كيفية صنع مضخة حرارية لتدفئة المنزل بيديك: مبدأ التشغيل ومخططات التجميع
لم تتمكن الإصدارات الأولى من المضخات الحرارية من تلبية احتياجات الطاقة الحرارية إلا جزئيًا.تعتبر الأصناف الحديثة أكثر كفاءة ويمكن استخدامها لأنظمة التدفئة. ولهذا السبب يحاول العديد من أصحاب المنازل تركيب مضخة حرارية بأيديهم.
سنخبرك بكيفية اختيار الخيار الأفضل للمضخة الحرارية، مع مراعاة البيانات الجغرافية للمنطقة التي من المقرر تركيبها فيها. تصف المقالة المقترحة للنظر فيها بالتفصيل مبدأ تشغيل أنظمة "الطاقة الخضراء" وتسرد الاختلافات. مع نصيحتنا، سوف تستقر بلا شك على نوع فعال.
بالنسبة للحرفيين المستقلين، نقدم تقنية تجميع المضخة الحرارية. يتم استكمال المعلومات المقدمة للنظر فيها من خلال المخططات المرئية واختيارات الصور وتعليمات الفيديو التفصيلية في جزأين.
محتوى المقال:
ما هي المضخة الحرارية وكيف تعمل؟
يشير مصطلح المضخة الحرارية إلى مجموعة من المعدات المحددة. وتتمثل المهمة الرئيسية لهذه المعدات في جمع الطاقة الحرارية ونقلها إلى المستهلك. يمكن أن يكون مصدر هذه الطاقة أي جسم أو بيئة بدرجة حرارة +1 درجة مئوية أو أكثر.
هناك ما يكفي من مصادر الحرارة المنخفضة الحرارة في بيئتنا. هذه هي النفايات الصناعية من المؤسسات ومحطات الطاقة الحرارية والنووية والصرف الصحي وما إلى ذلك. لتشغيل المضخات الحرارية في التدفئة المنزلية، هناك حاجة إلى ثلاثة مصادر طبيعية ذاتية التجديد - الهواء والماء والأرض.
يرتبط موردو الطاقة المحتملون الثلاثة المدرجون ارتباطًا مباشرًا بطاقة الشمس، والتي، عن طريق التسخين، تحرك الهواء مع الرياح وتنقل الطاقة الحرارية إلى الأرض. إن اختيار المصدر هو المعيار الرئيسي الذي يتم بموجبه تصنيف أنظمة المضخات الحرارية.
يعتمد مبدأ تشغيل المضخات الحرارية على قدرة الأجسام أو الوسائط على نقل الطاقة الحرارية إلى جسم أو بيئة أخرى. عادة ما تعمل أجهزة استقبال وموردي الطاقة في أنظمة المضخات الحرارية في أزواج.
تتميز الأنواع التالية من المضخات الحرارية:
- الهواء هو الماء.
- الأرض ماء.
- الماء هو الهواء.
- الماء هو الماء.
- الأرض هي الهواء.
- المياه المياه
- الهواء هو الهواء.
وفي هذه الحالة، تحدد الكلمة الأولى نوع الوسط الذي يأخذ منه النظام حرارة منخفضة الحرارة. أما الثاني فيشير إلى نوع الناقل الذي تنتقل إليه هذه الطاقة الحرارية. لذلك، في المضخات الحرارية، الماء هو الماء، ويتم أخذ الحرارة من البيئة المائية ويتم استخدام السائل كمبرد.
تستخدم المضخات الحرارية الحديثة ثلاثة أنواع رئيسية مصدر الطاقة الحرارية. هذه هي التربة والماء والهواء. أبسط هذه الخيارات هو مضخة حرارية مصدر الهواء. تعود شعبية هذه الأنظمة إلى تصميمها البسيط وسهولة التركيب.
ومع ذلك، على الرغم من هذه الشعبية، فإن هذه الأصناف لديها إنتاجية منخفضة إلى حد ما. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الكفاءة غير مستقرة وتعتمد على التقلبات الموسمية في درجات الحرارة.
مع انخفاض درجة الحرارة، ينخفض أداءها بشكل ملحوظ. يمكن اعتبار خيارات المضخات الحرارية هذه إضافة إلى المصدر الرئيسي الحالي للطاقة الحرارية.
خيارات المعدات باستخدام حرارة الارض، تعتبر أكثر فعالية. تستقبل التربة الطاقة الحرارية وتتراكمها ليس فقط من الشمس، بل يتم تسخينها باستمرار بواسطة طاقة قلب الأرض.
وهذا هو، التربة هي نوع من تراكم الحرارة، وقوتها غير محدودة عمليا. علاوة على ذلك، فإن درجة حرارة التربة، خاصة في بعض العمق، تكون ثابتة وتتقلب في حدود ضئيلة.
نطاق تطبيق الطاقة المولدة بواسطة المضخات الحرارية:
يعد ثبات درجة حرارة المصدر عاملاً مهمًا في التشغيل المستقر والفعال لهذا النوع من معدات الطاقة. تتميز الأنظمة التي تكون فيها البيئة المائية المصدر الرئيسي للطاقة الحرارية بخصائص مماثلة. يقع مجمع هذه المضخات إما في بئر، حيث ينتهي به الأمر في طبقة المياه الجوفية، أو في الخزان.
يتراوح متوسط درجة الحرارة السنوية للمصادر مثل التربة والمياه من +7 درجة إلى +12 درجة مئوية. ودرجة الحرارة هذه كافية لضمان التشغيل الفعال للنظام.
عناصر التصميم الأساسية للمضخات الحرارية
لكي تعمل منشأة إنتاج الطاقة وفق مبادئ تشغيل المضخة الحرارية، يجب أن يحتوي تصميمها على 4 وحدات رئيسية، وهي:
- ضاغط.
- المبخر.
- مكثف.
- صمام التحكم.
أحد العناصر المهمة في تصميم المضخة الحرارية هو الضاغط. وتتمثل مهمتها الرئيسية في زيادة ضغط ودرجة حرارة الأبخرة المتكونة نتيجة غليان مادة التبريد. تُستخدم الضواغط اللولبية الحديثة بشكل خاص في معدات التحكم في المناخ والمضخات الحرارية.
تم تصميم هذه الضواغط للتشغيل في درجات حرارة أقل من الصفر. على عكس الأنواع الأخرى، تنتج الضواغط الحلزونية ضوضاء قليلة وتعمل عند درجات حرارة غليان الغاز المنخفضة ودرجات حرارة التكثيف العالية. الميزة التي لا شك فيها هي حجمها الصغير ووزنها النوعي المنخفض.
المبخر كعنصر هيكلي عبارة عن حاوية يتم فيها تحويل سائل التبريد إلى بخار. يدور المبرد في دائرة مغلقة ويمر عبر المبخر. في ذلك، يسخن المبرد ويتحول إلى بخار.يتم توجيه البخار الناتج نحو الضاغط تحت ضغط منخفض.
في الضاغط، يتم ضغط أبخرة مادة التبريد وترتفع درجة حرارتها. يقوم الضاغط بضخ البخار الساخن تحت ضغط مرتفع نحو المكثف.
العنصر الهيكلي التالي للنظام هو المكثف. تتلخص وظيفتها في إطلاق الطاقة الحرارية إلى الدائرة الداخلية لنظام التدفئة.
تم تجهيز العينات التسلسلية التي تصنعها المؤسسات الصناعية بمبادلات حرارية للوحة. المادة الرئيسية لهذه المكثفات هي سبائك الصلب أو النحاس.
يتم تثبيت الصمام الترموستاتي، أو الخانق، في بداية ذلك الجزء من الدائرة الهيدروليكية حيث يتم تحويل وسط التدوير عالي الضغط إلى وسط منخفض الضغط. بتعبير أدق، يقسم الخانق المقترن بالضاغط دائرة المضخة الحرارية إلى قسمين: أحدهما بمعلمات الضغط العالي، والآخر بمعلمات الضغط المنخفض.
عند المرور عبر صمام الخانق التوسعي، يتبخر السائل المتداول في دائرة مغلقة جزئيًا، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط ودرجة الحرارة. ثم يدخل في مبادل حراري يتواصل مع البيئة. هناك يلتقط طاقة البيئة ويعيدها إلى النظام.
ينظم صمام الخانق تدفق مادة التبريد نحو المبخر. عند اختيار الصمام، عليك أن تأخذ في الاعتبار معلمات النظام. يجب أن يفي الصمام بهذه المعلمات.
اختيار نوع المضخة الحرارية
المؤشر الرئيسي لنظام التدفئة هذا هو الطاقة. ستعتمد التكاليف المالية لشراء المعدات واختيار مصدر أو آخر للحرارة المنخفضة الحرارة في المقام الأول على الطاقة. كلما زادت قوة نظام المضخة الحرارية، ارتفعت تكلفة المكونات.
نعني أولاً قوة الضاغط، أو عمق الآبار المخصصة لمسابير الطاقة الحرارية الأرضية، أو مساحة وضع المجمع الأفقي. الحسابات الديناميكية الحرارية الصحيحة هي نوع من الضمان بأن النظام سيعمل بكفاءة.
أولاً يجب عليك دراسة المنطقة المخططة لتركيب المضخة. الشرط المثالي هو وجود خزان في هذه المنطقة. الاستخدام خيار نوع الماء الماء سوف يقلل بشكل كبير من حجم أعمال الحفر.
وعلى العكس من ذلك، فإن استخدام حرارة الأرض ينطوي على عدد كبير من الأعمال المتعلقة بالتنقيب. تعتبر الأنظمة التي تستخدم الوسائط المائية كحرارة منخفضة الدرجة هي الأكثر كفاءة.
يمكن استخدام الطاقة الحرارية للتربة بطريقتين. الأول يتضمن حفر آبار يبلغ قطرها 100-168 ملم. يمكن أن يصل عمق هذه الآبار، اعتمادا على معلمات النظام، إلى 100 متر أو أكثر.
يتم وضع مجسات خاصة في هذه الآبار. الطريقة الثانية تستخدم جامع الأنابيب. يقع هذا المجمع تحت الأرض في مستوى أفقي. يتطلب هذا الخيار مساحة كبيرة إلى حد ما.
تعتبر المناطق ذات التربة الرطبة مثالية لوضع المجمع. وبطبيعة الحال، فإن حفر الآبار سيكلف أكثر من وضع الخزان أفقيا. ومع ذلك، ليس كل موقع لديه مساحة حرة. للحصول على كيلوواط واحد من طاقة المضخة الحرارية، تحتاج إلى مساحة تتراوح من 30 إلى 50 مترًا مربعًا.
إذا كان هناك أفق مرتفع للمياه الجوفية في الموقع، فيمكن تركيب مبادلات حرارية في بئرين يقعان على مسافة حوالي 15 مترًا عن بعضهما البعض.
ويتم تجميع الطاقة الحرارية في مثل هذه الأنظمة عن طريق ضخ المياه الجوفية من خلال دائرة مغلقة، يقع جزء منها في الآبار. يتطلب مثل هذا النظام تركيب مرشح وتنظيف المبادل الحراري بشكل دوري.
يعتمد أبسط وأرخص نظام للمضخات الحرارية على استخلاص الطاقة الحرارية من الهواء. لقد أصبح ذات يوم أساسًا للثلاجات، ثم تم تطوير مكيفات الهواء وفقًا لمبادئه.
فعالية الأنواع المختلفة من هذه المعدات ليست هي نفسها. المضخات التي تستخدم الهواء لديها أدنى أداء. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد هذه المؤشرات بشكل مباشر على الظروف الجوية.
تتميز الأنواع الأرضية من المضخات الحرارية بأداء مستقر. ويتراوح معامل كفاءة هذه الأنظمة بين 2.8 -3.3. أنظمة الماء إلى الماء هي الأكثر فعالية. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى استقرار درجة حرارة المصدر.
تجدر الإشارة إلى أنه كلما كان مشعب المضخة أعمق في الخزان، كلما كانت درجة الحرارة أكثر استقرارا. للحصول على طاقة نظام تبلغ 10 كيلووات، يلزم وجود حوالي 300 متر من خطوط الأنابيب.
المعلمة الرئيسية التي تميز كفاءة المضخة الحرارية هي معامل التحويل. كلما زاد عامل التحويل، كلما زادت كفاءة المضخة الحرارية.
تجميع مضخة الحرارة بنفسك
من خلال معرفة مخطط التشغيل وهيكل المضخة الحرارية، قم بتجميعها وتثبيتها بنفسك نظام التدفئة البديل ممكن جدا. قبل البدء في العمل، من الضروري حساب جميع المعلمات الرئيسية للنظام المستقبلي. لحساب معلمات المضخة المستقبلية، يمكنك استخدام البرامج المصممة لتحسين أنظمة التبريد.
الخيار الأسهل للبناء هو نظام الهواء والماء. لا يتطلب الأمر عملاً معقدًا في بناء دائرة خارجية متأصلة في أنواع المضخات الحرارية المائية والأرضية. للتثبيت، سوف تحتاج إلى قناتين فقط، إحداهما لتزويد الهواء، والثانية لتفريغ كتلة النفايات.
بالإضافة إلى المروحة، تحتاج إلى الحصول على ضاغط من الطاقة المطلوبة. لمثل هذه الوحدة، يتم تجهيز الضاغط التقليدي أنظمة الانقسام. ليس من الضروري شراء وحدة جديدة.
يمكنك إزالته من المعدات القديمة أو استخدامه مكونات الثلاجة القديمة. يُنصح باستخدام الصنف الحلزوني. خيارات الضاغط هذه، بالإضافة إلى كونها فعالة للغاية، فإنها تخلق ضغوطًا عالية تنتج درجات حرارة أعلى.
لتثبيت مكثف، ستحتاج إلى حاوية وأنبوب نحاسي. لفائف مصنوعة من الأنابيب. لتصنيعها، يتم استخدام أي جسم أسطواني من القطر المطلوب. من خلال لف أنبوب نحاسي حوله، يمكنك بسهولة وبسرعة إنتاج هذا العنصر الهيكلي.
يتم تثبيت الملف النهائي في حاوية مقطوعة مسبقًا إلى النصف. لتصنيع الحاويات من الأفضل استخدام مواد مقاومة لعمليات التآكل. بعد وضع الملف فيه، يتم لحام نصفي الخزان.
يتم حساب مساحة الملف باستخدام الصيغة التالية:
طن متري/0.8رت،
أين:
- طن متري - قوة الطاقة الحرارية التي ينتجها النظام.
- 0,8 — معامل التوصيل الحراري عند تفاعل الماء مع مادة الملف.
- ر.ت - الفرق في درجات حرارة الماء عند المدخل والمخرج.
عند اختيار أنبوب نحاسي لصنع الملف بنفسك، عليك الانتباه إلى سمك الجدار. يجب أن يكون على الأقل 1 ملم. وإلا فإن الأنبوب سوف يتشوه أثناء اللف. يقع الأنبوب الذي يدخل من خلاله سائل التبريد في الجزء العلوي من الحاوية.
يمكن تصنيع مبخر المضخة الحرارية في نسختين - على شكل حاوية بها ملف وعلى شكل أنبوب داخل الأنبوب. وبما أن درجة حرارة السائل في المبخر منخفضة، فيمكن صنع الحاوية من برميل بلاستيكي. يتم وضع دائرة مصنوعة من أنابيب النحاس في هذه الحاوية.
على عكس المكثف، يجب أن يتطابق ملف ملف المبخر مع قطر وارتفاع الحاوية المحددة. خيار المبخر الثاني: أنبوب في الأنبوب. في هذا النموذج، يتم وضع أنبوب التبريد في أنبوب بلاستيكي ذو قطر أكبر يتم من خلاله تدوير المياه.
يعتمد طول هذا الأنبوب على قوة المضخة المخططة. يمكن أن يكون من 25 إلى 40 مترا. يتم لف هذا الأنبوب في دوامة.
يشير الصمام الحراري إلى تجهيزات خطوط الأنابيب للإغلاق والتحكم. يتم استخدام الإبرة كعنصر إغلاق في صمام التمدد. يتم تحديد موضع عنصر إغلاق الصمام بواسطة درجة الحرارة في المبخر.
هذا العنصر المهم في النظام له تصميم معقد إلى حد ما. ويشمل:
- الحرارية.
- الحجاب الحاجز.
- أنبوب شعري.
- بالون حراري .
قد تصبح هذه العناصر غير صالحة للاستعمال في درجات الحرارة المرتفعة.لذلك، أثناء أعمال اللحام على النظام، يجب عزل الصمام بنسيج الأسبستوس. يجب أن يتوافق صمام التحكم مع سعة المبخر.
بعد الانتهاء من العمل على تصنيع الأجزاء الهيكلية الرئيسية، تأتي اللحظة الحاسمة عند تجميع الهيكل بأكمله في كتلة واحدة. المرحلة الأكثر أهمية هي عملية حقن المبرد أو المبرد في النظام.
من غير المرجح أن يتمكن الشخص العادي من تنفيذ مثل هذه العملية بشكل مستقل. هنا سيتعين عليك اللجوء إلى المحترفين الذين يقومون بإصلاح وصيانة معدات التحكم في المناخ.
عادة ما يكون لدى العاملين في هذا المجال المعدات اللازمة. بالإضافة إلى شحن غاز التبريد، يمكنهم اختبار تشغيل النظام. إن حقن مادة التبريد بنفسك يمكن أن يؤدي ليس فقط إلى فشل هيكلي، ولكن أيضًا إلى إصابة خطيرة. بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة أيضًا إلى معدات خاصة لتشغيل النظام.
عند بدء تشغيل النظام، تحدث ذروة حمل البداية، عادةً حوالي 40 أمبير. لذلك، من المستحيل بدء تشغيل النظام بدون مرحل البداية. بعد بدء التشغيل الأول، من الضروري تعديل الصمام وضغط سائل التبريد.
يجب أن يؤخذ اختيار المبرد على محمل الجد. بعد كل شيء، تعتبر هذه المادة في الأساس "الناقل" الرئيسي للطاقة الحرارية المفيدة. من بين المبردات الحديثة الموجودة، تعتبر الفريونات هي الأكثر شعبية. وهي مشتقات من المركبات الهيدروكربونية التي يتم فيها استبدال بعض ذرات الكربون بعناصر أخرى.
ونتيجة لهذا العمل، تم الحصول على نظام حلقة مغلقة. سوف يدور فيه سائل التبريد، مما يضمن اختيار ونقل الطاقة الحرارية من المبخر إلى المكثف. عند توصيل المضخات الحرارية بنظام التدفئة المنزلية، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن درجة حرارة الماء الخارج من المكثف لا تتجاوز 50 - 60 درجة.
بسبب انخفاض درجة حرارة الطاقة الحرارية الناتجة عن المضخة الحرارية، يجب اختيار أجهزة التدفئة المتخصصة كمستهلك للحرارة. يمكن أن تكون هذه أرضية دافئة أو مشعات حجمية منخفضة القصور الذاتي مصنوعة من الألومنيوم أو الفولاذ مع مساحة إشعاع كبيرة.
تعتبر خيارات المضخات الحرارية محلية الصنع هي الأنسب كمعدات مساعدة تدعم وتكمل تشغيل المصدر الرئيسي.
يتم تحسين تصميمات المضخات الحرارية كل عام. تستخدم التصميمات الصناعية المعدة للاستخدام المنزلي أسطحًا أكثر كفاءة لنقل الحرارة. ونتيجة لذلك، فإن أداء النظام يتزايد باستمرار.
أحد العوامل المهمة التي تحفز تطوير مثل هذه التكنولوجيا لإنتاج الطاقة الحرارية هو العنصر البيئي. مثل هذه الأنظمة، بالإضافة إلى كونها فعالة للغاية، لا تلوث البيئة. إن غياب اللهب المكشوف يجعل تشغيله آمنًا تمامًا.
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
الفيديو رقم 1. كيفية صنع مضخة حرارية بسيطة محلية الصنع باستخدام مبادل حراري من أنابيب PEX:
الفيديو رقم 2. استمرار التعليمات:
تم استخدام المضخات الحرارية كأنظمة تدفئة بديلة لبعض الوقت.هذه الأنظمة موثوقة ولها عمر خدمة طويل، والأهم من ذلك أنها صديقة للبيئة. لقد بدأ النظر إليها بجدية باعتبارها الخطوة التالية نحو تطوير أنظمة التدفئة الفعالة والآمنة.
هل تريد طرح سؤال أو التحدث عن طريقة مثيرة للاهتمام لبناء مضخة حرارية لم يتم ذكرها في المقالة؟ يرجى كتابة التعليقات في الكتلة أدناه.
كان في مدينتنا مصنع للزبدة والجبن، يُخرج منه الماء الساخن والبخار بانتظام. لذا، قام جارنا، الذي يتمتع بعقلية هندسية على ما يبدو، بتكييف هذه الطاقة لتدفئة دفيئاته. وقد اكتشفت اليوم كيف يمكن القيام بذلك. تم ذكر مبدأ التشغيل بوضوح، وهناك مخططات. لكنني أشك في أنني أستطيع أن أفعل كل شيء بشكل صحيح بيدي حتى يعمل.
قرأت المادة، ولكن لم أتعلم أي شيء جديد. لقد تم استخدام هذه التكنولوجيا منذ فترة طويلة في بلدان الشمال الأوروبي (الدنمارك والسويد والنرويج). أنها تحظى بشعبية خاصة في بناء المنازل الموفرة للطاقة والسلبية.
أتساءل ماذا سيحدث إذا أصبح البئر المحفور للمضخة مسدودًا برواسب الطمي؟ وعلى حد علمي، يقوم أصحاب الآبار بتنظيفها كل خمس سنوات.
وماذا يحدث في الآبار المخصصة للمضخات الحرارية؟
اقرأ المزيد بعناية - الآبار جافة.
"إذا كان هناك أفق مرتفع للمياه الجوفية في الموقع، فيمكن تركيب مبادلات حرارية في بئرين يقعان على مسافة حوالي 15 مترًا عن بعضهما البعض."
إذا لم تتعلم أي شيء جديد، فلا ينبغي أن تكون هناك أي أسئلة على الإطلاق :) إذا قرأت المقال بعناية، فقد تلاحظ أننا نتحدث عن حقيقة أنك ستحتاج إلى تثبيت المرشحات، بالإضافة إلى التنظيف الدوري المبادلات الحرارية ظاهرة لا مفر منها.
نعم، تُستخدم هذه التقنيات في الدول الغربية على نطاق واسع جدًا، والأنظمة باهظة الثمن، لكنها تؤتي ثمارها، حيث تستخدم بشكل أساسي مصدرًا مجانيًا للحرارة.
فيما يتعلق بالآبار. التكنولوجيا هنا ليست هي نفسها المستخدمة لتزويد المنزل بالمياه، لذا فإن المقارنة في هذه الحالة غير صحيحة.
MT/0.8RT، حيث:
MT هي قوة الطاقة الحرارية التي ينتجها النظام.
0.8 – معامل التوصيل الحراري عند تفاعل الماء مع مادة الملف.
RT - الفرق في درجات حرارة الماء عند المدخل والمخرج
عدم اليقين مع الصيغة. MT - القوة في أي وحدات؟ كيلووات، وحدة حرارية بريطانية/ساعة، واط؟ يبدو أن القوة يُشار إليها بالحرف P. ما البعد الذي يحتوي عليه 0.8؟ يُشار إلى الفرق في درجة الحرارة أيضًا باسم Delta t وRT. وإجمالي المساحة المقاسة بالمتر المربع. أو سم مربع؟ على سبيل المثال، يجب أن نعطي عملية حسابية محددة بطريقة جيدة، وليس صيغة غريبة الشكل.
لماذا من الضروري عمل مساحات كبيرة للمبادلات الحرارية؟ وفقًا للجدول، 0.1 واط لكل 1 درجة في الثانية لكل متر مربع. هذا هو 360 واط في الساعة من 1 متر مربع... مقابل 10 كيلووات في الساعة تحتاج إلى 100 متر مربع من سطح الحفرة. وهذا هو 10M². إذا تم وضع المبادل الحراري بشكل قريب، فيجب أن تكون هذه المنطقة كافية؟؟؟
إذا قمت بالتصوير بما لا يزيد عن درجة واحدة.