أنواع تركيبات المضخات الحرارية. إمكانيات تطبيق أنظمة الحلقة

تصبح أقل ربحية وتفقد أهميتها. إن احتراق الغاز أو الوقود السائل في الغلايات يثقل كاهل الميزانية كما لم يحدث من قبل. يمكن تحقيق وفورات كبيرة باستخدام مضخات حراريةلتدفئة المنزل. إنها تستند إلى مبدأ استهلاك الطاقة الطبيعية المجانية الموجودة في كل مكان. يجب أن تؤخذ فقط.

كفاءة الاستثمار

لا يمكن للغاز المسال ووقود الديزل منافسة المضخات الحرارية سواء من حيث تكاليف التشغيل أو راحة التشغيل. استخدم للتدفئة وقود صلبصعب التشغيل الآلي و كثيفة العمالة. الكهرباء هي شكل مريح ، لكن باهظ الثمن من أشكال الطاقة. لتوصيل غلاية كهربائية ، تحتاج إلى خط قوي منفصل. حتى الآن ، في الظروف المحلية ، ظل الغاز الطبيعي الأكثر طلبًا و منظر مريحالوقود. لكن لها عدد من العيوب:

1. إصدار التصاريح.
2. تنسيق المشروع في الجهات الرقابية ومع الجيران.
3. لا يمكن تنفيذ جزء من عمليات الربط والتوصيل إلا من قبل المنظمات المعتمدة.
4. التحقق الدوري من العداد.
5. التوزيع المحدود للشبكة وبُعد نقاط الاتصال.
6. ارتفاع تكاليف مد خط الإمداد.
7. المعدات التي تستخدم الغاز هي مصدر تهديد محتمل وتتطلب رقابة منظمة.

عيب كبير مضخة الحرارةلا يمكن النظر إلا في استثمارات رأس المال المرتفعة في مرحلة شراء المعدات وتركيبها. يتكون سعر نظام التدفئة القياسي الذي يعتمد على مضخة حرارية مع مبادل حراري أرضي من تكلفة الحفارات والمعدات المحددة مع التركيب. الطقم يشمل:

• مجموعة من المجسات
• البروبيلين غليكول؛
• سخان مياه تدفئة غير مباشرةللمياه الساخنة
• تعيين معدات الضخوالأتمتة.

يتم تنفيذ العمل من قبل موظفين مؤهلين أداة احترافية. تتم موازنة التكلفة الأولية المرتفعة قليلاً بمزايا كبيرة:

1. تركيب المضخة الحرارية اقتصادي للغاية ، مما يسمح لك باسترداد التكاليف الإضافية في مواسم قليلة فقط.
2. هناك الكثير من الفرص لتطبيق التحكم الآلي المرن مع الحد الأدنى من الصيانة.
3. راحة في الاستخدام.
4. ملاءمة جيدة للمنشآت السكنية بفضل تصميمها الجمالي والحديث.
5. تبريد المباني على أساس نفس مجموعة المعدات.
6. عند العمل من أجل التبريد ، بالإضافة إلى وضع التشغيل النشط ، من الممكن استخدام درجة الحرارة المنخفضة للمياه الطبيعية والتربة لتنفيذ وضع سلبي دون تكاليف طاقة غير ضرورية.
7. لا تتطلب الطاقة المنخفضة للمعدات وضع كابل طاقة كبير المقطع العرضي.
8. لا حاجة لتصاريح.
9. إمكانية استخدام الأسلاك الموجودة في أجهزة التدفئة.

لإنتاج 1 كيلو واط من الطاقة الحرارية ، يكفي إنفاق ما لا يزيد عن 250 واط. لتدفئة منزل خاص بمساحة 1 متر مربع. تستهلك المنطقة حوالي 25 واط / ساعة فقط. وذلك بالماء الساخن. يمكنك زيادة كفاءة الطاقة عن طريق تحسين العزل الحراري لمنزلك.

كيف تعمل

المضخة الحرارية ، التي يعتمد مبدأ تشغيلها على دورة كارنو ، تستهلك الطاقة ليس لتسخين المبرد ، ولكن لضخ الحرارة الخارجية. التكنولوجيا ليست جديدة. تعمل المضخات الحرارية في منازلنا كجزء من الثلاجات منذ عقود. في الثلاجة ، تنتقل حرارة الغرفة إلى الخارج. في أحدث تركيبات التدفئة ، يتم تنفيذ العملية العكسية. على الرغم من انخفاض درجة الحرارة في الخارج ، هناك الكثير من الطاقة هناك.

يصبح من الممكن أخذ الحرارة من الجسم الأكثر برودة وإعطائها لجسم أكثر سخونة ، وذلك بفضل خاصية المادة لاستهلاك الطاقة أثناء التبخر وإطلاقها أثناء التكثيف ، وكذلك زيادة درجة حرارتها نتيجة للضغط. الشروط اللازمةللغليان والتبخر عن طريق تغيير الضغط. يستخدم الفريون كسائل عامل مع نقطة غليان منخفضة.

في المضخة الحرارية ، تحدث التحولات على 4 مراحل:

1. عندما يتم تبريده تحت درجة الحرارة المحيطة ، يدور سائل العمل السائل عبر الملف الملامس له. يسخن السائل ويتبخر.
2. يتم ضغط الغاز بواسطة الضاغط مما يؤدي إلى تجاوز درجة حرارته.
3. في الملف الداخلي الأكثر برودة ، يحدث التكثف مع إطلاق الحرارة.
4. يتم تجاوز السائل من خلال جهاز الاختناق للحفاظ على فرق الضغط بين المكثف والمبخر.

التنفيذ العملي

الاتصال المباشر للمبخر والمكثف بالخارج و البيئة الداخليةأوه ليس نموذجيًا لأنظمة التدفئة القائمة على المضخات الحرارية. يتم نقل الطاقة في المبادلات الحرارية. المبرد الذي يتم ضخه عبر الدائرة الخارجية يعطي حرارة للمبخر البارد. يقوم المكثف الساخن بتمريره إلى نظام تدفئة المنزل.

تعتمد كفاءة مثل هذا المخطط بشدة على اختلاف درجة الحرارة بين البيئتين الخارجية والداخلية. كلما كان ذلك أصغر ، كان ذلك أفضل. لذلك ، نادرًا ما يتم أخذ الحرارة من الهواء الخارجي ، حيث يمكن أن تكون درجة حرارته منخفضة جدًا.

حسب مكان استهلاك الطاقة ، تتميز التركيبات من الأنواع التالية:

• "مياه جوفية"؛
• "المياه المياه"؛
• "ماء هواء".

كحامل حرارة في أنظمة الأرض والمياه ، آمن سوائل التجمد. يمكن أن يكون البروبيلين غليكول. لا يُسمح باستخدام جلايكول الإيثيلين لهذه الأغراض ، لأنه في حالة إزالة ضغط النظام ، فسوف يتسبب ذلك في تسمم التربة أو طبقات المياه الجوفية.

منشآت المياه الجوفية

بالفعل في عمق ضحل ، لا تعتمد درجة حرارة التربة إلا قليلاً احوال الطقس، لذلك فإن التربة هي بيئة خارجية فعالة. أقل من 5 أمتار ، لا تتغير الظروف في أي وقت من السنة. هناك نوعان من التركيبات:

• سطح - المظهر الخارجي؛
• الحرارة الأرضية.

في الأول ، يتم حفر الخنادق الممتدة في الموقع على عمق أقل من مستوى التجمد. تم وضعها في حلقات أنابيب بلاستيكيةقسم صلب ومغطى بالأرض.

في أنظمة الطاقة الحرارية الأرضيةيحدث التبادل الحراري في العمق ، في الآبار. تعطي درجات الحرارة المرتفعة والثابتة في أعماق الأرض تأثيراً اقتصادياً جيداً. في الموقع ، يتم حفر الآبار بعمق 50 إلى 100 م بالكمية المطلوبة حسب الحساب. بالنسبة لبعض المباني ، قد تكون البئر الواحدة كافية ، والبعض الآخر 5 لن تكون كافية. يتم إنزال مجسات التبادل الحراري في البئر.

تركيبات المياه إلى الماء

تستخدم هذه الأنظمة طاقة المياه التي لا تتجمد في الشتاء في قاع الأنهار والبحيرات أو المياه الجوفية. هناك نوعان من التركيبات المائية حسب مكان التبادل الحراري:

• في بركة
• على المبخر.

الخيار الأول هو الأقل تكلفة من حيث الاستثمارات الرأسمالية. يغرق خط الأنابيب ببساطة في قاع جسم مائي قريب ويتم تأمينه ضد الظهور مرة أخرى. يستخدم الثاني في حالة عدم وجود المسطحات المائية في المنطقة المجاورة مباشرة. يجري حفر بئرين: توريد واستلام. من الأول ، يتم ضخ الماء إلى الثاني من خلال مبادل حراري.

تركيبات الهواء إلى الماء

يتم تثبيت المبادل الحراري للهواء بجوار المنزل أو على السطح. يتم ضخ الهواء الخارجي من خلاله. هذه الأنظمة أقل كفاءة ، لكنها رخيصة. يساعد التثبيت في أماكن لي على تحسين الأداء.

التجميع الذاتي للنظام

برغبة قوية ، يمكنك محاولة تثبيت مضخة حرارية بيديك. تم شراء ضاغط فريون قوي ، خليج أنابيب نحاسيةوالمبادلات الحرارية والمواد الاستهلاكية الأخرى. لكن هناك العديد من التفاصيل الدقيقة في هذا العمل. هم لا يتألفون كثيرا في وفاء أعمال التركيب، وكم في الحساب الصحيح ، وضبط وموازنة النظام.

يكفي التقاط خط الفريون دون جدوى حتى يعطله السائل الذي يدخل الضاغط على الفور. قد تنشأ صعوبات أيضًا مع التنفيذ التنظيم التلقائيأداء النظام.

الاستعمال: في منشآت غرف التدفئة والتبريد ذات التهوية الدائمة. يحتوي جوهر الاختراع الخاص بتركيب المضخة الحرارية على مبادل حراري 1 ، ومبخر 4 ، وحاقن ماص 6 ، وخزان لفصل الضغط 9 و مضخة سائلة 7. المبخر 4 والحاقن الماص 6 متصلان بشعري واحد على الأقل 5. المبخر 4 مصنوع من ثلاثة تجاويف ومملوءة بجسم مسامي 16. 5 سنتي مكعب. و- لي ، 2 مريض.

يتعلق الاختراع بتركيبات المضخات الحرارية القائمة على وحدات الامتصاص ، على وجه الخصوص لتركيبات غرف التدفئة والتبريد ذات التهوية الدائمة. يعتمد تشغيل جميع المضخات الحرارية على الحالة الديناميكية الحرارية والمعلمات التي تحدد هذه الحالة: درجة الحرارة ، والضغط ، والحجم المحدد ، والمحتوى الحراري ، والنتروبيا. تعمل جميع المضخات الحرارية عن طريق توفير حرارة متساوية الحرارة في درجات حرارة منخفضة وتبدد متساوي القياس في درجات حرارة عالية. يتم تنفيذ الضغط والتوسيع في إنتروبيا ثابتة ، ويتم العمل من محرك خارجي. يمكن وصف المضخة الحرارية بأنها مضاعف حراري يستخدم حرارة منخفضة الدرجة من مختلف الوسائط المنتجة للحرارة مثل الهواء المحيط والتربة والمياه الجوفية ومياه الصرف الصحي وما إلى ذلك. يوجد حاليًا العديد من المضخات الحرارية المختلفة مع سوائل عمل مختلفة. يرجع هذا التنوع إلى القيود الحالية المفروضة على استخدام نوع أو آخر من المضخات الحرارية ، والتي لا تفرضها المشكلات التقنية فحسب ، بل تفرضها أيضًا قوانين الطبيعة. الأكثر شيوعًا هي المضخات بضغط البخار الميكانيكي ، تليها دورة الامتصاص ومضخات دورة رانكين المزدوجة. لا تستخدم المضخات ذات الضغط الميكانيكي على نطاق واسع بسبب الحاجة إلى البخار الجاف ، والذي ينتج عن ميكانيكا معظم الضواغط. يمكن أن يؤدي دخول السائل مع البخار إلى مدخل الضاغط إلى إتلاف صماماته ، ويمكن أن يؤدي تدفق كمية كبيرة من السائل إلى الضاغط إلى تعطيله بشكل عام. المضخات الأكثر استخدامًا هي نوع الامتصاص. آلية العمل مصانع الامتصاصيعتمد على التنفيذ المتسلسل للتفاعلات الحرارية الكيميائية لامتصاص العامل العامل بواسطة المادة الماصة ، ثم إطلاق (امتصاص) المادة الماصة من العامل العامل. كقاعدة عامة ، العامل العامل في محطات الامتصاص هو الماء أو المحاليل الأخرى التي يمكن أن تمتصها المادة الماصة ؛ يمكن استخدام المركبات والمحاليل التي تمتص سائل العمل بسهولة كمواد ماصة: الأمونيا (NH 3) ، الأنهيدريت الكبريتي (SO 2) ، وثاني أكسيد الكربون (CO 2) ، والصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم) ، والبوتاس الكاوية (KOH) ، وكلوريد الكالسيوم (CACl 2) ، إلخ. معروف ، على سبيل المثال ، تركيب المضخة الحرارية (ed. St. USSR N 1270499، class F 25 B 15/02، 29/00، 1986) ، التي تحتوي على امتصاص وحدة التبريدمع دائرة التبريد ، ومكثف ، ومبرد فرعي ، ومبخر ، ومزيل للمخاط ومبادل حراري متجدد ، بالإضافة إلى دائرة ماء تسخين تمر عبر المكثف ، وخط هواء للتهوية يمر بالتتابع عبر الممتص والمبرد الفرعي ، ودائرة تسخين المياه يتم إغلاقها ويتم تضمين مزيل البلغم بالإضافة إلى ذلك. يحتوي المصنع أيضًا على مبادل حراري ثنائي التجويف - مبرد فرعي ، متصل بواسطة تجويف واحد بدائرة التبريد بين المبرد الفرعي والمبخر ، والآخر - بخط هواء التهوية أمام الممتص. التركيب الموصوف مرهق ومكثف المعادن ، حيث يحتوي على مكونات وأنظمة تعمل بضغط مرتفع. بالإضافة إلى تحقيق نسبة عالية مؤشرات الطاقةفي منشأة معروفة ، تستخدم الأمونيا ومحاليلها المائية السامة والمسببة للتآكل كمبرد. أكثر تركيبات المضخات الحرارية كفاءة هي من نوع حاقن الامتصاص. معروف مصنع حراري(ed. St. USSR N 87623، class F 25 B 15/04، 1949) ، بما في ذلك مولد بخار الأمونيا (مبخر) مملوء بمحلول أمونيا مائي عالي التركيز ، مع ملف مصنوع من أنابيب فولاذية، حيث يتم توفير بخار منخفض الضغط ، والذي يعمل على تبخير الأمونيا والامتصاص ضغط مرتفع(عن طريق الحقن) ، مضخات ، نظام تسخين أنبوبي ، مولد بخار عالي ، سخان مكثف بخار منخفض الضغط ، مبرد يعمل كمسخن في نفس الوقت. يسمح لك التثبيت الموصوف بزيادة ضغط البخار عند قيمة عالية الكفاءة الحرارية بسبب حقيقة أن ممتص التركيب يحتوي على محاقن تعمل على زيادة الضغط الذي يتم الحصول عليه في مولد بخار الأمونيا بمساعدة محلول ضعيف يتم توفيره بواسطة مضخة من المولد. ومع ذلك ، في التثبيت الموصوف ، يتم استخدام الوسائط العدوانية ، والتي تتطلب استخدام مواد خاصة ذات مقاومة عالية للتآكل. هذا يزيد بشكل كبير من تكلفة التثبيت. الهدف من الاختراع هو إنشاء تركيب مبسط وصديق للبيئة واقتصادي مع أداء عالي للطاقة. تم حل هذه المشكلة من خلال حقيقة أن تركيب مضخة حرارية يحتوي على مبادل حراري ، ومبخر ، وممتص حاقن ، ومضخة سائلة ، وخزان لفصل الضغط ، ومبخر ، وممتص حاقن ، والتي ، وفقًا للاختراع ، مترابطة بواسطة شعري واحد على الأقل ، والمبخر مصنوع من ثلاثة تجاويف ، أحدها متصل بالمبادل الحراري بواسطة خط هواء تهوية ، والآخر مملوء بسائل تبريد ، مفصولة عن طريق تجويف فراغ متصل بـ حاقن - ماص ، ويحتوي المبخر على جسم مسامي يوضع في نفس الوقت في كل هذه التجاويف. إن تصميم الاتصال بين المبخر وامتصاص الحاقن في شكل نظام متقطع ديناميكيًا حراريًا متصلًا بشعر شعري واحد على الأقل يجعل من الممكن إجراء عملية الحصول على الحرارة في منطقة بعيدة عن التوازن الديناميكي الحراري ، مما يؤدي إلى تكثيف الحرارة بشكل كبير و النقل الجماعي في النظام قيد النظر. من الممكن توصيل المبخر والحاقن بعدة شعيرات دموية. سيعزز هذا تأثير انتقال الحرارة والكتلة في النظام قيد الدراسة. يسمح تنفيذ المبخر بثلاثة تجاويف مستقلة ومنفصلة وبجسم مسامي يتم وضعه في نفس الوقت في جميع التجاويف الثلاثة بتكوين سطح نقل كتلة متطور بين المبرد والهواء (حوالي 100-10000 سم 2 في 1 سم 3) ، بسبب الذي يؤدي إلى التبخر المكثف للمبرد وتشبع الهواء معه ، مصحوبًا بامتصاص كبير للحرارة القادمة من الوسط المولّد للحرارة. من المستحسن أن يكون للشعيرات الدموية قطر يساوي متوسط ​​المسار الحر لجزيئات المبرد في طور البخار عند الضغط المتبقي الناتج عن امتصاص الحاقن ودرجة حرارة مساوية لدرجة حرارة سائل التبريد ، وطول يساوي 10-10 5 أقطار من الشعيرات الدموية. هذا يضمن نقل كتلة مكثف لسائل التبريد في الاتجاه فقط من المبخر إلى جهاز امتصاص الحاقن. يُنصح بصنع جسم مسامي من نوعين من المسام ، سطح بعضها مبلل ، والبعض الآخر غير مبلل بواسطة المبرد. في هذه الحالة ، يكون الجسم المسامي منفذاً للسائل والهواء في نفس الوقت ويسمح بتكوين سطح نقل كتلة أكثر تطوراً بين المبرد والهواء داخل الجسم المسامي. هذا يكثف بشكل كبير عملية التبخر. يصل معدل التبخر في المبخر لهيكل الجسم المسامي الموصوف أعلاه إلى قيمة قريبة من معدل التبخر في الفراغ المطلق. يُنصح بإحضار أنبوب حرارة واحد على الأقل إلى المبخر ، يتم وضع أحد طرفيه في جسم مسامي والآخر في وسط مولّد للحرارة ، على سبيل المثال ، في الأرض. سيؤدي ذلك إلى تكثيف التبادل الحراري بين المبخر ووسط توليد الحرارة. يمكن توصيل الأنبوب الفرعي لمخرج خليط الغاز والبخار لخزان فصل الضغط بمبادل حراري ، والذي يكون في نفس الوقت في التركيب الموصوف والمكثف. سيوفر هذا تدفئة ، وبالتالي ، انخفاض في رطوبة هواء التهوية الممتص إلى المبخر من بيئة ، وبالتالي تكثيف عملية تبخر المبرد في المبخر. يُنصح بتوصيل خزان فصل الضغط بمبادل حراري ، وهو في نفس الوقت مكثف في التركيب الموصوف. سيوفر هذا تدفئة ، وبالتالي ، انخفاض في رطوبة هواء التهوية الممتص إلى المبخر من البيئة ، وبالتالي تكثيف عملية مبخر المبرد في المبخر. يمكن توصيل تجويف المبخر المملوء بحامل حراري بالمبادل الحراري عن طريق خط تكثيف ناقل الحرارة. سيؤدي ذلك إلى تجنب فقد سائل التبريد مع فصل خليط البخار والغاز في خزان فصل الضغط ويضمن التجديد المستمر لسائل التبريد في المبخر. يوضح الشكل 1 مخططًا لتركيب مضخة الحرارة المقترحة ؛ الشكل 2 وضع المبخر فيه جسمًا مساميًا وأنبوبًا حراريًا. يحتوي تركيب المضخة الحرارية المبتكرة على مبادل حراري 1 (الشكل 1) مع فوهات 2 ، 3 ، على التوالي ، لتزويد هواء التهوية وخليط بخار هواء ، ومبخر 4 متصل بالمبادل الحراري 1 بواسطة خط غاز-سائل 5 ، وهو عبارة عن أنبوبين منفصلين ، مع حاقن وامتصاص مع شعري 7 متصل بخط الشفط لممتص الحاقن. يجب أن يكون للشعيرات الدموية قطر يساوي متوسط ​​المسار الحر لجزيئات المبرد في طور البخار عند الضغط المتبقي الناتج في ماص الحاقن 6 ودرجة حرارة مساوية لدرجة حرارة سائل التبريد. يجب أن يكون طول الخط الشعري 10-10 5 من قطر الشعيرات الدموية. يتم تثبيت جهاز امتصاص الحاقن 6 على خط ضغط مضخة السائل 8 ومتصل بخزان فصل الضغط 9 ، المملوء بثلثي حجمه بحامل حرارة سائل. يتم توصيل خزان فصل الضغط عن طريق الخط 10 بالمبادل الحراري 1 من خلال الأنبوب الفرعي 3 والخط 2 ، المصمم لإزالة ناقل الحرارة السائل ، بأجهزة التسخين 12 ، والتي يتم توصيلها بخط الشفط لمضخة السائل 7. المبخر 4 هو مصنوعة من ثلاثة تجاويف مستقلة 13 و 14 و 15 (الشكل 2). يتم توصيل التجويف 13 بأنبوب إمداد الهواء من المبادل الحراري. يتم تعبئة التجويف 15 بحامل حرارة سائل ومتصل بأنبوب إمداد مكثف ناقل الحرارة من المبادل الحراري 1 ، وهو أيضًا مكثف بخار ناقل حراري. هذا يجعل من الممكن تجنب فقد المبرد بخليط الغاز والبخار ، والذي يتم فصله عن سائل التبريد في خزان فصل الضغط 9. يتم توصيل التجويف 14 عن طريق خط شعري 7 إلى خط الشفط في الخزان. حاقن ماص 6 ، داخل المبخر 4 يوجد جسم مسامي 16 ، مصنوع على شكل أسطوانة سميكة الجدران تحتوي على نوعين من المسام - سطح نوع واحد من المسام مبلل جيدًا بواسطة المبرد ، سطح النوع الآخر من المسام لا يبلل بواسطة المبرد ، ولكنه منفذ للهواء. يتم اختيار مادة الجسم المسامي اعتمادًا على المبرد ، والذي يمكن أن يكون أي سائل غير عدواني مع نقطة غليان عند ضغط 1 ضغط جوي لا يزيد عن 150 درجة مئوية ، على سبيل المثال ، الماء والكحول والإيثرات والهيدروكربونات مخاليط ، تتكون من مكونين أو ثلاثة مكونات أو أكثر ، قابلة للذوبان بشكل متبادل. يتم اختيار المبرد اعتمادًا على الغرفة المطلوب تسخينها بالتركيب ، وفقًا للظروف المناخية وعوامل أخرى. يتم وضع الجسم المسامي 16 داخل المبخر بطريقة تلامس أسطحه جميع هذه التجاويف الثلاثة. إلى المبخر 4 لخص أنبوب الحرارة 17 ، يتم وضع أحد طرفيه في الجسم المسامي 16 ، والآخر في وسط مولّد للحرارة ، مثل التربة. يمكن أن يكون هناك العديد من الأنابيب الحرارية ، والتي ستزيد من إمداد الحرارة من الوسيط المحتوي على الحرارة إلى المبخر وبالتالي تعزيز عملية تبخر المبرد. محطة ضخ الحرارة قيد التشغيل بالطريقة الآتية. الهواء من الغلاف الجوي عبر الأنبوب 3 من إمداد الهواء بسبب الخلخلة الناتجة عن امتصاص الحاقن في المبخر 4 يتم امتصاصه في المبادل الحراري 1 ومن خلال خط الغاز السائل 5 عبر أنبوب الهواء يدخل الغرفة 13 من المبخر 4. داخل الجسم المسامي 16 ، يتبخر الناقل الحراري بشكل مكثف ويشبع بخار الهواء. في هذه الحالة ، يتم امتصاص حرارة الوسط المولّد للحرارة ، مثل التربة ، والتي يتم إمدادها بالمبخر من خلال أنابيب الحرارة 17. يصل معدل تبخر الناقل الحراري داخل الجسم المسامي إلى قيمة مماثلة لمعدل التبخر في فراغ مطلق يبلغ 0.3 جم / سم 3 ث ، وهو ما يتوافق مع تدفق الحرارة 0.75 واط / سم 2 جسم مسامي. يُمتص الهواء المشبع ببخار سائل التبريد إلى حاقن الامتصاص 6 خلال الشعيرات الدموية 7 ، ويتم تزويد المبرد هنا بواسطة مضخة سائلة 8 من أجهزة التسخين 12 تحت الضغط ويخلط مع خليط بخار الهواء ، مكونًا مستحلبًا ، وهو فقاعات الهواء والمبرد. في هذه الحالة ، يمتص السائل الرطوبة البخارية مع إطلاق حرارة مكافئة للحرارة الممتصة في المبخر. يتم استخدام الحرارة المنبعثة لتسخين المبرد. يدخل المستحلب المتكون في جهاز امتصاص الحاقن 6 إلى خزان فصل الضغط 9 ، حيث يتم فصله إلى خليط بخار هواء وحامل حرارة سائل. من خزان فصل الضغط 9 ، يتدفق المبرد المسخن بالجاذبية إلى أجهزة التسخين 12 ومرة ​​أخرى إلى خط الشفط لمضخة السائل 8 ، وبالتالي يتم إكمال دورة المبرد السائل. خليط الهواء والبخار من خزان فصل الضغط من 9 إلى الخط 10 ، بسبب الضغط الزائد الصغير الناتج في خزان فصل الضغط 9 ، يدخل المبادل الحراري 1 عبر الأنبوب 3. في المبادل الحراري 1 ، الغلاف الجوي الممتص يتم تسخين الهواء وتكثيف الأبخرة الحاملة للحرارة ، والتي تدخل بشكل منفصل إلى المبخر 4. وبالتالي ، فإن تركيب المضخة الحرارية المبتكرة يتميز بخصائص طاقة عالية ، دون استخدام مبردات عدوانية ضارة بالبيئة ، مما يجعلها آمنة للتشغيل. يمكن استخدام الماء كحامل حرارة. لتدفئة الغرف والمباني في الظروف المناخية القاسية ، يمكن ملء المبخر بسائل تبريد منخفض الغليان لتبخر أكثر كثافة ، ويمكن تمرير الماء عبر نظام التدفئة. للتدفئة ، على سبيل المثال ، المرائب ، عندما لا تكون مطلوبة حتى في وقت الشتاءالتسخين المستمر ، يُنصح باستخدام الكحول أو المحاليل ذات نقطة التجمد المنخفضة كمبرد ، مما يمنع النظام من التجمد أثناء إيقاف تشغيل الوحدة. إن استخدام سوائل التسخين غير العدوانية يلغي الحاجة إلى استخدام مواد وسبائك خاصة في تصنيع الوحدة. بعض وحدات التركيب ، مثل خزان فصل الضغط ، وخطوط الأنابيب الموصلة يمكن أن تكون مصنوعة من البلاستيك والمطاط وغيرها من المواد غير المعدنية ، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك المعدن. التثبيت بسيط تقنيًا في التنفيذ والتشغيل ، ولا يتطلب استهلاكًا كبيرًا للطاقة. وحدة توليد الحرارة مدمجة ويمكن وضعها في مساحة صغيرة ويمكن استخدامها للتدفئة غرف كبيرةوالمباني والمباني الصغيرة ، وكذلك الجراجات ، وعند العمل في دورة التبريد لتبريد الأقبية في الصيف. تتيح إمكانية الاختيار الواسع لنوع الناقل الحراري استخدام الوحدة في أي ظروف مناخية. كل هذا يحدد التكلفة المنخفضة للتركيب ، وسلامة تشغيله وإمكانية الوصول إليه عدد كبيرالمستهلكين.

مطالبة

1. وحدة مضخة حرارية تحتوي على مبادل حراري ، ومبخر ، وامتصاص حاقن ، ومضخة سائلة ، وخزان لفصل الضغط ، وتتميز بأن الوحدة مجهزة بخط هواء للتهوية ، وشعري واحد على الأقل وجسم مسامي ، والمبخر مصنوع من ثلاثة تجاويف ، أحدها متصل بمبادل حراري بواسطة خط هواء للتهوية ، والآخر مملوء بسائل تبريد والفجوة المفرغة الثالثة متصلة بامتصاص حاقن ، بينما الجسم المسامي يتم وضعها في جميع التجاويف الثلاثة ، ويتم ربط المبخر وامتصاص الحاقن ببعضهما البعض بواسطة أنبوب شعري واحد على الأقل. 2. التركيب وفقًا للمطالبة 1 ، يتميز بأن قطر الشعيرات الدموية يساوي المسار الحر لجزيئات المبرد في طور البخار عند ضغط متبقي تم إنشاؤه في جهاز امتصاص الحاقن ودرجة حرارة مساوية لدرجة الحرارة المحيطة ، و طول الشعيرات الدموية 10 10 5 قطرها. 3. التركيب وفقًا لعنصر الحماية 1 ، يتميز بأن الجسم المسامي يتكون من نوعين من المسام ، سطح بعضها مبلل ، والبعض الآخر غير مبلل بواسطة المبرد. 4. التركيب وفقًا لعنصر الحماية 1 ، يتميز بأنه يتم توصيل أنبوب حراري واحد على الأقل بالمبخر ، حيث يتم وضع أحد طرفيه في جسم مسامي والآخر في وسط مولّد للحرارة. 5. التركيب وفقًا للمطالبة 1 ، يتميز بأن خزان فصل الضغط متصل بمبادل حراري. 6. التركيب وفقًا لعنصر الحماية 1 ، يتميز بأنه مزود بخط مكثف لسائل التبريد ، يتم من خلاله توصيل تجويف المبخر المملوء بسائل التبريد بالمبادل الحراري.

على مدار العام الماضي ، احتلت المضخات الحرارية مكانتها في سوق المناخ الروسي ، من بين التقنيات الشائعة الأخرى. تمت مناقشة مزايا وعيوب تركيبات المضخات الحرارية (HPU) على صفحات الصحافة الصناعية ، وفي المؤتمرات المواضيعية والموائد المستديرة. ظهرت مؤخرًا معلومات كثيرة حول المضخات الحرارية - سواء في الإنترنت باللغة الروسية أو في وسائل الإعلام المتخصصة. ومع ذلك ، لا يزال هناك عدد قليل جدًا من المنشورات حول أنظمة المضخات الحرارية المتكاملة. الغرض من هذه المقالة هو سد هذه الفجوة إلى حد ما ، لتلخيص بعض الأسئلة التي تثار لدى المتخصصين عندما يتعرفون لأول مرة على أنظمة نقل الحرارة الحلقية ، والإجابة عليها بإيجاز.

لذلك ، من المعروف عن المضخات الحرارية أن هذه معدات مناخية قادرة على الاستفادة من حرارة البيئة ، باستخدام ضاغط لرفع درجة حرارة المبرد إلى المستوى المطلوب ونقل هذه الحرارة إلى المكان المطلوب.

يكاد يكون من الممكن دائمًا استخراج الحرارة من البيئة. بعد كل شيء ، "الماء البارد" هو مفهوم شخصي ، يعتمد على مشاعرنا. حتى مياه الأنهار الأكثر برودة تحتوي على بعض الحرارة. لكن من المعروف أن الحرارة تنتقل فقط من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأكثر برودة. يمكن توجيه الحرارة بالقوة من الجسم البارد إلى الجسم الدافئ ، ثم يبرد الجسم البارد بدرجة أكبر ، ويسخن الجسم الدافئ. باستخدام مضخة حرارية "تضخ" الحرارة من الهواء أو مياه النهر أو الأرض ، مما يؤدي إلى خفض درجة حرارتها بدرجة أكبر ، من الممكن تسخين المبنى. في الحالة الكلاسيكية ، يُعتبر أن إنفاق 1 كيلو واط من الكهرباء أثناء التشغيل ، يمكن أن تنتج HPI من 3 إلى 6 كيلو واط من الطاقة الحرارية. في الممارسة العملية ، هذا يعني أن طاقة مصباحين أو ثلاثة مصابيح منزلية في الشتاء يمكنها تدفئة غرفة معيشة متوسطة الحجم. في الصيف ، من خلال التشغيل في الوضع العكسي ، يمكن لمضخة الحرارة تبريد الهواء في غرف المبنى. ستتم إزالة حرارة المبنى عن طريق امتصاصها بواسطة الغلاف الجوي أو النهر أو الأرض.

يوجد حاليًا مجموعة كبيرة ومتنوعة من تركيبات المضخات الحرارية ، مما يسمح باستخدامها على نطاق واسع في الصناعة ، زراعة، في الإسكان والخدمات المجتمعية. كمثال على استخدام HPP ، في نهاية المقالة سننظر في مشروعين - أحدهما هو مشروع نظام حلقة واسع النطاق تم تنفيذه في إقليم كراسنوداروالثاني هو مشروع بناء صغير في منطقة موسكو.

ما هي المضخات الحرارية؟

تأتي المضخات الحرارية في مجموعة متنوعة من المخرجات الحرارية تتراوح من بضعة كيلووات إلى مئات الميجاوات. يمكنهم العمل مع مصادر متعددةالحرارة في حالات التجميع المختلفة. في هذا الصدد ، يمكن تقسيمها إلى الأنواع التالية: ماء - ماء ، ماء - هواء ، هواء - ماء ، هواء - هواء. يتم إنتاج المضخات الحرارية ، والمصممة للعمل مع مصادر الحرارة المنخفضة الدرجة بدرجات حرارة مختلفة ، حتى السلبية. يمكن استخدامها كمستقبل للحرارة العالية التي تتطلب درجة حرارة عالية درجات حرارة مختلفةحتى فوق 1000 درجة مئوية. بناءً على ذلك ، يمكن تقسيم المضخات الحرارية إلى درجات حرارة منخفضة ودرجة حرارة متوسطة ودرجة حرارة عالية.

مضخات الحرارة تختلف أيضا من حيث جهاز تقني. في هذا الصدد ، يمكن التمييز بين اتجاهين: ضغط البخار وامتصاص HPP. يمكن أن تستخدم المضخات الحرارية أيضًا أنواعًا أخرى من الطاقة في عملها ، بالإضافة إلى الكهرباء ، على سبيل المثال ، يمكن أن تعمل على أنواع مختلفة من الوقود.

مجموعات مختلفة من أنواع مصادر الحرارة المنخفضة ومستقبلات الحرارة العالية تعطي مجموعة متنوعة من أنواع المضخات الحرارية. وهنا بعض الأمثلة:

• HPP ، باستخدام حرارة المياه الجوفية للتدفئة ؛
• HPP ، باستخدام حرارة خزان طبيعي لإمداد الماء الساخن ؛
• HPU - مكيف هواء يستخدم مياه البحر كمصدر ومستقبل للحرارة ؛
• HPI - مكيف هواء يستخدم الهواء الخارجي كمصدر ومستقبل للحرارة ؛
• HPI لتسخين مياه المسبح باستخدام حرارة الهواء الخارجي ؛
• HPP ، باستخدام حرارة المياه العادمة في نظام الإمداد الحراري ؛
• HPP ، باستخدام حرارة المعدات الهندسية والتقنية في نظام الإمداد الحراري ؛
• HPP لتبريد الحليب وفي نفس الوقت تسخين المياه لتوفير الماء الساخن في مزارع الألبان ؛
• HPP لاستعادة الحرارة من العمليات التكنولوجيةفي التدفئة الأولية لتزويد الهواء.

يتم إنتاج مجموعة متنوعة من معدات المضخات الحرارية بكميات كبيرة ، ولكن يمكن أيضًا تصنيع المضخات الحرارية وفقًا لمشاريع خاصة. هناك منشآت تجريبية وعينات تجريبية بالإضافة إلى العديد من التطورات النظرية.

إذا كان المرفق يوفر استخدام العديد من المضخات الحرارية ، والتي سيتم تصميمها لإنتاج كل من الحرارة والبرودة ، فستزيد كفاءتها عدة مرات إذا تم دمجها في نظام واحد. هذه هي ما يسمى بأنظمة المضخات الحرارية الحلقية (KHNS). هذه الأنظمة مناسبة للاستخدام في المتوسط ​​والأشياء الكبيرة.

أنظمة تكييف الهواء الحلقية

تعتمد هذه الأنظمة على مضخات تسخين الماء والهواء التي تؤدي وظائف تكييف الهواء في المباني. في الغرفة التي يتم توفير تكييف الهواء فيها (أو بجانبها) ، يتم تثبيت مضخة حرارية ، يتم اختيار قوتها وفقًا لمعايير الغرفة والغرض منها وخصائص الإمداد المطلوب وتهوية العادم ، العدد المحتمل للأشخاص الموجودين والمعدات المثبتة فيه ومعايير أخرى. جميع HPPs قابلة للعكس ، أي أنها مصممة لكل من هواء التبريد والتدفئة. كل منهم متصل بدائرة مائية مشتركة - أنابيب يدور فيها الماء. الماء هو مصدر ومستقبل للحرارة لجميع أنواع HPI. يمكن أن تختلف درجة الحرارة في الدائرة من 18 إلى 320 درجة مئوية. بين المضخات الحرارية التي تسخن الهواء وتلك التي تبرده ، يتم تبادل الحرارة من خلال دائرة مائية. اعتمادًا على خصائص المبنى ، وكذلك على الوقت من السنة والوقت من اليوم - في غرف مختلفةقد تكون هناك حاجة للتدفئة أو التبريد. مع التشغيل المتزامن في نفس مبنى HPI لإنتاج الحرارة والبرودة ، يتم نقل الحرارة من الغرف حيث تكون زائدة إلى الغرف حيث لا تكفي. وبالتالي ، هناك تبادل للحرارة بين المناطق ، متحدة في حلقة واحدة.

باإلضافة إلى أداء HPP لوظيفة تكييف الهواء ، قد يتم أيضًا تضمين HPP ألغراض أخرى في HPP. إذا كانت هناك متطلبات حرارة كافية في المنشأة ، فيمكن استخدام الحرارة المهدرة بكفاءة من خلال نظام الحلقة باستخدام HPI. على سبيل المثال ، في ظل وجود تدفق مكثف لمياه الصرف الصحي ، فمن المنطقي تركيب HPI من الماء إلى الماء ، والذي سيسمح باستخدام الحرارة المهدرة عن طريق HPS. ستكون هذه المضخة الحرارية قادرة على استخلاص الحرارة من مياه الصرف ، ونقلها باستخدام دائرة دائرية ، ثم استخدامها لتدفئة الغرف.

يحتوي الهواء الذي يتم إزالته من المبنى عن طريق تهوية العادم أيضًا على كمية كبيرة من الحرارة. في حالة عدم وجود كمية كبيرة من الشوائب في هواء العادم التي تعيق عمل HPI ، فمن الممكن الاستفادة من حرارة هواء العادم عن طريق تركيب HPI هواء إلى ماء. من خلال CHP ، يمكن استخدام هذه الحرارة من قبل جميع المستهلكين في المبنى ، وهو أمر يصعب تحقيقه باستخدام المجددات التقليدية وأجهزة التعافي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون عملية إعادة التدوير في هذه الحالة أكثر كفاءة ، لأنها لا تعتمد على درجة حرارة الهواء الخارجي المأخوذ عن طريق تهوية الإمداد ، وعلى درجة الحرارة المحددة لتسخين الهواء المحقون في المبنى.

بالإضافة إلى ذلك ، عند تشغيل المضخات الحرارية العكسية في كل من مياه الصرف الصحي وتهوية العادم ، يمكن استخدامها لإزالة الحرارة الزائدة من دائرة المياه خلال الموسم الدافئ ، وبالتالي تقليل السعة المطلوبة لبرج التبريد.

في الموسم الدافئ ، بمساعدة المضخات الحرارية ، يتم استخدام الحرارة الزائدة في دائرة المياه من خلال المستهلكين المتوفرين في المنشأة. على سبيل المثال ، يمكن توصيل HPI من الماء إلى الماء بنظام الحلقة ، ونقل الحرارة الزائدة إلى نظام إمداد الماء الساخن (DHW). في منشأة لا تحتاج إلا قليلاً إلى الماء الساخن ، قد تكون هذه المضخة الحرارية كافية لإرضائهم تمامًا.

إذا كان المرفق يحتوي على واحد أو أكثر من حمامات السباحة ، على سبيل المثال ، في مرافق الرعاية الصحية ودور الاستراحة والمجمعات الترفيهية والفنادق ، فيمكن أيضًا تسخين مياه المسبح باستخدام مضخة تسخين المياه عن طريق توصيلها بـ KTS.

الجمع بين أنظمة الحلقة مع أنظمة أخرى

يجب تطوير نظام التهوية في المباني باستخدام نظام مضخة حرارية حلقي مع مراعاة خصائص تشغيل HPPs التي تقوم بتكييف الهواء. من الضروري إعادة تدوير الهواء بالكمية اللازمة للتشغيل المستقر لمضخات الحرارة هذه ، والحفاظ على درجة الحرارة المحددة في الغرفة واستعادة الحرارة بكفاءة (الاستثناء هو الحالات التي يكون فيها إعادة التدوير غير مرغوب فيه ، على سبيل المثال ، قاعات حمامات السباحة ، والمطبخ المحلي اغطية). هناك بعض الميزات الأخرى في تطوير التهوية باستخدام CTNS.

ومع ذلك ، في نفس الوقت ، يوفر نظام الحلقة أنظمة تهوية أبسط من طرق تكييف الهواء الأخرى. تقوم المضخات الحرارية بتكييف الهواء مباشرة في الموقع ، في الغرفة نفسها ، مما يلغي الحاجة إلى نقل الهواء النهائي عبر مجاري هواء طويلة معزولة بالحرارة ، كما يحدث ، على سبيل المثال ، مع تكييف الهواء المركزي.

يمكن لنظام الحلقة أن يتولى وظائف التدفئة بالكامل ، ولكن لا يتم استبعاد الاستخدام المشترك مع نظام التدفئة. في هذه الحالة ، يتم استخدام نظام تدفئة أقل قوة وأبسط من الناحية الفنية. مثل هذا النظام ثنائي التكافؤ هو أكثر ملاءمة ل خطوط العرض الشمالية، حيث هناك حاجة إلى مزيد من الحرارة للتدفئة ، ويجب توفيرها أكثرمن مصدر عالي الإمكانات. إذا تم تركيب أنظمة منفصلة لتكييف الهواء والتدفئة في المبنى ، فغالبًا ما تتداخل هذه الأنظمة حرفيًا مع بعضها البعض ، خاصة خلال الفترات الانتقالية. لا يؤدي استخدام نظام الحلقة بالاقتران مع نظام التدفئة إلى حدوث مثل هذه المشكلات ، نظرًا لأن تشغيله يعتمد كليًا على الحالة الفعلية للمناخ المحلي في كل منطقة فردية.

في المؤسسات ، يمكن أن تشارك أنظمة المضخات الحرارية الحلقية في تسخين أو تبريد الماء أو الهواء للأغراض التكنولوجية ، وسيتم تضمين هذه العمليات في ميزان الإمداد الحراري العام للمؤسسة.

عند الحديث عن أنظمة الإمداد الحراري التقليدية ، من الصعب الموافقة على كفاءتها المحدودة. يتم استخدام الحرارة جزئيًا ، وتبدد سريعًا في الغلاف الجوي (أثناء التدفئة والتهوية) ، ويتم إزالتها من مياه المجاري(من خلال الإمداد بالمياه الساخنة ، والعمليات التكنولوجية) وبطرق أخرى. من الجيد أيضًا ، بالنسبة لبعض الاقتصاد ، تثبيت مبادلات حرارية من الهواء إلى الهواء في نظام التهوية ، أو المبادلات الحرارية من الماء إلى الماء لاستعادة الحرارة ، على سبيل المثال ، وحدات التبريد ، أو بعض أجهزة استرداد الحرارة المحلية الأخرى. من ناحية أخرى ، يحل KTNS هذه المشكلة بطريقة معقدة ، مما يجعل من الممكن في كثير من الحالات جعل استعادة الحرارة أكثر كفاءة.

التحكم الآلي في أنظمة الحلقة

لإزعاج العديد من الشركات المصنعة لأنظمة الأتمتة باهظة الثمن ، لا تتطلب أنظمة المضخات الحرارية ضوابط أتمتة معقدة. يتم تقليل كل التنظيم هنا فقط للحفاظ على قيمة معينة لدرجة حرارة الماء في الدائرة. من أجل منع تبريد المياه عن الحد الذي تم ضبطه ، من الضروري تشغيل السخان الإضافي في الوقت المناسب. والعكس صحيح ، لكي لا يتم تجاوز الحد الأعلى ، من الضروري تشغيل برج التبريد في الوقت المناسب. إدارة تلقائية لهذا عملية بسيطةيمكن تنفيذه باستخدام العديد من منظمات الحرارة. نظرًا لأن درجة حرارة الماء في دائرة HPS يمكن أن تختلف على نطاق واسع إلى حد ما (عادةً من 18 إلى 320 درجة مئوية) ، فلا داعي أيضًا لاستخدام صمامات تحكم دقيقة.

أما بالنسبة لعملية نقل الحرارة من المضخة الحرارية إلى المستهلك ، فيتم التحكم فيها عن طريق الأتمتة المدمجة في كل مضخة حرارية. على سبيل المثال ، HPI لتكييف الهواء بها مستشعر درجة حرارة (ترموستات) مثبت مباشرة في الغرفة. هذا منظم الحرارة العادي كافٍ تمامًا للتحكم في تشغيل HP.

توفر المضخة الحرارية بشكل كامل معلمات درجة الحرارة اللازمة للهواء في المبنى ، مما يجعل من الممكن رفض مخمدات التحكم في نظام التهوية وصمامات التحكم في نظام التدفئة (بنظام ثنائي التكافؤ). كل هذه الظروف تساهم في تقليل التكلفة وزيادة موثوقية الأنظمة الهندسية ككل.

في المنشآت الكبيرة ، حيث يشتمل النظام الدائري على عدد كبير من المضخات الحرارية وحيث يتم تثبيت أنواع مختلفة من المضخات الحرارية (لتكييف الهواء واستعادة الحرارة والعمليات التكنولوجية) ، غالبًا ما يكون من المنطقي تنفيذ المزيد نظام معقدالتحكم الآلي ، والذي يسمح لك بتحسين تشغيل النظام بأكمله.

يتأثر تشغيل نظام المضخة الحرارية الحلقيّة بالعوامل التالية:

• أولاً ، درجة حرارة الماء في الدائرة. يعتمد معامل تحويل الحرارة (COP) عليه ، أي نسبة كمية الحرارة المقدمة للمستهلك إلى كمية الطاقة التي تستهلكها المضخة الحرارية ؛
• ثانياً ، درجة حرارة الهواء الخارجي ؛
• ثالثًا ، معلمات التشغيل لبرج التبريد. للحصول على نفس كمية الحرارة التي يتم إزالتها في ظل ظروف مختلفة ، يمكن إنفاق كميات مختلفة من الطاقة التي يستهلكها برج التبريد. وهذا بدوره يعتمد أيضًا على درجة حرارة الهواء الخارجي ورطوبته ووجود الرياح وظروف أخرى ؛
• رابعًا ، من عدد الموظفين في هذه اللحظةفي نظام المضخات الحرارية. هنا ، تعد الطاقة الإجمالية لـ HPI ، التي تأخذ الحرارة من دائرة الماء ، مهمة مقارنة بقوة كل HPI ، التي تنقل الحرارة إلى الدائرة ، أي كمية الحرارة التي تدخل الدائرة أو تمت إزالتها منها.

جيد للأطفال ، جيد للميزانية

دعنا ننتقل إلى وصف المشاريع باستخدام أنظمة المضخات الحرارية الحلقية.

المشروع الأول هو إعادة إعمار تقليدية مدرسة اعداديةفي جنوب روسيا. الصيف الماضي ، الإدارة إقليم كراسنودارنفذ هذا المشروع في Ust-Labinsk (مدرسة المدينة رقم 2). خلال إعادة الإعمار ، تم الحفاظ على أعلى المعايير في ضمان المتطلبات الصحية وإقامة مريحة للأطفال في المدرسة. على وجه الخصوص ، تم تركيب نظام مناخي كامل في المبنى ، مما يوفر التحكم في درجة الحرارة من منطقة إلى أخرى ، وتدفق الهواء النقي والرطوبة.

عند تنفيذ هذا المشروع ، أراد المهندسون أولاً ضمان المستوى المناسب من الراحة والتحكم الفردي في كل فئة. ثانيًا ، كان من المفترض أن نظام الحلقة سيقلل بشكل كبير من تكلفة تدفئة المدرسة ويحل مشكلة انخفاض درجة حرارة الماء في محطة التدفئة في موقع المدرسة. يتكون النظام من أكثر من خمسين مضخة حرارية من إنتاج شركة Climatemaster (الولايات المتحدة الأمريكية) وبرج تبريد. يتلقى حرارة إضافية من محطة التدفئة في المدينة. يخضع نظام المناخ للتحكم الآلي وهو قادر على الحفاظ بشكل مستقل على أكثر وسائل الراحة للفرد وفي نفس الوقت طرق التشغيل الاقتصادية.

أعطى تشغيل النظام الموصوف في أشهر الشتاء النتائج التالية:

• قبل التحديث (قبل تركيب المضخات الحرارية) ، كانت تكاليف التدفئة الشهرية لـ 2500 متر مربع 18.440 روبل ؛
• بعد تحديث المبنى ، زادت المساحة المدفئة إلى 3000 متر مربع ، وانخفضت تكاليف التدفئة الشهرية إلى 9800 روبل.

وبالتالي ، فإن استخدام المضخات الحرارية جعل من الممكن خفض تكلفة تدفئة المبنى بأكثر من النصف ، حيث زادت مساحة التسخين بنسبة 20 ٪ تقريبًا.

حرارة مستقلة

ترجع مشاكل بناء الكوخ في منطقة موسكو اليوم إلى حقيقة أن البنية التحتية ( كهرباء الصافي، أنابيب المياه) ، غالبًا ما يمنع نمو مستوطنات جديدة. موجود المحولات الفرعيةغير قادر على التعامل مع أعباء العمل المتزايدة. الانقطاعات المستمرة في إمداد الكهرباء (الحوادث في المحطات الفرعية القديمة ، وانقطاع الأسلاك المتداعية) تجبر المستهلكين على البحث عن طرق لإمداد الطاقة المستقل.

في المشروع الموصوف ، واجه المهندسون مهمة توفير كوخ متعدد الغرف من طابقين مع علية مع التدفئة والكهرباء. كانت المساحة الإجمالية للمنزل المدفأة 200 م 2. من الاتصالات الفاشلة - مياه ارتوازيةوالكهرباء.

نظرًا لوضع متطلبات كفاءة الطاقة في المقدمة ، فقد تقرر تركيب الألواح الشمسية. تم شراء وحدات كهروضوئية 3.5 كيلو وات وتركيبها مباشرة في الموقع خلف المنزل. وفقًا لحسابات المهندسين ، كان ينبغي أن يكون هذا كافيًا لإعادة شحن البطاريات ، والتي بدورها ستغذي المنزل ونظام التدفئة دون انقطاع. وبلغت التكلفة الإجمالية للنظام حوالي 27000 دولار. بالنظر إلى أن المصدر الوارد كهرباء مجانية، وسيتم شطب هذه المقالة من ميزانية الأسرة ، اتضح أن تكلفة تركيب بطارية شمسية ستؤتي ثمارها في أقل من 10 سنوات. وإذا اعتبرنا أنه بخلاف ذلك سيتعين علينا بناء محطة فرعية أو العيش مع انقطاع التيار الكهربائي المستمر ، فيمكن اعتبار التكاليف مدفوعة بالفعل.

للتدفئة ، تقرر استخدام نظام المضخة الحرارية الجوفية. تم شراء مضخة تسخين الماء إلى الماء الأمريكية. ينتج هذا النوع من المضخات الحرارية الماء الساخن باستخدام المبادلات الحرارية ، والتي يمكن استخدامها لتزويد الماء الساخن والتدفئة باستخدام بطاريات الرادياتير. تم وضع الدائرة نفسها ، التي توفر حرارة منخفضة الدرجة للمضخة الحرارية ، مباشرة على الموقع المجاور للمنزل الريفي ، على عمق 2 متر. أنابيب البولي ايثيلينبقطر 32 مم وطول 800 م تكلفة تركيب مضخة حرارية مع تركيب وتوريد المعدات والمكونات 10.000 دولار امريكي.

وهكذا ، بعد أن أنفق حوالي 40 ألف دولار أمريكي على تنظيم نظام الطاقة المستقل الخاص به ، استبعد مالك الكوخ تكاليف الإمداد الحراري من ميزانيته وقدم تدفئة مستقلة موثوقة.

إمكانيات تطبيق أنظمة الحلقة

مما سبق ، يترتب على ذلك أن إمكانيات استخدام نظام المضخة الحرارية الحلقيّة واسعة بشكل غير عادي. يمكن استخدامها على مجموعة متنوعة من الأشياء. هذه هي الإدارية المباني العامةوالمؤسسات الطبية والترفيهية والاستراحات والمجمعات الترفيهية والرياضية والمؤسسات الصناعية المختلفة. تتميز الأنظمة بالمرونة بحيث يكون تطبيقها ممكنًا في مجموعة متنوعة من الحالات وفي حالات كثيرة جدًا بأعداد كبيرةوالخيارات.

عند تطوير مثل هذا النظام ، أولاً وقبل كل شيء ، من الضروري تقييم احتياجات الحرارة والبرودة للكائن الجاري تصميمه ، ودراسة جميع مصادر الحرارة الممكنة داخل المبنى وجميع أجهزة استقبال الحرارة المحتملة ، لتحديد مكاسب الحرارة وفقدان الحرارة. يمكن استخدام أنسب مصادر الحرارة في نظام الحلقة إذا كانت هذه الحرارة مطلوبة. لا ينبغي أن تكون السعة الإجمالية لمضخات استرداد الحرارة زائدة عن الحاجة. في ظل ظروف معينة ، قد يكون الخيار الأكثر ربحية هو تثبيت HPP باستخدام بيئة خارجيةكمصدر ومستقبل للحرارة. يجب أن يكون النظام متوازنًا من حيث الحرارة ، لكن هذا لا يعني على الإطلاق أن السعات الإجمالية لمصادر الحرارة والمستهلكين يجب أن تكون متساوية ، فقد تختلف ، حيث يمكن أن تتغير نسبتهم بشكل كبير عندما تتغير ظروف تشغيل النظام.

كيفية التعامل مع مخاطر حريق مجاري الهواء

في الآونة الأخيرة ، زاد عدد الحرائق وحتى الانفجارات داخل مجاري الهواء لأنظمة التهوية وتكييف الهواء بشكل حاد. على الرغم من أن هذه الحرائق كانت تحدث دائمًا ، فقد أدت التغييرات الأخيرة إلى حرائق أكبر بكثير أكثرمن الناس. من العامة.

تحليل أنظمة الإمداد بالحرارة المتقدمة

يتناول هذا التقرير القضايا المتعلقة بنقل الأنظمة التدفئة المركزيةإلى اللامركزية. ايجابي و السلبيةكلا النظامين. تم عرض نتائج المقارنة بين هذه الأنظمة.

السؤال 26 - الاستخدام المفيد لموارد الطاقة ذات الإمكانات المنخفضة. تركيبات المضخات الحرارية

في الآونة الأخيرة كان هناك فرصة حقيقيةحل مشكلات الإمداد بالطاقة المتكاملة بطريقة جديدة جذريًا المؤسسات الصناعيةمن خلال استخدام المضخات الحرارية التي تستخدم انبعاثات منخفضة الدرجة لتوليد الحرارة والبرودة. دائمًا ما يكون الإنتاج المتزامن لناقلات الطاقة هذه بواسطة المضخات الحرارية أكثر كفاءة من الإنتاج المنفصل للحرارة والبرودة في المصانع التقليدية ، لأنه في هذه الحالة تُستخدم الخسائر التي لا رجعة فيها في دورة التبريد لتوليد الحرارة التي يتم إعطاؤها للمستهلك.

في تركيبات المضخات الحرارية ، تكون درجة حرارة المشتت الحراري مساوية أو أعلى قليلاً من درجة الحرارة المحيطة ، ودرجة حرارة جهاز استقبال الحرارة أعلى بكثير من درجة الحرارة المحيطة ، أي T ن> T حول. مضخات الحرارة هي الأجهزة التي تنقل الطاقة في شكل حرارة من مستوى درجة حرارة أقل إلى أعلى مستوى مطلوب للتزويد بالحرارة. الغرض الرئيسي من هذه التركيبات هو استخدام حرارة المصادر منخفضة الإمكانات ، مثل البيئة.

حاليًا ، تم تطوير ثلاث مجموعات رئيسية من المضخات الحرارية ويتم استخدامها: الضغط (البخار) ؛ طائرة (نوع القاذف) ؛ استيعاب.

مضخات حرارة الضغطتستخدم للتدفئة المباني الفرديةأو مجموعات من المباني ، وكذلك للإمداد الحراري للورش أو المنشآت الصناعية الفردية.

عادة ما يتم استخدام الفريونات كعامل عامل في تركيبات المضخات الحرارية.

يوضح الشكل 4 مخططًا تخطيطيًا لمضخة حرارة مثالية لضغط البخار. يتم توفير الحرارة المنخفضة المحتملة المتاحة عند درجة الحرارة Tn للمبخر I. تأتي أبخرة عامل التشغيل من المبخر I إلى الضاغط II في الحالة 1 ويتم ضغطها إلى ضغط pk ودرجة حرارة التشبع المقابلة Tk. في الحالة 2 ، تدخل الأبخرة المضغوطة لعامل العمل المكثف III ، حيث تنقل الحرارة إلى الناقل الحراري لنظام الإمداد الحراري. في المكثف ، يتم تكثيف أبخرة عامل العمل. من المكثف ، يدخل عامل العمل في شكل سائل في الموسع IV (جهاز يحدث فيه تمدد مائع العمل ، الذي يتم إنتاجه مع التبريد ، مع أداء عمل مفيد) ، حيث يتمدد عامل العمل من الضغط p إلى الضغط ، مصحوبًا بانخفاض في درجة حرارته وانتقال الحرارة. من الموسع ، يدخل عامل العمل المبخر I وتغلق الدورة.

لا يختلف مخطط المضخات الحرارية التي تعمل في دورة مغلقة بشكل أساسي عن مخطط ضغط البخار وحدات التبريد. ومع ذلك ، يتم الاتصال بالمستهلكين بطرق مختلفة. في دوائر التبريد ، يتم توصيل المستهلك البارد بالمبخر ، وفي أنظمة المضخات الحرارية ، يتم توصيل مستهلك الحرارة بالمكثف.

تنتمي مضخات الحرارة إلى محطات تحويل الحرارة ، والتي تشمل أيضًا التبريد (120 كلفن) ، المبردة (= 0 ... 120 كلفن) والمصانع المدمجة (،). كل هذه التركيبات تعمل وفق دورات ديناميكية حرارية عكسية وبتكلفة العمل الخارجيهناك انتقال للطاقة الحرارية من أجسام ذات درجة حرارة منخفضة (أحواض حرارية) إلى أجسام ذات درجة حرارة عالية (أحواض حرارية). ولكن إذا كانت وظيفة التبريد والتركيبات المبردة هي تبريد الأجسام والحفاظ على درجة حرارة منخفضة فيها متجر بارد، بمعنى آخر. إزالة الحرارة ، تتمثل الوظيفة الرئيسية للمضخات الحرارية في توفير الحرارة لمصدر عالي الحرارة باستخدام طاقة حرارية منخفضة الحرارة. في الوقت نفسه ، من المفيد أن تكون كمية الحرارة المرتفعة التي يتم الحصول عليها أعلى بعدة مرات من العمل المنفق.

يمكن أن يعمل المحول الحراري في وقت واحد كوحدة تبريد ومضخة حرارية ؛ بينما تي ن< Т о и Т н >الذي - التي. تسمى هذه العملية مجتمعة. في العملية المشتركة ، يتم توليد الحرارة والبرودة في وقت واحد - يتم تبريد الوسط A وتسخين المتوسط ​​B. وهكذا ، في وحدات التبريد ، يتم إجراء التبريد الاصطناعي للأجسام ، حيث تكون درجة حرارتها أقل من درجة الحرارة المحيطة. في تركيبات المضخات الحرارية ، يتم استخدام حرارة البيئة أو غيرها من البيئات منخفضة الإمكانات لأغراض الإمداد الحراري.

دورات كارنو المثالية لوحدات تحويل الحرارة موضحة في الشكل 5.

يتم تقدير كفاءة آلات التبريد (- التأثير المفيد ، كمية الحرارة المأخوذة من المبرد البارد) بواسطة معامل الأداء. بالنسبة للمضخة الحرارية ، يتم استخدام مفهوم نسبة التحويل (- تأثير مفيد ، كمية الحرارة المعطاة للمبرد المسخن) أو معامل التسخين ، أي كمية الحرارة الناتجة لكل وحدة عمل مستهلكة.

, ,

, .

لمضخات الحرارة الحقيقية = 2 - 5.

التثبيت الحقيقي له خسائر ناتجة عن عدم رجوع عمليات الضغط (الداخلية) والتبادل الحراري (الخارجية). تعود اللارجعة الداخلية إلى لزوجة مادة التبريد وانبعاث حرارة الاحتكاك الداخلي أثناء الانضغاط في الضاغط (يزيد الانتروبيا). العمل الفعلي للضغط حيث - وظيفة مثاليةفي عملية قابلة للعكس - الكفاءة الداخلية النسبية للضاغط ؛ - الكفاءة الكهروميكانيكية للمحرك.

يتم تفسير اللارجعة الخارجية بالحاجة إلى وجود اختلاف في درجة الحرارة لحدوث انتقال الحرارة ، والذي يتم تعيينه (تحديده) بواسطة مساحة سطح التبادل الحراري عند تدفق حراري معين.

لهذا السبب ،

حيث ، - درجات الحرارة على التوالي في المبخر والمكثف للتركيب.

مضخات الحرارة النفاثة من نوع القاذفتستخدم حاليا على نطاق واسع. يدخل البخار عالي الضغط إلى الجهاز النفاث ، وبسبب استخدام طاقة تدفق العمل ، يتم ضغط التدفق المحقون. مزيج من تيارين يخرج من الجهاز. وهكذا ، عندما يتم ضغط البخار المحقون ، ترتفع درجة حرارته في نفس الوقت. ثم يتم سحب تيار البخار المضغوط من المصنع.

يدخل البخار عالي الضغط مع المعلمات p p و T p الجهاز النفاث (الشكل 6). بسبب استخدام طاقة تدفق العمل ، يتم ضغط التدفق المحقون بالمعلمات ص نو تي ن. مزيج من التدفقات مع المعلمات يخرج من الجهاز ص قو تي اس.وهكذا ، عند ضغط البخار المحقون ، تزداد درجة حرارته (وبالتالي المحتوى الحراري). ثم يتم سحب تيار البخار المضغوط من المصنع. نسبة الضغط ص ص / ص نفي مثل هذه الأجهزة ، تسمى الضواغط النفاثة ، تكون صغيرة نسبيًا وفي حدود 1.2 ≤ ص ص / ص ن≤ 4.

تعد المضخات الحرارية النفاثة هي الأكثر استخدامًا حاليًا نظرًا لسهولة الصيانة والاكتناز وغياب العناصر باهظة الثمن.

مضخات امتصاص الحرارةالعمل على مبدأ امتصاص بخار الماء بواسطة المحاليل المائية للقلويات (NaOH، KOH). تحدث عملية امتصاص بخار الماء بشكل طارد للحرارة ، أي مع إطلاق الحرارة. يتم إنفاق هذه الحرارة على تسخين المحلول إلى درجة حرارة أعلى بكثير من درجة حرارة البخار الممتص. بعد ترك الماص ، يتم توجيه المحلول القلوي المسخن إلى مبخر السطح ، حيث يتم توليد البخار الثانوي عند ضغط أعلى من البخار الأساسي الذي يدخل جهاز الامتصاص. وبالتالي ، في المضخات الحرارية الامتصاصية ، تتم عملية الحصول على بخار عالي الضغط باستخدام الحرارة الموردة من الخارج.

يظهر الشكل التخطيطي لمضخة امتصاص الحرارة في الشكل .7.

كمادة عمل في المضخات الحرارية الامتصاصية ، يتم استخدام محلول من مادتين (خليط ثنائي) ، والذي يختلف في نقطة الغليان عند نفس الضغط. مادة واحدة تمتص المادة الثانية وتذيبها ، وهي عامل عامل. دورة العمل لمضخة امتصاص الحرارة على النحو التالي. في المبخر 3 ، من خلال جدران المبادل الحراري ، يتم توفير حرارة منخفضة الجهد للمحلول الثنائي عند درجة حرارة Tо. تضمن الحرارة الموردة تبخر عامل العمل من الخليط الثنائي عند ضغط p o. تدخل الأبخرة الناتجة من عامل العمل من المبخر عبر خط الأنابيب إلى الماص 2 ، حيث يتم امتصاصها بواسطة المذيب (الماص) ، ويتم إطلاق حرارة الامتصاص Q a. يتم ضخ محلول السائل القوي المتكون في جهاز الامتصاص بواسطة المضخة 1 إلى المولد 6. الحرارة Q g التي يتم إنفاقها على تبخر عامل العمل عند الضغط العالي p k ، وبالتالي ، يتم توفير درجة حرارة عالية T k إلى المولد. ضعيف. يتم إرسال محلول ضعيف عبر خط الأنابيب إلى جهاز الامتصاص 2 ، مما يقلل الضغط في الصمام الحراري الإضافي 7 إلى الضغط في المبخر ص حول. يدخل بخار عامل العمل المتكون في المولد إلى المكثف 5 ، حيث ينبعث من خلال جدار الفصل حرارة التكثيف Q k عند درجة حرارة عالية T k. يقلل عامل العمل المكثف في المكثف الضغط في الصمام الثرموستاتي من ص إلى ص ، الذي يدخل به المبخر. ثم تتكرر العملية.

يتميز تشغيل المضخة الحرارية الامتصاصية المثالية بالمعادلة التالية لتوازن الحرارة:

أين س ن- مقدار حرارة الجهد المنخفض ، مجمعة في المبخر ؛

س ز -كمية الحرارة العالية المحتملة التي يتم توفيرها للمولد ؛

س بنا -مكافئ حراري لتشغيل المضخة ؛

س ل- مقدار الحرارة العالية المحتملة التي تمت إزالتها في المكثف ؛

س أ-كمية الحرارة المنخفضة المحتملة التي تمت إزالتها في الممتص.

عادة ما يكون العامل العامل هو الماء والمادة الماصة هي بروميد الليثيوم.

بالنسبة للمصافي الكيميائية والبتروكيماوية والنفطية التي تحتوي على كمية كبيرة من الماء لوحدات التبريد التكنولوجية ، والتي تتراوح درجة حرارتها بين 20 إلى 50 درجة مئوية ، من الضروري استخدام مضخات الحرارة التي تعمل ببروميد الليثيوم ، والتي ستعمل في التبريد الوضع في الصيف المياه المعاد تدويرهاوفي فصل الشتاء ، استخدم الحرارة المهدرة للمياه المتداولة لتوليد الماء الساخن لورش التدفئة. يوضح الجدول 6 معلمات امتصاص المضخات الحرارية لبروميد الليثيوم (ABTN).

مضخات الحرارة الامتصاص كفاءة عالية، ليس لديهم أجزاء متحركة ، يمكن تصنيع المعدات بسهولة. ومع ذلك ، تتطلب مضخات الامتصاص استهلاكًا عاليًا محددًا للمعادن ، مما يجعلها كبيرة الحجم. تتطلب احتمالية تآكل المعدن تصنيع معدات من سبائك الصلب. لذلك ، مضخات الامتصاص الحرارية لا تستخدم على نطاق واسع في الصناعة.

الجدول 6

معلمات ABTN

عوامل العمل والمبردات (المبردات)

في المحولات الحرارية

لتنفيذ العمليات في المحولات الحرارية ، يتم استخدام مواد العمل (العوامل) التي لها الخصائص الديناميكية الحرارية والفيزيائية الكيميائية اللازمة. يمكن أن تكون متجانسة أو مزيج من عدة مواد ، عادة ما تكون من مادتين. في معظم المحولات الحرارية ، تخضع مواد العمل لتحولات طورية. حاليًا ، يتم استخدام مواد العمل التالية في المحولات الحرارية:

أ) المبردات - المواد التي لها نقطة غليان منخفضة عند الضغط الجوي من +80 إلى -130 درجة مئوية. عادةً ما تستخدم المبردات ذات نقطة الغليان من +80 إلى -30 درجة مئوية في تركيبات المضخات الحرارية ، ومع نقاط غليان أقل من 0 إلى -130 درجة مئوية - في التركيبات الباردة المعتدلة ؛

ب) الغازات ومخاليط الغازات (وكذلك الهواء) ذات نقاط الغليان المنخفضة ؛

ج) عوامل العمل والممتصات لمحطات الامتصاص ؛

د) المياه المستخدمة بطريقتها الخاصة الخصائص الفيزيائية الحراريةفي وحدات التبريد ، حيث درجة حرارة المصدر السفلي ، الحرارة> 0 درجة مئوية ، على سبيل المثال ، لتكييف الهواء.

لاقتصادي و عمل آمنالمحولات الحرارية ، المبردات يجب أن تستوفي المتطلبات التالية:

أ) لديها ضغط زائد منخفض عند درجات حرارة الغليان والتكثيف ، ومخرج حراري كبير يبلغ 1 كجم من العامل ، وحجم صغير محدد من البخار (للضواغط الترددية) ، وسعة حرارية منخفضة للسائل وموصلية حرارية عالية ونقل الحرارة معاملات.

ب) لها لزوجة منخفضة ، وربما نقطة تصلب أقل ، ولا تذوب في الزيت (للضواغط الترددية) ؛

ج) تكون مقاومة كيميائياً وغير قابلة للاشتعال وغير قابلة للانفجار وغير قابلة للتآكل للمعادن ؛

د) تكون غير ضارة بجسم الإنسان ؛

ه) تكون غير نادرة وغير مكلفة.

يجب أن تكون عوامل العمل لوحدات التبريد بالغاز منخفضة درجة الحرارة العاديةالغليان ، اللزوجة المنخفضة ، الموصلية الحرارية العالية والسعة الحرارية Ср ، والتي تعتمد قليلاً على درجة الحرارة والضغط.

يجب امتصاص العوامل العاملة في مصانع الامتصاص ، بالإضافة إلى تلبية المتطلبات المذكورة أعلاه ، جيدًا وامتصاصها مع المواد الماصة المناسبة.

الكفاءة الاقتصاديةيعتمد استخدام المضخات الحرارية على:

درجات حرارة مصدر منخفض الإمكانات للطاقة الحرارية وستكون أعلى ، كلما زادت درجة حرارة عاليةسيكون لديه

تكلفة الكهرباء في المنطقة.

تكلفة الطاقة الحرارية المنتجة باستخدام أنواع مختلفة من الوقود.

يعد استخدام المضخات الحرارية بدلاً من مصادر الطاقة الحرارية المستخدمة تقليديًا مفيدًا اقتصاديًا للأسباب التالية:

لا حاجة لشراء الوقود ونقله وتخزينه وإنفاق الأموال المرتبطة به ؛

تحرير مساحة كبيرة لوضع المرجل وطرق الوصول ومستودع الوقود.

توجد أكبر إمكانية لتوفير الطاقة في مجال الإمداد الحراري: 40-50٪ من إجمالي استهلاك الحرارة في البلاد. معدات CHPPs الحالية مهترئة جسديًا ومعنويًا ، ويتم تشغيلها باستهلاك مفرط للوقود ، والشبكات الحرارية هي مصدر خسائر كبيرةالطاقة ، تتميز مصادر الحرارة الصغيرة بانخفاض كفاءة الطاقة ، ودرجة عالية من التلوث البيئي ، وزيادة تكاليف الوحدة وتكاليف العمالة للصيانة.

توفر TNU فرصة لـ:

1) تقليل طول شبكات الحرارة (تقريبي الطاقة الحراريةإلى أماكن الاستهلاك) ؛

2) تستقبل في أنظمة التدفئة 3 - 8 كيلو واط من الطاقة الحرارية المكافئة (حسب درجة حرارة المصدر منخفض الإمكانات ، مع إنفاق 1 كيلو واط من الكهرباء).

حتى الآن ، فإن حجم إدخال المضخات الحرارية في العالم هو كما يلي:

في السويد ، يتم توفير 50٪ من التدفئة عن طريق مضخات الحرارة ؛ موافق تماما السنوات الاخيرةتم تشغيل أكثر من 100 محطة ضخ حراري (من 5 إلى 80 ميجاوات) ؛

في ألمانيا ، يتم توفير دعم حكومي لتركيب المضخات الحرارية بمبلغ 400 مارك لكل كيلو وات القدرة المركبة;

في اليابان ، يتم إنتاج حوالي 3 ملايين مضخة حرارية سنويًا ؛

في الولايات المتحدة الأمريكية ، 30٪ من المباني السكنية مجهزة بمضخات حرارية ، ويتم إنتاج حوالي مليون مضخة حرارية سنويًا ؛

في ستوكهولم ، يتم توفير 12٪ من تدفئة المدينة بالكامل بواسطة مضخات حرارية بسعة إجمالية تبلغ 320 ميجاوات ، باستخدام بحر البلطيق كمصدر حرارة بدرجة حرارة + 8 درجات مئوية ؛

في العالم ، وفقًا لتوقعات لجنة الطاقة العالمية ، بحلول عام 2020 ، ستكون حصة المضخات الحرارية في الإمداد الحراري (قطاع البلدية والإنتاج) 75٪.

أسباب القبول الجماعي للمضخات الحرارية هي كما يلي:

الربحية. لتحويل 1 كيلو واط من الطاقة الحرارية إلى نظام التدفئة ، تحتاج المضخة الحرارية فقط إلى 0.2 - 0.35 كيلو واط من الكهرباء ؛

نقاء بيئي. لا تحرق المضخة الحرارية الوقود ولا تنتج انبعاثات ضارة في الغلاف الجوي ؛

الحد الأدنى من الصيانة . تتمتع المضخات الحرارية بعمر خدمة طويل قبل الإصلاح (حتى 10-15 مواسم تسخين) وتعمل تلقائيًا بشكل كامل. صيانة المنشآت موسمية الفحص التقنيوالمراقبة الدورية لوضع التشغيل. لتشغيل محطة ضخ حراري بسعة تصل إلى 10 ميغاواط ، لا يلزم وجود أكثر من عامل واحد لكل وردية ؛

التكيف السهل مع نظام التدفئة الحالي ؛

فترة استرداد قصيرة . بسبب التكلفة المنخفضة للحرارة الناتجة ، فإن المضخة الحرارية تؤتي ثمارها في المتوسط ​​1.5 - 2 سنة (2-3 مواسم تدفئة).

يوجد الآن اتجاهان لتطوير TNU:

محطات ضخ الحرارة الكبيرة (HPS) لتدفئة المناطق ، بما في ذلك ضغط البخار HPP والذروة غلايات الماء الساخنتستخدم في درجات حرارة الهواء المنخفضة. الطاقة الكهربائية (المستهلكة) لـ HPI هي 20 - 30 ميغاواط ، الطاقة الحرارية 110 - 125 ميغاواط. بالمقارنة مع الغلايات التقليدية ، يتم تحقيق وفورات في الوقود بنسبة 20-30٪ ، ويتم تقليل تلوث الهواء (لا توجد غلايات!) ؛

لامركزية امدادات الحرارة الفردية(مضخات حرارية بضغط بخار منخفضة الطاقة ومضخات حرارية بأشباه الموصلات الحرارية). الاقتصاد في استهلاك الوقود مقارنة بالمراجل الصغيرة هو 10 - 20٪. التبريد ممكن. يصاحبها ارتفاع تكاليف الوحدةتكاليف الوقود والاستثمار والعمالة.

وجود ثلاجات ومكيفات هواء في منازلهم ، قلة من الناس يعرفون أن مبدأ تشغيل المضخة الحرارية يتم تنفيذه فيها.

حوالي 80٪ من الطاقة التي توفرها المضخة الحرارية تأتي من الحرارة المحيطة في شكل إشعاع شمسي متناثر. إنها المضخة التي "تضخ" من الشارع إلى المنزل. تشغيل المضخة الحرارية مشابه لمبدأ تشغيل الثلاجة ، فقط اتجاه نقل الحرارة مختلف.

ببساطة…

لتبريد زجاجة من المياه المعدنية ، ضعها في الثلاجة. يجب أن "تأخذ" الثلاجة جزءًا من الطاقة الحرارية من الزجاجة ، ووفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ، يجب نقلها إلى مكان ما ، والتخلص منها. تقوم الثلاجة بنقل الحرارة إلى المبرد ، الموجود عادة على جدارها الخلفي. في نفس الوقت ، يتم تسخين المبرد ، مما يعطي حرارته للغرفة. في الواقع ، إنها تسخن الغرفة. هذا ملحوظ بشكل خاص في الأسواق الصغيرة الصغيرة في الصيف ، مع وجود العديد من الثلاجات في الغرفة.

ندعوكم للتخيل. لنفترض أننا سنضع باستمرار أشياء دافئة في الثلاجة ، وسوف تقوم بتبريدها بتسخين الهواء في الغرفة. دعنا نذهب إلى "أقصى الحدود" ... لنضع الثلاجة في النافذة المفتوحة مع فتح باب "الفريزر". سيكون مبرد الثلاجة في الغرفة. أثناء التشغيل ، تقوم الثلاجة بتبريد الهواء بالخارج ونقل الحرارة "المأخوذة" إلى الغرفة. هذه هي الطريقة التي تعمل بها المضخة الحرارية ، حيث تأخذ الحرارة المشتتة من البيئة وتنقلها إلى الغرفة.

من أين تحصل المضخة على الحرارة؟

يعتمد مبدأ تشغيل المضخة الحرارية على "استغلال" مصادر الحرارة الطبيعية منخفضة الدرجة من البيئة.

قد يكونوا:

• الهواء الخارجي فقط
• حرارة الخزانات (البحيرات والبحار والأنهار) ؛
• حرارة التربة والمياه الجوفية (الحرارية والارتوازية).

كيف يتم ترتيب المضخة الحرارية ونظام التدفئة معها؟

تم دمج المضخة الحرارية في نظام التدفئة ، والذي يتكون من دائرتين + الدائرة الثالثة - نظام المضخة نفسها. يدور سائل التبريد غير المتجمد على طول الدائرة الخارجية ، والتي تأخذ الحرارة من الفضاء المحيط.

عندما يدخل المبرد في المضخة الحرارية ، أو بالأحرى المبخر ، يعطي المبرد ما متوسطه 4 إلى 7 درجات مئوية إلى مبرد المضخة الحرارية. ونقطة غليانها هي -10 درجة مئوية. نتيجة لذلك ، يغلي المبرد ، متبوعًا بالانتقال إلى الحالة الغازية. مبرد الدائرة الخارجية ، المبرد بالفعل ، ينتقل إلى "الملف" التالي من خلال النظام لضبط درجة الحرارة.

كجزء من الدائرة الوظيفية لمضخة الحرارة "المدرجة":

• المبخر؛
• ضاغط (كهربائي) ؛
• شعري؛
• مكثف؛
• المبرد.
• جهاز تحكم ثرموستاتي.

تبدو العملية هكذا!

المبرد "المغلي" في المبخر عبر خط الأنابيب يدخل إلى الضاغط ، مدعومًا بالكهرباء. يقوم هذا "العامل الجاد" بضغط المبرد الغازي إلى ضغط مرتفع ، مما يؤدي بالتالي إلى زيادة درجة حرارته.

ثم يدخل الغاز الساخن الآن في مبادل حراري آخر يسمى المكثف. هنا ، يتم نقل حرارة المبرد إلى هواء الغرفة أو حامل الحرارة ، والذي يدور عبر الدائرة الداخلية لنظام التدفئة.

يبرد المبرد ، وفي نفس الوقت يتحول إلى حالة سائلة. ثم يمر عبر صمام تخفيض الضغط الشعري ، حيث "يفقد" الضغط ويعود إلى المبخر.

الدورة مغلقة وجاهزة للتكرار!

الحساب التقريبي لإخراج التدفئة للتركيب

في غضون ساعة ، يتدفق ما يصل إلى 2.5-3 م 3 من المبرد عبر المجمع الخارجي عبر المضخة ، والتي يمكن للأرض تسخينها بمقدار ∆t = 5-7 درجة مئوية.

لحساب الطاقة الحرارية لمثل هذه الدائرة ، استخدم الصيغة:

س \ u003d (T_1 - T_2) * دافئ

V_heat - معدل التدفق الحجمي للناقل الحراري لكل ساعة (م ^ 3 / ساعة) ؛

T_1 - T_2 - فرق درجة حرارة المدخل والمخرج (درجة مئوية).

أنواع مختلفة من المضخات الحرارية

وفقًا لنوع الحرارة المشتتة المستخدمة ، تتميز المضخات الحرارية:

• المياه الجوفية (استخدام حلقات أرضية مغلقة أو مجسات حرارية أرضية عميقة و نظام مائيتدفئة)؛
• المياه - المياه (تستخدم الآبار المفتوحة لسحب وتصريف المياه الجوفية - الدائرة الخارجية غير ملتوية ، النظام الداخليتسخين المياه)؛
• الماء والهواء (استخدام دوائر المياه الخارجية وأنظمة التدفئة من نوع الهواء) ؛
• (باستخدام الحرارة المشتتة للكتل الهوائية الخارجية ، مع استكمال نظام تدفئة الهواء في المنزل).

مزايا وفوائد المضخات الحرارية

الكفاءة الاقتصادية. لا يعتمد مبدأ تشغيل المضخة الحرارية على الإنتاج ، ولكن على نقل (نقل) الطاقة الحرارية ، يمكن القول بأن كفاءتها أكبر من واحد. ما هذا الهراء؟ - ستقول .. في موضوع المضخات الحرارية تظهر القيمة - معامل تحويل (تحويل) الحرارة (KPT). من خلال هذه المعلمة يتم مقارنة الوحدات من هذا النوع مع بعضها البعض. معناه المادي هو إظهار نسبة كمية الحرارة المتلقاة إلى كمية الطاقة المنفقة لهذا الغرض. على سبيل المثال ، عند KPT = 4.8 ، ستسمح لك الكهرباء التي تستهلكها المضخة في 1 كيلو واط بالحصول على 4.8 كيلو واط من الحرارة معها مجانًا ، أي هدية من الطبيعة.

انتشار عالمي للتطبيق. حتى في حالة عدم وجود خطوط طاقة متوفرة ، يمكن تشغيل ضاغط المضخة الحرارية بمحرك ديزل. وهناك حرارة "طبيعية" في أي ركن من أركان الكوكب - لن تظل المضخة الحرارية "جائعة".

النقاء البيئي للاستخدام. لا توجد منتجات احتراق في المضخة الحرارية ، كما أن استهلاكها المنخفض للطاقة "يستغل" محطات الطاقة بشكل أقل ، مما يقلل بشكل غير مباشر من الانبعاثات الضارة الناتجة عنها. المبرد المستخدم في المضخات الحرارية صديق للأوزون ولا يحتوي على مركبات الكلوروكربونات.

وضع التشغيل ثنائي الاتجاه. يمكن لمضخة الحرارة تسخين الغرفة في الشتاء وتبريدها في الصيف. يمكن استخدام "الحرارة" المأخوذة من المبنى بكفاءة ، على سبيل المثال ، لتسخين المياه في حوض السباحة أو في نظام إمداد الماء الساخن.

السلامة التشغيلية. وفقًا لمبدأ تشغيل المضخة الحرارية ، لن تفكر في العمليات الخطرة. عدم وجود نيران مكشوفة وانبعاثات ضارة خطيرة على الإنسان ، درجة حرارة منخفضةالمبردات تجعل المضخة الحرارية جهازًا منزليًا "غير ضار" ولكنه مفيد.

أتمتة كاملة لعملية التسخين.

بعض الفروق الدقيقة في العملية

يتطلب الاستخدام الفعال لمبدأ تشغيل المضخة الحرارية الامتثال لعدة شروط:

• يجب أن تكون الغرفة التي يتم تسخينها معزولة جيدًا (فقدان الحرارة يصل إلى 100 واط / م 2) - وإلا ، فمع أخذ الحرارة من الشارع ، ستقوم بتدفئة الشارع من أجل نقودك الخاصة ؛
• مضخات الحرارة مفيدة ل أنظمة درجات الحرارة المنخفضةتدفئة. في ظل هذه المعايير ، تعتبر أنظمة التدفئة الأرضية (35-40 درجة مئوية) ممتازة. يعتمد معامل التحويل الحراري بشكل كبير على نسبة درجات حرارة دوائر المدخل والمخرج.

دعونا نلخص الأمر!

إن جوهر مبدأ تشغيل المضخة الحرارية ليس في الإنتاج ، ولكن في نقل الحرارة. يتيح لك ذلك الحصول على معامل عالي (من 3 إلى 5) لتحويل الطاقة الحرارية. ببساطة ، كل 1 كيلو وات من الكهرباء المستخدمة سوف "تنقل" 3-5 كيلو وات من الحرارة إلى المنزل. هل هناك أي شيء آخر يجب أن يقال؟