كيفية صنع مضخة حرارية لتسخين المنزل بيديك: مبدأ التشغيل والتركيب

لا يمكن للإصدارات الأولى من المضخات الحرارية أن تلبي الطلب الجزئي على الطاقة الحرارية. الأصناف الحديثة أكثر فعالية ويمكن استخدامها لأنظمة التدفئة. هذا هو السبب في أن العديد من أصحاب المنازل يحاولون تركيب مضخة حرارية بأيديهم.

سنخبرك بكيفية اختيار أفضل خيار لمضخة الحرارة مع مراعاة البيانات الجغرافية للموقع حيث من المقرر تركيبه. المقالة المقترحة للنظر فيها تصف بالتفصيل مبدأ استخدام أنظمة "الطاقة الخضراء" ، يتم سرد الاختلافات. بناءً على نصيحتنا ، سوف تركز بلا شك على النوع الفعال.

بالنسبة للسادة المستقلين ، نقدم تقنية تجميع مضخة حرارية. يتم استكمال المعلومات المقدمة للنظر فيها من خلال المخططات المرئية ، واختيار الصور والتدريب على الفيديو التفصيلي في جزأين.

ما هي المضخة الحرارية وكيف تعمل؟

يشير مصطلح مضخة الحرارة إلى مجموعة من المعدات المحددة. الوظيفة الرئيسية لهذه المعدات هي جمع الطاقة الحرارية ونقلها إلى المستهلك. يمكن أن يكون مصدر هذه الطاقة أي جسم أو متوسط ​​بدرجة حرارة + 1º أو أكثر.

هناك أكثر من مصادر كافية للحرارة المنخفضة في بيئتنا. هذه هي النفايات الصناعية للمؤسسات ، ومحطات الطاقة الحرارية والنووية ، والصرف الصحي ، وما إلى ذلك. لتشغيل المضخات الحرارية في مجال التدفئة المنزلية ، هناك حاجة إلى ثلاثة مصادر طبيعية مستعادة بشكل مستقل - الهواء والماء والأرض.

تقوم المضخات الحرارية "بسحب" الطاقة من العمليات التي تحدث بانتظام في البيئة. لا تتوقف العملية أبدًا ، لأنه يتم التعرف على المصادر على أنها لا تنضب من المعايير البشرية

يرتبط موردو الطاقة المحتملين الثلاثة المذكورين مباشرةً بطاقة الشمس ، التي ، عن طريق التسخين ، تنقل الهواء مع الرياح وتنقل الطاقة الحرارية إلى الأرض. إنه اختيار المصدر وهو 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 وسيط آخر. عادةً ما يعمل متلقي وموردو الطاقة في أنظمة الضخ الحراري في أزواج.

لذا ميز الأنواع التالية من المضخات الحرارية:

• الهواء هو الماء.
• الأرض هي الماء.
• الماء هو الهواء.
• الماء هو الماء.
• الأرض هواء.
• الماء - الماء
• الهواء هو الهواء.

في هذه الحالة ، تحدد الكلمة الأولى نوع الوسط الذي يزيل فيه النظام الحرارة المنخفضة. يشير الثاني إلى نوع الناقل الذي تنتقل إليه هذه الطاقة الحرارية. لذلك ، في المضخات الحرارية الماء - الماء ، يتم أخذ الحرارة من الوسط المائي ويتم استخدام السائل كحامل حرارة.

مضخات الحرارة هي وحدات ضغط بخار من النوع الإنشائي. يستخرجون الحرارة من المصادر الطبيعية ، ويعالجونها وينقلونها إلى المستهلكين (+)

تستخدم المضخات الحرارية الحديثة ثلاثة أنابيب رئيسية مصدر الحرارة. هذه هي التربة والمياه والهواء. أبسط هذه الخيارات مضخة حرارة الهواء. ترتبط شعبية هذه الأنظمة بتصميمها البسيط وسهولة تركيبها.

ومع ذلك ، على الرغم من هذه الشعبية ، تتمتع هذه الأصناف بإنتاجية منخفضة إلى حد ما. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكفاءة غير مستقرة وتعتمد على تقلبات درجات الحرارة الموسمية.

مع انخفاض درجة الحرارة ، ينخفض ​​أداءها بشكل ملحوظ. يمكن اعتبار مثل هذه الخيارات لمضخات الحرارة إضافة إلى المصدر الرئيسي الحالي للطاقة الحرارية.

خيارات المعدات المستخدمة حرارة الأرضتعتبر أكثر فعالية. تستقبل التربة وتتراكم الطاقة الحرارية ليس فقط من الشمس ، بل يتم تسخينها باستمرار بواسطة طاقة قلب الأرض.

أي أن التربة هي نوع من البطاريات الحرارية ، وقوتها غير محدودة عمليا. علاوة على ذلك ، فإن درجة حرارة التربة ، خاصة عند عمق معين ، ثابتة وتتغير بشكل طفيف.

نطاق الطاقة المولدة بواسطة المضخات الحرارية:

إن ثبات درجة حرارة المصدر هو عامل مهم في التشغيل المستقر والفعال لهذا النوع من معدات الطاقة. تمتلك النظم المائية خصائص مماثلة ، حيث تشكل البيئة المائية المصدر الرئيسي للطاقة الحرارية. يقع جامع هذه المضخات إما في البئر ، حيث يكون في الخزان الجوفي ، أو في الخزان.

يتراوح متوسط ​​درجة الحرارة السنوية لمصادر مثل التربة والمياه من +7º إلى +12ºمئوية. هذه درجة الحرارة كافية تمامًا لضمان التشغيل الفعال للنظام.

الأكثر فاعلية هي المضخات الحرارية التي تستخرج الطاقة الحرارية من مصادر بمؤشرات درجة حرارة مستقرة ، أي من الماء والتربة

العناصر الهيكلية الرئيسية لمضخات الحرارة

لكي تعمل محطة توليد الطاقة وفقًا لمبادئ المضخة الحرارية ، يجب أن تكون 4 وحدات رئيسية موجودة في تصميمها ، وهي:

• ضاغط
• مبخر.
• مكثف.
• الصمام الخانق.

أحد العناصر المهمة في تصميم المضخة الحرارية هو الضاغط. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في زيادة الضغط ودرجة الحرارة للأبخرة الناتجة عن غليان غاز التبريد. لتكنولوجيا المناخ ومضخات الحرارة ، على وجه الخصوص ، يتم استخدام ضواغط التمرير الحديثة.

يتم استخدام السوائل ذات درجة الغليان المنخفضة كمائع عامل ، وذلك بإجراء النقل المباشر للطاقة الحرارية. كقاعدة ، يتم استخدام الأمونيا والفريون (+)

تم تصميم هذه الضواغط للعمل في درجات حرارة تحت الصفر. على عكس الأصناف الأخرى ، تنتج الضواغط اللولبية ضوضاء صغيرة وتعمل في نقاط غليان الغاز المنخفضة وفي درجات حرارة التكثيف العالية. الميزة التي لا شك فيها هي حجمها الصغير وجاذبيتها النوعية المنخفضة.

يتم إنفاق كل طاقة المضخة الحرارية تقريبًا على نقل الطاقة الحرارية من الخارج إلى داخل الغرفة. لذلك يتم إنفاق حوالي 1 وحدة طاقة على تشغيل الأنظمة في إنتاج 4-6 وحدات (+)

المبخر كعنصر هيكلي عبارة عن حاوية يتم فيها تحويل غاز التبريد السائل إلى بخار. يمر المبرد ، الذي يدور في دائرة مغلقة ، عبر المبخر. في ذلك ، يسخن المبرد ويتحول إلى بخار. يتم توجيه البخار منخفض الضغط نحو الضاغط.

في الضاغط ، تتعرض أبخرة غاز التبريد للضغط وترتفع درجة حرارتها. يضخ الضاغط البخار الساخن تحت ضغط عالي باتجاه المكثف.

يضغط الضاغط الوسط المتداول على طول الدائرة ، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارته وضغطه. ثم يدخل الوسط المضغوط إلى المبادل الحراري (المكثف) ، حيث يتم تبريده ، وينقل الحرارة إلى الماء أو الهواء

العنصر الهيكلي التالي للنظام هو مكثف. وتتمثل وظيفتها في نقل الطاقة الحرارية إلى الدائرة الداخلية لنظام التدفئة.

تم تجهيز العينات التسلسلية المصنعة من قبل الشركات الصناعية بمبادلات حرارية. المادة الرئيسية لهذه المكثفات هي سبائك الصلب أو النحاس.

بالنسبة للمبادل الحراري العصامي ، فإن الأنبوب النحاسي بقطر نصف بوصة مناسب. يجب أن يكون سمك جدار الأنابيب المستخدمة في تصنيع المبادل الحراري 1 مم على الأقل

يتم تثبيت صمام ثرموستاتي ، أو اختناق ، في بداية ذلك الجزء من الدائرة الهيدروليكية حيث يتم تحويل وسط الضغط العالي المتداول إلى وسيط ضغط منخفض. بتعبير أدق ، يقسم الخانق المقترن بالضاغط دائرة مضخة الحرارة إلى جزأين: أحدهما بمعلمات الضغط العالي ، والآخر منخفض.

عند المرور عبر صمام الخانق التمدد ، يتبخر المائع المتداول في دائرة مغلقة جزئيًا ، ونتيجة لذلك ينخفض ​​الضغط مع درجة الحرارة. ثم يدخل المبادل الحراري بالتواصل مع البيئة. هناك ، يلتقط طاقة الوسط ويعيده إلى النظام.

يتحكم صمام الخانق في تدفق غاز التبريد تجاه المبخر. عند اختيار الصمام ، يجب مراعاة معلمات النظام. يجب أن يتوافق الصمام مع هذه المعلمات.

عند المرور عبر صمام التحكم في الحرارة ، يتبخر سائل التبريد جزئيًا ، وتنخفض درجة حرارة التدفق (+)

اختيار نوع المضخة الحرارية

المؤشر الرئيسي لنظام التدفئة هذا هو الطاقة. بادئ ذي بدء ، تعتمد التكاليف المالية لشراء المعدات واختيار مصدر أو آخر للحرارة المنخفضة على السعة. كلما زادت قوة نظام المضخة الحرارية ، زادت تكلفة المكونات.

بادئ ذي بدء ، يشير إلى سعة الضاغط ، وعمق الآبار لمسابير الحرارة الأرضية ، أو منطقة وضع مجمع أفقي. حسابات الديناميكا الحرارية الصحيحة هي نوع من الضمان أن النظام سيعمل بكفاءة.

إذا كانت هناك بركة بالقرب من موقعك الشخصي ، فسيكون الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة والإنتاجية هو مضخة تسخين المياه بالمياه

بادئ ذي بدء ، يجب عليك دراسة المنطقة المخططة لتركيب المضخة. الحالة المثالية هي وجود مسطح مائي في هذا القسم. استخدم خيارات نوع الماء المائي يقلل بشكل كبير من حجم الأعمال الترابية.

على العكس من ذلك ، فإن استخدام حرارة الأرض ينطوي على عدد كبير من الأعمال المتعلقة بالحفر. تعتبر النظم التي تستخدم البيئة المائية كحرارة منخفضة الدرجة هي الأكثر كفاءة.

جهاز مضخة الحرارة التي تستخرج الطاقة الحرارية من التربة ، ينطوي على كمية رائعة من أعمال الحفر. يتم وضع المجمع تحت مستوى التجميد الموسمي

هناك طريقتان لاستخدام الطاقة الحرارية للتربة. يشمل الأول حفر آبار بقطر 100-168 ملم. يمكن أن يصل عمق هذه الآبار ، اعتمادًا على معلمات النظام ، إلى 100 متر أو أكثر.

يتم وضع مجسات خاصة في هذه الآبار. في الطريقة الثانية ، يتم استخدام مشعب الأنابيب. يقع مثل هذا المجمع تحت الأرض في مستوى أفقي. لهذا الخيار ، مطلوب مساحة كبيرة بما فيه الكفاية.

لوضع المجمع ، تعتبر المناطق ذات التربة الرطبة مثالية. بطبيعة الحال ، سيكلف حفر الآبار أكثر من الموقع الأفقي للخزان. ومع ذلك ، ليس لدى كل منطقة مساحة حرة. للحصول على كيلو واط واحد من طاقة المضخة الحرارية ، هناك حاجة إلى 30 إلى 50 متر مربع من المساحة.

قد يكون إنشاء لجمع الطاقة الحرارية مع بئر واحد أرخص قليلاً من حفر حفرة. لكن الميزة المهمة هي توفير المساحة بشكل كبير ، وهو أمر مهم لأصحاب قطع الأراضي الصغيرة

في حالة وجود أفق مرتفع للمياه الجوفية ، يمكن ترتيب المبادلات الحرارية في بئرين يقعان على مسافة حوالي 15 م من بعضهما البعض.

اختيار الطاقة الحرارية في هذه الأنظمة عن طريق ضخ المياه الجوفية في حلقة مغلقة ، تقع أجزاء منها في الآبار. يتطلب مثل هذا النظام تركيب مرشح وتنظيف دوري للمبادل الحراري.

تعتمد أبسط وأرخص دائرة مضخة حرارية على استخراج الطاقة الحرارية من الهواء.بمجرد أن أصبحت الأساس لتركيب الثلاجات ، تم تطوير مكيفات الهواء لاحقًا ، وفقًا لمبادئها.

يتلقى أبسط نظام ضخ حراري الطاقة من كتلة الهواء. في الصيف ، تشارك في التدفئة ، في فصل الشتاء في تكييف الهواء. عيب النظام هو أنه في تنفيذ مستقل ، فإن الوحدة ذات الطاقة غير الكافية

فعالية أنواع مختلفة من المعدات ليست هي نفسها. أقل المؤشرات هي المضخات التي تستخدم الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد هذه المؤشرات بشكل مباشر على الأحوال الجوية.

أصناف التربة من مضخات الحرارة لديها أداء مستقر. يتراوح معامل الكفاءة لهذه الأنظمة بين 2.8 -3.3. أنظمة المياه - الماء هي الأكثر فعالية. هذا يرجع في المقام الأول إلى استقرار درجة حرارة المصدر.

وتجدر الإشارة إلى أنه كلما كان مجمع المضخة أعمق ، كلما كانت درجة الحرارة أكثر ثباتًا. للحصول على سعة نظام تبلغ 10 كيلو واط ، تحتاج إلى حوالي 300 متر من خط الأنابيب.

المعلمة الرئيسية التي تميز كفاءة المضخة الحرارية هي معامل التحويل. كلما زاد معامل التحويل ، زادت كفاءة المضخة الحرارية.

يتم التعبير عن معامل التحويل للمضخة الحرارية من حيث نسبة تدفق الحرارة والطاقة الكهربائية المنفقة على الضاغط

افعلها بنفسك بمضخة الحرارة

معرفة مخطط العمل وجهاز ضخ الحرارة ، قم بتجميعه وتثبيته بنفسك نظام تسخين بديل من المحتمل جدا. قبل بدء العمل ، من الضروري حساب جميع المعلمات الأساسية لنظام المستقبل. لحساب معلمات المضخة المستقبلية ، يمكنك استخدام برنامج مصمم لتحسين أنظمة التبريد.

أسهل خيار للبناء هو نظام الماء والهواء. لا يتطلب عملًا معقدًا على جهاز الدائرة الخارجية ، المتأصل في أنواع المياه والتربة من المضخات الحرارية. للتثبيت ، ستكون هناك حاجة إلى قناتين فقط ، واحدة ستزود الهواء ، والثانية ستفرغ الكتلة المستهلكة.

أسهل طريقة للقيام بذلك بنفسك هي ترتيب مضخة حرارية مع كمية حرارة من كتلة الهواء. مروحة خارجية تضخ الهواء إلى المبخر

بالإضافة إلى المروحة ، تحتاج إلى الحصول على ضاغط للطاقة المطلوبة. بالنسبة لمثل هذه الوحدة ، يكون الضاغط الذي تم تجهيز المعدات العادية به مناسبًا تمامًا انقسام النظم. ليس من الضروري شراء وحدة جديدة.

يمكنك إزالته من المعدات القديمة أو استخدامه ملحقات لثلاجة قديمة. من المستحسن استخدام مجموعة دوامة. بالإضافة إلى وجود كفاءة كافية ، تخلق خيارات الضاغط هذه ضغوطًا عالية تزيد من درجة الحرارة.

لبناء مكثف ، ستحتاج إلى مواسعة وأنبوب نحاسي. يتكون الملف من أنبوب. لتصنيعها ، يتم استخدام أي جسم أسطواني من القطر المطلوب. من خلال لف أنبوب نحاسي عليه ، يمكنك بسهولة وصنع هذا العنصر الهيكلي.

يتم تثبيت الملف النهائي في حاوية تم قطعها سابقًا إلى النصف. لتصنيع الحاويات ، من الأفضل استخدام مواد مقاومة لعمليات التآكل. بعد وضع ملف فيه ، يتم لحام أنصاف الخزان.

يتم حساب مساحة الملف باستخدام الصيغة التالية:

MT / 0.8 RT ،

حيث:

• MT - قوة الطاقة الحرارية التي ينتجها النظام.
• 0,8 - معامل التوصيل الحراري في تفاعل الماء مع مادة الملف.
• RT - اختلاف درجة حرارة الماء عند المدخل والمخرج.

اختيار أنبوب نحاسي للإنتاج الذاتي للملف ، تحتاج إلى الانتباه إلى سمك الجدار. يجب أن تكون 1 مم على الأقل. خلاف ذلك ، عند لف ، سوف تشوه الأنبوب. الأنبوب الذي يقع من خلاله مدخل المبرد في الجزء العلوي من الخزان.

يتم إجراء مبادل حراري للأنبوب النحاسي عن طريق لف أنبوب نحاسي على جسم أسطواني. كلما زادت مساحة سطح الملف ، زاد أداء المضخة

يمكن صنع مبخر المضخة الحرارية في نسختين - على شكل حاوية بها ملف موجود فيه وعلى شكل أنبوب في أنبوب. نظرًا لأن درجة حرارة السائل في المبخر صغيرة ، يمكن صنع السعة من برميل بلاستيكي. بهذه الصفة يتم وضع دارة مصنوعة من أنبوب نحاسي.

على عكس المكثف ، يجب أن يتوافق ملف ملف المبخر مع قطر وارتفاع الخزان المحدد. الشكل الثاني للمبخر: الأنبوب في الأنبوب. في هذا النموذج ، يتم وضع أنبوب التبريد في أنبوب بلاستيكي بقطر أكبر ، يتم من خلاله تدوير المياه.

يعتمد طول هذا الأنبوب على سعة المضخة المخططة. يمكن أن يكون من 25 إلى 40 مترا. يتم لف هذا الأنبوب.

يشير الصمام الترموستاتي إلى أنابيب الإغلاق والتحكم. يتم استخدام الإبرة كعنصر قفل 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. يشمل:

• المزدوجات الحرارية.
• الفتحة
• أنبوب شعري.
• ثيرموبول.

قد تصبح هذه العناصر غير قابلة للاستخدام في درجات حرارة عالية. لذلك ، أثناء اللحام ، يجب عزل الصمام بقطعة قماش الأسبستوس. يجب أن يتطابق صمام التحكم مع سعة المبخر.

بعد تنفيذ العمل على تصنيع الأجزاء الهيكلية الرئيسية ، تأتي لحظة حاسمة لتجميع الهيكل بأكمله في وحدة واحدة. الخطوة الأكثر أهمية هي عملية حقن المبردات أو المبرد في النظام.

إجراء مثل هذه العملية بشكل مستقل من غير المرجح أن يكون في متناول أي شخص عادي. هنا سيتعين عليك اللجوء إلى المحترفين الذين يشاركون في إصلاح وصيانة معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.

العمال في هذا المجال ، كقاعدة عامة ، لديهم المعدات اللازمة. بالإضافة إلى شحن غاز التبريد ، يمكنهم اختبار النظام. لا يمكن أن يؤدي التحميل الذاتي لغاز التبريد إلى انهيار الهيكل فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى إصابات خطيرة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة إلى معدات خاصة لبدء النظام.

عندما يبدأ النظام ، يحدث ذروة بدء التشغيل ، والتي تكون عادة حوالي 40 أ. لذلك ، لا يمكن بدء تشغيل النظام بدون مرحل بدء. بعد بدء التشغيل الأول ، يجب تعديل الصمام وضغط المبرد.

يجب أن يؤخذ اختيار المبرد على محمل الجد. بعد كل شيء ، هذه المادة هي التي تعتبر في الأساس "الناقل" الرئيسي للطاقة الحرارية المفيدة. من بين المبردات الحديثة الموجودة ، تعتبر الفريون هي الأكثر شعبية. هذه مشتقات من مركبات هيدروكربونية يتم فيها استبدال جزء من ذرات الكربون بعناصر أخرى.

نتيجة لتجميع العناصر الفردية للمضخة الحرارية ، يجب الحصول على حلقة مغلقة يتم من خلالها تدوير وسط العمل

نتيجة لهذه الأعمال ، تم الحصول على نظام حلقة مغلقة. سوف يدور المبرد فيه ، مما يضمن اختيار ونقل الطاقة الحرارية من المبخر إلى المكثف. عند توصيل المضخات الحرارية بنظام الإمداد الحراري للمنزل ، يجب ملاحظة أن درجة حرارة الماء عند مخرج المكثف لا تتجاوز 50-60 درجة.

نظرًا لانخفاض درجة حرارة الطاقة الحرارية الناتجة عن المضخة الحرارية ، يجب اختيار أجهزة التدفئة المتخصصة كمستهلك للحرارة. يمكن أن تكون أرضية دافئة أو مشعات ذات قصور ذاتي منخفض الحجم مصنوعة من الألومنيوم أو الفولاذ مع مساحة إشعاع كبيرة.

تعتبر النسخ المحلية الصنع لمضخات الحرارة هي الأنسب كمعدات مساعدة تدعم وتكمل عمل المصدر الرئيسي.

يتم تحسين تصميمات مضخات الحرارة كل عام. تستخدم التصاميم الصناعية المصممة للاستخدام المنزلي أسطح نقل حرارة أكثر كفاءة. ونتيجة لذلك ، ينمو أداء النظام باستمرار.

العامل المهم الذي يحفز تطوير مثل هذه التكنولوجيا لإنتاج الطاقة الحرارية هو المكون البيئي. هذه الأنظمة ، بالإضافة إلى كونها فعالة للغاية ، لا تلوث البيئة. إن غياب اللهب المكشوف يجعل تشغيله آمنًا تمامًا.

استنتاجات وفيديو مفيد حول الموضوع

الفيديو رقم 1. كيفية عمل أبسط مضخة حرارية منزلية الصنع باستخدام مبادل حراري من أنابيب PEX:

فيديو رقم 2. إحاطة مستمرة:

لأنظمة التدفئة البديلة ، لطالما استخدمت مضخات الحرارة. تتمتع هذه الأنظمة بالموثوقية ، والعمر التشغيلي الطويل ، والأهم أنها صديقة للبيئة. تبدأ بجدية في اعتبارها الخطوة التالية نحو تطوير أنظمة تدفئة فعالة وآمنة.

هل تريد طرح سؤال أو التحدث عن طريقة مثيرة للاهتمام لبناء مضخة حرارية ، لم يتم ذكرها في المقالة؟ يرجى كتابة التعليقات في الكتلة أدناه.