضخة الحرارية؟
يلعب نظام التسخين دورًا مهمًا في أداء المضخة الحرارية. تعمل المعدات بكفاءة أعلى مع أنظمة التدفئة ذات درجات الحرارة المنخفضة: تدفئة تحت الأرضية ؛ وحدات لفائف المروحة (المبادلات الحرارية للمروحة). الحقيقة هي أن المضخة الحرارية تعمل بكفاءة قدر الإمكان عند درجة حرارة 35-40 درجة مئوية عند المخرج ، وهذا يتوافق مع درجة الحرارة المثلى لوسط التسخين في نظام تسخين المياه تحت الأرضية أو تسخين الهواء.
هل يمكن أن تبرد المضخة الحرارية؟
لا يمكن للمضخات الحرارية أن تسخن فحسب ، بل تبرد أيضًا - تستخدم لتكييف الهواء بمعنى ، يمكن للجهاز أن يأخذ الحرارة من الغرفة ويخرجها من الخارج وفقًا لنفس المبدأ ، ولكن بترتيب عكسي فقط. الثلاجة هي أيضًا مضخة حرارية. لا ينتج هذا الجهاز المنزلي البرودة ، بل يزيل ببساطة كل الحرارة من غرفة العزل الحراري المغلقة.
في أي مناطق يتم استخدام المضخات الحرارية؟
تستخدم المضخات الحرارية في تدفئة وتكييف المنشآت الصناعية والمباني البلدية والمباني السكنية متعددة الطوابق والخاصة. هذه التقنية قادرة على استبدال جميع طرق التسخين التقليدية. مثال على ذلك السويد ، حيث يتم تسخين أكثر من 90٪ من المباني لأغراض مختلفة بمساعدة المضخات الحرارية. تنتشر المضخات الحرارية الأرضية والحرارية الهوائية في أوروبا والولايات المتحدة واليابان.
لمن يناسب هذا النوع من التدفئة؟
تحتاج المضخة الحرارية إلى الكهرباء فقط لتعمل. هذا النوع من التدفئة مناسب للمنازل الخاصة التي تقع بعيدًا عن أنابيب الغاز أو حيث يكون توصيل الغاز مكلفًا بشكل غير معقول. تعتبر المضخة الحرارية مثالية للمستوطنات غير الغازية حيث لا توجد طاقة كافية لتركيب غلاية كهربائية. هذا النوع من التدفئة شائع لدى أولئك الذين لا يريدون العيش على "برميل بارود" ، أي أنه مناسب للأشخاص الذين يخشون الاختناق أو الانفجار في حالة تسرب الغاز. يمكن استخدام المضخة الحرارية في المباني التجارية كتدفئة موفرة للطاقة.
ما هي مخاطر المضخة الحرارية؟
المضخة الحرارية لا تحرق الوقود. لا تنتج انبعاثات ضارة في الغلاف الجوي ونفايات في البيئة. إنه جهاز مقاوم للحريق / الانفجار وصديق للبيئة. المبرد يدور في دائرة مغلقة ولا يشكل خطرا على الطبيعة والبشر.
ما الذي تبحث عنه عند اختيار المضخة الحرارية؟
كما ذكرنا ، تنقسم المضخات الحرارية إلى ثلاثة أنواع: حرارية هوائية ، مائية مائية وطاقة جوفية. الأولى تعمل من حرارة الغلاف الجوي ولها عيبان هامان: انخفاض درجة الحرارة والتلوث المنتظم للرادياتير. في الصقيع الشديد ، ينخفض المعامل الحراري (COP) إلى 1 ، بدلاً من المعلن 3-5. وكذلك يقلل التلوث المستمر للرادياتيرات الخارجية من كفاءة المضخات الحرارية الهوائية. هذه التركيبات أكثر ملاءمة للمناخات المعتدلة ذات الشتاء المعتدل.
تطالب المضخات المائية بجودة المياه وتنخفض كفاءتها عندما تصبح دائرة التبريد متسخة أو مغطاة بالرواسب.
بالنسبة لظروفنا ، فإن الخيار الأفضل هو مضخات الحرارة الجوفية. يعتبر نظام "التربة والمياه" الأكثر ملاءمة وموثوقية وفعالية للتدفئة وإمدادات المياه الساخنة في المنزل. هذا يرجع إلى درجة حرارة التربة شبه الثابتة طوال العام. يتم وضع مجال الطاقة الحرارية الأرضية تحت مستوى تجميد التربة ، مما يسمح للتركيب بالعمل بثبات وإنتاج معامل حراري مرتفع. على سبيل المثال ، COP من مضخات الحرارة الجوفية سلسلة FH (ФХ-401, طراز FH-405, FH-415) ما يصل إلى 5 وحدات!
عند اختيار المعدات ، من المهم ألا تقوم فقط بتسخين المياه بشكل مبتذل ، ولكن لها أيضًا خصائص متقدمة تلبي متطلبات المضخة الحرارية الحديثة. خذ هذا المثال مضخة الحرارة الجوفية IQ (العاكس) ФХ-415. التثبيت مجهز بـ: جهاز للوصول عن بعد ؛ إعادة التشغيل التلقائي في حالة انقطاع التيار الكهربائي ؛ حماية مضخات الدورة الدموية ؛ حماية اختلال الطور ؛ وضع التحكم في المناخ لدرجة حرارة الهواء ؛ جدول العمل الأسبوعي الوضع المعتمد على الطقس التحكم في عنصر التسخين لخزان الماء الساخن ؛ ذاكرة غير متطايرة مساكن عازلة للصوت. هذا يضمن الموثوقية والمتانة وكفاءة الطاقة العالية للمعدات.
ما هو شعورك حيال أنظمة التدفئة هذه؟ اكتب في التعليقات.
أصدقائي ، يوجد بالفعل أكثر من 85 ألفًا منا! مثل ، الاشتراك في القناة ، مشاركة المنشور - نحن نعملحتى تحصل على معلومات مفيدة وذات صلة!
اقرأ أيضا:
- لا غبار وضوضاء: كيف تقطع لوح موجة بمسمار.
- ما هي الأشجار مجففات التربة وما هو الأفضل للزراعة بالقرب من بالوعة.
شاهد الفيديو - ماتي أو لامع؟ كيف تختار الطلاء لمنزلك.