איך להכין משאבת חום לחימום בית במו ידיך: עקרון הפעלה ודיאגרמות הרכבה

הגרסאות הראשונות של משאבות חום יכלו לספק רק חלקית את הצרכים של אנרגיה תרמית.זנים מודרניים יעילים יותר וניתן להשתמש בהם למערכות חימום. זו הסיבה שבעלי בתים רבים מנסים להתקין משאבת חום במו ידיהם.

אנו אגיד לך כיצד לבחור את האפשרות הטובה ביותר עבור משאבת חום, תוך התחשבות בגיאודטה של ​​האזור שבו היא מתוכננת להיות מותקנת. המאמר המוצע לבחינה מתאר בפירוט את עקרון הפעולה של מערכות "אנרגיה ירוקה" ומפרט את ההבדלים. עם העצה שלנו, ללא ספק תסתפקו בסוג יעיל.

לבעלי מלאכה עצמאיים אנו מציגים את הטכנולוגיה להרכבת משאבת חום. המידע המוצג לבחינה מתווסף על ידי דיאגרמות חזותיות, בחירת תמונות והוראת וידאו מפורטת בשני חלקים.

מהי משאבת חום וכיצד היא פועלת?

המונח משאבת חום מתייחס לסט של ציוד ספציפי. תפקידו העיקרי של ציוד זה הוא לאסוף אנרגיה תרמית ולהעבירה לצרכן. המקור לאנרגיה כזו יכול להיות כל גוף או סביבה עם טמפרטורה של +1 מעלות או יותר.

יש די והותר מקורות לחום בטמפרטורה נמוכה בסביבה שלנו. מדובר בפסולת תעשייתית ממפעלים, תחנות כוח תרמיות וגרעיניות, ביוב וכו'. כדי להפעיל משאבות חום בחימום הבית, יש צורך בשלושה מקורות טבעיים המתחדשים בעצמם - אוויר, מים ואדמה.

משאבות חום שואבות אנרגיה מתהליכים המתרחשים באופן קבוע בסביבה.זרימת התהליכים לעולם אינה נעצרת, כי המקורות מוכרים כבלתי נדלים על פי קריטריונים אנושיים

שלושת ספקי האנרגיה הפוטנציאליים המפורטים קשורים ישירות לאנרגיית השמש, אשר על ידי חימום, מניעה את האוויר עם הרוח ומעבירה אנרגיה תרמית לכדור הארץ. בחירת המקור היא הקריטריון העיקרי לפיו מסווגות מערכות משאבות חום.

עקרון הפעולה של משאבות חום מבוסס על היכולת של גופים או מדיה להעביר אנרגיה תרמית לגוף או סביבה אחרים. מקלטים וספקי אנרגיה במערכות משאבות חום עובדים בדרך כלל בזוגות.

ניתן להבחין בין הסוגים הבאים של משאבות חום:

• אוויר הוא מים.
• כדור הארץ הוא מים.
• מים זה אוויר.
• מים הם מים.
• כדור הארץ הוא אוויר.
• מים מים
• אוויר זה אוויר.

במקרה זה, המילה הראשונה קובעת את סוג המדיום שממנו המערכת לוקחת חום בטמפרטורה נמוכה. השני מציין את סוג הנשא שאליו מועברת אנרגיה תרמית זו. אז, במשאבות חום, מים הם מים, חום נלקח מהסביבה המימית ונוזל משמש כנוזל קירור.

לפי התכנון, משאבות חום הן יחידות דחיסת אדים. הם מפיקים חום ממקורות טבעיים, מעבדים ומעבירים אותו לצרכנים (+)

משאבות חום מודרניות משתמשות בשלוש עיקריות מקור אנרגיה תרמית. אלה הם אדמה, מים ואוויר. הפשוטה מבין האפשרויות הללו היא משאבת חום מקור אוויר. הפופולריות של מערכות כאלה נובעת מהעיצוב הפשוט למדי וקלות ההתקנה שלהן.

עם זאת, למרות פופולריות כזו, לזנים אלה יש פרודוקטיביות נמוכה למדי. בנוסף, היעילות אינה יציבה ותלויה בתנודות טמפרטורה עונתיות.

ככל שהטמפרטורה יורדת, הביצועים שלהם יורדים באופן משמעותי. אפשרויות משאבות חום כאלה יכולות להיחשב כתוספת למקור העיקרי הקיים של אנרגיה תרמית.

אפשרויות ציוד באמצעות חום קרקע, נחשבים יעילים יותר. האדמה מקבלת וצוברת אנרגיה תרמית לא רק מהשמש, היא מחוממת כל הזמן על ידי האנרגיה של ליבת כדור הארץ.

כלומר, האדמה היא סוג של מצבר חום, שעוצמתו כמעט בלתי מוגבלת. יתרה מכך, טמפרטורת הקרקע, במיוחד בעומק מסוים, קבועה ומשתנה בגבולות לא משמעותיים.

היקף היישום של אנרגיה הנוצרת על ידי משאבות חום:

הקביעות של טמפרטורת המקור היא גורם חשוב לפעולה יציבה ויעילה של סוג זה של ציוד כוח. למערכות שבהן הסביבה המימית היא המקור העיקרי לאנרגיה תרמית יש מאפיינים דומים. האספן של משאבות כאלה ממוקם בבאר, שם הוא מסתיים באקוויפר, או במאגר.

הטמפרטורה השנתית הממוצעת של מקורות כגון אדמה ומים נעה בין +7º ל-+12º C. טמפרטורה זו מספיקה למדי כדי להבטיח תפעול יעיל של המערכת.

היעילות ביותר הן משאבות חום המפיקות אנרגיה תרמית ממקורות עם מדדי טמפרטורה יציבים, כלומר. ממים ואדמה

אלמנטים עיצוביים בסיסיים של משאבות חום

על מנת שמתקן הפקת האנרגיה יפעל על פי עקרונות הפעולה של משאבת חום, על התכנון שלו להכיל 4 יחידות עיקריות, אלו הן:

• מַדחֵס.
• מְאַדֶה.
• קַבָּל.
• שסתום מצערת.

מרכיב חשוב בתכנון משאבת החום הוא המדחס. תפקידו העיקרי הוא להגביר את הלחץ והטמפרטורה של האדים הנוצרים כתוצאה מהרתחה של נוזל הקירור. מדחסי גלילה מודרניים משמשים במיוחד עבור ציוד בקרת אקלים ומשאבות חום.

נוזלים בעלי נקודת רתיחה נמוכה משמשים כנוזל עבודה המעביר ישירות אנרגיה תרמית. ככלל, נעשה שימוש באמוניה ופריאונים (+)

מדחסים כאלה מיועדים לפעולה בטמפרטורות מתחת לאפס. בניגוד לסוגים אחרים, מדחסי גלילה מייצרים מעט רעש ופועלים גם בטמפרטורות רתיחה נמוכות של גז וגם בטמפרטורות עיבוי גבוהות. יתרון ללא ספק הוא הגודל הקומפקטי והמשקל הסגולי הנמוך שלהם.

כמעט כל האנרגיה של משאבת חום מושקעת בהעברת אנרגיה תרמית מבחוץ אל תוך החדר. אז נדרשת כיחידת אנרגיה אחת כדי להפעיל את המערכות כאשר מייצרים 4 - 6 יחידות (+)

המאייד כאלמנט מבני הוא מיכל בו הופך נוזל קירור לאדים. נוזל הקירור, המסתובב במעגל סגור, עובר דרך המאייד. בו, נוזל הקירור מתחמם והופך לאדים.הקיטור המתקבל מופנה אל המדחס בלחץ נמוך.

במדחס, אדי הקירור מופעלים בלחץ והטמפרטורה שלהם עולה. המדחס שואב קיטור מחומם בלחץ גבוה לכיוון המעבה.

המדחס דוחס את המדיום שמסתובב לאורך המעגל, וכתוצאה מכך לעלייה בטמפרטורה ובלחץ שלו. אז המדיום הדחוס נכנס למחליף החום (מעבה), שם הוא מקורר, מעביר חום למים או לאוויר

האלמנט המבני הבא של המערכת הוא הקבל. תפקידו מצטמצם לשחרור אנרגיה תרמית למעגל הפנימי של מערכת החימום.

דגימות סדרתיות המיוצרות על ידי מפעלים תעשייתיים מצוידים במחליפי חום צלחות. החומר העיקרי עבור קבלים כאלה הוא סגסוגת פלדה או נחושת.

להכנת מחליף חום משלך, מתאים צינור נחושת בקוטר של חצי אינץ'. עובי הדופן של הצינורות המשמשים לייצור מחליף החום חייב להיות לפחות 1 מ"מ

השסתום התרמוסטטי, או מצערת אחרת, מותקן בתחילת אותו חלק של המעגל ההידראולי שבו המדיום במחזור בלחץ גבוה הופך למדיום בלחץ נמוך. ליתר דיוק, מצערת בשילוב עם מדחס מחלקת את מעגל משאבת החום לשני חלקים: אחד עם פרמטרים של לחץ גבוה, השני עם פרמטרים של לחץ נמוך.

כאשר עוברים דרך שסתום מצערת ההתפשטות, הנוזל שמסתובב במעגל סגור מתאדה חלקית, וכתוצאה מכך הלחץ והטמפרטורה יורדים. ואז הוא נכנס למחליף חום שמתקשר עם הסביבה. שם הוא לוכד את האנרגיה של הסביבה ומעביר אותה בחזרה למערכת.

שסתום המצערת מווסת את זרימת נוזל הקירור לכיוון המאייד. בעת בחירת שסתום, אתה צריך לקחת בחשבון את פרמטרי המערכת. השסתום חייב לעמוד בפרמטרים אלה.

כאשר עוברים דרך שסתום בקרת החום, נוזל נוזל הקירור מתאדה חלקית וטמפרטורת הזרימה יורדת (+)

בחירת סוג משאבת חום

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

ראשית, אנו מתכוונים לעוצמת המדחס, לעומק הבארות עבור בדיקות גיאותרמיות, או לאזור להצבת קולט אופקי. חישובים תרמודינמיים נכונים הם מעין ערובה לכך שהמערכת תפעל ביעילות.

אם יש בריכה ליד הרכוש האישי שלך, הבחירה המשתלמת והפרודוקטיבית ביותר תהיה משאבת חום מים למים

ראשית, כדאי ללמוד את השטח המתוכנן להתקנת המשאבה. המצב האידיאלי יהיה נוכחות של מאגר באזור זה. נוֹהָג אפשרות סוג מים-מים יפחית משמעותית את היקף עבודות החפירה.

שימוש בחום האדמה, להיפך, כרוך במספר רב של עבודות הקשורות לחפירה. מערכות המשתמשות במדיה מימית כחום בדרגה נמוכה נחשבות ליעילות ביותר.

תכנון משאבת חום השואבת אנרגיה תרמית מהקרקע דורש כמות מרשימה של עבודת חפירה. הקולט מונח מתחת לרמת ההקפאה העונתית

ניתן להשתמש באנרגיה התרמית של הקרקע בשתי דרכים. 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 צינורות. אספן כזה ממוקם מתחת לאדמה במישור אופקי. אפשרות זו דורשת שטח גדול למדי.

אזורים עם אדמה לחה נחשבים אידיאליים להנחת האספן. באופן טבעי, קידוח בארות יעלה יותר ממיקום אופקי של המאגר. עם זאת, לא בכל אתר יש מקום פנוי. עבור קילוואט אחד של כוח משאבת חום אתה זקוק לשטח של 30 עד 50 מ"ר.

מבנה לאיסוף אנרגיה תרמית עם באר אחת עמוקה עשוי להתברר כמעט זול יותר מחפירת בור. אבל יתרון משמעותי הוא החיסכון המשמעותי במקום, שחשוב לבעלי מגרשים קטנים

אם יש אופק מי תהום גבוה באתר, ניתן להתקין מחליפי חום בשתי בארות הממוקמות במרחק של כ-15 מ' אחת מהשנייה.

אנרגיה תרמית נאספת במערכות כאלה על ידי שאיבת מי תהום דרך מעגל סגור, שחלקים ממנו ממוקמים בבארות. מערכת כזו דורשת התקנת מסנן וניקוי מעת לעת של מחליף החום.

ערכת משאבת החום הפשוטה והזולה ביותר מבוססת על הפקת אנרגיה תרמית מהאוויר. פעם הוא הפך לבסיס למקררים, מאוחר יותר פותחו מזגנים על פי עקרונותיו.

מערכת משאבת החום הפשוטה ביותר מקבלת אנרגיה ממסת האוויר. בקיץ הוא מעורב בחימום, בחורף במיזוג אוויר.החיסרון של המערכת הוא שליחידה העצמאית אין מספיק כוח

היעילות של סוגים שונים של ציוד זה אינה זהה. למשאבות המשתמשות באוויר יש את הביצועים הנמוכים ביותר. בנוסף, אינדיקטורים אלה תלויים ישירות בתנאי מזג האוויר.

סוגים מבוססי קרקע של משאבות חום הם בעלי ביצועים יציבים. מקדם היעילות של מערכות אלו משתנה בין 2.8 -3.3. מערכות מים למים הן היעילות ביותר. זה נובע, קודם כל, מיציבות טמפרטורת המקור.

יש לציין שככל שסעפת המשאבה ממוקמת עמוק יותר במאגר, כך הטמפרטורה תהיה יציבה יותר. כדי להשיג הספק מערכת של 10 קילוואט, נדרשים כ-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 להפעלת המדחס

הרכבת משאבת חום בעצמך

הכרת תרשים ההפעלה והמבנה של משאבת החום, הרכיב והתקן אותה בעצמך מערכת חימום חלופית די אפשרי. לפני תחילת העבודה, יש צורך לחשב את כל הפרמטרים העיקריים של המערכת העתידית. כדי לחשב את הפרמטרים של המשאבה העתידית, אתה יכול להשתמש בתוכנה המיועדת לייעל מערכות קירור.

האפשרות הקלה ביותר לבנייה היא מערכת אוויר-מים. זה אינו מצריך עבודה מורכבת על בניית מעגל חיצוני, הטבוע במים וסוגים קרקעיים של משאבות חום. להתקנה, תצטרך רק שני ערוצים, שאחד מהם יספק אוויר, והשני יפרוק את מסת הפסולת.

הדרך הקלה ביותר היא לבנות משאבת חום במו ידיך השואבת חום ממסת האוויר. מאוורר חיצוני נושף אוויר למאייד

בנוסף למאוורר, אתה צריך לקבל מדחס בעוצמה הנדרשת. עבור יחידה כזו, המדחס מצויד קונבנציונלי מערכות מפוצלות. אין צורך לקנות יחידה חדשה.

אתה יכול להסיר אותו מציוד ישן או להשתמש בו רכיבי מקרר ישנים. רצוי להשתמש בזן הספירלה. אפשרויות המדחס הללו, בנוסף להיותן יעילות למדי, יוצרות לחצים גבוהים המייצרים טמפרטורות גבוהות יותר.

כדי להתקין קבל תצטרך מיכל וצינור נחושת. סליל עשוי מצינור. לייצורו, נעשה שימוש בכל גוף גלילי בקוטר הנדרש. על ידי פיתול צינור נחושת סביבו, אתה יכול בקלות ובמהירות לייצר את האלמנט המבני הזה.

הסליל המוגמר מותקן במיכל שנחתך בעבר לשניים. לייצור מיכלים עדיף להשתמש בחומרים עמידים בפני תהליכי קורוזיה. לאחר הנחת הסליל בתוכו, מרותכים את חצאי הטנק.

שטח הסליל מחושב באמצעות הנוסחה הבאה:

MT/0.8 RT,

איפה:

• MT - כוח האנרגיה התרמית שהמערכת מייצרת.
• 0,8 - מקדם מוליכות תרמית כאשר מים מקיימים אינטראקציה עם חומר הסליל.
• RT - הבדל בטמפרטורות המים בכניסה וביציאה.

בעת בחירת צינור נחושת להכנת סליל בעצמך, אתה צריך לשים לב לעובי הדופן. זה חייב להיות לפחות 1 מ"מ. אחרת, הצינור יתעוות במהלך סלילה. הצינור דרכו נכנס נוזל הקירור ממוקם בחלקו העליון של המיכל.

מחליף חום צינור נחושת מיוצר על ידי סלילה של צינור נחושת על גבי חפץ בצורת גליל. ככל ששטח הפנים של הסליל גדול יותר, כך ביצועי המשאבה גבוהים יותר

מאייד משאבת החום יכול להתבצע בשתי גרסאות - בצורה של מיכל עם סליל הממוקם בו ובצורת צינור בצינור. מכיוון שטמפרטורת הנוזל במאייד נמוכה, ניתן לייצר את המיכל מחבית פלסטיק. מעגל עשוי צינור נחושת ממוקם במיכל זה.

בניגוד למעבה, הסליל של סליל המאייד חייב להתאים לקוטר ולגובה של המיכל הנבחר. אפשרות המאייד השנייה: צינור בצינור. בהתגלמות זו, צינור הקירור ממוקם בצינור פלסטיק בקוטר גדול יותר שדרכו זורמים מים.

אורכו של צינור כזה תלוי בכוח המשאבה המתוכנן. זה יכול להיות בין 25 ל-40 מטרים. צינור כזה מגולגל לספירלה.

השסתום התרמוסטטי מתייחס לאביזרי כיבוי ובקרה של צינורות. מחט משמשת כאלמנט סגירה בשסתום ההרחבה. המיקום של אלמנט סגירת השסתום נקבע על ידי הטמפרטורה במאייד.

לאלמנט חשוב זה של המערכת יש עיצוב מורכב למדי. זה כולל:

• צמד תרמי.
• דִיאָפרַגמָה.
• צינור נימי.
• בלון תרמי.

אלמנטים אלה עלולים להפוך לבלתי שמישים בטמפרטורות גבוהות.לכן, במהלך עבודת הלחמה על המערכת, יש לבודד את השסתום בבד אסבסט. שסתום הבקרה חייב להתאים לקיבולת המאייד.

לאחר ביצוע העבודה על ייצור החלקים המבניים העיקריים, מגיע הרגע המכריע בהרכבת המבנה כולו לבלוק אחד. השלב הקריטי ביותר הוא תהליך הזרקת קירור או נוזל קירור לתוך המערכת.

לא סביר שאדם רגיל יוכל לבצע פעולה כזו באופן עצמאי. כאן תצטרכו לפנות לאנשי מקצוע המתקנים ומתחזקים ציוד בקרת אקלים.

לעובדים בתחום זה יש בדרך כלל את הציוד הדרוש. בנוסף לטעינת נוזל קירור, הם יכולים לבדוק את פעולת המערכת. הזרקת נוזל קירור בעצמך עלולה להוביל לא רק לכשל מבני, אלא גם לפציעה חמורה. בנוסף, נדרש גם ציוד מיוחד להפעלת המערכת.

כאשר המערכת מופעלת, מתרחש עומס התנעה שיא, בדרך כלל בסביבות 40 A. לכן, הפעלת המערכת ללא ממסר התנעה היא בלתי אפשרית. לאחר ההפעלה הראשונה, יש צורך בכוונון של השסתום ולחץ הקירור.

יש להתייחס ברצינות רבה לבחירת חומר הקירור. אחרי הכל, חומר זה נחשב בעצם ל"נשא" העיקרי של אנרגיה תרמית שימושית. מבין חומרי הקירור המודרניים הקיימים, פריאון הם הפופולריים ביותר. אלו הן נגזרות של תרכובות פחמימניות שבהן חלק מאטומי הפחמן מוחלפים ביסודות אחרים.

כתוצאה מהרכבת האלמנטים הבודדים של משאבת החום, יש להשיג לולאה סגורה שדרכה מסתובב מדיום העבודה

כתוצאה מעבודה זו התקבלה מערכת בלולאה סגורה. נוזל הקירור יסתובב בו, ויבטיח את הבחירה והעברה של אנרגיה תרמית מהמאייד למעבה. בעת חיבור משאבות חום למערכת החימום הביתית, יש לקחת בחשבון שטמפרטורת המים היוצאים מהמעבה אינה עולה על 50 - 60 מעלות.

בשל הטמפרטורה הנמוכה של האנרגיה התרמית שנוצרת על ידי משאבת החום, יש לבחור התקני חימום מיוחדים כצרכן חום. זו יכולה להיות רצפה חמה או רדיאטורים נפחיים בעלי אינרציה נמוכה עשויים אלומיניום או פלדה עם שטח קרינה גדול.

אפשרויות משאבת חום תוצרת בית נחשבות בצורה המתאימה ביותר כציוד עזר התומך ומשלים את פעולת המקור הראשי.

מדי שנה משתפרים עיצובי משאבות חום. עיצובים תעשייתיים המיועדים לשימוש ביתי משתמשים במשטחי העברת חום יעילים יותר. כתוצאה מכך, ביצועי המערכת עולים כל הזמן.

גורם חשוב הממריץ את הפיתוח של טכנולוגיה כזו לייצור אנרגיה תרמית הוא המרכיב הסביבתי. מערכות כאלה, בנוסף להיותן יעילות למדי, אינן מזהמות את הסביבה. היעדר להבה פתוחה הופך את פעולתו לבטוחה לחלוטין.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

סרטון מס' 1. כיצד להכין משאבת חום ביתית פשוטה עם מחליף חום מצינורות PEX:

סרטון מס' 2. המשך ההוראה:

משאבות חום משמשות כמערכות חימום חלופיות כבר זמן רב.מערכות אלו אמינות, בעלות חיי שירות ארוכים ובעיקר ידידותיות לסביבה. הם מתחילים להיחשב ברצינות כצעד הבא לקראת פיתוח מערכות חימום יעילות ובטוחות.

האם אתה רוצה לשאול שאלה או לספר לנו על דרך מעניינת לבנות משאבת חום שלא מוזכרת בכתבה? נא לכתוב הערות בבלוק למטה.