پمپ های حرارتی برای گرم کردن خانه شما پمپ حرارتی در گرمایش منزل نصب پمپ حرارتی برای گرمایش منزل

احتراق سوخت های کلاسیک (گاز، چوب، ذغال سنگ نارس) یکی از روش های قدیمی تولید گرما است. با این حال، تهی شدن منابع انرژی سنتی مردم را بر آن داشته تا به دنبال جایگزین های پیچیده تر، اما نه کمتر موثرتر باشند. یکی از آنها اختراع پمپ حرارتی بود که عملکرد آن بر اساس قوانین مدرسه فیزیک است.

عملکرد پمپ حرارتی

اصل عملکرد پمپ های حرارتی، که در نگاه اول بسیار پیچیده است، بر اساس چندین قانون ساده ترمودینامیک و خواص مایعات و گازها است:

1. هنگامی که یک گاز به حالت مایع تبدیل می شود (تراکم)، گرما آزاد می شود
2. هنگامی که یک مایع به گاز تبدیل می شود (تبخیر)، گرما جذب می شود

بیشتر مایعات می توانند در دمای نسبتاً بالا، نزدیک به 100 درجه بجوشد. اما موادی نیز وجود دارند که نقطه جوش نسبتاً پایینی دارند. برای فریون حدود 3-4 درجه است. تبدیل به گاز، به راحتی فشرده می شود و دمای داخل ظرف شروع به افزایش می کند.

از نظر تئوری، فریون را می توان برای به دست آوردن هر درجه حرارت مطلوب فشرده کرد، اما در عمل به 80-90 درجه لازم برای عملکرد کامل یک سیستم گرمایش کلاسیک محدود می شود.

همه افراد بیش از یک بار در روز هنگام عبور از کنار یخچال خود با پمپ حرارتی مواجه می شوند. با این حال، در آن در جهت مخالف عمل می کند و گرمای محصولات را می گیرد و آن را در جو پخش می کند.

ویدئویی در مورد فناوری کار

نمودار پمپ حرارتی

عملکرد اکثر پمپ های حرارتی بر اساس گرمای خاک است که در آن دما عملاً در طول سال (در محدوده 7-10 درجه) در نوسان نیست. گرما بین سه مدار حرکت می کند:

1. مدار گرمایش
2. پمپ حرارتی
3. مدار آب نمک (معروف به خاکی).

اصل کارکرد کلاسیک پمپ های حرارتی در یک سیستم گرمایشی از عناصر زیر تشکیل شده است:

1. مبدل حرارتی که گرمای گرفته شده از زمین را به مدار داخلی منتقل می کند
2. دستگاه فشرده سازی
3. دومین وسیله تبادل حرارتی که انرژی دریافتی در مدار داخلی را به سیستم گرمایش منتقل می کند
4. مکانیزم کاهش فشار در سیستم (دریچه گاز)
5. مدار آب نمک
6. کاوشگر زمین
7. مدار گرمایش

لوله، که به عنوان مدار اولیه عمل می کند، در یک چاه قرار می گیرد یا مستقیماً در زمین دفن می شود. یک خنک کننده مایع غیر یخبندان در امتداد آن حرکت می کند که دمای آن به ویژگی مشابه زمین (حدود +8 درجه) افزایش می یابد و وارد مدار دوم می شود.

مدار ثانویه گرما را از مایع می گیرد. فریون در حال گردش در داخل شروع به جوشیدن می کند و به گاز تبدیل می شود که به کمپرسور ارسال می شود. پیستون آن را به 24-28 اتمسفر فشرده می کند، به همین دلیل دما به +70-80 درجه افزایش می یابد.

در این مرحله کار، انرژی در یک لخته کوچک متمرکز می شود. به همین دلیل دما افزایش می یابد.

گاز گرم شده وارد مدار سوم می شود که توسط سیستم های تامین آب گرم یا حتی سیستم های گرمایش خانه نشان داده می شود. در طول انتقال حرارت، تلفات تا 10-15 درجه ممکن است، اما قابل توجه نیستند.

هنگامی که فریون سرد می شود، فشار کاهش می یابد و دوباره به حالت مایع تبدیل می شود. در دمای 2-3 درجه به مدار دوم برمی گردد. این چرخه بارها و بارها تکرار می شود.

انواع اصلی

اصل عملکرد پمپ های حرارتی به گونه ای طراحی شده است که می توان آنها را به راحتی و بدون وقفه در محدوده دمایی گسترده - از -30 تا +40 درجه - کار کرد. دو نوع مدل زیر محبوب ترین هستند:

• نوع جذبی
• نوع فشرده سازی

مدل های نوع جذبی ساختار نسبتاً پیچیده ای دارند. آنها انرژی حرارتی دریافتی را مستقیماً با استفاده از منبع منتقل می کنند. عملکرد آنها به طور قابل توجهی هزینه های مواد برای برق مصرفی و سوخت را کاهش می دهد. مدل های فشرده سازی انرژی (مکانیکی و الکتریکی) را برای انتقال گرما مصرف می کنند.

بسته به منبع گرمایی مورد استفاده، پمپ ها به انواع زیر تقسیم می شوند:

1. بازیافت گرمای هدر رفته- گران ترین مدل هایی که برای گرمایش تاسیسات صنعتی محبوبیت پیدا کرده اند که در آنها گرمای ثانویه تولید شده توسط منابع دیگر هدر می رود.
2. هوا- گرفتن گرما از هوای اطراف
3. ژئوترمال- گرما را از آب یا زمین انتخاب کنید

با توجه به انواع ورودی/خروجی، همه مدل ها را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد - خاک، آب، هوا و ترکیبات مختلف آنها.

پمپ های حرارتی زمین گرمایی

مدل های پمپ های زمین گرمایی محبوب هستند که به دو نوع بسته یا باز تقسیم می شوند.

طراحی ساده سیستم های باز اجازه می دهد تا آب عبوری از داخل گرم شود که متعاقباً دوباره وارد زمین می شود. در حضور حجم نامحدود مایع خنک کننده تمیز که پس از مصرف به محیط زیست آسیب نمی رساند، ایده آل عمل می کند.

سیستم های حلقه بسته پمپ های حرارتی زمین گرمایی به انواع زیر تقسیم می شوند:

• آب - در یک مخزن در عمق غیر یخ زده قرار دارد
• با آرایش عمودی - کلکتور در یک چاه تا عمق 200 متر قرار می گیرد و در مناطق با زمین ناهموار قابل استفاده است.
• با آرایش افقی - کلکتور در عمق 0.5-1 متر در زمین قرار می گیرد، ارائه یک کانتور بزرگ در یک منطقه محدود بسیار مهم است.

پمپ هوا-آب

یکی از پرکاربردترین گزینه ها، مدل هوا به آب است. در دوره های گرم سال بسیار موثر است، اما در فصل زمستان بهره وری می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد.

مزیت سیستم نصب ساده آن است. تجهیزات مناسب را می توان در هر مکان مناسب، به عنوان مثال، روی پشت بام نصب کرد. گرمایی که به صورت گاز یا دود از اتاق خارج می شود، قابل استفاده مجدد است.

نوع آب به آب

پمپ حرارتی آب به آب یکی از کارآمدترین پمپ ها است. اما استفاده از آن ممکن است به دلیل وجود یک مخزن نزدیک یا عمق ناکافی، که در آن کاهش قابل توجهی در دما در زمستان مشاهده نمی شود، محدود شود.

انرژی پتانسیل پایین را می توان از منابع زیر انتخاب کرد:

• آب های زیرزمینی
• مخازن باز
• فاضلاب صنعتی

ساده ترین اصل عملکرد پمپ های حرارتی برای مدل هایی است که گرما را از یک مخزن استخراج می کنند. اگر تصمیم به استفاده از آب های زیرزمینی گرفته شود، ممکن است نیاز به حفر چاه باشد.

نوع خاک-آب

گرما را می توان از زمین در طول سال به دست آورد، زیرا در اعماق 1 متر دما تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. "آب نمک" به عنوان یک حامل گرما استفاده می شود - یک مایع غیر یخ زده که در گردش است.

یکی از معایب سیستم آب زیرزمینی نیاز به مساحت وسیع برای دستیابی به راندمان مطلوب است. آنها سعی می کنند با قرار دادن لوله ها در حلقه ها آن را صاف کنند.

کلکتور را می توان در حالت عمودی قرار داد، اما چاهی تا عمق 150 متر مورد نیاز است.چترهایی در پایین برای جمع آوری گرما از زمین تعبیه شده است.

مزایا و معایب سیستم های گرمایش پمپ حرارتی

پمپ های حرارتی به طور گسترده در سیستم های گرمایشی برای مناطق مسکونی یا صنعتی خصوصی استفاده می شود. آنها به دلیل قابلیت اطمینان و کارایی آنها به تدریج جایگزین منابع انرژی کلاسیک بیشتری می شوند.

از جمله مزایای زیادی که کارکرد پمپ حرارتی به همراه دارد عبارتند از:

• صرفه جویی در منابع مادی در نگهداری سیستم و خنک کننده
• پمپ ها کاملاً مستقل عمل می کنند
• هیچ محصول احتراق مضر یا سایر مواد سمی در محیط منتشر نمی شود
• ایمنی تجهیزات نصب شده در برابر آتش
• قابلیت معکوس کردن آسان عملکرد سیستم

علیرغم مزایای بسیار، لازم است جنبه های منفی استفاده از پمپ حرارتی را در نظر گرفت:

• سرمایه گذاری های اولیه بزرگ برای نصب سیستم گرمایش - از 3 تا 10 هزار دلار
• در دوره های سرد، زمانی که دما به زیر 15- درجه می رسد، باید به گزینه های گرمایش جایگزین فکر کنید
• گرمایش بر اساس عملکرد یک پمپ حرارتی تنها در سیستم هایی با خنک کننده با دمای پایین موثرتر است

یک ویدیوی شماتیک دیگر:

بیایید آن را جمع بندی کنیم

با آموختن و تسلط بر اصل عملکرد یک پمپ حرارتی، می توانید در مورد توصیه نصب و استفاده از آن فکر کنید و تصمیم بگیرید. هزینه های اولیه که ممکن است بسیار زیاد به نظر برسند، به زودی جواب می دهند و شروع به ایجاد نوعی سود در قالب صرفه جویی در سوخت کلاسیک می کنند.

1.
2.
3.
4.
5.
6.

واحدی مانند پمپ حرارتی اصول کارکرد مشابهی با لوازم خانگی دارد - یخچال و تهویه مطبوع. تقریباً 80 درصد نیروی خود را از محیط زیست قرض می گیرد. پمپ گرما را از خیابان به داخل اتاق پمپ می کند. عملکرد آن شبیه به اصل عملکرد یخچال است، فقط جهت انتقال انرژی حرارتی متفاوت است.

به عنوان مثال، برای خنک کردن یک بطری آب، مردم آن را در یخچال قرار می دهند، سپس لوازم خانگی تا حدی گرما را از این جسم می گیرد و اکنون، طبق قانون بقای انرژی، باید آن را آزاد کند. اما کجا؟ همه چیز ساده است، برای این منظور یخچال دارای رادیاتور است که معمولاً در دیواره پشتی آن قرار دارد. به نوبه خود، رادیاتور با گرم شدن، گرما را به اتاقی که در آن قرار دارد می دهد. بنابراین، یخچال اتاق را گرم می کند. درجه گرم شدن آن را می توان در مغازه های کوچک در تابستان گرم که چندین واحد تبرید روشن هستند، احساس کرد.

و حالا کمی تخیل. فرض کنید که اجسام گرم دائما در یخچال قرار می گیرند و اتاق را گرم می کند یا در یک پنجره قرار می گیرد، درب فریزر به سمت بیرون باز می شود و رادیاتور در اتاق است. در حین کار، لوازم خانگی با خنک کردن هوای بیرون، انرژی حرارتی موجود در خارج را به طور همزمان به داخل ساختمان منتقل می کند. این دقیقاً اصل عملکرد یک پمپ حرارتی است.

پمپ از کجا گرما می گیرد؟

پمپ حرارتی به لطف بهره برداری از منابع طبیعی کم پتانسیل انرژی حرارتی، از جمله:

• هوای محیط؛
• بدنه های آبی (رودخانه ها، دریاچه ها، دریاها)؛
• خاک و آبهای آرتزینی و حرارتی زمینی.

سیستم گرمایش با پمپ حرارتی

هنگامی که یک پمپ حرارتی برای گرمایش استفاده می شود، اصل عملکرد آن بر اساس یکپارچگی در سیستم گرمایش است. از دو مدار تشکیل شده است که مدار سومی که طرح پمپ است به آن اضافه می شود.

مایع خنک کننده که گرما را از محیط جذب می کند، در امتداد مدار خارجی گردش می کند. وارد اواپراتور پمپ می شود و با وجود اینکه نقطه جوش آن 10- درجه سانتیگراد است، تقریباً 4-7 درجه سانتیگراد به مبرد آزاد می کند. در نتیجه مبرد به جوش می آید و سپس به حالت گاز می رود. خنک کننده از قبل خنک شده در مدار خارجی برای تنظیم دما به نوبت بعدی فرستاده می شود.

مدار عملکردی پمپ حرارتی شامل موارد زیر است:

• اواپراتور;
• مبرد؛
• کمپرسور برقی؛
• خازن؛
• مویرگی؛
• دستگاه کنترل ترموستاتیک

روند عملکرد یک پمپ حرارتی چیزی شبیه به این است:

• پس از جوشاندن، مبرد با حرکت از طریق خط لوله، وارد کمپرسور می شود که با استفاده از برق کار می کند. این دستگاه مبرد گازی را به فشار بالا فشرده می کند و باعث افزایش دمای آن می شود.
• گاز داغ وارد مبدل حرارتی دیگری (کندانسور) می شود که در آن گرمای مبرد به مایع خنک کننده که از طریق مدار داخلی سیستم گرمایش در گردش است یا به هوای اتاق منتقل می شود.
• خنک کننده، مبرد به حالت مایع تبدیل می شود، پس از آن از دریچه کاهش فشار مویرگی عبور می کند، فشار را از دست می دهد و سپس دوباره به اواپراتور ختم می شود.
• بنابراین، چرخه به پایان رسیده است و فرآیند آماده تکرار است.

محاسبه تقریبی خروجی گرمایش

در طول یک ساعت، 2.5-3 متر مکعب مایع خنک کننده از پمپ از طریق کلکتور خارجی عبور می کند، که زمین قادر است آن را 5-7 درجه سانتیگراد ∆t گرم کند (همچنین بخوانید: " "). برای محاسبه توان حرارتی یک مدار معین، باید از فرمول استفاده کنید:

Q = (T 1 - T 2) x V، که در آن:
V - جریان مایع خنک کننده در ساعت (m 3 / ساعت)؛
T 1 - T 2 - اختلاف دما بین ورودی و ورودی (°C).

انواع پمپ های حرارتی

بسته به نوع گرمای مصرفی، پمپ های حرارتی عبارتند از:

• آب زیرزمینی - برای عملکرد آنها در سیستم گرمایش آب، از خطوط بسته زمین یا کاوشگرهای زمین گرمایی واقع در عمق استفاده می شود (جزئیات بیشتر: "").
• آب-آب - اصل کار در این مورد مبتنی بر استفاده از چاه های باز برای جمع آوری آب های زیرزمینی و تخلیه آن است (بخوانید: ""). در این مورد، مدار خارجی حلقه نیست و سیستم گرمایش در خانه آب است.
• آب-هوا - نصب مدارهای آب خارجی و استفاده از سازه های گرمایشی از نوع هوا.
• هوا به هوا - برای عملکرد خود از گرمای دفع شده توده های هوای خارجی به علاوه سیستم گرمایش هوای خانه استفاده می کنند.

مزایای پمپ های حرارتی

1. مقرون به صرفه و کارآمد. اصل عملکرد پمپ های حرارتی نشان داده شده در عکس بر اساس تولید انرژی حرارتی نیست، بلکه بر اساس انتقال آن است. بنابراین، راندمان پمپ حرارتی باید بیشتر از یکپارچگی باشد. ولی چطور این ممکن است؟ در رابطه با عملکرد پمپ های حرارتی از مقداری استفاده می شود که به آن ضریب تبدیل حرارت یا به اختصار CCT می گویند. مشخصات واحدهای این نوع دقیقاً بر اساس این پارامتر مقایسه می شود.معنای فیزیکی کمیت، تعیین رابطه بین مقدار گرمای دریافتی و انرژی صرف شده برای به دست آوردن آن است. به عنوان مثال، اگر ضریب CPT 4.8 باشد، به این معنی است که 1 کیلو وات برق مصرف شده توسط پمپ، 4.8 کیلو وات گرما را بدون هزینه از طبیعت تولید می کند.
2. برنامه جهانی جهانی. اگر هیچ خط برقی در دسترس مصرف کنندگان نباشد، کمپرسور پمپ با استفاده از دیزل درایو کار می کند. از آنجایی که گرمای طبیعی همه جا وجود دارد، اصل عملکرد این دستگاه امکان استفاده از آن را در همه جا فراهم می کند.
3. دوستی با محیط زیست. اصل عملکرد پمپ حرارتی مبتنی بر مصرف کم برق و عدم وجود محصولات احتراق است. مبرد مورد استفاده دستگاه حاوی کلروکربن نیست و کاملاً در برابر ازن بی خطر است.
4. حالت کار دو طرفه. در فصل گرما، پمپ حرارتی قادر است ساختمان را گرم کرده و در تابستان آن را خنک کند. از گرمای گرفته شده از اتاق می توان برای تامین آب گرم خانه و در صورت وجود استخر برای گرم کردن آب داخل آن استفاده کرد.
5. عملیات ایمن هیچ فرآیند خطرناکی در عملکرد پمپ های حرارتی وجود ندارد - آتش باز وجود ندارد و مواد مضر برای سلامت انسان آزاد نمی شوند. مایع خنک کننده دمای بالایی ندارد که باعث می شود دستگاه ایمن و در عین حال در زندگی روزمره مفید باشد.
6. کنترل خودکار فرآیند گرمایش اتاق.

اصل عملکرد یک پمپ حرارتی، یک فیلم نسبتاً دقیق:

برخی از ویژگی های عملکرد پمپ

برای اطمینان از عملکرد موثر پمپ حرارتی، تعدادی از شرایط باید رعایت شود:

• اتاق باید به خوبی عایق بندی شده باشد (اتلاف گرما نمی تواند از 100 وات بر متر مربع تجاوز کند).
• استفاده از پمپ حرارتی برای سیستم های گرمایشی با دمای پایین مفید است. سیستم گرمایش از کف این معیار را برآورده می کند، زیرا دمای آن 35-40 درجه سانتیگراد است. CPT تا حد زیادی به رابطه بین دمای مدار ورودی و مدار خروجی بستگی دارد.

اصل عملکرد پمپ های حرارتی انتقال حرارت است که به شما امکان می دهد ضریب تبدیل انرژی 3 به 5 را بدست آورید. به عبارت دیگر، هر 1 کیلو وات برق مصرفی 3-5 کیلو وات گرما را وارد خانه می کند.

پمپ حرارتی یک دستگاه جهانی است که به طور عملکردی ویژگی های تهویه مطبوع، آبگرمکن و دیگ گرمایش را ترکیب می کند. این دستگاه از سوخت معمولی استفاده نمی کند، عملکرد آن به منابع تجدیدپذیر از محیط زیست نیاز دارد - انرژی هوا، خاک، آب.

بنابراین، امروزه یک پمپ حرارتی مقرون به صرفه ترین واحد است، زیرا عملکرد آن به هزینه سوخت بستگی ندارد و همچنین سازگار با محیط زیست است، زیرا منبع گرما برق یا محصولات احتراق نیست، بلکه منابع گرمای طبیعی است.

برای درک بهتر نحوه عملکرد پمپ حرارتی برای گرم کردن خانه، ارزش دارد که اصل عملکرد یخچال را به خاطر بسپارید. در اینجا ماده کار تبخیر می شود و سرما را آزاد می کند. در پمپ، برعکس، متراکم شده و گرما تولید می کند.

اصل کار پمپ حرارتی

کل فرآیند سیستم در قالب یک چرخه کارنو - به نام مخترع - ارائه شده است. می توان آن را به شرح زیر توصیف کرد. مایع خنک کننده از مدار کار عبور می کند - هوا، زمین، آب و ترکیبات آنها , از جایی که به مبدل حرارتی 1 - محفظه تبخیر فرستاده می شود. در اینجا گرمای انباشته شده را به مبرد در حال گردش در مدار داخلی پمپ منتقل می کند.

اصل عملکرد پمپ حرارتی خانه

مبرد مایع وارد محفظه تبخیر می شود، جایی که فشار و دمای پایین (5 0 درجه سانتیگراد) آن را به حالت گاز تبدیل می کند. مرحله بعدی انتقال گاز به کمپرسور و فشرده سازی آن است. در نتیجه دمای گاز به شدت افزایش می یابد، گاز به کندانسور می رود، در اینجا با سیستم گرمایش تبادل گرما می کند. گاز خنک شده به مایع تبدیل می شود و چرخه تکرار می شود.

مزایا و معایب پمپ های حرارتی

عملکرد پمپ های حرارتی برای گرمایش خانه را می توان با استفاده از ترموستات های مخصوص نصب شده کنترل کرد. هنگامی که دمای متوسط ​​کمتر از مقدار تنظیم شده باشد، پمپ به طور خودکار روشن می شود و اگر دما از یک نقطه تنظیم شده بیشتر شود، خاموش می شود. بنابراین، دستگاه دمای ثابتی را در اتاق حفظ می کند - این یکی از مزایای دستگاه ها است.

از مزایای دستگاه می توان به کارایی آن اشاره کرد - پمپ مقدار کمی برق و دوستی با محیط زیست یا ایمنی مطلق برای محیط زیست مصرف می کند. مزایای اصلی دستگاه:

• قابلیت اطمینان. عمر مفید بیش از 15 سال است، تمام قسمت های سیستم عمر کاری بالایی دارند، نوسانات انرژی به سیستم آسیب نمی رساند.
• ایمنی. دوده وجود ندارد، اگزوز، شعله باز، نشت گاز مستثنی است.
• راحتی. عملکرد پمپ بی صدا است، کنترل آب و هوا و سیستم اتوماتیک که عملکرد آن به شرایط آب و هوایی بستگی دارد، به ایجاد آرامش و راحتی در خانه کمک می کند.
• انعطاف پذیری. این دستگاه دارای طراحی مدرن و شیک است و می توان آن را با هر سیستم گرمایش خانه ای ترکیب کرد.
• تطبیق پذیری. مورد استفاده در ساخت و سازهای خصوصی و عمرانی. زیرا دارای محدوده قدرت گسترده ای است. به همین دلیل، می تواند گرما را به اتاق های هر اندازه - از یک خانه کوچک تا یک کلبه - ارائه دهد.

ساختار پیچیده پمپ نقطه ضعف اصلی آن - هزینه بالای تجهیزات و نصب آن است. برای نصب دستگاه لازم است کارهای گودبرداری در حجم زیاد انجام شود.

پمپ های حرارتی - طبقه بندی

عملکرد پمپ حرارتی برای گرم کردن خانه در محدوده دمایی گسترده - از -30 تا +35 درجه سانتیگراد امکان پذیر است. رایج ترین دستگاه ها جذب (انتقال گرما از طریق منبع آن) و فشرده سازی (گردش سیال عامل به دلیل الکتریسیته رخ می دهد). دستگاه های جذب مقرون به صرفه ترین هستند، اما گران تر هستند و طراحی پیچیده ای دارند.

طبقه بندی پمپ ها بر اساس نوع منبع حرارتی:

1. ژئوترمال. گرمای آب یا زمین را از بین می برند.
2. هوابرد. آنها گرما را از هوای اتمسفر می گیرند.
3. گرمای ثانویه آنها گرمای به اصطلاح صنعتی را که در طول تولید، گرمایش و سایر فرآیندهای صنعتی ایجاد می شود، از بین می برند.

مایع خنک کننده می تواند:

• آب از یک مخزن مصنوعی یا طبیعی، آب های زیرزمینی.
• پرایمینگ.
• توده های هوا
• ترکیبی از رسانه های فوق.

پمپ زمین گرمایی - اصول طراحی و عملکرد

پمپ زمین گرمایی برای گرم کردن خانه از گرمای زمین استفاده می کند که با پروب های عمودی یا کلکتور افقی انتخاب می کند. کاوشگرها در عمق 70 متری قرار می گیرند، کاوشگر در فاصله کمی از سطح قرار دارد. این نوع دستگاه مؤثرترین است زیرا منبع گرما دمای نسبتاً بالا و ثابتی در طول سال دارد. بنابراین لازم است انرژی کمتری برای انتقال گرما صرف شود.

چنین تجهیزاتی نیاز به هزینه نصب بالایی دارد. هزینه حفر چاه بالاست. علاوه بر این، مساحت اختصاص داده شده برای کلکتور باید چندین برابر بزرگتر از مساحت خانه یا کلبه گرم شود. مهم به یاد داشته باشید: زمینی که کلکتور در آن قرار دارد را نمی توان برای کاشت سبزیجات یا درختان میوه استفاده کرد - ریشه گیاهان فوق العاده خنک می شود.

استفاده از آب به عنوان منبع گرما

بدن آب منبع مقادیر زیادی گرما است. برای پمپ می توانید از مخازن غیر یخبندان از عمق 3 متری یا آب های زیرزمینی در سطح بالا استفاده کنید. این سیستم را می توان به شرح زیر اجرا کرد: لوله مبدل حرارتی که با بار 5 کیلوگرم در هر متر خطی وزن می شود، در کف مخزن قرار می گیرد. طول لوله بستگی به فیلم خانه دارد. برای یک اتاق 100 متر مربع. طول لوله بهینه 300 متر است.

در مورد استفاده از آب های زیرزمینی، لازم است دو حلقه چاه که یکی پس از دیگری در جهت آب های زیرزمینی قرار دارند، حفر شود. یک پمپ در اولین چاه قرار می گیرد که آب را به مبدل حرارتی می رساند. آب سرد شده به چاه دوم می ریزد. این به اصطلاح است مدار جمع آوری حرارت بازعیب اصلی آن این است که سطح آب زیرزمینی ناپایدار است و می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد.

هوا در دسترس ترین منبع گرما است

هنگام استفاده از هوا به عنوان منبع گرما، مبدل حرارتی یک رادیاتور است که به اجبار توسط یک فن دمیده می شود. اگر از پمپ حرارتی برای گرم کردن خانه با استفاده از سیستم هوا به آب استفاده شود، کاربر مزایای زیر را دریافت می کند:

• امکان گرم کردن کل خانه. آب که به عنوان خنک کننده عمل می کند، از طریق وسایل گرمایشی توزیع می شود.
• با کمترین هزینه انرژی، تامین آب گرم ساکنین امکان پذیر است. این به دلیل وجود یک مبدل حرارتی عایق حرارتی اضافی با مخزن ذخیره سازی امکان پذیر است.
• پمپ هایی از نوع مشابه را می توان برای گرم کردن آب در استخرهای شنا استفاده کرد.

اگر پمپ بر روی سیستم هوا به هوا کار می کند، خنک کننده برای گرم کردن اتاق استفاده نمی شود. گرمایش با استفاده از انرژی حرارتی دریافتی انجام می شود. نمونه ای از اجرای چنین طرحی یک تهویه مطبوع معمولی است که روی حالت گرمایش تنظیم شده است. امروزه تمام دستگاه هایی که از هوا به عنوان منبع گرما استفاده می کنند، مبتنی بر اینورتر هستند. در آنها، جریان متناوب به جریان مستقیم تبدیل می شود و کنترل انعطاف پذیر کمپرسور و عملکرد آن را بدون توقف فراهم می کند. و این باعث افزایش منابع دستگاه می شود.

پمپ حرارتی - یک سیستم گرمایش خانه جایگزین

پمپ های حرارتی جایگزینی برای سیستم های گرمایش مدرن هستند. آنها مقرون به صرفه، سازگار با محیط زیست و استفاده ایمن هستند. با این حال، هزینه های بالای نصب و راه اندازی و تجهیزات امروزه اجازه نمی دهد دستگاه ها در همه جا مورد استفاده قرار گیرند. اکنون می دانید که پمپ حرارتی برای گرم کردن خانه چگونه کار می کند و پس از محاسبه تمام جوانب مثبت و منفی، می توانید تصمیم بگیرید که آیا آن را نصب کنید یا خیر.

پمپ حرارتی (HP)وسیله ای است که انتقال، تبدیل و تبدیل انرژی حرارتی را انجام می دهد. با توجه به اصل عملکرد، شبیه به دستگاه ها و تجهیزات شناخته شده مانند یخچال یا تهویه مطبوع است. عملکرد هر TN بر اساس چرخه معکوس کارنو است که به نام سیدی کارنو فیزیکدان و ریاضیدان مشهور فرانسوی نامگذاری شده است.

اصل کار پمپ حرارتی

بیایید فیزیک فرآیندهای عملیاتی این تجهیزات را با جزئیات بیشتری مطالعه کنیم. پمپ حرارتی از چهار عنصر اصلی تشکیل شده است:

1. کمپرسور
2. مبدل حرارتی (کندانسور)
3. مبدل حرارتی (اواپراتور)
4. اتصالات اتصالات و عناصر اتوماسیون.

کمپرسوربرای فشرده سازی و انتقال مبرد در سیستم ضروری است. هنگامی که فریون فشرده می شود، دما و فشار آن به شدت افزایش می یابد (فشار تا 40 بار، دما تا 140 درجه سانتیگراد افزایش می یابد) و به شکل گاز با درجه فشرده سازی بالا. به سمت خازن می رود(فرآیند آدیاباتیک، یعنی فرآیندی که در آن سیستم با فضای خارجی تعامل ندارد)، جایی که انرژی را به مصرف کننده منتقل می کند. مصرف کننده می تواند محیطی باشد که نیاز به گرم کردن دارد (به عنوان مثال هوای داخل خانه) یا خنک کننده (آب، ضد یخ و غیره) که سپس انرژی را از طریق سیستم گرمایشی (رادیاتورها، کف گرم، قرنیزهای گرم، کنوکتورها) توزیع می کند. فن کویل و غیره). در این حالت دمای گاز به طور طبیعی کاهش می‌یابد و حالت تجمع خود را از گاز به مایع تغییر می‌دهد (یک فرآیند همدما، یعنی فرآیندی که در دمای ثابت رخ می‌دهد).

بعد، مبرد در حالت مایع است وارد اواپراتور می شود، عبور از یک شیر ترموستاتیک (TRV) که برای کاهش فشار و دوز جریان فریون به مبدل حرارتی تبخیری ضروری است. در نتیجه کاهش فشار هنگام عبور از کانال های اواپراتور، انتقال فاز رخ می دهد و حالت تجمع مبرد دوباره به گاز تبدیل می شود. در این حالت ، آنتروپی گاز کاهش می یابد (بر اساس خواص ترموفیزیکی فریون ها) که منجر به افت شدید دما می شود و گرما از یک منبع خارجی "حذف" می شود. منبع خارجی می تواند هوای خیابان، روده های زمین، رودخانه ها، دریاچه ها باشد. سپس فریون گازی خنک شده به کمپرسور بازگردانده می شود و چرخه دوباره تکرار می شود.

در واقع معلوم می شود که موتور حرارتی خود گرما تولید نمی کند، بلکه وسیله ای برای جابجایی، اصلاح و اصلاح انرژی از محیط به داخل اتاق است. اما این فرآیند نیاز به برق دارد که مصرف کننده اصلی آن واحد کمپرسور است. نسبت توان حرارتی دریافتی به توان الکتریکی مصرفی را ضریب تبدیل (COR) می گویند. بسته به نوع توربوشارژر، سازنده آن و عوامل دیگر متفاوت است و از 2 تا 6 متغیر است.

در حال حاضر از انواع فریون های دوستدار ازن (R410A, R407C) به عنوان مبرد استفاده می شود که کمترین آسیب را به محیط زیست وارد می کند.

موتورهای حرارتی مدرن از کمپرسورهای اسکرول استفاده می کنند که نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند، عملاً اصطکاک ندارند و می توانند به طور مداوم برای 30-40 سال کار کنند. این امر عمر طولانی کل دستگاه را تضمین می کند. مثلا یک شرکت آلمانی استیبل الترون HPهایی هستند که از اوایل دهه 70 قرن گذشته بدون تعمیرات اساسی کار می کنند.

انواع پمپ های حرارتی

بسته به رسانه مورد استفاده برای انتخاب و توزیع مجدد انرژی، و همچنین ویژگی های طراحی و روش های کاربرد، چهار نوع اصلی HP وجود دارد:

پمپ حرارتی هوا به هوا

این نوع تجهیزات از هوای خیابان به عنوان منبع انرژی کم پتانسیل استفاده می کنند. از نظر ظاهری با یک سیستم تهویه مطبوع اسپلیت معمولی تفاوتی ندارد، اما دارای تعدادی ویژگی کاربردی است که به آن اجازه می دهد در دمای پایین (تا -30 درجه سانتیگراد) کار کند و انرژی را از محیط خارج کند. خانه به طور مستقیم توسط هوای گرم گرم شده در کندانسور پمپ حرارتی گرم می شود.

مزایای HP هوا به هوا:

• کم هزینه
• زمان نصب کوتاه و سهولت نسبی نصب
• عدم امکان نشتی مایع خنک کننده

ایرادات:

• عملکرد پایدار تا -20 درجه سانتیگراد
• نیاز به نصب یک واحد داخلی در هر اتاق یا سازماندهی یک سیستم کانال هوا برای تامین هوای گرم به تمام اتاق ها.
• عدم توانایی در به دست آوردن آب گرم (DHW)

در عمل، چنین سیستم هایی برای مسکن فصلی استفاده می شوند و نمی توانند به عنوان منبع اصلی گرمایش عمل کنند.

پمپ حرارتی هوا به آب

اصل عملکرد آنها مشابه نوع قبلی است، اما آنها مستقیماً هوای داخل اتاق را گرم نمی کنند، بلکه مایع خنک کننده را گرم می کنند که به نوبه خود برای گرم کردن خانه و تهیه آب گرم استفاده می شود.

مزایای TN "هوا - آب":

• نیازی به سازماندهی "کانتور خارجی" (حفاری) ندارد.
• قابلیت اطمینان و دوام
• شاخص های بازده بالا (COP) در دوره های پاییز و بهار

معایب TN:

• کاهش قابل توجه COP در دماهای پایین (تا 1.2)
• نیاز به یخ زدایی واحد خارجی (حالت معکوس)
• عدم توانایی کارکرد در دمای زیر 25- تا 30- درجه سانتیگراد

چنین پمپ هایی در آب و هوای ما هنوز نمی توانند به عنوان تنها منبع گرمایش عمل کنند. بنابراین، آنها اغلب (طبق یک طرح دو ظرفیتی) در ارتباط با تجهیزات گرمایش اضافی (برق، گلوله، سوخت جامد، دیگ دیزل، شومینه با ژاکت آب) نصب می شوند. آنها همچنین برای بازسازی و اتوماسیون دیگ بخار خانه های قدیمی با استفاده از سوخت های سنتی مناسب هستند. این به سیستم اجازه می دهد تا در اکثر ایام سال در حالت خودکار کار کند (نیازی به بارگیری سوخت جامد یا سوخت گیری سوخت دیزل وجود ندارد)، تنها با استفاده از نیروی HP.

پمپ حرارتی آب نمک

یکی از رایج ترین در جمهوری بلاروس است. با استفاده از آمار سازمان ما، 90 درصد پمپ های حرارتی نصب شده زمین گرمایی هستند. در این مورد، روده های زمین به عنوان "کانتور خارجی" استفاده می شود. به همین دلیل، این پمپ های حرارتی مهم ترین مزیت را نسبت به سایر انواع پمپ های حرارتی دارند - یک شاخص بازده عملیاتی پایدار (COP) بدون در نظر گرفتن زمان سال.

طبق اصطلاحات ثابت شده، مدار خارجی زمین گرمایی نامیده می شود.

دو نوع اصلی مدار زمین گرمایی وجود دارد:

• افقی
• عمودی

بیایید به هر یک از آنها با جزئیات بیشتری نگاه کنیم.

طرح کلی افقی

طرح کلی افقیسیستمی از لوله های پلی اتیلن است که در زیر لایه بالایی خاک در عمق حدود 1.5 تا 2 متر زیر سطح انجماد قرار گرفته است. دمای این منطقه در طول سال تقویمی مثبت (از +3 تا +15 درجه سانتیگراد) است و در ماه اکتبر به حداکثر و در ماه می به حداقل می رسد. مساحت اشغال شده توسط کلکتور به مساحت ساختمان، درجه عایق بودن آن و اندازه لعاب بستگی دارد. بنابراین، به عنوان مثال، برای یک ساختمان مسکونی دو طبقه با مساحت 200 متر مربع، که دارای عایق مناسب و مطابق با استانداردهای مدرن است، حدود چهار هکتار زمین (400 متر مربع) باید برای یک میدان زمین گرمایی اختصاص داده شود. البته برای ارزیابی دقیق‌تر قطر لوله‌های مورد استفاده و مساحت اشغال شده، نیاز به محاسبه دقیق مهندسی حرارتی است.

این چیزی است که نصب یک کلکتور افقی در یکی از تأسیسات ما در دزرژینسک (جمهوری بلاروس) به نظر می رسد:

مزایای کلکتور افقی:

• هزینه کمتر در مقایسه با چاه های زمین گرمایی
• امکان انجام کار بر روی نصب آن همراه با اجرای سایر ارتباطات (آب، فاضلاب)

معایب کلکتور افقی:

• مساحت اشغال شده بزرگ (برپایی سازه های دائمی، آسفالت، سنگفرش سنگفرش ممنوع است، برای اطمینان از دسترسی طبیعی به نور و بارش ضروری است)
• عدم امکان چیدمان با طراحی منظر آماده سایت
• پایداری کمتر در مقایسه با کلکتور عمودی.

چیدمان این نوع کلکتور معمولا به دو صورت انجام می شود. در مورد اولدر کل منطقه تخمگذار، قسمت بالایی را بردارید لایه خاک به ضخامت 1.5-2 متر، لوله های مبدل حرارتی در حال اجرا هستند با یک پله معین (از 0.6 تا 1.5 متر)و پس پرکنی انجام می شود. برای انجام چنین کاری، تجهیزات قدرتمندی مانند لودر جلو، بولدوزر، بیل مکانیکی با دسترسی زیاد و حجم سطل مناسب است.

در مورد دومتخمگذار حلقه های کانتور زمین مرحله به مرحله در آماده سازی انجام می شود ترانشه ها، عرض از 0.6 متر تا 1 متر. بیل مکانیکی کوچک و بیل مکانیکی برای این کار مناسب هستند.

طرح کلی عمودی

کلکتور عمودینشان می دهد چاه هایی با عمق 50 تا 200 مترو بیشتر، که دستگاه های ویژه در آن پایین می آیند - کاوشگرهای زمین گرمایی. دما در این منطقه برای سال ها و دهه ها ثابت می ماند و با افزایش عمق افزایش می یابد. این افزایش به طور متوسط ​​2-5 درجه سانتیگراد برای هر 100 متر رخ می دهد. این مقدار مشخص کننده گرادیان دما نامیده می شود.

روند نصب یک کلکتور عمودی در مرکز ما در روستای کریژوفکا، نزدیک مینسک:

با مطالعه نقشه های توزیع دما در اعماق مختلف در قلمرو جمهوری بلاروس و به طور خاص شهر مینسک، می توان متوجه شد که دما از منطقه ای به منطقه دیگر متفاوت است و بسته به موقعیت مکانی می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. بنابراین، به عنوان مثال، در عمق 100 متر در منطقه Svetlogorsk می تواند به +13 C برسد، و در برخی از مناطق منطقه Vitebsk در همان عمق از +8.5 C تجاوز نمی کند.

البته هنگام محاسبه عمق حفاری و طراحی اندازه، قطر و سایر مشخصات کاوشگرهای زمین گرمایی، باید این فاکتور را در نظر گرفت. علاوه بر این، باید ترکیب زمین شناسی سنگ های عبوری را نیز در نظر گرفت. فقط بر اساس این داده ها می توانید مدار زمین گرمایی را به درستی طراحی کنید.

همانطور که رویه و آمار سازمان ما نشان می دهد 99% مشکلات در حین کار HP مربوط به عملکرد مدار خارجی است و این مشکل بلافاصله پس از راه اندازی تجهیزات ظاهر نمی شود. و توضیحی برای این وجود دارد، زیرا اگر ژئوکانتور به اشتباه محاسبه شود (به عنوان مثال، در قلمرو منطقه ویتبسک، جایی که، همانطور که به یاد داریم، گرادیان زمین گرمایی یکی از پایین ترین در جمهوری است)، کار اولیه آن است. رضایت بخش نیست، اما با گذشت زمان ضخامت زمین "خنک می شود"، تعادل ترمودینامیکی مختل می شود و مشکلات شروع می شود و مشکل فقط در فصل گرمایش دوم یا سوم ممکن است ایجاد شود. یک کانتور بزرگ کمتر مشکل به نظر می رسد، اما مشتری به دلیل بی کفایتی پیمانکار مجبور به پرداخت متره های غیر ضروری حفاری می شود که به طور غیرقابل اجتنابی منجر به افزایش هزینه کل پروژه می شود.

مطالعه زیرزمینی زمین باید به ویژه در هنگام ساخت تاسیسات تجاری بزرگ، که در آن تعداد چاه‌ها ده‌ها چاه است، حیاتی باشد و سرمایه‌های صرفه‌جویی شده (یا تلف شده) در ساخت آنها می‌تواند بسیار قابل توجه باشد.

پمپ حرارتی آب به آب

یکی از انواع منابع گرمایی زمین گرمایی می تواند آب های زیرزمینی باشد. آنها دمای ثابتی دارند (از +7 درجه سانتیگراد و بالاتر)، و در مقادیر قابل توجهی در اعماق مختلف در قلمرو جمهوری بلاروس رخ می دهند. بر اساس این فناوری، آب زیرزمینی توسط یک پمپ گریز از مرکز از چاه برداشته شده و وارد ایستگاه انتقال گرما و جرم می شود و در آنجا انرژی را به ضد یخ مدار پایینی پمپ حرارتی منتقل می کند. راندمان عملیاتی این سیستم به سطح آب زیرزمینی (بسته به عمق بالا آمدن، قدرت پمپ مشخصی مورد نیاز است) و فاصله چاه ورودی تا ایستگاه مبادله بستگی دارد. این فناوری یکی از بالاترین مقادیر COP را دارد، اما دارای تعدادی ویژگی است که استفاده از آن را محدود می کند.

از جمله:

• کمبود آب زیرزمینی، یا سطح پایین وقوع آن؛
• عدم جریان ثابت چاه، کاهش سطوح استاتیک و دینامیکی؛
• نیاز به در نظر گرفتن ترکیب نمک و آلودگی (اگر کیفیت آب مناسب نباشد، مبدل حرارتی مسدود می شود و شاخص های عملکرد کاهش می یابد)
• نیاز به نصب چاه زهکشی برای تخلیه حجم قابل توجهی از فاضلاب (از 2200 لیتر در ساعت یا بیشتر)

همانطور که تمرین نشان می دهد، نصب چنین سیستم هایی در صورت وجود حوضچه یا رودخانه در مجاورت آن توصیه می شود. آب فاضلاب همچنین می تواند برای مقاصد اقتصادی و صنعتی، به عنوان مثال، برای آبیاری، یا برای سازماندهی مخازن مصنوعی استفاده شود.

در مورد کیفیت آب ورودی، به عنوان مثال، یک تولید کننده آلمانی سیستم های گرمایش جایگزین استیبل الترونتنظیمات زیر را توصیه می کند: نسبت کل آهن و منیزیم بیش از 0.5 میلی گرم در لیتر نیست، محتوای کلرید کمتر از 300 میلی گرم در لیتر است، عدم وجود مواد رسوب شده. در صورت تجاوز از این پارامترها، نصب یک سیستم تصفیه اضافی - ایستگاه آماده سازی و نمک زدایی ضروری است که مصرف مواد پروژه را افزایش می دهد.

کار حفاری برای پمپ حرارتی.

بر اساس تجربه در نصب و راه اندازی واحدهای زمین گرمایی، حفاری چاه حداقل 100 متر را توصیه می کنیم. تمرین نشان می دهد که عملکرد و پایداری بهتر یک موتور حرارتی مشاهده می شود، به عنوان مثال، برای دو چاه هر کدام 150 متر نسبت به سه چاه هر کدام 100 متر. البته ساخت چنین معادنی نیازمند تجهیزات ویژه و روش حفاری چرخشی است. تاسیسات مارپیچ با اندازه کوچک قادر به تامین طول مورد نیاز چاه نیستند.

از آنجایی که مدار زمین گرمایی مهمترین جزء است و صحت چیدمان آن کلید عملکرد موفق کل سیستم است، پیمانکار حفاری باید تعدادی از معیارها را رعایت کند:

• داشتن تجربه در تولید این نوع خدمات ضروری است.
• یک ابزار ویژه برای غوطه ور کردن پروب ها داشته باشید.
• تضمین غوطه ور شدن کاوشگر در عمق طراحی شده و تضمین یکپارچگی و محکم بودن آن در طول فرآیند کار؛
• پس از غوطه ور شدن، اقداماتی را برای بستن چاه انجام دهید تا انتقال حرارت و بهره وری آن افزایش یابد، شفت معدن را قبل از پر کردن مجدد درز بزنید.

به طور کلی، با طراحی مناسب و نصب واجد شرایط، کاوشگرهای زمین گرمایی بسیار قابل اعتماد هستند و می توانند تا 100 سال عمر کنند.

فرآیند پایین آوردن یک کاوشگر زمین گرمایی در یک چاه حفر شده:

کاوشگر زمین گرمایی روی قاب، قبل از انجام آزمایش نشتی ("تست فشار"):

نتیجه گیری

بر اساس تجربه ما در طراحی سیستم‌های انرژی جایگزین، می‌توانیم حقایق اصلی را که در انتخاب پمپ‌های حرارتی توسط مشتریان ما ضروری است برجسته کنیم:

• پر شده ایمنی و دوستی با محیط زیست(بدون فرآیند احتراق یا قطعات متحرک)
• فرصتی برای سفارش سیستم "امروز" و لذت بردن از استفاده از آن در سه هفته بدون هیچ گونه هماهنگی با مراجع نظارتی و صدور مجوز.
• استقلال کامل و حداقل تعمیر و نگهداری(نیازی به عضویت در تعاونی گاز، وابستگی به آن نیست؛ نیازی به پرتاب هیزم یا تمیز کردن ماهانه مجاری هوا، سازماندهی دسترسی به تانکر سوخت و غیره نیست)
• هزینه یک قطعه برای ساخت یک خانه انفرادی بدون تامین گاز بسیار کمتر است و دوره تحویل به خدمات گاز بستگی ندارد.
• فرصت کنترل از راه دور از طریق اینترنت
• تجهیزات پیشرفته و مبتکرانه طراحی شیک که نشان دادن آنها به دوستان و آشنایان شرم آور نیست که قطعا بر جایگاه صاحب خانه تاکید دارد.

اگر در این مقاله به هیچ سوالی توجه نکرده‌ایم و می‌خواهید شخصاً از آنها بپرسید، می‌توانید به دفتر ما به آدرس: Minsk، خیابان مراجعه کنید. Odoevsky، 117، Nova Gros LLC و با مهندسان ما مشورت کنید.

ما همچنین این فرصت را داریم که بازدیدهای رایگان از امکانات عملیاتی تکمیل شده را سازماندهی کنیم.

شماره تلفن تماس: 044 765 29 58; 017 399 70 51

وضعیت به گونه ای است که محبوب ترین راه برای گرم کردن خانه در حال حاضر استفاده از دیگهای گرمایش - گاز، سوخت جامد، دیزل و خیلی کمتر - برقی است. اما چنین سیستم های ساده و در عین حال پیشرفته ای مانند پمپ های حرارتی گسترش زیادی پیدا نکرده اند و دلیل خوبی نیز دارد. برای کسانی که دوست دارند و می دانند چگونه همه چیز را از قبل محاسبه کنند، مزایای آنها آشکار است. پمپ های حرارتی برای گرمایش ذخایر غیر قابل تعویض منابع طبیعی را نمی سوزانند، که نه تنها از نظر حفاظت از محیط زیست بسیار مهم است، بلکه به شما امکان می دهد در انرژی صرفه جویی کنید، زیرا هر ساله گران تر می شوند. علاوه بر این، با کمک پمپ های حرارتی می توانید نه تنها اتاق را گرم کنید، بلکه آب گرم را برای نیازهای خانگی گرم کنید و در گرمای تابستان اتاق را تهویه کنید.

اصل عملکرد پمپ حرارتی

بیایید نگاهی دقیق تر به اصل عملکرد یک پمپ حرارتی بیندازیم. به یاد داشته باشید که یک یخچال چگونه کار می کند. گرمای محصولات قرار داده شده در آن به بیرون پمپ می شود و به رادیاتور واقع در دیوار عقب پرتاب می شود. با لمس آن به راحتی می توانید آن را تأیید کنید. اصل تهویه مطبوع خانگی تقریباً یکسان است: آنها گرما را از اتاق خارج می کنند و آن را روی رادیاتور واقع در دیوار بیرونی ساختمان می اندازند.

عملکرد پمپ حرارتی، یخچال و کولر گازی بر اساس چرخه کارنو است.

1. مایع خنک کننده که در امتداد منبع گرمای کم درجه حرارت حرکت می کند، به عنوان مثال، خاک، چندین درجه گرم می شود.
2. سپس وارد یک مبدل حرارتی به نام اواپراتور می شود. در اواپراتور، خنک کننده گرمای انباشته شده را به مبرد آزاد می کند. مبردمایع خاصی است که در دمای پایین به بخار تبدیل می شود.
3. با گرفتن دمای مایع خنک کننده، مبرد گرم شده به بخار تبدیل شده و وارد کمپرسور می شود. کمپرسور مبرد را فشرده می کند، یعنی. افزایش فشار آن که به دلیل آن دمای آن نیز افزایش می یابد.
4. مبرد داغ و فشرده وارد مبدل حرارتی دیگری به نام کندانسور می شود. در اینجا مبرد گرمای خود را به خنک کننده دیگری که در سیستم گرمایش خانه (آب، ضد یخ، هوا) ارائه می شود، منتقل می کند. این ماده مبرد را خنک می کند و دوباره آن را به مایع تبدیل می کند.
5. در مرحله بعد، مبرد وارد اواپراتور می شود، جایی که توسط بخش جدیدی از مایع خنک کننده گرم شده گرم می شود و چرخه تکرار می شود.

پمپ حرارتی برای کار کردن به برق نیاز دارد. اما هنوز هم بسیار سودآورتر از استفاده از بخاری برقی است. از آنجایی که دیگ برقی یا بخاری برقی دقیقاً همان مقدار برق مصرف می کند که گرما تولید می کند. به عنوان مثال، اگر یک بخاری دارای توان 2 کیلو وات باشد، آنگاه 2 کیلو وات در ساعت مصرف می کند و 2 کیلو وات گرما تولید می کند. یک پمپ حرارتی 3 تا 7 برابر بیشتر از مصرف برق تولید می کند. به عنوان مثال برای کارکرد کمپرسور و پمپ از 5.5 کیلووات بر ساعت استفاده می شود و حرارت تولیدی 17 کیلووات در ساعت است. این راندمان بالا مزیت اصلی پمپ حرارتی است.

مزایا و معایب سیستم گرمایش پمپ حرارتی

افسانه ها و باورهای غلط زیادی در مورد پمپ های حرارتی وجود دارد، علیرغم این واقعیت که آنها یک اختراع نوآورانه یا پیشرفته نیستند. تمام ایالت های "گرم" در ایالات متحده آمریکا، تقریباً تمام اروپا و ژاپن، که در آن فناوری برای مدت طولانی تقریباً به کمال رسیده است، با کمک پمپ های حرارتی گرم می شوند. به هر حال، نباید فکر کنید که چنین تجهیزاتی یک فناوری کاملاً خارجی است و اخیراً به ما رسیده است. از این گذشته ، در اتحاد جماهیر شوروی از چنین واحدهایی در تأسیسات آزمایشی استفاده می شد. نمونه ای از آن آسایشگاه دروژبا در شهر یالتا است. این آسایشگاه علاوه بر معماری آینده نگر که یادآور "کلبه روی پاهای مرغ" است، به این دلیل نیز مشهور است که از دهه 80 قرن بیستم از پمپ های حرارتی صنعتی برای گرمایش استفاده کرده است. منبع گرما دریای مجاور است و خود ایستگاه پمپاژ نه تنها تمام محوطه آسایشگاه را گرم می کند، بلکه آب گرم را نیز تامین می کند، آب استخر را گرم می کند و در فصل گرما خنک می کند. بنابراین بیایید سعی کنیم افسانه ها را از بین ببریم و مشخص کنیم که آیا گرم کردن خانه به این روش منطقی است یا خیر.

مزایای سیستم گرمایش با پمپ حرارتی:

• ذخیره انرژی.در ارتباط با افزایش قیمت گاز و سوخت دیزل، این یک مزیت بسیار مرتبط است. در ستون "هزینه های ماهانه" فقط برق ظاهر می شود که همانطور که قبلاً نوشتیم بسیار کمتر از گرمای واقعی تولید شده نیاز دارد. هنگام خرید یک واحد، باید به پارامتری مانند ضریب تبدیل گرما "φ" توجه کنید (ممکن است ضریب تبدیل گرما، ضریب تبدیل قدرت یا دما نیز نامیده شود). نسبت مقدار گرمای خروجی به انرژی مصرف شده را نشان می دهد. به عنوان مثال، اگر ϕ=4، آنگاه در مصرف 1 کیلووات در ساعت، 4 کیلووات در ساعت انرژی حرارتی دریافت خواهیم کرد.
• صرفه جویی در تعمیر و نگهداری. پمپ حرارتی نیازی به عملیات خاصی ندارد. هزینه های نگهداری آن حداقل است.
• قابل نصب در هر مکانی. منابع حرارتی با دمای پایین برای عملکرد یک پمپ حرارتی می تواند خاک، آب یا هوا باشد. هر جا که خانه ای بسازید، حتی در یک منطقه صخره ای، همیشه فرصتی برای یافتن "غذا" برای واحد وجود خواهد داشت. در مناطق دور از خط اصلی گاز، این یکی از بهینه ترین سیستم های گرمایشی است. و حتی در مناطقی که خطوط برق ندارند، می توانید موتور بنزینی یا دیزلی را برای اطمینان از عملکرد کمپرسور نصب کنید.
• نیازی به نظارت بر عملکرد پمپ نیست، سوخت اضافه کنید، همانطور که در مورد دیگ سوخت جامد یا دیزل است. کل سیستم گرمایش با پمپ حرارتی خودکار است.
• شما می توانید برای مدت طولانی دور شویدو از یخ زدن سیستم نترسید. در عین حال، می توانید با نصب پمپ برای اطمینان از دمای +10 درجه سانتی گراد در اتاق نشیمن در هزینه خود صرفه جویی کنید.
• ایمن برای محیط زیستبرای مقایسه، هنگام استفاده از دیگ های سنتی که سوخت را می سوزانند، اکسیدهای مختلف CO، CO2، NOx، SO2، PbO2 همیشه تشکیل می شود، در نتیجه اسیدهای فسفریک، نیتروژن، سولفوریک و ترکیبات بنزوئیک در اطراف خانه روی خاک می نشینند. هنگامی که پمپ حرارتی کار می کند، چیزی منتشر نمی شود. و مبردهای استفاده شده در سیستم کاملاً ایمن هستند.
• در اینجا نیز می توان به آن اشاره کرد حفاظت از منابع طبیعی غیرقابل جایگزین سیاره.
• ایمنی برای مردم و اموال. هیچ چیز در یک پمپ حرارتی آنقدر داغ نمی شود که باعث گرم شدن بیش از حد یا انفجار شود. علاوه بر این، به سادگی چیزی برای انفجار در آن وجود ندارد. بنابراین می توان آن را به عنوان یک واحد کاملا نسوز طبقه بندی کرد.
• پمپ های حرارتی حتی در دمای محیطی 15- درجه سانتی گراد با موفقیت کار می کنند. بنابراین اگر کسی فکر می کند که چنین سیستمی فقط می تواند خانه را در مناطقی با زمستان های گرم تا +5 درجه سانتیگراد گرم کند، در اشتباه است.
• برگشت پذیری پمپ حرارتی. یک مزیت غیرقابل انکار تطبیق پذیری نصب است که با آن می توانید در زمستان گرم کنید و در تابستان خنک کنید. در روزهای گرم، پمپ حرارتی گرما را از اتاق گرفته و برای ذخیره به زمین می فرستد و در زمستان از آنجا باز می گردد. لطفا توجه داشته باشید که همه پمپ های حرارتی قابلیت معکوس ندارند، بلکه فقط برخی از مدل ها هستند.
• ماندگاری. با مراقبت مناسب، پمپ های حرارتی در یک سیستم گرمایشی می توانند از 25 تا 50 سال بدون تعمیرات اساسی دوام بیاورند و تنها هر 15 تا 20 سال یکبار کمپرسور نیاز به تعویض دارد.

معایب سیستم گرمایش پمپ حرارتی:

• سرمایه گذاری اولیه بزرگعلاوه بر این واقعیت که قیمت پمپ های حرارتی برای گرمایش بسیار بالا است (از 3000 تا 10000 دلار)، شما همچنین باید برای نصب یک سیستم زمین گرمایی کمتر از خود پمپ هزینه کنید. یک استثنا پمپ حرارتی منبع هوا است که نیازی به کار اضافی ندارد. پمپ حرارتی به زودی هزینه خود را پرداخت نمی کند (5 تا 10 سال دیگر). بنابراین پاسخ به این سوال که آیا از پمپ حرارتی برای گرمایش استفاده شود یا نه، بیشتر به ترجیحات مالک، توانایی های مالی و شرایط ساخت و ساز بستگی دارد. به عنوان مثال، در منطقه ای که تامین گاز اصلی و اتصال به آن هزینه ای برابر با پمپ حرارتی دارد، ترجیح دادن به دومی منطقی است.

• در مناطقی که دمای زمستان به کمتر از -15 درجه سانتیگراد می رسد، منبع حرارت اضافی باید استفاده شود. نامیده می شود سیستم گرمایش دو ظرفیتی، که در آن پمپ حرارتی در حالی که خیابان تا -20 درجه سانتیگراد است گرما را تأمین می کند و در مواقعی که نمی تواند با آن مقابله کند، مثلاً یک بخاری برقی یا دیگ گاز یا یک مولد حرارت وصل است.

• استفاده از پمپ حرارتی در سیستم هایی با خنک کننده با دمای پایین توصیه می شود، مانند سیستم "کف گرم".(+35 درجه سانتیگراد) و واحدهای فن کویل(+35 - +45 درجه سانتیگراد). واحدهای فن کویلآنها یک فن کنوکتور هستند که در آن گرما/سرما از آب به هوا منتقل می شود. برای نصب چنین سیستمی در یک خانه قدیمی، به بازسازی و بازسازی کامل نیاز است که مستلزم هزینه های اضافی است. این یک نقطه ضعف در هنگام ساخت یک خانه جدید نیست.
• سازگاری با محیط زیست پمپ های حرارتیگرفتن گرما از آب و خاک، تا حدودی نسبیواقعیت این است که در حین کار، فضای اطراف لوله های خنک کننده خنک می شود و این امر اکوسیستم ایجاد شده را مختل می کند. از این گذشته ، حتی در اعماق خاک ، میکروارگانیسم های بی هوازی زندگی می کنند و عملکردهای حیاتی سیستم های پیچیده تر را تضمین می کنند. از طرف دیگر، در مقایسه با تولید گاز یا نفت، آسیب پمپ حرارتی حداقل است.

منابع حرارتی برای عملکرد پمپ حرارتی

پمپ های حرارتی گرما را از منابع طبیعی که تشعشعات خورشیدی را در طول دوره گرم انباشته می کنند، می گیرند. پمپ های حرارتی بسته به منبع گرما متفاوت است.

پرایمینگ

خاک پایدارترین منبع گرمایی است که در طول فصل انباشته می شود. در عمق 5 تا 7 متری، دمای خاک تقریباً همیشه ثابت و برابر با 8+5- درجه سانتیگراد است و در عمق 10 متری همیشه 10+ درجه سانتیگراد ثابت است. دو راه برای جمع آوری گرما از زمین وجود دارد.

کلکتور زمینی افقیاین یک لوله افقی است که مایع خنک کننده از طریق آن در گردش است. عمق کلکتور افقی بسته به شرایط به صورت جداگانه محاسبه می شود، گاهی اوقات 1.5 - 1.7 متر - عمق انجماد خاک، گاهی کمتر - 2 - 3 متر برای اطمینان از پایداری بیشتر دما و اختلاف کمتر، و گاهی اوقات فقط 1 - 1.2 است. متر - در اینجا خاک در بهار سریعتر شروع به گرم شدن می کند. مواردی وجود دارد که یک کلکتور افقی دو لایه نصب می شود.

لوله های کلکتور افقی می توانند قطرهای مختلفی داشته باشند: 25 میلی متر، 32 میلی متر و 40 میلی متر. شکل طرح آنها نیز می تواند متفاوت باشد - مار، حلقه، زیگزاگ، مارپیچ های مختلف. فاصله بین لوله ها در مار باید حداقل 0.6 متر باشد و معمولاً 0.8 - 1 متر است.

حذف حرارت خاصهر متر خطی لوله به ساختار خاک بستگی دارد:

• شن و ماسه خشک - 10 وات / متر؛
• خاک رس خشک - 20 وات بر متر؛
• خاک رس مرطوب تر است - 25 وات بر متر؛
• خاک رس با محتوای آب بسیار بالا - 35 وات بر متر.

برای گرم کردن خانه ای به مساحت 100 متر مربع، به شرطی که خاک رس مرطوب باشد، به 400 متر مربع زمین برای کلکتور نیاز دارید. این بسیار زیاد است - 4 - 5 هکتار. و با در نظر گرفتن این واقعیت که در این سایت نباید ساختمانی وجود داشته باشد و فقط یک چمن و تخت گل با گل های سالانه مجاز است، همه نمی توانند هزینه تجهیز یک کلکتور افقی را داشته باشند.

مایع خاصی از طریق لوله های جمع کننده جریان می یابد که به آن نیز گفته می شود "آبنمک"یا ضد یخبه عنوان مثال، محلول 30٪ اتیلن گلیکول یا پروپیلن گلیکول. "آب نمک" گرما را از زمین جمع آوری می کند و به پمپ حرارتی فرستاده می شود و در آنجا آن را به مبرد منتقل می کند. "آب نمک" خنک شده دوباره به کلکتور زمین جریان می یابد.

کاوشگر خاک عمودیسیستمی از لوله‌هایی است که تا عمق 50 تا 150 متر دفن شده‌اند. این لوله می‌تواند فقط یک لوله U شکل باشد که تا عمق 80 تا 100 متری پایین آمده و با ملات بتنی پر شود. یا شاید سیستمی از لوله‌های U شکل برای جمع‌آوری انرژی از یک منطقه بزرگ‌تر 20 متر پایین آمده است. انجام کار حفاری تا عمق 100 - 150 متر نه تنها گران است، بلکه نیاز به اخذ مجوز خاص نیز دارد، به همین دلیل است که اغلب به حیله گری متوسل می شوند و چندین پروب با عمق کم را تجهیز می کنند. فاصله بین چنین کاوشگرها 5 تا 7 متر است.

حذف حرارت خاصاز یک کلکتور عمودی نیز به سنگ بستگی دارد:

• سنگهای رسوبی خشک - 20 وات بر متر؛
• سنگ های رسوبی اشباع شده با آب و خاک سنگی - 50 وات بر متر؛
• خاک سنگی با ضریب هدایت حرارتی بالا - 70 وات بر متر؛
• آب زیرزمینی (آب زیرزمینی) - 80 وات بر متر.

مساحت مورد نیاز برای کلکتور عمودی بسیار کم است، اما هزینه نصب آنها بیشتر از کلکتور افقی است. مزیت یک کلکتور عمودی همچنین دمای پایدارتر و حذف حرارت بیشتر است.

اب

آب را می توان به عنوان منبع گرما به طرق مختلف مورد استفاده قرار داد.

جمع کننده در پایین یک مخزن باز و بدون یخ- رودخانه ها، دریاچه ها، دریاها - نشان دهنده لوله هایی با "آب نمک" است که با کمک یک وزنه زیر آب می روند. با توجه به دمای بالای مایع خنک کننده، این روش سودآورترین و مقرون به صرفه ترین است. فقط کسانی که مخزن از آنها بیش از 50 متر قرار دارد می توانند جمع کننده آب نصب کنند، در غیر این صورت کارایی نصب از بین می رود. همانطور که می دانید، همه چنین شرایطی ندارند. اما عدم استفاده از پمپ های حرارتی برای ساکنان ساحلی به سادگی کوته بینانه و احمقانه است.

جمع کننده در زهکشی فاضلابیا از فاضلاب تاسیسات فنی می توان برای گرمایش منازل و حتی ساختمان های بلندمرتبه و شرکت های صنعتی داخل شهر و همچنین برای تهیه آب گرم استفاده کرد. کاری که در برخی از شهرهای سرزمین مادری ما با موفقیت انجام می شود.

چاه یا آب زیرزمینیکمتر از سایر کلکسیونرها استفاده می شود. چنین سیستمی شامل ساخت دو چاه است، آب از یکی گرفته می شود، که گرمای خود را به مبرد در پمپ حرارتی منتقل می کند و آب خنک شده به چاه دوم تخلیه می شود. به جای چاه، ممکن است چاه فیلتراسیون وجود داشته باشد. در هر صورت چاه تخلیه باید در فاصله 15 تا 20 متری چاه اول و حتی در پایین دست قرار گیرد (آب های زیرزمینی نیز جریان خاص خود را دارند). عملکرد این سیستم بسیار دشوار است، زیرا کیفیت آب ورودی باید کنترل شود - فیلتر شود و از خوردگی و آلودگی قطعات پمپ حرارتی (اواپراتور) محافظت شود.

هوا

ساده ترین طرح است سیستم گرمایش با پمپ حرارتی منبع هوا. هیچ کلکتور اضافی مورد نیاز نیست. هوای محیط به طور مستقیم وارد اواپراتور می شود و در آنجا گرمای خود را به مبرد منتقل می کند که به نوبه خود گرما را به خنک کننده داخل خانه منتقل می کند. این می تواند هوا برای واحدهای فن کویل یا آب برای گرمایش از کف و رادیاتورها باشد.

هزینه های نصب پمپ حرارتی منبع هوا حداقل است، اما عملکرد نصب به شدت به دمای هوا بستگی دارد. در مناطقی که زمستان های گرم دارند (تا +5 تا 0 درجه سانتی گراد) این یکی از مقرون به صرفه ترین منابع گرما است. اما اگر دمای هوا به زیر 15- درجه سانتیگراد کاهش یابد، عملکرد آنقدر کاهش می یابد که استفاده از پمپ بی معنی است و روشن کردن بخاری یا دیگ برقی معمولی سود بیشتری دارد.

بررسی ها در مورد پمپ های حرارتی منبع هوا برای گرمایش بسیار متناقض است. این همه به منطقه استفاده آنها بستگی دارد. استفاده از آنها در مناطقی با زمستان های گرم مفید است، به عنوان مثال، در سوچی، جایی که در صورت یخبندان شدید نیازی به منبع گرمای پشتیبان نیست. همچنین می توان پمپ های حرارتی منبع هوا را در مناطقی که هوا نسبتاً خشک است و دما در زمستان تا 15- درجه سانتیگراد کاهش می یابد، نصب کرد. اما در آب و هوای مرطوب و سرد، چنین تاسیساتی دچار یخ زدگی و یخ زدگی می شوند. چسبیدن یخ به فن مانع از عملکرد صحیح کل سیستم می شود.

گرمایش با پمپ حرارتی: هزینه سیستم و هزینه های عملیاتی

قدرت پمپ حرارتی بسته به عملکردهایی که به آن اختصاص داده می شود انتخاب می شود. اگر فقط گرمایش باشد، می توان محاسبات را در یک ماشین حساب ویژه انجام داد که تلفات حرارتی ساختمان را در نظر می گیرد. به هر حال، بهترین عملکرد یک پمپ حرارتی زمانی است که تلفات حرارتی ساختمان از 80 تا 100 وات بر متر مربع بیشتر نباشد. برای سادگی، فرض می کنیم که برای گرم کردن خانه 100 متر مربع با سقف های 3 متر ارتفاع و اتلاف حرارت 60 وات بر متر مربع، به پمپی با توان 10 کیلو وات نیاز است. برای گرم کردن آب، باید یک واحد با ذخیره برق - 12 یا 16 کیلو وات مصرف کنید.

هزینه پمپ حرارتینه تنها به قدرت، بلکه به قابلیت اطمینان و درخواست سازنده نیز بستگی دارد. به عنوان مثال، یک واحد 16 کیلوواتی ساخت روسیه 7000 دلار و یک پمپ خارجی RFM 17 با قدرت 17 کیلووات حدود 13200 دلار قیمت دارد. با تمام تجهیزات مرتبط به جز منیفولد.

خط هزینه بعدی خواهد بود چیدمان مخزن. همچنین به قدرت نصب بستگی دارد. به عنوان مثال، برای یک خانه 100 متر مربع، که در آن طبقه گرم (100 متر مربع) یا رادیاتورهای گرمایش 80 متر مربع در همه جا نصب شده است، همچنین برای گرم کردن آب تا +40 درجه سانتیگراد با حجم 150 لیتر در ساعت، می توانید نیاز به حفر چاه برای کلکتورها چنین کلکسیونر عمودی 13000 دلار هزینه خواهد داشت.

یک کلکتور در انتهای یک مخزن کمی کمتر هزینه خواهد داشت. در همین شرایط 11000 تومان هزینه خواهد داشت. اما بهتر است هزینه نصب سیستم زمین گرمایی را با شرکت های متخصص بررسی کنید؛ این هزینه می تواند بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال، نصب یک کلکتور افقی برای یک پمپ 17 کیلوواتی تنها 2500 دلار هزینه دارد. و برای پمپ حرارتی منبع هوا اصلاً نیازی به کلکتور نیست.

در مجموع هزینه پمپ حرارتی 8000 تومان است. به طور متوسط ​​ساخت کلکتور 6000 دلار است. میانگین.

هزینه ماهانه گرمایش با پمپ حرارتی فقط شامل هزینه های برق. آنها را می توان به صورت زیر محاسبه کرد: مصرف برق باید روی پمپ نشان داده شود. به عنوان مثال، برای پمپ 17 کیلووات فوق، مصرف برق 5.5 کیلووات در ساعت است. در مجموع، سیستم گرمایش 225 روز در سال کار می کند، یعنی. 5400 ساعت با در نظر گرفتن این واقعیت که پمپ حرارتی و کمپرسور در آن به صورت چرخه ای کار می کنند، مصرف انرژی باید به نصف کاهش یابد. در فصل گرما 5400h*5.5kW/h/2=14850 kW صرف خواهد شد.

ما تعداد کیلووات مصرف شده را در هزینه انرژی در منطقه شما ضرب می کنیم. به عنوان مثال، 0.05 USD برای 1 کیلو وات در ساعت در مجموع 742.5 دلار در سال هزینه می شود. برای هر ماهی که پمپ حرارتی برای گرمایش کار می کرد، 100 دلار هزینه دارد. هزینه های برق اگر هزینه ها را بر 12 ماه تقسیم کنید، ماهانه 60 دلار دریافت می کنید.

لطفا توجه داشته باشید که هر چه مصرف برق پمپ حرارتی کمتر باشد، هزینه های ماهانه کمتر می شود. به عنوان مثال، پمپ های 17 کیلوواتی وجود دارند که تنها 10000 کیلووات در سال مصرف می کنند (هزینه 500 مکعب). همچنین مهم است که عملکرد یک پمپ حرارتی بیشتر باشد، هر چه اختلاف دمایی بین منبع گرما و خنک کننده در سیستم گرمایش کمتر باشد. به همین دلیل است که می گویند نصب کف گرم و واحدهای فن کویل سود بیشتری دارد. اگرچه رادیاتورهای گرمایش استاندارد با خنک کننده با دمای بالا (+65 - +95 درجه سانتیگراد) نیز قابل نصب هستند، اما با یک ذخیره کننده حرارت اضافی، به عنوان مثال، یک دیگ گرمایش غیر مستقیم. یک دیگ بخار نیز برای گرم کردن اضافی آب گرم استفاده می شود.

پمپ های حرارتی هنگامی که در سیستم های دو ظرفیتی استفاده می شوند سودمند هستند. علاوه بر پمپ، می توانید یک کلکتور خورشیدی نیز نصب کنید که می تواند در تابستان که برای خنک کردن پمپ کار می کند، برق را به طور کامل تامین کند. برای بیمه زمستانی می توانید یک مولد حرارت اضافه کنید که آب را برای تامین آب گرم و رادیاتورهای با دمای بالا گرم می کند.