با داشتن یخچال و کولر در خانه، کمتر کسی می داند که اصل عملکرد پمپ حرارتی در آنها پیاده سازی شده است.

حدود 80 درصد نیرویی که یک پمپ حرارتی تولید می کند از گرما تامین می شود محیطبه شکل تابش پراکنده خورشیدی. این پمپ است که به سادگی آن را از خیابان به داخل خانه "پمپ" می کند. عملکرد پمپ حرارتی مشابه اصل کار یخچال است، اما جهت انتقال حرارت متفاوت است.

به زبان ساده…

برای خنک شدن بطری آب معدنی، آن را در یخچال قرار می دهید. یخچال باید بخشی از انرژی حرارتی بطری را "بگیرد" و طبق قانون بقای انرژی، آن را به جایی منتقل کند و بدهد. یخچال گرما را به رادیاتوری که معمولاً در دیواره عقب قرار دارد منتقل می کند. در همان زمان، رادیاتور گرم می شود و گرمای خود را در اتاق آزاد می کند. در واقع اتاق را گرم می کند. این امر به ویژه در مینی مارکت های کوچک در تابستان که چندین یخچال در اتاق روشن می شود قابل توجه است.

ما از شما دعوت می کنیم که تصورات خود را رویاپردازی کنید. فرض کنید اشیای گرم را مدام در یخچال قرار می دهیم و با سرد کردن آنها هوای اتاق را گرم می کند. بیایید به "افراطی ها" برویم ... بیایید یخچال را در آن قرار دهیم باز شدن پنجرهبا درب فریزر به بیرون باز است. رادیاتور یخچال در داخل خانه قرار خواهد گرفت. در حین کار، یخچال هوای بیرون را خنک می کند و گرمای "گرفته شده" را به اتاق منتقل می کند. پمپ حرارتی اینگونه عمل می کند و گرمای پراکنده را از محیط گرفته و به داخل اتاق منتقل می کند.

پمپ از کجا گرما می گیرد؟

اصل عملکرد یک پمپ حرارتی مبتنی بر "بهره برداری" از منابع گرمای کم پتانسیل طبیعی از محیط است.

ممکنه باشند:

• فقط هوای بیرون;
• گرمای بدنه های آبی (دریاچه ها، دریاها، رودخانه ها)؛
• گرمای خاک، آب های زیرزمینی (حرارتی و آرتزین).

پمپ حرارتی و سیستم گرمایش با آن چگونه کار می کند؟

پمپ حرارتی در سیستم گرمایش یکپارچه شده است که از 2 مدار + مدار سوم - سیستم خود پمپ تشکیل شده است. یک خنک کننده بدون یخ در امتداد مدار خارجی گردش می کند که گرما را از فضای اطراف جذب می کند.

با وارد شدن به پمپ حرارتی یا به طور دقیق تر اواپراتور آن، مایع خنک کننده به طور متوسط ​​4 تا 7 درجه سانتی گراد به مبرد پمپ حرارتی منتقل می کند. و نقطه جوش آن 10- درجه سانتیگراد است. در نتیجه، مبرد می جوشد و سپس به حالت گاز تبدیل می شود. خنک کننده مدار خارجی که قبلاً خنک شده است، برای تنظیم دما به "چرخش" بعدی در سیستم می رود.

مدار عملکردی پمپ حرارتی شامل:

• اواپراتور؛
• کمپرسور (برقی)؛
• مویرگی؛
• خازن؛
• مبرد؛
• دستگاه کنترل ترموستاتیک

روند چیزی شبیه این به نظر می رسد!

مبردی که در اواپراتور "جوش آمده" از طریق یک خط لوله به کمپرسوری که با برق کار می کند عرضه می شود. این "کارگر سخت" مبرد گازی را به فشار بالا فشرده می کند که بر این اساس منجر به افزایش دمای آن می شود.

سپس گاز داغ شده وارد مبدل حرارتی دیگری می شود که به آن کندانسور می گویند. در اینجا گرمای مبرد به هوای اتاق یا مایع خنک کننده منتقل می شود که از طریق مدار داخلی سیستم گرمایش به گردش در می آید.

مبرد سرد می شود در حالی که به طور همزمان به مایع تبدیل می شود. سپس از دریچه کاهش فشار مویرگی عبور می کند، جایی که فشار را از دست می دهد و به اواپراتور باز می گردد.

چرخه بسته شده و آماده تکرار است!

محاسبه تقریبی ظرفیت گرمایش نصب

در عرض یک ساعت، حداکثر 2.5-3 متر مکعب مایع خنک کننده از طریق کلکتور خارجی از طریق پمپ جریان می یابد، که زمین می تواند آن را 5-7 درجه سانتیگراد ∆t گرم کند.

برای محاسبه توان حرارتی چنین مداری از فرمول استفاده کنید:

Q = (T_1 - T_2) *V_heat

V_heat - سرعت جریان حجمی مایع خنک کننده در ساعت (m^3/hour)؛

T_1 - T_2 - اختلاف دما بین ورودی و ورودی (°C).

انواع پمپ های حرارتی

بر اساس نوع گرمای استفاده شده، عبارتند از: پمپ های حرارتی:

• آب زیرزمینی (استفاده از خطوط زمین بسته یا کاوشگرهای زمین گرمایی عمیق و سیستم آبیگرمایش فضا)؛
• آب-آب (آنها از چاه های باز برای جذب و تخلیه آب های زیرزمینی استفاده می کنند - کانتور خارجی حلقه نیست، سیستم داخلیگرمایش - آب)؛
• آب-هوا (استفاده از مدارهای آب خارجی و سیستم گرمایش نوع هوا)؛
• (استفاده از گرمای دفع شده از توده های هوای خارجی کامل با سیستم گرمایش هوا برای خانه).

مزایا و مزایای پمپ های حرارتی

مقرون به صرفه اصل عملکرد یک پمپ حرارتی نه بر اساس تولید، بلکه بر اساس انتقال (حمل و نقل) انرژی حرارتی است، بنابراین می توان ادعا کرد که راندمان آن بیشتر از یک است. چه بیمعنی؟ - شما می گویید مبحث پمپ های حرارتی شامل یک مقدار است - ضریب تبدیل گرما (HCT). با این پارامتر است که واحدهای انواع مشابه با یکدیگر مقایسه می شوند. معنای فیزیکی آن نشان دادن نسبت مقدار گرمای دریافتی به مقدار انرژی صرف شده برای این است. به عنوان مثال، با KPT = 4.8، 1 کیلو وات برق مصرف شده توسط پمپ به ما این امکان را می دهد که 4.8 کیلو وات گرما را به صورت رایگان دریافت کنیم، یعنی بدون هزینه از طبیعت.

فراگیر جهانی کاربرد. حتی در صورت عدم وجود خطوط برق قابل دسترس، کمپرسور پمپ حرارتی می تواند توسط یک درایو دیزل تغذیه شود. و گرمای "طبیعی" در هر گوشه ای از سیاره در دسترس است - پمپ حرارتی "گرسنه" باقی نمی ماند.

استفاده سازگار با محیط زیست هیچ محصول احتراق در پمپ حرارتی وجود ندارد و مصرف کم انرژی آن نیروگاه‌ها را کمتر «به‌کار می‌اندازد» و به طور غیرمستقیم انتشار مضر از آنها را کاهش می‌دهد. مبرد مورد استفاده در پمپ های حرارتی دوستدار ازن است و حاوی کلروکربن نیست.

حالت کار دو طرفه پمپ حرارتی می تواند زمان زمستاناتاق را گرم کنید و در تابستان خنک کنید. از "گرمای" گرفته شده از اتاق می توان به طور موثر استفاده کرد، به عنوان مثال، برای گرم کردن آب در یک استخر شنا یا در یک سیستم آب گرم.

ایمنی عملیاتی در اصل عملکرد یک پمپ حرارتی، فرآیندهای خطرناک را در نظر نخواهید گرفت. عدم وجود آتش باز و گازهای گلخانه ای مضر که برای انسان خطرناک است و دمای پایین مایع خنک کننده، پمپ حرارتی را به یک وسیله خانگی "بی ضرر" اما مفید تبدیل می کند.

اتوماسیون کامل فرآیند گرمایش اتاق.

برخی از تفاوت های ظریف عملیات

استفاده مؤثر از اصل عملکرد پمپ حرارتی مستلزم رعایت چندین شرط است:

• اتاقی که گرم می شود باید به خوبی عایق بندی شود (اتلاف گرما تا 100 وات بر متر مربع) - در غیر این صورت با گرفتن گرما از خیابان، خیابان را با هزینه خود گرم می کنید.
• پمپ های حرارتی برای استفاده در سیستم های گرمایشی با دمای پایین مفید هستند. سیستم های گرمایش از کف (35-40 درجه سانتیگراد) برای چنین معیارهایی ایده آل هستند. ضریب تبدیل حرارت به طور قابل توجهی به نسبت دمای مدارهای ورودی و خروجی بستگی دارد.

بیایید آنچه گفته شد را خلاصه کنیم!

ماهیت اصل عملکرد یک پمپ حرارتی در تولید نیست، بلکه در انتقال گرما است. این به شما امکان می دهد ضریب بالایی (از 3 تا 5) تبدیل انرژی حرارتی را بدست آورید. به عبارت ساده، هر 1 کیلو وات برق مصرفی، 3-5 کیلووات گرما را به خانه منتقل می کند. چیز دیگری که باید گفته شود؟

در طول سال گذشته، پمپ های حرارتی جایگاه خود را در بازار آب و هوای روسیه، در میان سایر فناوری های محبوب، پیدا کرده اند. بحث در مورد مزایا و معایب واحدهای پمپ حرارتی (HPU) هم در صفحات مطبوعات صنعت و هم در کنفرانس های موضوعی و میزهای گرد انجام شد. اخیراً اطلاعات زیادی در مورد پمپ های حرارتی - هم در اینترنت روسی زبان و هم در رسانه های تخصصی - ظاهر شده است. با این حال، هنوز انتشار بسیار کمی در مورد سیستم های پمپ حرارتی یکپارچه وجود دارد. هدف این مقاله این است که تا حدودی این شکاف را پر کند و برخی از سوالاتی را که برای اولین بار برای متخصصان با سیستم های انتقال حرارت حلقه ای آشنا می شود، خلاصه کرده و به طور خلاصه به آنها پاسخ دهد.

بنابراین، در مورد پمپ های حرارتی مشخص شده است که آنها تجهیزات کنترل آب و هوا هستند که قادر به استفاده از گرمای محیط هستند و با استفاده از کمپرسور دمای مایع خنک کننده را تا حد لازم بالا می برند و این گرما را به محل مورد نیاز منتقل می کنند.

تقریبا همیشه امکان استخراج گرما از محیط وجود دارد. گذشته از همه اینها " آب سرد"یک مفهوم ذهنی مبتنی بر احساسات ما است. حتی سردترین آب رودخانه حاوی مقدار معینی گرما است. اما مشخص است که گرما فقط از یک جسم گرمتر به یک جسم سردتر منتقل می شود. گرما را می توان به زور از یک جسم سرد به یک جسم سردتر هدایت کرد. گرم، سپس بدن سرد حتی بیشتر سرد می شود، و بدن گرم با استفاده از یک پمپ حرارتی، که گرما را از هوا، آب رودخانه یا زمین "پمپ می کند" و دمای آنها را بیشتر کاهش می دهد، ممکن است. برای گرم کردن ساختمان در حالت کلاسیک، اعتقاد بر این است که با صرف 1 کیلو وات برق، یک HPP می تواند از 3 تا 6 کیلو وات انرژی حرارتی تولید کند است دوره زمستانیشما می توانید یک اتاق نشیمن با اندازه متوسط ​​را گرم کنید. در تابستان با کار در حالت معکوس، پمپ حرارتی می تواند هوای ساختمان را خنک کند. گرما با جذب جو، رودخانه یا زمین از ساختمان خارج می شود.

در حال حاضر، تعداد زیادی از واحدهای پمپ حرارتی وجود دارد که به آنها امکان استفاده گسترده در صنعت را می دهد. کشاورزی، در مسکن و خدمات عمومی. به عنوان نمونه ای از استفاده از HPI، در پایان مقاله دو پروژه را در نظر خواهیم گرفت - یکی از آنها پروژه یک سیستم حلقه در مقیاس بزرگ است که در منطقه کراسنودار اجرا شده است، دومی یک پروژه ساخت و ساز کوچک در مسکو است. منطقه

چه نوع پمپ های حرارتی وجود دارد؟

پمپ های حرارتی دارای خروجی های حرارتی متفاوتی هستند، از چند کیلووات تا صدها مگاوات. آنها می توانند با منابع گرمایی مختلف در حالت های مختلف تجمع کار کنند. از این نظر می توان آنها را به انواع زیر تقسیم کرد: آب-آب، آب-هوا، هوا-آب، هوا-هوا. HPIهایی تولید می شوند که برای کار با منابع حرارتی درجه پایین با دماهای مختلف، حتی تا دمای منفی طراحی شده اند. آنها می توانند به عنوان یک سینک حرارتی با درجه بالا مورد نیاز استفاده شوند دماهای مختلف، حتی بالای 1000 درجه سانتیگراد. بسته به این، پمپ های حرارتی را می توان به دماهای پایین، متوسط ​​و دمای بالا تقسیم کرد.

پمپ های حرارتی نیز متفاوت هستند دستگاه فنی. در این راستا، دو جهت را می توان تشخیص داد: فشرده سازی بخار و جذب HPI. پمپ های حرارتی علاوه بر انرژی الکتریکی می توانند از انواع دیگری از انرژی برای عملکرد خود استفاده کنند، به عنوان مثال می توانند بر روی آن کار کنند. انواع مختلفسوخت

ترکیبات مختلفی از انواع منابع حرارتی با درجه پایین و گیرنده های حرارتی با درجه بالا طیف گسترده ای از انواع پمپ های حرارتی را ارائه می دهند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

• HPP که از گرمای آب های زیرزمینی برای گرمایش استفاده می کند.
• HPP که از گرمای یک مخزن طبیعی برای تامین آب گرم استفاده می کند.
• HPU-تهویه مطبوع با استفاده از آب دریا به عنوان منبع و گیرنده گرما.
• HPU-تهویه مطبوع، با استفاده از هوای بیرون به عنوان منبع و گیرنده گرما؛
• HPP برای گرم کردن آب استخر، با استفاده از گرمای هوای بیرون.
• HPP که از گرمای فاضلاب در سیستم تامین حرارت استفاده می کند.
• HPI که از گرمای تجهیزات مهندسی در سیستم تامین گرما استفاده می کند.
• HPP برای خنک کردن شیر و در عین حال گرم کردن آب برای تامین آب گرم در مزارع لبنی.
• HPI برای بازیابی گرما از فرآیندهای تکنولوژیکیدر گرمایش اولیه هوای تامینی.

طیف گسترده ای از تجهیزات پمپ حرارتی به صورت انبوه تولید می شوند، اما پمپ های حرارتی نیز می توانند طبق پروژه های خاص تولید شوند. تاسیسات آزمایشی، نمونه های صنعتی آزمایشی و همچنین بسیاری از پیشرفت های نظری وجود دارد.

اگر تاسیسات استفاده از چندین پمپ حرارتی را در نظر داشته باشد که برای تولید گرما و سرما طراحی می شوند، اگر در یک واحد ترکیب شوند، بازده عملیاتی آنها چندین برابر افزایش می یابد. سیستم یکپارچه. اینها به اصطلاح سیستم های پمپ حرارتی حلقه ای (RHPS) هستند. استفاده از چنین سیستم هایی در تاسیسات متوسط ​​و بزرگ توصیه می شود.

سیستم های تهویه مطبوع حلقه ای

این سیستم ها بر پایه واحدهای گرمایش آب به هوا هستند که عملکردهای تهویه مطبوع داخلی را انجام می دهند. در اتاقی که تهویه مطبوع ارائه می شود (یا در نزدیکی آن)، یک پمپ حرارتی نصب شده است که قدرت آن مطابق با پارامترهای اتاق، هدف آن، ویژگی های تامین مورد نیاز و تهویه خروجی، امکان انتخاب می شود. تعداد افراد حاضر، تجهیزات نصب شده در آن و سایر معیارها. همه HPI ها برگشت پذیر هستند، یعنی هم برای خنک کردن و هم برای گرم کردن هوا طراحی شده اند. همه آنها توسط یک مدار آب مشترک - لوله هایی که آب در آنها گردش می کند - متصل می شوند. آب برای همه نیروگاه ها هم منبع و هم یک هیت سینک است. دما در مدار می تواند از 18 تا 320 درجه سانتیگراد متغیر باشد. گرما بین پمپ‌های حرارتی که هوا را گرم می‌کنند و پمپ‌هایی که آن را خنک می‌کنند از طریق یک مدار آب مبادله می‌شود. بسته به ویژگی های محل، و همچنین به زمان سال و زمان روز - در اتاق های مختلفممکن است نیاز به گرم کردن یا خنک کردن هوا باشد. هنگامی که نیروگاه‌های تولید گرما و سرما به طور همزمان در یک ساختمان کار می‌کنند، گرما از اتاق‌هایی که مقدار اضافی آن وجود دارد به اتاق‌هایی که مقدار کافی آن وجود ندارد منتقل می‌شود. بنابراین، تبادل گرما بین مناطق متحد شده در یک حلقه واحد رخ می دهد.

علاوه بر HPIهایی که عملکرد تهویه مطبوع را انجام می دهند، CTPS ممکن است شامل HPIهایی برای اهداف دیگر نیز باشد. اگر تاسیسات نیاز به حرارت کافی داشته باشد، گرمای تلف شده را می توان به طور موثر از طریق یک سیستم حلقه با استفاده از HPP بازیابی کرد. به عنوان مثال، در صورت وجود جریان شدید فاضلاب، نصب یک HPP آب به آب منطقی است که اجازه می دهد گرمای تخلیه از طریق CTPS بازیابی شود. چنین پمپ حرارتی می تواند گرما را از فاضلاب استخراج کند، آن را از طریق یک مدار حلقه ای منتقل کند و سپس از آن برای گرم کردن اتاق ها استفاده کند.

هوای خارج شده از ساختمان توسط تهویه خروجی نیز حاوی مقدار زیادی گرما است. اگر مقدار زیادی ناخالصی در هوای خروجی وجود نداشته باشد که مانع عملکرد HPI شود، می توان با نصب HPI هوا-آب از گرمای هوای خروجی استفاده کرد. از طریق KTNS، این گرما می تواند توسط تمام مصرف کنندگان در ساختمان استفاده شود که دستیابی به آن با استفاده از احیا کننده ها و بازیابی کننده های سنتی دشوار است. علاوه بر این، فرآیند بازیافت در در این موردمی تواند کارآمدتر اتفاق بیفتد، زیرا به دمای هوای بیرون که وارد می شود بستگی ندارد تهویه اجباری، و در دمای تنظیم شده گرمایش هوا به داخل محل پمپ می شود.

علاوه بر این، هنگامی که پمپ های حرارتی برگشت پذیر هم روی فاضلاب و هم تهویه خروجی کار می کنند، می توان از آنها برای حذف گرمای اضافی از مدار آب در طول فصل گرم استفاده کرد و در نتیجه کاهش داد. قدرت مورد نیازبرج های خنک کننده

در فصل گرما با کمک پمپ های حرارتی، گرمای اضافی در مدار آب از طریق مصرف کنندگان موجود در محل استفاده می شود. به عنوان مثال، یک HPP آب به آب می تواند به یک سیستم حلقه متصل شود و گرمای اضافی را به سیستم تامین آب گرم (DHW) منتقل کند. در یک سایت با نیازهای آب گرم کوچک، چنین پمپ حرارتی ممکن است برای برآورده کردن کامل آنها کافی باشد.

اگر تاسیسات دارای یک یا چند استخر باشد، به عنوان مثال، در موسسات بهداشتی، خانه های تعطیلات، مجتمع های تفریحی و هتل ها، گرمایش آب استخر نیز می تواند با استفاده از یک HPP آب به آب و اتصال آن به KTNS انجام شود.

ترکیب سیستم های حلقه با سیستم های دیگر

سیستم تهویه در ساختمان ها با استفاده از سیستم پمپ حرارتی حلقه ای باید با در نظر گرفتن ویژگی های عملکرد نیروگاه های تهویه مطبوع توسعه یابد. گردش مجدد هوا در حجم لازم برای عملکرد پایدار این نیروگاه ها، حفظ دمای معین در اتاق و بازیابی کارآمد گرما الزامی است (استثناء مواردی است که گردش مجدد نامطلوب است، به عنوان مثال، سالن های استخر، محلی هود آشپزخانه). هنگام ایجاد تهویه با CTNS، ویژگی های دیگری نیز وجود دارد.

با این حال، در همان زمان، سیستم حلقه امکانات بیشتری را فراهم می کند سیستم های سادهتهویه نسبت به سایر روش های تهویه مطبوع پمپ‌های حرارتی تهویه مطبوع را مستقیماً در محل، در خود اتاق فراهم می‌کنند، که نیاز به انتقال هوای نهایی را از طریق کانال‌های هوای طولانی و عایق‌شده، مانند تهویه مطبوع مرکزی، حذف می‌کند.

سیستم حلقه می تواند به طور کامل عملکردهای گرمایش را به عهده بگیرد، اما استفاده مشترک با سیستم گرمایش مستثنی نیست. در این حالت از سیستم گرمایشی با قدرت کمتر و از نظر فنی ساده تر استفاده می شود. این سیستم دو ظرفیتی مناسب تر است عرض های جغرافیایی شمالی، جایی که ضروری است گرمای بیشتربرای گرمایش، و باید در مقادیر بیشتر از یک منبع با پتانسیل بالا تامین شود. اگر یک ساختمان دارای سیستم های تهویه مطبوع و گرمایش جداگانه باشد، این سیستم ها اغلب به معنای واقعی کلمه با یکدیگر تداخل دارند، به ویژه در دوره های انتقال. استفاده از یک سیستم حلقه در ارتباط با یک سیستم گرمایشی چنین مشکلاتی را ایجاد نمی کند، زیرا عملکرد آن کاملاً به وضعیت واقعی میکرو اقلیم در هر منطقه بستگی دارد.

در شرکت‌ها، سیستم‌های پمپ حرارتی حلقه‌ای می‌توانند در گرمایش یا خنک‌کردن آب یا هوا برای مقاصد فن‌آوری نقش داشته باشند و این فرآیندها در تعادل تامین حرارت کلی شرکت گنجانده می‌شود.

صحبت کردن در مورد سیستم های سنتیتامین گرما، به سختی می توان با راندمان محدود آنها موافقت کرد. گرما تا حدی مورد استفاده قرار می گیرد، به سرعت در جو پخش می شود (در طول گرمایش و تهویه)، و از آن خارج می شود. فاضلاب(از طریق تامین آب گرم، فرآیندهای تکنولوژیکی) و راه های دیگر. همچنین خوب است که برای اطمینان از کارایی، مبدل های حرارتی هوا به هوا در سیستم تهویه یا نوع آب به آب برای بازیابی گرما نصب شده باشند، به عنوان مثال، واحدهای تبرید یا برخی دیگر. دستگاه های محلیبازیافت گرما KTNS این مشکل را به طور جامع حل می کند و در بسیاری از موارد امکان بازیابی گرما را کارآمدتر می کند.

کنترل خودکار سیستم های حلقه

با ناامیدی بسیاری از تولید کنندگان سیستم های اتوماسیون گران قیمت، سیستم های پمپ حرارتی به وسایل پیچیده ای نیاز ندارند. کنترل خودکار. تمام مقررات در اینجا به حفظ دمای آب معین در مدار بستگی دارد. برای جلوگیری از سرد شدن آب کمتر از حد تعیین شده، لازم است بخاری اضافی را به موقع روشن کنید. برعکس، برای اینکه از حد بالایی تجاوز نکنید، باید برج خنک کننده را به موقع روشن کرد. کنترل خودکاراین فرآیند ساده را می توان با استفاده از چندین ترموستات اجرا کرد. از آنجایی که دمای آب در مدار CTPS می تواند در محدوده نسبتاً وسیعی متفاوت باشد (معمولاً از 18 تا 320 درجه سانتیگراد)، همچنین نیازی به استفاده از شیرهای کنترل دقیق نیست.

در مورد فرآیند انتقال حرارت از پمپ حرارتی به مصرف کننده، با اتوماسیون تعبیه شده در هر پمپ حرارتی کنترل می شود. به عنوان مثال، HPI ها برای تهویه مطبوع دارای یک سنسور دما (ترموستات) هستند که مستقیماً در اتاق نصب شده است. این ترموستات معمولی برای کنترل عملکرد پمپ حرارتی کاملاً کافی است.

پمپ حرارتی پارامترهای دمای هوای مورد نیاز اتاق ها را به طور کامل تامین می کند که این امکان را فراهم می کند تا نیازی به دمپرهای کنترلی در سیستم تهویه و شیرهای کنترلی در سیستم گرمایش (با سیستم دو ظرفیتی) نباشد. همه این شرایط به کاهش هزینه و افزایش قابلیت اطمینان کمک می کند. سیستم های مهندسیبطور کلی.

در تاسیسات بزرگ، جایی که سیستم حلقه شامل تعداد زیادی پمپ حرارتی است و انواع مختلفی از پمپ‌های حرارتی نصب می‌شوند (برای تهویه مطبوع، بازیابی حرارت و پشتیبانی از فرآیندهای تکنولوژیکی)، اغلب منطقی است که موارد بیشتری را اجرا کنیم. سیستم پیچیدهکنترل خودکار، که به شما امکان می دهد عملکرد کل سیستم را بهینه کنید.

عملکرد یک سیستم پمپ حرارتی حلقه ای تحت تأثیر عوامل زیر است:

• اول، دمای آب در مدار. ضریب تبدیل حرارت (COR) به آن بستگی دارد، یعنی نسبت مقدار گرمای عرضه شده به مصرف کننده به مقدار انرژی مصرف شده توسط پمپ حرارتی.
• دوم، دمای هوای بیرون؛
• سوم، پارامترهای عملیاتی برج خنک کننده. برای همان مقدار حرارت حذف شده در شرایط مختلفممکن است مقادیر مختلفی از انرژی مصرف شده توسط برج خنک کننده صرف شود. این به نوبه خود به دمای بیرون، رطوبت آن، وجود باد و سایر شرایط نیز بستگی دارد.
• چهارم، در مورد تعداد پمپ های حرارتی که در حال حاضر در سیستم کار می کنند. آنچه در اینجا اهمیت دارد این است حداکثر قدرتنیروگاه هایی که گرما را از مدار آب می گیرند، در مقایسه با توان تمام نیروگاه هایی که گرما را در مدار آزاد می کنند، یعنی مقدار گرمای ورودی یا خارج شده از مدار.

برای بچه ها خوب است، برای بودجه خوب است

بیایید به شرح پروژه های با استفاده از سیستم های پمپ حرارتی حلقه ای برویم.

اولین پروژه بازسازی یک مدرسه متوسطه معمولی در جنوب روسیه است. تابستان گذشته، اداره منطقه کراسنودار این پروژه را در شهر Ust-Labinsk (مدرسه شهر شماره 2) اجرا کرد. در طول بازسازی، بالاترین استانداردها در ارائه حفظ شد الزامات بهداشتیو اقامت راحت برای کودکان در مدرسه. به طور خاص، یک سیستم آب و هوای کامل در ساختمان نصب شد که کنترل منطقه به منطقه بر دما، جریان هوای تازه و رطوبت را فراهم می کرد.

به مهندسان در حین اجرا این پروژهاولاً من می خواستم از سطح مناسب راحتی و کنترل فردی در هر کلاس اطمینان حاصل کنم. ثانیاً، فرض بر این بود که سیستم حلقه به طور قابل توجهی هزینه های گرمایش مدرسه را کاهش می دهد و مشکل دمای پایین آب در نیروگاه گرمایشی در محل مدرسه را حل می کند. این سیستم از بیش از پنجاه پمپ حرارتی تولید شده توسط Climatemaster (ایالات متحده آمریکا) و یک برج خنک کننده تشکیل شده است. گرمای اضافی را از نیروگاه گرمایش شهری دریافت می کند. سیستم آب و هواتحت کنترل خودکار است و قادر است به طور مستقل راحت ترین و در عین حال مقرون به صرفه ترین حالت های عملیاتی را حفظ کند.

عملکرد سیستم توصیف شده در ماه های زمستان نتایج زیر را به همراه داشت:

• قبل از نوسازی (قبل از نصب پمپ های حرارتی)، هزینه های گرمایش ماهانه برای 2500 متر مربع 18440 روبل بود.
• پس از مدرن سازی ساختمان، منطقه گرم شده به 3000 متر مربع افزایش یافت و هزینه های گرمایش ماهانه به 9800 روبل کاهش یافت.

بنابراین، استفاده از پمپ های حرارتی باعث شد تا هزینه گرمایش ساختمان به بیش از نصف کاهش یابد که مساحت گرمایش تقریباً 20٪ افزایش یافته است.

گرمای خودمختار

مشکلات ساخت و ساز کلبه در منطقه مسکو امروز به این واقعیت مربوط می شود که زیرساخت ( برق شبکه، خطوط لوله آب)، اغلب اجازه رشد سکونتگاه های جدید را نمی دهد. پست های ترانسفورماتور موجود نمی توانند با افزایش بارها مقابله کنند. وقفه های مداوم در منبع تغذیه (حوادث در پست های قدیمی، قطع شدن سیم های فرسوده) مصرف کنندگان را مجبور می کند به دنبال راه هایی برای تامین برق مستقل باشند.

در پروژه ای که شرح داده شد، مهندسان با وظیفه تامین یک اتاق چندگانه مواجه شدند کلبه دو طبقهبا گرمای اتاق زیر شیروانی و برق. مساحت کل گرمایش خانه 200 متر مربع بود. ارتباطات ارائه شده شامل آب و برق آرتزین است.

از آنجایی که بهره وری انرژی در اولویت قرار داشت، تصمیم به نصب پنل های خورشیدی گرفته شد. ماژول های فتوولتائیک خورشیدی 3.5 کیلوواتی خریداری و مستقیماً در زمین پشت خانه نصب شد. طبق محاسبات مهندسان، این باید برای شارژ مجدد کافی باشد باتری ها، که به نوبه خود بدون وقفه برق خانه و سیستم گرمایشی را تامین می کند. هزینه کل سیستم حدود 27000 دلار آمریکا بود. اگر در نظر بگیریم که منبع برق رایگان به دست آمده است، این مقاله حذف می شود بودجه خانواده، سپس معلوم می شود که هزینه نصب است باتری خورشیدیدر کمتر از 10 سال هزینه خود را پرداخت می کند. و اگر در نظر بگیریم که در مورد دیگری مجبور بودیم یک پست برق بسازیم یا با قطع برق دائمی زندگی کنیم، آنگاه می توان هزینه ها را از قبل ارزشمند در نظر گرفت.

برای گرمایش تصمیم گرفته شد از سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی استفاده شود. یک پمپ حرارتی آب به آب آمریکایی خریداری شد. این نوع پمپ حرارتی تولید می کند آب گرم، که برای تامین آب گرم و گرمایش با استفاده از باتری های رادیاتور قابل استفاده است. مدار خود، تامین کننده حرارت کم به پمپ حرارتی، به طور مستقیم در منطقه مجاور کلبه، در عمق 2 متر گذاشته شد هزینه پمپ حرارتی، نصب، تامین تجهیزات و قطعات 10000 دلار آمریکا است.

بنابراین، با صرف حدود 40000 دلار آمریکا برای سازماندهی سیستم برق مستقل خود، صاحب کلبه هزینه گرمایش را از بودجه خود حذف کرد و گرمایش مستقل قابل اعتماد را ارائه داد.

امکان استفاده از سیستم های حلقه

از موارد فوق چنین استنباط می شود که امکانات استفاده از یک سیستم پمپ حرارتی حلقه ای به طور غیرعادی گسترده است. آنها را می توان در طیف گسترده ای از اشیاء استفاده کرد. اینها اداری هستند ساختمان های عمومی، موسسات پزشکی و بهداشتی، خانه های تعطیلات، تفریحی و مجموعه های ورزشی، شرکت های مختلف صنعتی. سیستم ها به قدری منعطف هستند که استفاده از آنها در موارد بسیار متنوع و بسیار امکان پذیر است مقادیر زیادگزینه ها.

هنگام توسعه چنین سیستمی، ابتدا باید نیازهای گرما و سرمای تاسیسات طراحی شده را ارزیابی کرد، تمام منابع حرارتی ممکن در داخل ساختمان و همه گیرنده های حرارتی پیشنهادی را مطالعه کرد، جریان های ورودی گرما و تلفات حرارتی را تعیین کرد. اگر این گرما مورد نیاز باشد، می توان از مناسب ترین منابع حرارتی در سیستم حلقه استفاده کرد. ظرفیت کل پمپ های حرارتی زباله نباید بی جهت بیش از حد باشد. در شرایط خاص، سودآورترین گزینه ممکن است نصب نیروگاه هایی باشد که از محیط خارجی به عنوان منبع و گیرنده گرما استفاده می کنند. سیستم باید از نظر گرما متعادل باشد، اما این بدان معنا نیست که قدرت کل منابع گرما و مصرف کنندگان باید متفاوت باشد، زیرا نسبت آنها می تواند به طور قابل توجهی در هنگام تغییر شرایط عملکرد سیستم تغییر کند.

بنابراین، سیستم پمپ حرارتی حلقه ای عملکردهای گرمایش، تهویه مطبوع و بازیابی گرما کارآمد را انجام می دهد. استفاده از یک سیستم به جای چندین سیستم همیشه از نظر سرمایه و هزینه های عملیاتی سودآورتر است.

مقاله ارائه شده توسط شرکت "AEROCLIMATE"

نمودار شماتیک نصب یک پمپ حرارتی (a و یک تصویر در نمودار T - s چرخه برگشت پذیر آن (b.  

واحدهای پمپ حرارتی را می توان با موفقیت و کارآمدی در تاسیسات گرمایش زمستانی و تهویه مطبوع تابستانی استفاده کرد. در تاسیسات تولید ترکیبی سرما و گرما؛ در کارخانه های آب شیرین کن و تصحیح تبخیر. در نیروگاه های برق آبی برای استفاده از گرمای هوا و ژنراتورهای الکتریکی خنک کننده هیدروژن. در پالایشگاه های نفت و کارخانه های پتروشیمی با استفاده از گرمای فرآورده های نفت داغ و آب داغ (t 60 H - 120 C) برای تولید بخار آب با فشار 10 کیلوگرم بر ezh2 و آب گرم در دمای 130 - 150 درجه سانتیگراد تولید می شود.  

سیستم پمپ حرارتی که برای گرم کردن سالن آبگرم در زمستان کار می کند، از آب دریا به عنوان منبع گرما استفاده می کند. چگونه تغییر خواهد کرد قدرت حرارتینصب در صورتی که طبق یک چرخه داخلی برگشت پذیر کارنو با اختلاف دمای یکسان در اواپراتور و کندانسور کار کند. چگونه تغییر خواهد کرد ضریب گرمایش، اگر برگشت ناپذیری خارجی در مبدل های حرارتی تاسیساتی که بر روی چرخه کارنو معکوس کار می کنند حذف شود.  

توصیه می شود از تاسیسات پمپ حرارتی برای تامین بار حرارتی ثابت در حضور منبع ثابت گرما با درجه پایین و با افزایش گرمای مورد نیاز نسبتاً کمی استفاده شود. در یک مقدار کوچک و TTS-Ta یا در نسبت TS/TB نزدیک به واحد. چنین شرایطی معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که یک بار حرارتی نسبتاً ثابت صنعتی با پتانسیل کم یا یک بار تأمین آب گرم با استفاده از تأسیسات پمپ حرارتی، در حضور ضایعات حرارتی صنعتی کم پتانسیل با دمای 20 تا 40 درجه سانتی‌گراد و بالاتر برآورده شود. در این شرایط واحدهای پمپ حرارتی چه از نظر شاخص انرژی (مصرف سوخت) و چه از نظر کاهش هزینه، کاملاً قابل رقابت با سیستم های بویلر بسیار اقتصادی هستند.  

یک کارخانه پمپ حرارتی شامل یک پمپ حرارتی، تاسیساتی برای انتخاب گرما از منبع آن و سایر تجهیزات است.  

یک سیستم پمپ حرارتی معمولاً هزینه اولیه بالاتری نسبت به گرمایش مبتنی بر دیگ دارد.  

توصیه می شود از تاسیسات پمپ حرارتی برای تامین بار حرارتی ثابت در حضور منبع ثابت گرما با درجه پایین و با افزایش گرمای مورد نیاز نسبتاً کمی استفاده شود. با مقدار &TTB-Ts کوچک یا با نسبت TB/TV نزدیک به واحد. چنین شرایطی معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که یک بار حرارتی نسبتاً ثابت صنعتی با پتانسیل کم یا یک بار تأمین آب گرم با استفاده از تأسیسات پمپ حرارتی، در حضور ضایعات حرارتی صنعتی کم پتانسیل با دمای 20 تا 40 درجه سانتی‌گراد و بالاتر برآورده شود. در این شرایط واحدهای پمپ حرارتی چه از نظر شاخص انرژی (مصرف سوخت) و چه از نظر کاهش هزینه، کاملاً قابل رقابت با سیستم های بویلر بسیار اقتصادی هستند.  

واحدهای پمپ حرارتی دو مرحله ای گاهی اوقات در سیستم های گرمایش منطقه ای استفاده می شود که بار گرمایش را پوشش می دهد.  

اولین استفاده از سیستم پمپ حرارتی آمونیاک تراکمی بخار برای گرمایش فضا در سال 1930 بود. از آن زمان، تعداد زیادی پمپ حرارتی ساخته شده است. دلیلی وجود دارد که باور کنیم در استفاده بیشترپمپ های حرارتی گسترده تر خواهد بود.  

خواص فیزیکی محلول آبی کلرید سدیم.| خواص فیزیکی محلول آبی کلرید کلسیم.| خواص فیزیکی محلول های آبی پروپیلن گلیکول.

در طول سال گذشته، پمپ های حرارتی جایگاه خود را در بازار آب و هوای روسیه، در میان سایر فناوری های محبوب، پیدا کرده اند. بحث در مورد مزایا و معایب واحدهای پمپ حرارتی (HPU) هم در صفحات مطبوعات صنعت و هم در کنفرانس های موضوعی و میزهای گرد انجام شد. اخیراً اطلاعات زیادی در مورد پمپ های حرارتی - هم در اینترنت روسی زبان و هم در رسانه های تخصصی - ظاهر شده است. با این حال، هنوز انتشار بسیار کمی در مورد سیستم های پمپ حرارتی یکپارچه وجود دارد. هدف این مقاله این است که تا حدودی این شکاف را پر کند و برخی از سوالاتی را که برای اولین بار برای متخصصان با سیستم های انتقال حرارت حلقه ای آشنا می شود، خلاصه کرده و به طور خلاصه به آنها پاسخ دهد.

بنابراین، در مورد پمپ های حرارتی مشخص شده است که آنها تجهیزات کنترل آب و هوا هستند که قادر به استفاده از گرمای محیط هستند و با استفاده از کمپرسور دمای مایع خنک کننده را تا حد لازم بالا می برند و این گرما را به محل مورد نیاز منتقل می کنند.

تقریبا همیشه امکان استخراج گرما از محیط وجود دارد. از این گذشته، "آب سرد" یک مفهوم ذهنی است که بر اساس احساسات ما است. حتی سردترین آب رودخانه حاوی مقداری گرما است. اما مشخص است که گرما فقط از یک جسم گرمتر به یک جسم سردتر منتقل می شود. گرما را می توان به زور از یک جسم سرد به یک جسم گرم هدایت کرد، سپس بدن سرد حتی بیشتر خنک می شود و بدن گرم گرم می شود. با استفاده از یک پمپ حرارتی که گرما را از هوا، آب رودخانه یا زمین "پمپ" می کند و دمای آنها را بیشتر کاهش می دهد، می توانید یک ساختمان را گرم کنید. در مورد کلاسیک، اعتقاد بر این است که با صرف 1 کیلووات برق برای بهره برداری، یک HPP می تواند از 3 تا 6 کیلو وات انرژی حرارتی تولید کند. در عمل، این بدان معنی است که قدرت دو تا سه لامپ خانگی می تواند یک اتاق نشیمن با اندازه متوسط ​​را در زمستان گرم کند. در تابستان با کار در حالت معکوس، پمپ حرارتی می تواند هوای ساختمان را خنک کند. گرما با جذب جو، رودخانه یا زمین از ساختمان خارج می شود.

در حال حاضر، تنوع بسیار زیادی از واحدهای پمپ حرارتی وجود دارد که به آنها امکان استفاده گسترده در صنعت، کشاورزی، مسکن و خدمات عمومی را می دهد. به عنوان نمونه ای از استفاده از HPI، در پایان مقاله دو پروژه را در نظر خواهیم گرفت - یکی از آنها پروژه یک سیستم حلقه در مقیاس بزرگ است که در منطقه کراسنودار اجرا شده است، دومی یک پروژه ساخت و ساز کوچک در مسکو است. منطقه

چه نوع پمپ های حرارتی وجود دارد؟

پمپ های حرارتی دارای خروجی های حرارتی متفاوتی هستند، از چند کیلووات تا صدها مگاوات. آنها می توانند با منابع گرمایی مختلف در حالت های مختلف تجمع کار کنند. از این نظر می توان آنها را به انواع زیر تقسیم کرد: آب-آب، آب-هوا، هوا-آب، هوا-هوا. HPIهایی تولید می شوند که برای کار با منابع حرارتی درجه پایین با دماهای مختلف، حتی تا دمای منفی طراحی شده اند. آنها را می توان به عنوان گیرنده گرمای با درجه بالا که به دماهای مختلف، حتی بالای 1000 درجه سانتیگراد نیاز دارد، استفاده کرد. بسته به این، پمپ های حرارتی را می توان به دماهای پایین، متوسط ​​و دمای بالا تقسیم کرد.

پمپ های حرارتی نیز از نظر طراحی فنی متفاوت هستند. در این راستا، دو جهت را می توان تشخیص داد: فشرده سازی بخار و جذب HPI. پمپ های حرارتی می توانند از انواع دیگری از انرژی برای کار استفاده کنند، به عنوان مثال، آنها می توانند با انواع سوخت کار کنند.

ترکیبات مختلفی از انواع منابع حرارتی با درجه پایین و گیرنده های حرارتی با درجه بالا طیف گسترده ای از انواع پمپ های حرارتی را ارائه می دهند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

• HPP که از گرمای آب های زیرزمینی برای گرمایش استفاده می کند.
• HPP که از گرمای یک مخزن طبیعی برای تامین آب گرم استفاده می کند.
• HNU - تهویه مطبوع با استفاده از آب دریا به عنوان منبع و گیرنده گرما.
• HNU - تهویه مطبوع که از هوای بیرون به عنوان منبع و گیرنده گرما استفاده می کند.
• HPP برای گرم کردن آب استخر، با استفاده از گرمای هوای بیرون.
• HPP که از گرمای فاضلاب در سیستم تامین حرارت استفاده می کند.
• HPI که از گرمای تجهیزات مهندسی در سیستم تامین گرما استفاده می کند.
• HPP برای خنک کردن شیر و در عین حال گرم کردن آب برای تامین آب گرم در مزارع لبنی.
• HPI برای بازیابی گرما از فرآیندهای تکنولوژیکی در گرمایش اولیه هوای عرضه.

طیف گسترده ای از تجهیزات پمپ حرارتی به صورت انبوه تولید می شوند، اما پمپ های حرارتی نیز می توانند طبق پروژه های خاص تولید شوند. تاسیسات آزمایشی، نمونه های صنعتی آزمایشی و همچنین بسیاری از پیشرفت های نظری وجود دارد.

اگر تاسیسات استفاده از چندین پمپ حرارتی را در نظر داشته باشد که برای تولید گرما و سرما طراحی می شوند، اگر در یک سیستم واحد ترکیب شوند، کارایی عملکرد آنها چندین برابر افزایش می یابد. اینها به اصطلاح سیستم های پمپ حرارتی حلقه ای (RHPS) هستند. استفاده از چنین سیستم هایی در تاسیسات متوسط ​​و بزرگ توصیه می شود.

سیستم های تهویه مطبوع حلقه ای

اساس این سیستم ها HPU های آب-هوا هستند که عملکردهای تهویه مطبوع را در اتاق ها انجام می دهند. در اتاقی که تهویه مطبوع ارائه می شود (یا در نزدیکی آن)، یک پمپ حرارتی نصب شده است که قدرت آن مطابق با پارامترهای اتاق، هدف آن، ویژگی های تامین مورد نیاز و تهویه خروجی، امکان انتخاب می شود. تعداد افراد حاضر، تجهیزات نصب شده در آن و سایر معیارها. همه HPI ها برگشت پذیر هستند، یعنی هم برای خنک کردن و هم برای گرم کردن هوا طراحی شده اند. همه آنها توسط یک مدار آب مشترک - لوله هایی که آب در آنها گردش می کند - متصل می شوند. آب برای همه نیروگاه ها هم منبع و هم یک هیت سینک است. دما در مدار می تواند از 18 تا 320 درجه سانتیگراد متغیر باشد. گرما بین پمپ‌های حرارتی که هوا را گرم می‌کنند و پمپ‌هایی که آن را خنک می‌کنند از طریق یک مدار آب مبادله می‌شود. بسته به ویژگی های محل، و همچنین زمان سال و زمان روز، اتاق های مختلف ممکن است نیاز به گرم کردن یا خنک کردن هوا داشته باشند. هنگامی که نیروگاه‌های تولید گرما و سرما به طور همزمان در یک ساختمان کار می‌کنند، گرما از اتاق‌هایی که مقدار اضافی آن وجود دارد به اتاق‌هایی که مقدار کافی آن وجود ندارد منتقل می‌شود. بنابراین، تبادل گرما بین مناطق متحد شده در یک حلقه واحد رخ می دهد.

علاوه بر HPIهایی که عملکرد تهویه مطبوع را انجام می دهند، CTPS ممکن است شامل HPIهایی برای اهداف دیگر نیز باشد. اگر تاسیسات نیاز به حرارت کافی داشته باشد، گرمای تلف شده را می توان به طور موثر از طریق یک سیستم حلقه با استفاده از HPP بازیابی کرد. به عنوان مثال، در صورت وجود جریان شدید فاضلاب، نصب یک HPP آب به آب منطقی است که اجازه می دهد گرمای تخلیه از طریق سیستم عملیات حرارتی بازیابی شود. چنین پمپ حرارتی می تواند گرما را از فاضلاب استخراج کند، آن را از طریق یک مدار حلقه ای منتقل کند و سپس از آن برای گرم کردن اتاق ها استفاده کند.

هوای خارج شده از ساختمان توسط تهویه خروجی نیز حاوی مقدار زیادی گرما است. اگر مقدار زیادی ناخالصی در هوای خروجی وجود نداشته باشد که مانع عملکرد HPI شود، می توان با نصب HPI هوا-آب از گرمای هوای خروجی استفاده کرد. از طریق KTNS، این گرما می تواند توسط تمام مصرف کنندگان در ساختمان استفاده شود که دستیابی به آن با استفاده از احیا کننده ها و بازیابی کننده های سنتی دشوار است. علاوه بر این، فرآیند بازیافت در این مورد می تواند کارآمدتر باشد، زیرا به دمای هوای بیرونی که توسط تهویه تامین می شود و به دمای تنظیم شده گرمایش هوای پمپ شده به محل بستگی ندارد.

علاوه بر این، هنگامی که پمپ‌های حرارتی برگشت‌پذیر بر روی فاضلاب و تهویه خروجی کار می‌کنند، می‌توان از آنها برای حذف گرمای اضافی از مدار آب در طول فصل گرم استفاده کرد و در نتیجه قدرت برج خنک‌کننده مورد نیاز را کاهش داد.

در فصل گرما با کمک پمپ های حرارتی، گرمای اضافی در مدار آب از طریق مصرف کنندگان موجود در محل استفاده می شود. به عنوان مثال، یک HPP آب به آب می تواند به یک سیستم حلقه متصل شود و گرمای اضافی را به سیستم تامین آب گرم (DHW) منتقل کند. در یک سایت با نیازهای آب گرم کوچک، چنین پمپ حرارتی ممکن است برای برآورده کردن کامل آنها کافی باشد.

اگر تاسیسات دارای یک یا چند استخر باشد، به عنوان مثال، در موسسات بهداشتی، خانه های تعطیلات، مجتمع های تفریحی و هتل ها، گرمایش آب استخر نیز می تواند با استفاده از یک HPP آب به آب و اتصال آن به KTNS انجام شود.

ترکیب سیستم های حلقه با سیستم های دیگر

سیستم تهویه در ساختمان ها با استفاده از سیستم پمپ حرارتی حلقه ای باید با در نظر گرفتن ویژگی های عملکرد نیروگاه های تهویه مطبوع توسعه یابد. گردش مجدد هوا در حجم لازم برای عملکرد پایدار این نیروگاه ها، حفظ دمای معین در اتاق و بازیابی کارآمد گرما الزامی است (استثناء مواردی هستند که گردش مجدد نامطلوب است، به عنوان مثال، سالن های استخر، هودهای آشپزخانه محلی). هنگام ایجاد تهویه با CTNS، ویژگی های دیگری نیز وجود دارد.

با این حال، در عین حال، سیستم حلقه سیستم های تهویه ساده تری را نسبت به سایر روش های تهویه مطبوع ارائه می دهد. پمپ‌های حرارتی تهویه مطبوع را مستقیماً در محل، در خود اتاق فراهم می‌کنند، که نیاز به انتقال هوای نهایی را از طریق کانال‌های هوای طولانی و عایق‌شده، مانند تهویه مطبوع مرکزی، حذف می‌کند.

سیستم حلقه می تواند به طور کامل عملکردهای گرمایش را به عهده بگیرد، اما استفاده مشترک با سیستم گرمایش مستثنی نیست. در این حالت از سیستم گرمایشی با قدرت کمتر و از نظر فنی ساده تر استفاده می شود. چنین سیستم دو ظرفیتی در عرض های جغرافیایی شمالی مناسب تر است، جایی که گرمای بیشتری برای گرمایش مورد نیاز است، و باید در مقادیر بیشتری از یک منبع با پتانسیل بالا تامین شود. اگر یک ساختمان دارای سیستم های تهویه مطبوع و گرمایش جداگانه باشد، این سیستم ها اغلب به معنای واقعی کلمه با یکدیگر تداخل دارند، به ویژه در دوره های انتقال. استفاده از یک سیستم حلقه در ارتباط با یک سیستم گرمایشی چنین مشکلاتی را ایجاد نمی کند، زیرا عملکرد آن کاملاً به وضعیت واقعی میکرو اقلیم در هر منطقه بستگی دارد.

در شرکت‌ها، سیستم‌های پمپ حرارتی حلقه‌ای می‌توانند در گرمایش یا خنک‌کردن آب یا هوا برای مقاصد فن‌آوری نقش داشته باشند و این فرآیندها در تعادل تامین حرارت کلی شرکت گنجانده می‌شود.

صحبت در مورد سیستم های تامین حرارت سنتی، دشوار است که با راندمان محدود آنها موافقت شود. گرما تا حدی مورد استفاده قرار می گیرد، به سرعت در جو پخش می شود (در طول گرمایش و تهویه)، با فاضلاب (از طریق تامین آب گرم، فرآیندهای تکنولوژیکی) و راه های دیگر حذف می شود. همچنین اگر برای اطمینان از کارایی، مبدل های حرارتی هوا به هوا در سیستم تهویه یا نوع آب به آب برای بازیابی گرما نصب شده باشند، به عنوان مثال، واحدهای تبرید یا برخی دیگر از دستگاه های بازیابی حرارت محلی، خوب است. KTNS این مشکل را به طور جامع حل می کند و در بسیاری از موارد امکان بازیابی گرما را کارآمدتر می کند.

کنترل خودکار سیستم های حلقه

به ناامیدی بسیاری از سازندگان سیستم های اتوماسیون گران قیمت، سیستم های پمپ حرارتی به کنترل های خودکار پیچیده نیاز ندارند. تمام مقررات در اینجا به حفظ دمای آب معین در مدار بستگی دارد. برای جلوگیری از سرد شدن آب کمتر از حد تعیین شده، لازم است بخاری اضافی را به موقع روشن کنید. برعکس، برای اینکه از حد بالایی تجاوز نکنید، باید برج خنک کننده را به موقع روشن کرد. کنترل خودکار این فرآیند ساده با استفاده از چندین ترموستات قابل تحقق است. از آنجایی که دمای آب در مدار CTPS می تواند در محدوده نسبتاً وسیعی متفاوت باشد (معمولاً از 18 تا 320 درجه سانتیگراد)، همچنین نیازی به استفاده از شیرهای کنترل دقیق نیست.

در مورد فرآیند انتقال حرارت از پمپ حرارتی به مصرف کننده، با اتوماسیون تعبیه شده در هر پمپ حرارتی کنترل می شود. به عنوان مثال، HPI ها برای تهویه مطبوع دارای یک سنسور دما (ترموستات) هستند که مستقیماً در اتاق نصب شده است. این ترموستات معمولی برای کنترل عملکرد پمپ حرارتی کاملاً کافی است.

پمپ حرارتی پارامترهای دمای هوای مورد نیاز اتاق ها را به طور کامل تامین می کند که این امکان را فراهم می کند تا نیازی به دمپرهای کنترلی در سیستم تهویه و شیرهای کنترلی در سیستم گرمایش (با سیستم دو ظرفیتی) نباشد. همه این شرایط به کاهش هزینه و افزایش قابلیت اطمینان سیستم های مهندسی به طور کلی کمک می کند.

در تاسیسات بزرگ، جایی که سیستم حلقه شامل تعداد زیادی پمپ حرارتی است و انواع مختلفی از پمپ های حرارتی نصب شده اند (برای تهویه مطبوع، بازیابی حرارت و پشتیبانی از فرآیندهای تکنولوژیکی)، اغلب منطقی است که یک سیستم کنترل خودکار پیچیده تر را پیاده سازی کنیم. ، که امکان بهینه سازی عملکرد کل سیستم را فراهم می کند.

عملکرد یک سیستم پمپ حرارتی حلقه ای تحت تأثیر عوامل زیر است:

• اول، دمای آب در مدار. ضریب تبدیل حرارت (COR) به آن بستگی دارد، یعنی نسبت مقدار گرمای عرضه شده به مصرف کننده به مقدار انرژی مصرف شده توسط پمپ حرارتی.
• دوم، دمای هوای بیرون؛
• سوم، پارامترهای عملیاتی برج خنک کننده. برای همان مقدار حرارتی که در شرایط مختلف حذف می شود، ممکن است مقادیر متفاوتی از انرژی مصرف شده توسط برج خنک کننده صرف شود. این به نوبه خود به دمای بیرون، رطوبت آن، وجود باد و سایر شرایط نیز بستگی دارد.
• چهارم، در مورد تعداد پمپ های حرارتی که در حال حاضر در سیستم کار می کنند. آنچه در اینجا مهم است، کل توان HPIهایی است که گرما را از مدار آب می گیرند، در مقایسه با توان تمام HPIهایی که گرما را به مدار آزاد می کنند، یعنی مقدار گرمای ورودی یا خارج شده از مدار.

برای بچه ها خوب است، برای بودجه خوب است

بیایید به شرح پروژه های با استفاده از سیستم های پمپ حرارتی حلقه ای برویم.

اولین پروژه بازسازی یک مدرسه متوسطه معمولی در جنوب روسیه است. تابستان گذشته، اداره منطقه کراسنودار این پروژه را در شهر Ust-Labinsk (مدرسه شهر شماره 2) اجرا کرد. در طول بازسازی، بالاترین استانداردها برای اطمینان از الزامات بهداشتی و اقامت راحت برای کودکان در مدرسه حفظ شد. به طور خاص، یک سیستم آب و هوای کامل در ساختمان نصب شد که کنترل منطقه به منطقه بر دما، جریان هوای تازه و رطوبت را فراهم می کرد.

در هنگام اجرای این پروژه، مهندسان ابتدا می خواستند از سطح مناسب راحتی و کنترل فردی در هر کلاس اطمینان حاصل کنند. ثانیاً، فرض بر این بود که سیستم حلقه به طور قابل توجهی هزینه های گرمایش مدرسه را کاهش می دهد و مشکل دمای پایین آب در نیروگاه گرمایشی در محل مدرسه را حل می کند. این سیستم از بیش از پنجاه پمپ حرارتی تولید شده توسط Climatemaster (ایالات متحده آمریکا) و یک برج خنک کننده تشکیل شده است. گرمای اضافی را از نیروگاه گرمایش شهری دریافت می کند. سیستم آب و هوا تحت کنترل خودکار است و قادر است به طور مستقل راحت ترین و در عین حال مقرون به صرفه ترین حالت های عملیاتی را حفظ کند.

عملکرد سیستم توصیف شده در ماه های زمستان نتایج زیر را به همراه داشت:

• قبل از نوسازی (قبل از نصب پمپ های حرارتی)، هزینه های گرمایش ماهانه برای 2500 متر مربع 18440 روبل بود.
• پس از مدرن سازی ساختمان، منطقه گرم شده به 3000 متر مربع افزایش یافت و هزینه های گرمایش ماهانه به 9800 روبل کاهش یافت.

بنابراین، استفاده از پمپ های حرارتی باعث شد تا هزینه گرمایش ساختمان به بیش از نصف کاهش یابد که مساحت گرمایش تقریباً 20٪ افزایش یافته است.

گرمای خودمختار

مشکلات ساخت و ساز کلبه در منطقه مسکو امروز به این واقعیت مربوط می شود که زیرساخت ها (شبکه های برق، لوله های آب) اغلب اجازه نمی دهد شهرک های جدید رشد کنند. پست های ترانسفورماتور موجود نمی توانند با افزایش بارها مقابله کنند. وقفه های مداوم در منبع تغذیه (حوادث در پست های قدیمی، قطع شدن سیم های فرسوده) مصرف کنندگان را مجبور می کند به دنبال راه هایی برای تامین برق مستقل باشند.

در پروژه ای که شرح داده شد، مهندسان با وظیفه تامین یک کلبه چند اتاقه دو طبقه با اتاق زیر شیروانی با گرما و برق مواجه شدند. مساحت کل گرمایش خانه 200 متر مربع بود. ارتباطات ارائه شده شامل آب و برق آرتزین است.

از آنجایی که بهره وری انرژی در اولویت قرار داشت، تصمیم به نصب پنل های خورشیدی گرفته شد. ماژول های فتوولتائیک خورشیدی 3.5 کیلوواتی خریداری و مستقیماً در زمین پشت خانه نصب شد. بر اساس محاسبات مهندسان، این باید برای شارژ مجدد باتری ها کافی باشد که به نوبه خود برق خانه و سیستم گرمایشی را بدون وقفه تامین می کند. هزینه کل سیستم حدود 27000 دلار آمریکا بود. اگر در نظر بگیریم که یک منبع برق رایگان تهیه شده است و این مورد از بودجه خانواده حذف می شود، معلوم می شود که هزینه نصب پنل خورشیدی در کمتر از 10 سال پرداخت می شود. و اگر در نظر بگیریم که در مورد دیگری مجبور بودیم یک پست برق بسازیم یا با قطع برق دائمی زندگی کنیم، آنگاه می توان هزینه ها را از قبل ارزشمند در نظر گرفت.

برای گرمایش تصمیم گرفته شد از سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی استفاده شود. یک پمپ حرارتی آب به آب آمریکایی خریداری شد. این نوع پمپ حرارتی با استفاده از مبدل های حرارتی آب گرم تولید می کند که می توان از آن برای تامین آب گرم و گرمایش با استفاده از باتری های رادیاتور استفاده کرد. مدار خود، تامین کننده حرارت کم به پمپ حرارتی، به طور مستقیم در منطقه مجاور کلبه، در عمق 2 متر گذاشته شد هزینه پمپ حرارتی، نصب، تامین تجهیزات و قطعات 10000 دلار آمریکا است.

بنابراین، با صرف حدود 40000 دلار آمریکا برای سازماندهی سیستم برق مستقل خود، صاحب کلبه هزینه گرمایش را از بودجه خود حذف کرد و گرمایش مستقل قابل اعتماد را ارائه داد.

امکان استفاده از سیستم های حلقه

از موارد فوق چنین استنباط می شود که امکانات استفاده از یک سیستم پمپ حرارتی حلقه ای به طور غیرعادی گسترده است. آنها را می توان در طیف گسترده ای از اشیاء استفاده کرد. اینها ساختمان های اداری و عمومی، موسسات پزشکی و بهداشتی، خانه های تعطیلات، مجتمع های تفریحی و ورزشی و شرکت های مختلف صنعتی هستند. سیستم ها به قدری منعطف هستند که می توان از آنها در موارد مختلف و در تعداد بسیار زیادی گزینه استفاده کرد.

هنگام توسعه چنین سیستمی، ابتدا باید نیازهای گرما و سرمای تاسیسات طراحی شده را ارزیابی کرد، تمام منابع حرارتی ممکن در داخل ساختمان و همه گیرنده های حرارتی پیشنهادی را مطالعه کرد، جریان های ورودی گرما و تلفات حرارتی را تعیین کرد. اگر این گرما مورد نیاز باشد، می توان از مناسب ترین منابع حرارتی در سیستم حلقه استفاده کرد. ظرفیت کل پمپ های حرارتی زباله نباید بی جهت بیش از حد باشد. در شرایط خاص، سودآورترین گزینه ممکن است نصب نیروگاه هایی باشد که از محیط خارجی به عنوان منبع و گیرنده گرما استفاده می کنند. سیستم باید از نظر گرما متعادل باشد، اما این بدان معنا نیست که قدرت کل منابع گرما و مصرف کنندگان باید متفاوت باشد، زیرا نسبت آنها می تواند به طور قابل توجهی در هنگام تغییر شرایط عملکرد سیستم تغییر کند.

چگونه با خطرات آتش سوزی کانال هوا مقابله کنیم

اخیراً تعداد آتش سوزی ها و حتی انفجارها در داخل کانال های هوای سیستم های تهویه و تهویه مطبوع به شدت افزایش یافته است. اگرچه چنین آتش‌سوزی‌هایی همیشه رخ داده‌اند، تغییرات اخیر باعث آتش‌سوزی‌های بسیار بزرگ‌تر شده است که افراد بیشتری را درگیر کرده است.

تجزیه و تحلیل سیستم های تامین گرما امیدوار کننده

این گزارش به مسائل مربوط به انتقال سیستم ها می پردازد گرمایش منطقه ایبه غیر متمرکز. جنبه های مثبت و منفی هر دو سیستم در نظر گرفته شده است. نتایج مقایسه این سیستم ها ارائه شده است.

گرم کردن خانه با پمپ حرارتی شما را از بردگی انرژی نجات می دهد. با انتخاب این سیستم گرمایشی، هم با کارگران غیرقابل پیش بینی تاسیسات و هم با کارگران مشتاق گاز برای همیشه خداحافظی خواهید کرد. به این معنا که رژیم دمااین شما هستید که خانه را تعیین می کنید. و هیچ کس دیگری.

موافقم: این واقعیت به تنهایی باعث می شود که یک پمپ حرارتی برای گرم کردن خانه یک خرید بسیار سودآور باشد. بله، ارزان نیست. اما با گذشت زمان، تمام هزینه ها پرداخت می شود و پرداخت برای آب و برق یا گاز برای یک دیگ بخار مستقل افزایش می یابد. اما می توانید خودتان یک پمپ حرارتی بسازید!

و در این مقاله شما را با انواع اصلی پمپ های حرارتی آشنا می کنیم. امیدواریم این اطلاعات به شما کمک کند تا سیستم انرژی بهینه را برای گرم کردن خانه خود انتخاب کنید (یا بسازید).

اولاً، چنین پمپ هایی بسیار مقرون به صرفه و کارآمد هستند. شما 0.2-0.3 کیلووات برق مصرف شده برای تامین انرژی کمپرسور را "سرمایه گذاری" می کنید و 1 کیلو وات انرژی حرارتی دریافت می کنید. یعنی بدون در نظر گرفتن انرژی هوا، آب یا خاک، راندمان حرارتیپمپ 300-500 درصد فوق العاده است.

ثانیاً، چنین پمپ هایی در واقع منبع انرژی رایگان و ابدی هستند - خود هوا، آب یا خاک. علاوه بر این، این "منبع" در همه جا توزیع شده است. یعنی گرم کردن خانه روستاییپمپ حرارتی را می توان در هر جایی اجرا کرد - حتی در استوا، حتی فراتر از دایره قطب شمال. درست است، برای نزدیک شدن به چنین "منبعی" باید از یک کمپرسور پر انرژی استفاده کنید. اما به دلیل غیر واقعی بودن بازدهی بالاتمام هزینه های انرژی پنج برابر جبران می شود!

ثالثاً، پمپ حرارتی همیشه فردی است. یعنی برای انرژی اضافی پولی پرداخت نمی کنید. تجهیزات شما بر اساس خواسته ها و شرایط عملیاتی خاص شما سفارشی می شود.

بنابراین، بررسی پمپ های حرارتی برای گرم کردن خانه یا مطلوب یا بسیار مشتاقانه است.

علاوه بر این، پمپ نه تنها گرم می کند. در فصل گرما می تواند به عنوان تهویه مطبوع نیز عمل کند و با همان کارایی خانه را خنک کند.

موافقم: تمام مزایای ذکر شده پمپ حرارتی تا حدی خارق العاده به نظر می رسد. به خصوص راندمان در سطح 300-500 درصد است. با این حال، تمام مزایای واحدهای حرارتی تخیلی نیست، بلکه واقعیتی است که شرکت های انرژی را تهدید می کند.

راز چنین کارایی در این است اصل اصلیعملکرد پمپ، که در خلاصه، به شرح زیر است: محیطی که در لوله ها گردش می کند، گرما را از منبعی با پتانسیل کم (هوا، خاک، سنگ، آب) گرفته و در نقطه ای که مصرف کننده انتخاب می کند تخلیه می کند.

یعنی ما یک یخچال "معکوس" داریم: با استفاده از اواپراتور گرما را از منابع بالقوه می گیرد و انرژی را از طریق کندانسور به مصرف کننده منتقل می کند.

علاوه بر این، هر دو پمپ حرارتی و یخچال بر روی یک مبرد کار می کنند - ماده ای با نقطه جوش بسیار پایین که با استفاده از یک کمپرسور مخصوص از طریق لوله ها پمپ می شود.

طرح دقیق کار

در نتیجه، پس از بررسی دقیق تر، نمودار عملکرد واحدهای حرارتی به صورت زیر است:

• در عمق 5-6 متری زمین، یک خط لوله چرخه ای با مایع خنک کننده نصب شده است که در آن یک رادیاتور ویژه - یک تبخیر کننده ساخته شده است. علاوه بر این، این عمق به طور تصادفی انتخاب نشده است - در این سطح دما در هر زمان از سال بالای صفر باقی می ماند.
• خط لوله دوم پر از مبرد به اواپراتور متصل می شود. زیر فشار بالامبرد حتی در یک درجه سانتیگراد می جوشد. علاوه بر این، فرآیند تبخیر، همانطور که از آن مشخص است دوره مدرسهفیزیک، با جذب انرژی گرفته شده از مایع خنک کننده در گردش در خاک همراه است.
• بخار مبرد توسط یک کمپرسور به بیرون از خط لوله پمپ می شود، که نه تنها این ماده را از طریق اتصالات منتقل می کند، بلکه فشار بیشتری ایجاد می کند و باعث گرم شدن اضافی مبرد می شود.
• در مرحله بعد، بخار مبرد فوق گرم (توسط همان کمپرسور) به کندانسور پمپ می شود، جایی که حالت تجمع ماده تبدیل می شود (بخار به مایع تبدیل می شود). و همان مبانی ترمودینامیک ادعا می کند که وقتی یک محیط گازی متراکم می شود، انرژی آزاد می شود.
• گرمای آزاد شده تولید شده در کندانسور توسط خط لوله سوم - سیستم گرمایش خانه - جذب می شود. یعنی خازن به صورت گاز یا دیگ برقی. خوب، مبرد که به حالت مایع بازگشته است، با عبور از دریچه گاز کنترلی به اواپراتور باز می گردد.

پمپ های حرارتی برای گرمایش خانه: انواع معمولی

راحت ترین راه برای طبقه بندی پمپ های حرارتی شامل تقسیم چنین واحدها بر اساس نوع محیطی است که مدار اولیه در آن نصب شده است و گرما را به اواپراتور می دهد.

و بر اساس این روش طبقه بندی، پمپ های حرارتی به انواع زیر تقسیم می شوند:

• واحدهای زمین گرمایی (زمین-آب).
• پمپ های هیدروترمال (آب به آب).
• تاسیسات هوا گرمایی (هوا-آب).

علاوه بر این، از انواع پمپ های حرارتی استفاده می شود اصل کلیکار می کند، اما محیط "زیستگاه" مدار اولیه اثر خود را بر روی عملکرد و ترتیب واحد باقی می گذارد. بنابراین، در ادامه متن، تفاوت های ظریف ترتیب هر نوع پمپ حرارتی را در نظر خواهیم گرفت.

نصب از زمین به آب

پمپ حرارتی زمین به آب

مدار اولیه پمپ زمین گرمایی در سطح 5-6 متر در زمین مدفون می شود. علاوه بر این، چنین نصبی هنگام نصب سیستم هایی با مبدل حرارتی افقی انجام می شود. و در صورت نصب مدار اولیه عمودی تعمیق 150 متری در چاه مخصوص انجام می شود.

در این مورد، حداقل مقدار کار برای قرار دادن عمودی مدار اولیه معمول است. از آنجایی که با قرار دادن افقی لازم است که لوله های مبدل حرارتی نیز بر روی آنها توزیع شود منطقه بزرگ (50 متر مربعبه ازای هر 1000 وات خروجی انرژی پمپ حرارتی).

خوب، به عنوان یک خنک کننده، یک پمپ حرارتی زمین گرمایی از یک محلول نمکی کاملا بی ضرر استفاده می کند که حتی در دمای زیر صفر هم یخ نمی زند.

پمپ آب به آب

مدار اولیه یک پمپ هیدروترمال را می توان در یک مخزن طبیعی یا مصنوعی، یک چاه معمولی یا زباله، یک رودخانه یا یک کانال مصنوعی نصب کرد.

پمپ حرارتی آب به آب

علاوه بر این، اواپراتور و لوله خنک کننده حداقل 1.5-2 متر در آب غوطه ور می شوند. از این گذشته، لایه های سطحی می توانند یخ بزنند و به عملکرد و یکپارچگی عناصر پمپ حرارتی آسیب وارد کنند.

به طور خلاصه، شما باید مخزن "درست" را برای یک پمپ زمین گرمایی انتخاب کنید. اما نصب مدار اولیه خود بسیار ساده است - یک لوله پلیمری با همان محلول آب نمک با استفاده از سینک های مخصوص در عمق مورد نیاز "غرق" می شود.

و این روش قرار دادن مدار اولیه آرایش را می چرخاند ایستگاه پمپاژ"آب به آب" به یک عملیات بسیار ساده و کار فشرده. بنابراین، اگر بدنه مناسبی از آب در این نزدیکی وجود دارد، پس بهترین گزینهپمپ حرارتی یک واحد هیدروترمال خواهد بود.

واحد هوا-آب

در اصل، این همان تهویه مطبوع است، البته در اندازه های بزرگتر. مدار اولیه با اواپراتور "در هوا"، خارج از خانه، در یک محفظه مخصوص قرار دارد.

علاوه بر این، برای اطمینان از عملکرد پمپ در زمستان، این محفظه اغلب با یک مجرای اگزوز ترکیب می شود سیستم تهویهخانه ها

به طور خلاصه مزیت اصلی این سیستم سهولت در نصب آن است، اما کارایی پمپ های هوا-آب بسیار جای سوال دارد. خوب، در عرض های جغرافیایی ما آنها به سادگی نمی توانند با تاسیسات زمین گرمایی یا هیدروترمال رقابت کنند.

پمپ حرارتی DIY: آیا ممکن است؟

البته که بله! اما اثربخشی چنین سیستمی عملا غیر قابل پیش بینی خواهد بود. از این گذشته ، واحدهای "کارخانه" فقط سه کمپرسور و همان تعداد خط لوله نیستند که از طریق آنها مایع خنک کننده و مبرد در گردش است. قلب چنین پمپ حرارتی واحد کنترل است که عملکرد مدارهای اول، دوم و سوم کل سیستم را هماهنگ می کند. و ایجاد چنین واحد کنترلی "به تنهایی" تقریبا غیرممکن است.

خوب، بخش فنی پمپ بسیار ساده اجرا می شود:

• به جای کمپرسور می توانید از دستگاه تهویه مطبوع استفاده کنید.
• مدار اولیه از مونتاژ می شود لوله های پلی اتیلنو با محلول غلیظ نمک خوراکی پر کنید.
• اواپراتور یک مخزن فلزی ساخته شده از فولاد ضد زنگ است (می توان آن را از یک مخزن قدیمی جدا کرد ماشین لباسشویی) که در آن محلول آب نمک آزاد می شود که گرما را به سیم پیچ مسی مدار ثانویه که در داخل این مخزن نصب شده است منتقل می کند.
• خازن دقیقاً همان مخزن است که فقط از پلاستیک ساخته شده است که داخل آن دقیقا همان سیم پیچ مسی نصب شده است. علاوه بر این، کمپرسور مبرد را بین سیم پیچ های پایین و بالایی پمپ می کند.
• خوب، مدار سوم - سیستم گرمایش - به یک خازن پلیمری متصل است.

همانطور که می بینید: همه چیز بسیار ساده است. اما اثربخشی چنین سیستمی می تواند هم بیش از حد و هم به وضوح ناکافی باشد.