משאבות חום לחימום הבית: סוגי ועיקרון הפעולה

עקרון הפעולה של משאבת אוויר למים

כפי שכבר צוין, המקור העיקרי של אנרגיה תרמית עבור מתקנים מסוג זה הוא אוויר אטמוספרי. הבסיס הבסיסי של פעולת משאבות אוויר הוא התכונה הפיזית של נוזלים לספוג ולשחרר חום במהלך מעבר הפאזות ממצב נוזלי למצב גזי, ולהיפך. כתוצאה משינוי המצב משתחררת הטמפרטורה. המערכת פועלת על עיקרון של מקרר הפוך.

כדי להשתמש ביעילות בתכונות אלה של הנוזל, נוזל קירור בעל רתיחה נמוכה (פריאון, פריאון) מסתובב במעגל סגור, שעיצובו כולל:

• מדחס עם כונן חשמלי;
• מאייד מפוצץ מאוורר;
• שסתום מצערת (הרחבה);
• מחליף חום צלחות;
• צינורות מחזור נחושת או מתכת-פלסטיק המחברים את האלמנטים העיקריים של המעגל.

תנועת הקירור לאורך המעגל מתבצעת עקב הלחץ שפותח על ידי המדחס.כדי להפחית את הפסדי החום, הצינורות מכוסים בשכבת בידוד חום של גומי מלאכותי או פוליאתילן קצף עם ציפוי מתכתי מגן. כחומר קירור, פריאון או פריאון משמשים, שיכולים לרתוח בטמפרטורה שלילית ואינו קופא עד -40 מעלות צלזיוס.

כל תהליך העבודה מורכב מהמחזורים הבאים:

1. רדיאטור המאייד מכיל נוזל קירור קריר יותר מהאוויר החיצוני. במהלך ניפוח רדיאטור פעיל, אנרגיה תרמית מאוויר בעל פוטנציאל נמוך מועברת לפראון, אשר רותח ועובר למצב גזי. במקביל, הטמפרטורה שלו עולה.
2. הגז המחומם נכנס למדחס, שם הוא מתחמם עוד יותר במהלך הדחיסה.
3. במצב דחוס ומחומם, אדי הקירור מוזן לתוך מחליף חום צלחות, שבו נושא החום של מערכת החימום מסתובב דרך המעגל השני. מכיוון שטמפרטורת נוזל הקירור נמוכה בהרבה מזו של הגז המחומם, פריאון מתעבה באופן פעיל על לוחות מחליף החום, ומפיץ חום למערכת החימום.
4. תערובת האדים-נוזל המקוררת נכנסת לשסתום המצערת, מה שמאפשר רק לקירור הנוזלי המקורר בלחץ נמוך לעבור למאייד. ואז כל המחזור חוזר על עצמו.

כדי להגביר את היעילות של העברת החום של הצינור, סנפירים ספירליים נפצעים על המאייד. יש לקחת בחשבון את החישוב של מערכת החימום, הבחירה של משאבות מחזור וציוד אחר התנגדות ומקדם הידראוליים התקנת מחליף חום של לוחות העברת חום.

סקירת וידאו של התקן המערכת והפעלתו

משאבות חום אינוורטר

הימצאות מהפך כחלק מההתקנה מאפשרת הפעלה חלקה של הציוד וויסות אוטומטי של מצבים בהתאם לטמפרטורת החוץ. זה ממקסם את היעילות של משאבת החום על ידי:

• השגת יעילות ברמה של 95-98%;
• הפחתת צריכת האנרגיה ב-20-25%;
• מזעור עומסים על רשת החשמל;
• להגדיל את חיי השירות של המפעל.

כתוצאה מכך, הטמפרטורה הפנימית נשמרת ביציבות באותה רמה, ללא קשר לשינויי מזג האוויר. יחד עם זאת, נוכחות של מהפך עם יחידת בקרה אוטומטית תספק לא רק חימום בחורף, אלא גם אספקת אוויר מקורר בקיץ במזג אוויר חם.

יחד עם זאת, יש לקחת בחשבון כי הימצאות ציוד נוסף גוררת תמיד עלייה בעלות שלו ועלייה בתקופת ההחזר.

חלוקה לפי סוג נוזל עבודה

משאבות חום מודרניות יכולות להשתמש גוף גזי או נוזל כימי תמיסת אמוניה כמעביר חום. ההתאמה של תכנית מסוימת מוערכת על ידי מספר גורמים, תכונות מערכת.

1. למתקנים פריאון יש מחזור משאבת חום המבוסס על תהליכי דחיסת גז והתפשטות. הם בנויים איכשהו על סכימת המדחס. לציוד יש מדדי ביצועים אטרקטיביים, אך יש לו גם חסרונות. למרות שהצריכה הממוצעת המשוקללת של המערכת בזמן מחזור הפעולה היא יציבה, החיווט עמוס בכבדות. בנוסף, משאבות חום עם מוביל חום גזי לא יועילו באזורים שבהם אין רשת חשמל מרכזית או מקור כוח בעל יכולת עומס מספקת.
2. למפעלים מסוג אידוי המשתמשים בתמיסת אמוניה יש מחזור עבודה המבוסס על תהליך האידוי של החומר בנקודות רתיחה נמוכות. נזילות לאחר מעבר של מחליף חום חיצוני מתרחשת תחת פעולת מקור אנרגיה. זהו מבער חום. כמעט כל דלק יכול לשמש עבורו: מוצק, בנזין, סולר, גז, נפט, במקרים מסוימים - מתיל אלכוהול. לכן, משאבות חום אידוי אטרקטיביות במקומות שבהם אין חשמל. בנוסף, זולות הדלק מסוג מסוים באזור עשויה לעורר את הבחירה בציוד כזה.

אופי נוזל העבודה המשמש במערכת יכול לומר הרבה על ביצועי ההתקנה ותפוקת הכוח. אז, משאבות חום מדחס פריאון מסוגלים טלטלה חדה, מחממות במהירות את החדר. מודלים של אידוי אמוניה אינם מסוגלים להישגים כאלה. אופן השימוש המועדף עליהם הוא פעולה יציבה ורציפה בתפוקת חום מדורגת.

סוגי משאבות חום

משאבות חום מחולקות למספר סוגים. הסוג הראשון (הסוג) בסיווג לפי שיטת העברת האנרגיה התרמית:

דְחִיסָה. מרכיבי ההתקנה העיקריים הם מדחסים, מעבים, מרחיבים ומאיידים. משאבות מסוג זה הן מאוד איכותיות ויעילות, מה שמוביל לכך שהיא מאוד פופולרית בשוק.

קְלִיטָה. הדור האחרון של משאבות חום. הם משתמשים בפראון סופג בעבודתם. הודות לכך, איכות העבודה גדלה מספר פעמים.

ניתן להבחין סוגי משאבות חום לפי מקורות חום, כלומר:

• אנרגיית חום נוצרת על ידי האדמה (בתמונה);
• מים;
• זרמי אוויר
• חום מחדש. הם מתקבלים מנגר מים, אוויר מלוכלך או ביוב.

לפי סוגי מעגלי קלט-פלט:

• אוויר לאוויר. המשאבה לוקחת אוויר קר, מורידה את הטמפרטורה, מקבלת את החום הנדרש, שמעבירה אותו למקום שבו נדרש חימום.
• מים למים. המשאבה לוקחת את החום ממי התהום, שנותנים אותו למים לחימום החדר.
• מים לאוויר. ממים לאוויר. השימוש בבדיקות ובבארות למים אופייני, והחימום מתבצע באמצעות מערכת חימום אוויר.
• אוויר למים. מאוויר למים. משאבות מסוג זה משתמשות בחום מהאטמוספירה לחימום מים.
• מים בקרקע. בצורה זו, חום נלקח מצינורות עם מים מונחים באדמה. חום נלקח מהאדמה (אדמה).
• מי קרח. סוג מעניין של משאבת חום. לחימום מים לחימום חלל משתמשים בטכניקת ייצור קרח, שבה משתחררת אנרגיה תרמית אדירה. אם תקפיאו עד 200 ליטר מים, תוכלו לקבל אנרגיה שיכולה לחמם גודל בינוני תוך 40-60 דקות.

יתרונות וחסרונות של משאבות חום

עִקָרוֹן פעולת משאבת חום, במילים פשוטות, מבוסס על איסוף של אנרגיה תרמית ברמה נמוכה והעברתה הנוספת למערכות חימום ואקלים, כמו גם למערכות טיפול במים, אך בטמפרטורה גבוהה יותר. ניתן לתת דוגמה פשוטה ב צורה של בלון גז - כאשר הוא מתמלא בגז, המדחס מתחמם על ידי דחיסה שלו. ואם תשחררו גז מהגליל, אז הגליל יתקרר – נסו לשחרר בחדות גז ממצית הניתן למילוי כדי להבין את מהות התופעה הזו.

כך, משאבות חום, כביכול, מוציאות אנרגיה תרמית מהחלל שמסביב - היא נמצאת באדמה, במים ואפילו באוויר. גם אם יש לאוויר טמפרטורה שלילית, עדיין יש בו חום. הוא נמצא גם בכל מקווי מים שאינם קופאים עד הקרקעית, וכן בשכבות עמוקות של אדמה שגם אינן ניתנות להקפאה עמוקה - אלא אם כן, כמובן, מדובר בפרמאפרסט.

למשאבות חום יש מכשיר מסובך למדי, כפי שניתן לראות בניסיון לפרק מקרר או מזגנים. יחידות הבית הללו המוכרות לנו דומות במקצת למשאבות הנ"ל, רק שהן פועלות בכיוון ההפוך - הן לוקחות חום מהמקום ושולחות אותו החוצה. אם תשימו את היד על הרדיאטור האחורי של המקרר, נציין שהוא חם. והחום הזה אינו אלא האנרגיה הנלקחת מפירות, ירקות, חלב, מרקים, נקניקים ומוצרים אחרים שנמצאים בחדר.

מזגנים ומערכות מפוצלות פועלים בצורה דומה - החום שנוצר מיחידות חיצוניות הוא אנרגיה תרמית שנאספת טיפין טיפין בחדרים מקוררים.

עקרון הפעולה של משאבת חום הוא הפוך מזה של מקרר. הוא אוסף חום מהאוויר, המים או האדמה באותם גרגרים, ולאחר מכן הוא מפנה אותו לצרכנים - אלו מערכות חימום, מצברי חום, מערכות חימום תת רצפתי ומחממי מים. נראה ששום דבר לא מונע מאיתנו לחמם את נוזל הקירור או המים באמצעות גוף חימום רגיל - כך קל יותר. אבל בואו נשווה את הפרודוקטיביות של משאבות חום וגופי חימום קונבנציונליים:

כאשר בוחרים משאבת חום, הדבר החשוב ביותר הוא הזמינות של מקור אנרגיה טבעי ספציפי.

• גוף חימום קונבנציונלי - לייצור 1 קילוואט חום, הוא צורך 1 קילוואט חשמל (לא כולל שגיאות;
• משאבת חום - היא צורכת רק 200 וואט חשמל כדי לייצר 1 קילוואט חום.

לא, אין כאן יעילות שווה ל-500% - חוקי הפיזיקה אינם ניתנים לערעור. זה רק חוקי התרמודינמיקה שפועלים כאן. המשאבה, כביכול, צוברת אנרגיה מהחלל, "מעבה" אותה ושולחת אותה לצרכנים. באופן דומה, אנו יכולים לאסוף טיפות גשם דרך מזלף גדול, ולקבל זרם מוצק של מים ביציאה.

כבר הבאנו אנלוגיות רבות המאפשרות לנו להבין את המהות של משאבות חום ללא נוסחאות חדות עם משתנים וקבועים. כעת נסתכל על היתרונות שלהם:

• חיסכון באנרגיה - אם החימום החשמלי הסטנדרטי של 100 מ"ר. מ' יוביל לעלויות של 20-30 אלף רובל לחודש (תלוי בטמפרטורת האוויר בחוץ), ואז מערכת החימום עם משאבת חום תפחית את העלויות ל-3-5 אלף רובל מקובל - אתה חייב להודות, זה כבר חיסכון מוצק למדי. וזה בלי תחבולות, בלי הטעיה ובלי תחבולות שיווקיות;
• דאגה לאיכות הסביבה - תחנות כוח פחם, גרעיניות והידרואלקטריות פוגעות בטבע. לכן, צריכת חשמל מופחתת מפחיתה את כמות הפליטות המזיקות;
• מגוון רחב של שימושים - ניתן להשתמש באנרגיה המתקבלת לחימום בית ולהכנת מים חמים.

יש גם חסרונות:

• העלות הגבוהה של משאבות חום - חסרון זה מטיל הגבלה על השימוש בהן;
• הצורך בתחזוקה שוטפת - צריך לשלם על זה;
• קושי בהתקנה - זה חל במידה רבה על משאבות חום עם מעגלים סגורים;
• חוסר קבלה של אנשים – מעטים מאיתנו יסכימו להשקיע בציוד זה על מנת להפחית את העומס על הסביבה. אבל יש אנשים שגרים רחוק מרשת הגז ונאלצים לחמם את בתיהם במקורות חום חלופיים מסכימים להוציא כסף על קניית משאבת חום ולהפחית את חשבונות החשמל החודשיים שלהם;
• תלות ברשת החשמל - אם אספקת החשמל תיפסק, הציוד יקפא מיד. המצב יישמר על ידי התקנת מצבר חום או מקור כוח גיבוי.

כפי שאתה יכול לראות, חלק מהחסרונות הם די רציניים.

גנרטורים של בנזין ודיזל יכולים לשמש מקורות כוח גיבוי למשאבות חום.

טיפים וטריקים

משאבת חום היא ציוד מורכב מבחינה טכנית ויקר למדי, ולכן יש לגשת לבחירתה באחריות רבה. כדי לא להיות מופרך, הנה כמה המלצות מאוד ספציפיות.

1. לעולם אל תתחיל לבחור משאבת חום מבלי לבצע חישובים וליצור פרויקט קודם. היעדר פרויקט עלול לגרום לטעויות קטלניות, אותן ניתן לתקן רק בעזרת השקעות כספיות אדירות נוספות.

2. על תכנון, התקנה ותחזוקה של משאבת החום ומערכת החימום יש להפקיד רק אנשי מקצוע. איך לוודא שאנשי מקצוע עובדים בחברה זו? קודם כל, על ידי הזמינות של כל התיעוד הדרוש, תיק של אובייקטים מיושמים, אישורים מספקי ציוד.רצוי מאוד שכל מגוון השירותים הדרושים יינתן על ידי חברה אחת, שבמקרה זה תהיה אחראית מלאה על ביצוע הפרויקט.

3. אנו ממליצים לך לתת עדיפות למשאבת חום מתוצרת אירופאית. אל תתבלבלו מהעובדה שהוא יקר יותר מציוד סיני או רוסי. כאשר נכלל בהערכת עלות ההתקנה, ההפעלה ואיתור הבאגים של מערכת החימום כולה, ההבדל במחיר המשאבות יהיה כמעט בלתי מורגש. אבל מצד שני, לרשותכם "אירופאי", תהיו בטוחים באמינותו, שכן המחיר הגבוה של המשאבה הוא רק תוצאה של שימוש בטכנולוגיות חדישות ובחומרים איכותיים ליצירתה.

זנים עיקריים

כל משאבות הסחרור למערכות חימום מחולקות לשני סוגי עיצוב: מכשירים עם רוטור "יבש" ומשאבות סחרור עם רוטור "רטוב".

במשאבות סירקולציה מהסוג הראשון, שכבר ברור מהשם שלהן, הרוטור אינו בא במגע עם מדיום העבודה הנוזלי - נוזל הקירור. האימפלר של משאבות כאלה מופרד מהרוטור והסטטור על ידי אטימות טבעות פלדה, הנלחצות זו אל זו באמצעות קפיץ מיוחד המפצה על הבלאי של אלמנטים אלה. אטימות מכלול האיטום הזה במהלך פעולת המשאבה מובטחת על ידי שכבת מים דקה בין טבעות הפלדה, שנוצרת עקב ההבדל בין הלחצים במערכת החימום ובסביבה החיצונית.

משאבות סירקולציה לחימום עם רוטור "יבש" נבדלות ביעילות גבוהה למדי (89%) ובפרודוקטיביות, אך למכונות הידראוליות מסוג זה יש גם חסרונות, כולל חזקות רעש בעבודה ומורכבות בתפעול, תחזוקה ותיקון.ככלל, מערכות חימום תעשייתיות מצוידות במשאבות מסוג זה; הן משמשות לעתים רחוקות במערכות חימום ביתיות.

משאבת סחרור חד-שלבית עם רוטור "יבש".

משאבת סחרור למערכות חימום המצוידת ברוטור מסוג "רטוב" היא מכשיר שהאימפלר והרוטור שלו נמצאים במגע מתמיד עם נוזל הקירור. מדיום העבודה בו מסתובבים הרוטור והאימפלר פועל כחומר סיכה ונוזל קירור. הסטטור והרוטור של משאבות מסוג זה מבודדים זה מזה באמצעות זכוכית מיוחדת העשויה מפלדת אל חלד. זכוכית כזו, שבתוכה רוטור ואימפלר מסתובבים בתווך נוזל הקירור, מגנה על הסטטור הנמרץ המתפתל מפני חדירת נוזל עבודה אליו.

היעילות של משאבות מסוג זה היא נמוכה למדי והיא רק 55%, אבל היכולות הטכניות של מכשיר כזה מספיקות כדי להבטיח את זרימת נוזל הקירור במערכות חימום בתים לא גדולים מדי. אם אנחנו מדברים על היתרונות של משאבות מחזור עם רוטור "רטוב", אז הם צריכים לכלול את כמות הרעש המינימלית הנפלטת במהלך הפעולה של מכשירים כאלה, אמינות גבוהה, קלות תפעול, תחזוקה ותיקון.

משאבת סחרור רטובה

בחירת סוג משאבת החום

האינדיקטור העיקרי של מערכת חימום זו הוא כוח. קודם כל, העלויות הכספיות לרכישת ציוד ובחירת מקור כזה או אחר של חום בטמפרטורה נמוכה יהיו תלויות בכוח.ככל שההספק של מערכת משאבת החום גבוה יותר, כך עלות הרכיבים גדולה יותר.

קודם כל, זה מתייחס להספק המדחס, לעומק הבארות עבור בדיקות גיאותרמיות, או לאזור להכיל קולט אופקי. חישובים תרמודינמיים נכונים הם מעין ערובה לכך שהמערכת תעבוד ביעילות.

אם יש מאגר ליד האזור האישי שלך, הבחירה המשתלמת והפרודוקטיבית ביותר תהיה משאבת חום מים-מים

ראשית עליך ללמוד את השטח המתוכנן להתקנת המשאבה. המצב האידיאלי יהיה נוכחות של מאגר באזור זה. שימוש באפשרות מים למים יקטין משמעותית את כמות החפירה.

השימוש בחום האדמה, להיפך, כרוך במספר רב של עבודות הקשורות בחפירה. מערכות המשתמשות במים כחום בדרגה נמוכה נחשבות ליעילות ביותר.

המכשיר של משאבת חום השואבת אנרגיה תרמית מהקרקע כרוך בכמות מרשימה של עבודות עפר. הקולט מונח מתחת לרמת ההקפאה העונתית

ישנן שתי דרכים להשתמש באנרגיה התרמית של הקרקע. הראשון כולל קידוח בארות בקוטר של 100-168 מ"מ. העומק של בארות כאלה, בהתאם לפרמטרים של המערכת, יכול להגיע ל-100 מ' או יותר.

בדיקות מיוחדות ממוקמות בבארות אלה. השיטה השנייה משתמשת באספן של צינורות. אספן כזה ממוקם מתחת לאדמה במישור אופקי. אפשרות זו דורשת שטח גדול למדי.

להנחת האספן, אזורים עם אדמה רטובה נחשבים לאידיאליים.מטבע הדברים, קידוח בארות יעלה יותר ממאגר אופקי. עם זאת, לא בכל אתר יש מקום פנוי. עבור קילוואט אחד של כוח משאבת חום, אתה צריך משטח של 30 עד 50 מ"ר.

הבנייה לקליטת אנרגיה תרמית עם באר אחת עמוקה עשויה להתברר כמעט זולה יותר מחפירת בור

אבל יתרון משמעותי טמון בחיסכון המשמעותי במקום, שחשוב לבעלי מגרשים קטנים. במקרה של נוכחות של אופק מי תהום גבוה באתר, ניתן לארגן מחליפי חום בשתי בארות הממוקמות במרחק של כ-15 מ' אחת מהשנייה.

במקרה של נוכחות של אופק מי תהום גבוה באתר, ניתן לארגן מחליפי חום בשתי בארות הממוקמות במרחק של כ-15 מ' אחת מהשנייה.

הפקת אנרגיה תרמית במערכות כאלה על ידי שאיבת מי תהום במעגל סגור, שחלקים ממנו ממוקמים בבארות. מערכת כזו דורשת התקנת מסנן וניקוי תקופתי של מחליף החום.

ערכת משאבת החום הפשוטה והזולה ביותר מבוססת על הפקת אנרגיה תרמית מהאוויר. ברגע שזה הפך לבסיס לבניית מקררים, מאוחר יותר פותחו מזגנים על פי עקרונותיו.

מערכת משאבת החום הפשוטה ביותר משיגה אנרגיה ממסת האוויר. בקיץ הוא מעורב בחימום, בחורף במיזוג אוויר. החיסרון של המערכת הוא שבגרסה עצמאית יחידה עם כוח לא מספיק

יְעִילוּת סוגים שונים של ציוד זה לא אותו הדבר. למשאבות המשתמשות באוויר יש את הביצועים הנמוכים ביותר. בנוסף, אינדיקטורים אלה תלויים ישירות בתנאי מזג האוויר.

לזנים קרקעיים של משאבות חום יש ביצועים יציבים. מקדם היעילות של מערכות אלו משתנה בין 2.8 -3.3. מערכות מים למים הן היעילות ביותר. זה נובע בעיקר מיציבות טמפרטורת המקור.

יש לציין שככל שקולט המשאבה ממוקם עמוק יותר במאגר, כך הטמפרטורה תהיה יציבה יותר. כדי להשיג הספק מערכת של 10 קילוואט, יש צורך בכ-300 מטר של צינור.

הפרמטר העיקרי המאפיין את היעילות של משאבת חום הוא מקדם ההמרה שלה. ככל שמקדם ההמרה גבוה יותר, כך משאבת החום נחשבת ליעילה יותר.

מקדם ההמרה של משאבת חום מתבטא באמצעות היחס בין זרימת החום והכוח החשמלי המושקע בפעולת המדחס