משאבת חום לחימום בית: עיקרון הפעולה, זנים ושימוש
לנוכח התנאים הסביבתיים המידרדרים בעולם ו (חשוב יותר לצרכן הממוצע) עלייה מהירה בתעריפי הגז והחשמל, יותר ויותר אירופאים מנסים להכניס מקורות אנרגיה חלופיים לחיי היומיום שלהם. אחת האפשרויות למערכות כאלה היא מה שמכונה משאבת חום, דרכה תוכלו לחמם את ביתכם בחורף ולחמם מים לצרכים ביתיים, ולהוציא עליו מינימום חשמל.
גם בבתיהם של ארצנו בשנים האחרונות תוכלו לפגוש יותר ויותר את נס ההנדסה הזה. כמובן שלרוסים הבעיה של המחירים הגבוהים למקורות אנרגיה מסורתיים אינה כה חריפה כמו באירופה, אך ראשית, זה רק לעת עתה, ושנית, אני לא רוצה לפגר אחרי העולם התרבותי ...
אז, משאבת החום ... מה זה? על בסיס עקרון פעולתה? איפה, איפה ואיך הוא שואב חום? בואו נעשה את זה נכון.
תוכן:
עקרון הפעולה של משאבת החום
עקרון הפעולה של משאבות חום מבוסס על היכולת של חומר (נוזל קירור) לספוג או לפטור חום כאשר מצב הצבירה משתנה. בעיקרו של דבר, משאבות כאלה אינן שונות בהרבה מיחידות קירור. (ההצהרה המוזרה, במבט ראשון, לא תפתיע אותך בכלל אם נגעת אי פעם בקיר האחורי החם של מקרר ביתי רגיל.)
באופן סכמטי, ניתן לייצג משאבת חום כמערכת המורכבת משלושה מעגלים. הראשון הוא נוזל קירור שמעביר אנרגיה ממקור של חום בעל פוטנציאל נמוך. במעגל השני מסתנן קירור (פריון) שמתאדה מעת לעת, לוקח את החום מהמעגל הראשון, ואז מתעבה שוב, ומעביר אותו למעגל השלישי. ולבסוף, גוף הקירור "רץ" לאורך המעגל השלישי, במקרה שלנו, מים שמעבירים חום דרך מערכת החימום.
ניתן לתאר את מחזור התפקיד של משאבת החום באופן כללי. נוזל קירור נוזלי נכנס למאייד, שם הוא עובר למצב גזי. האנרגיה הדרושה לתהליך זה לזרימה נלקחת מהנוזל קירור המסתובב במעגל הראשי. לאחר מכן, נשאב קירור גזי שחומם בכמה מעלות למדחס שמטרתו העיקרית היא דחיסת גז (כמובן, זה צורך חשמל).
לחץ הגז עולה מספר פעמים, בעוד שהוא מתחמם משמעותית: אם טמפרטורת הקירור בכניסה למדחס היא 6-10 מעלות צלזיוס, אז ביציאה הוא כבר נמצא בערך 60 מעלות צלזיוס. בשלב הבא, הגז המחומם נשלח לקבל, שם הוא מוציא את החום שהתקבל למערכת החימום, תוך שהוא מתעבה, כלומר, נכנס למצב נזיל. ואז הקלה על לחץ יתר נעשית באמצעות שסתום מצערת, והמחזור מתחיל שוב.
כפי שאתה יכול לראות, המכשיר של משאבת החום אינו שונה באופן מהותי מהמכשיר של מכונת הקירור. זה רק שהמטרה העיקרית של יחידות קירור היא לייצר קור, כך ששם החום מוציא על ידי המאייד, והקבל רק משליך את החום לחלל שמסביב.במשאבת החום ההפך הוא הנכון: הקבל הוא מחליף חום המעניק חום לצרכן, והמאייד הוא מחליף חום המנצל את החום בעל פוטנציאל נמוך של מקורות אנרגיה משניים.
במילים אחרות, משאבת חום היא "מקרר להפך." יחד עם זאת, "להפך" הוא לא רק מכשיר, אלא גם תוצאה. אם במקרה של מקרר, החום שנלקח מהמוצרים המאוחסנים בפנים מתבזבז, אז האנרגיה המופקת על ידי משאבת החום מביאה יתרונות אמיתיים - הוא מושקע על חימום ממוקד של הבית.
מגוון משאבות חום ומערכות
אנרגיית החום שבזבז על חימום הבניין ומערכת המים החמים היא תוצאה של המרת אנרגיה סביבתית באמצעות משאבת חום. המשאבה מרכזת אנרגיה נמוכה זו (בעלת טמפרטורה נמוכה) ומעבירה אותה למערכת החימום.
נותר להבין מה הכוונה במקרה זה באנרגיה של הסביבה. מרבית משאבות החום הביתיות מאפשרות לכם להשתמש בחום השמש ובחום הפנימי של כדור הארץ, שנצבר על ידי השכבות העליונות של קרום כדור הארץ ומים לאורך כל השנה.
לפי סוג התכנון של המעגל הראשון של מחליף החום, כל משאבות החום מחולקות לאדמה, מים ואוויר.
משאבות חום קרקעיות
משאבות חום קרקעיות מקבלות את החום הדרוש לחימום הקירור במאייד מהאדמה. הטמפרטורה של האחרונה בעומק של כמה מטרים כמעט אינה כפופה לתנודות עונתיות. במערכת סגורה של צינורות המונחים באדמה, "מלח" מסתובב. לא במקרה ציטטנו את המילה "חמוצים" במירכאות: מלח, כפי שניתן לצפות מהשם, אינו מכיל אותו. למעשה זהו נוזל לרדיאטור שמבוסס על אתילן גליקול או פרופילן גליקול, לעתים קרובות פחות אתנול מימי. ניתן להניח צינורות מחליף חום באדמה הן אופקית (אספן אופקי) והן אנכית (בדיקה גיאותרמית).
צינורות אספן אופקיים מונחים באדמה בעומק מתחת לרמת הקפאת האדמה באזור זה (בדרך כלל 1.5-2 מ '). מערכת חילופי החום מסוג זה תופסת שטח גדול למדי. לדוגמא, לספק חום לבית קטן יחסית בשטח של 100 מ '2 יהיה צורך להקצות 2-3 דונמים של אדמות. יש לקחת בחשבון שעל השטח שכבשה האספן ניתן לשתול רק את אותם עצים ושיחים ששורשיהם אינם נכנסים לעומק האדמה, ואי אפשר יהיה להניח כאן בניינים.
בדיקה גיאו-תרמית היא מחליף חום שצינורותיו מונחים אנכית ושוקעים באדמה לעומק של 100-200 מ '. מספר הגששים המותקנים תלוי בקיבולת הנדרשת של המתקן. כדי לחמם את הבית, שכבר שקלנו בו למעלה כדוגמה, יספיקו שני בדיקות באורך של כ 80 מ 'שנמצאים במרחק של 5 מ' אחד מהשני.
כפי שאתה יכול לראות, מערכת זו אינה דורשת שטחים גדולים, אתה יכול לקדוח בארות בכל חלק באתר שלך - בכל מקום שנוח לך. החיסרון העיקרי של משאבות חום בקרקע עם בדיקות גיאותרמיות הוא העלות הגבוהה של קידוח באר. עם זאת, למרות זאת, מרבית המשתמשים נותנים עדיפות למערכות אלה בדיוק, מכיוון שגישות גיאותרמיות יעילות יותר מאשר אספנים אופקיים, ויש להם פחות מגבלות.
קידוח באר עבור בדיקה גיאותרמית.
משאבות חום למים
משאבת חום המים "שואבת" את האנרגיה של מי תהום, הנשאבים דרך המאייד שלה. מערכת כזו מאופיינת ביעילות מוגברת ויציבות טובה: המאפיין הראשון הוא תוצאה של העברת חום גבוהה של מים, השנייה נובעת מקביעות הטמפרטורה של מי תהום.
כמובן, על מנת להשתמש בהתקנה מסוג זה, נדרש כי אותם מי תהום יהיו זמינים בשטחכם, ובכמות גדולה מספיק.רצוי מאוד שהאקוויפר לא יהיה עמוק יותר מ- 30-40 מ '. הגשמה סימולטנית של שני התנאים הללו היא תופעה שכיחה. תנאי נוסף, שכישלונו עשוי להוות מכשול להתקנת משאבת חום מים בביתכם או בקוטג ’, הוא תכולה נמוכה של מלחי ברזל וזיהומים אחרים במי תהום.
שימוש במים באיכות נמוכה יגרום להיכשל בציוד במהירות, מכיוון שמחליף החום פשוט סותם. נוכחותן של מגבלות כה רבות היא הסיבה שמשאבות חום כאלה, למרות האטרקטיביות שלהן, מותקנות לעיתים רחוקות (כ -5% מכלל הפרויקטים שבוצעו).
משאבות חום אוויר
מבחינת קלות ההתקנה, למשאבות חום אוויר יש יתרון עצום על פני "אחיהן". כדי להשתמש באוויר הסביבה כמקור חום, אינכם צריכים לקדוח בארות או לבצע עבודות אדמה אחרות בקנה מידה גדול. כתוצאה מכך, אם תכניס את הערכת עלות התקנת הציוד, משאבת אוויר תעלה לך הרבה פחות ממשאבת מים או קרקע.
למרות יתרון כה משמעותי, לא ניתן לקרוא לסוג זה של ציוד אקלימי אידיאלי, מכיוון שיש לו גם חיסרון משמעותי. משאבה כזו פועלת רק ביעילות כאשר טמפרטורת הסביבה היא מעל –15 מעלות צלזיוס ... –20 מעלות צלזיוס. ירידת טמפרטורה מתחת לגבול זה, שבחורף אינה נדירה ברוב אזורי ארצנו, מביאה לירידה משמעותית במקדם היעילות של משאבת חום אוויר.
יחס יעילות משאבת חום
מעט גבוה יותר, השתמשנו במונח החדש - "מקדם יעילות". זה יהיה לא נכון להסביר מה זה, מה גם שזה מאפיין חשוב של משאבות חום המאפשר לך להשוות סוגים שונים של משאבות אחד עם השני.
מקדם היעילות (המכונה גם מקדם הטרנספורמציה) הוא היחס בין האנרגיה התרמית הנוצרת על ידי המשאבה לאנרגיה החשמלית הנצרכת על ידיה. למעשה זו יעילות משאבת החום. במקרה של משאבות חום למים, מקדם זה הוא 5, ללא קשר לשעה בשנה. המשמעות היא שכאשר צריכת חשמל של 1 קילוואט לשעה, ההתקנה מפיקה אנרגיה תרמית של 5 קילוואט לשעה.
במשאבות אדמה, ערך מקדם היעילות נמוך מעט - מ -4 ל -4.5. ולבסוף, משאבות חום אוויר מתאפיינות במקדם הקטן ביותר, ויעילותן תלויה מאוד בטמפרטורת הסביבה: ב 0 ° C המקדם הוא ~ 3.5, וב- 20 ° C הוא לא עולה על 1.5 (ביעילות כה נמוכה, המשאבה זה פשוט לא משתלם, וזה הגיוני לחשוב על רכישת ציוד אקלים זול יותר, כמו דוד חשמל).
ישנם מנהלים המפרסמים את משאבות החום שהם מוכרים, מבטיחים ללקוחות פוטנציאליים כי ציוד זה יעיל של 400-500%. כמובן, אין דיבורים על הפרה כלשהי של חוקי התרמודינמיקה. זה פשוט שבמקרה זה, החישובים נעשים בצורה שגויה: מקורות אנרגיה שאינם החשמל הנצרך אינם נלקחים בחשבון - אוויר, מים או אדמה, המחוממים על ידי השמש ותהליכים גיאוטרמיים. כשמחושבים את היעילות נלקחים בחשבון רק חשמל והם שוכחים את מקור החום בדרגה נמוכה, התוצאה היא יותר מ 100%.
השימוש במשאבות חום באקלים הרוסי
לאחר היכרות עם התיאורים לעיל של סוגים שונים של משאבות חום, תוכלו בקלות לענות על השאלה בעצמכם, איזו משאבה מתאימה ביותר להפעלה באקלים הרוסי.
משאבות חום אוויר מתאימות לשימוש רק במספר מצומצם של אזורים בארצנו - שם טמפרטורת האוויר בחורף כמעט ולא יורדת מתחת לאפס. כמובן שתושבי סיביר, המזרח הרחוק, צפון חלק אירופה לא צריכים אפילו לחשוב על משאבות חום אוויר.
ישנן מגבלות רבות לשימוש במשאבות חום למים. כבר דיברנו על כמה מהם: נותר להזכיר אחד נוסף. יותר ממחצית משטחה של ארצנו נמצא באזור הסרפרוסט. אם אפילו תושב מזרח סיביר או צפון המזרח הרחוק הוא "בר מזל" ויש מי תהום בקטע שלהם שלא שוכבים עמוק מדי, הרי שעדיין מי תהום אלו הם בצורת קרח, מה שאומר שהם לא מתאימים לשימוש במערכת החימום .
לפיכך, רוב בני ארצנו צריכים להסתמך על האופציה היחידה, win-win, - משאבת חום קרקעית. יתר על כן, בתנאי האקלים הרוסי, משאבה עם אספן אופקי ולא עם בדיקה אופקית, המאפשרת להגיע לעומק בו טמפרטורת האדמה יציבה יותר, מתאימה יותר.
יישום משאבת חום לקירור
יתרון עצום של משאבות חום הוא שהם לא יכולים רק לחמם את הבית, אלא גם, במידת הצורך, לקרר אותו. הקיץ הרוסי הקצר שלנו לפעמים חם מאוד, וכשביתכם ממש מתחמם, ההצעה להפוך את החימום למזגן תהיה שימושית מאוד.
ניתן לשלב פיתרון טכני לסוגיה זו במשאבת החום בהתחלה, בשלב הייצור, וכמעט לכל היצרנים יש קו משאבות שיכולים להתנות את החדר (מצב קירור טבעי). אם למשאבת החום שלכם אין יכולות כאלה, הכל עדיין לא אבד - משאבה רגילה יכולה לעבוד גם לקירור. הציוד הנוסף הנוסף בצורת ניתוק הידראולי יותקן מחוץ למשאבה. שתי האופציות אינן דורשות השקעות גדולות.
אתה יכול לשאת את הקור שנוצר על ידי משאבת החום ישירות לחדר בדרכים שונות. ניתן להקצות פונקציה זו לפאנלים קרים על קירות או תקרות, קירור חימום תת רצפתי, רדיאטורים עם זרימת אוויר טובה, או סליל מאוורר - מכשיר בו מובנה מחליף חום לפלטות המנופח על ידי מאוורר.
שימוש במשאבת חום למים חמים
כל משאבת חום מסוגלת לא רק לחמם את הבית שלך, אלא גם לספק לך מים חמים כל השנה. עם זאת, יש לזכור כי מערכת זו היא בטמפרטורה נמוכה, מה שאומר שטמפרטורת המים בדוד לא תעלה על 45-55 מעלות צלזיוס. מכאן עולה כי נפח הדוד צריך להיות גדול יותר מאשר בעת שימוש במערכת חימום רגילה, אחרת אתה ובני ביתך תצטרכו לחיות בתנאים של צנע של מים חמים.
יש לקחת בחשבון עובדה זו בעת הקצאת מקום לחדר דוד, כלומר אפילו בשלב עיצוב הבית. כמו כן, בעת בחירת הדוד, עליכם לקחת בחשבון שמדובר בציוד מיוחד המיועד לעבוד עם מתקני משאבת חום. ההבדל העיקרי בין דוד זה לזה הרגיל הוא האזור המוגדל של מחליף החום הדרוש להעברת החום היעילה ביותר משאבת החום.
משאבות חום עם גוף חימום משולב
לעתים קרובות, היצרנים משלבים תנורי חימום חשמליים נוספים במשאבות החום שלהם. התנור המובנה מאפשר, במידת הצורך, לעבור למקור אנרגיה חלופי מנקודת המבט של משאבת החום - חשמל. לשם מה נועד? באילו מקרים יש צורך להשתמש בתנור החימום?
בחירת משאבת חום לחימום בית מתבצעת תוך התחשבות בפרמטרים שונים, כולל המאפיינים האקלימיים של האזור. זה נחשב לא הולם להתקנת משאבה עם עודף כוח. העובדה היא כי ימים קרים במיוחד לא קורים לעתים קרובות מאוד, לפחות בחלק האירופי המרכזי של רוסיה. העיסוק מראה כי אפשרות חסכונית יותר היא "להשיג" את החשמל הדרוש בחשמל בתקופות כפור אלה מאשר להתקין תחילה משאבה חזקה יותר. נוכחותו של גוף חימום מבטלת את הצורך להפוך את המערכת לחזקה יותר מהנדרש ברוב עונת החימום.
עבור בעלי משאבות חום וקרקע, מחמם משולב הוא עודף מאשר הכרח. המצב עם משאבות חום האוויר נראה שונה לחלוטין. בטמפרטורת אוויר של –20 מעלות צלזיוס ומטה, משאבה כזו, אם היא לא תכבה, לא תהיה יעילה. ולמרות שאין כל כך הרבה ימים ולילות קרים בשנה, אני לא רוצה להישאר בבית קפוא במהירות ברגע דק אחד. לא ניתן לכנות נוכחות של מחולל חום כפול במקרה זה מותרות.
משאבת חום אוויר.
טיפים וטריקים
משאבת חום היא מכשור מתוחכם טכני ויקר למדי, ולכן עליכם לגשת לבחירה שלה באחריות רבה. כדי לא להיות מופרכים, אנו נותנים כמה המלצות מאוד ספציפיות.
1. לעולם אל תתחיל לבחור משאבת חום מבלי שתתחיל לבצע חישובים וליצור פרויקט. היעדר פרויקט יכול לגרום לשגיאות קטלניות, אשר ניתן לתקן רק בעזרת השקעות כספיות אדירות נוספות.
2. רק אנשי מקצוע צריכים להפקיד את התכנון, ההתקנה והתחזוקה של משאבת החום ומערכת החימום. איך לוודא שאנשי מקצוע עובדים בחברה זו? ראשית, בהתאם לזמינות כל התיעוד הנדרש, תיק של חפצים שנמכרו, תעודות מספקי ציוד. רצוי מאוד שכל מגוון השירותים הנחוצים יינתן על ידי חברה אחת, שבמקרה זה תהיה אחראית מלאה ליישום הפרויקט.
3. אנו ממליצים לך לתת עדיפות למשאבת החום מתוצרת אירופה. אל תתבלבלו מהעובדה שהוא יקר יותר מציוד סיני או רוסי. כאשר עלות ההתקנה, ההפעלה והניפוי של מערכת החימום כולה כלולה באומדן, ההבדל במחיר המשאבות יהיה כמעט בלתי מורגש. אולם לאחר שתעמוד לרשותך "אירופאי", תהיה בטוח באמינותו, מכיוון שהמחיר הגבוה של המשאבה הוא רק תוצאה של שימוש בטכנולוגיות מודרניות וחומרים איכותיים ביצירתו.
