במצב המחמיר של הסביבה בעולם ו (חשוב יותר לצרכן הממוצע) העלייה המהירה בתעריפי הגז והחשמל, יותר ויותר אירופאים מנסים להכניס מערכות שמשתמשות במקורות 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 אתה יכול 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? לאן, לאן ואיך הוא מעביר 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 המשונה, 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 חום 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 במונחים כלליים כדלקמן. נוזל קירור נוזלי נכנס למאייד, שם הוא עובר למצב גזי. האנרגיה הדרושה לתהליך זה לזרימה נלקחת מהנוזל קירור המסתובב במעגל הראשי. יתר על כן, קירור גזי המחומם בכמה מעלות נשאב לתוך המדחס שמטרתו העיקרית היא דחיסת גז (כמובן שזו צורכת 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 נותן את החום שהתקבל למערכת החימום, בעוד שהוא מתעבה, כלומר, נכנס למצב נזיל. לאחר מכן מקלים על לחץ יתר 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 זורק חום זה 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 משאבי 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 הסבת אנרגיה סביבתית באמצעות משאבת חום. המשאבה מרכזת אנרגיה זו בעלת פוטנציאל נמוך (בטמפרטורה נמוכה) ומעבירה אותה למערכת החימום.
נותר להבין מה הכוונה במקרה זה באנרגיה של הסביבה. מרבית משאבות החום הביתיות מאפשרות לך 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, מסתובב "מלח". לא במקרה לקחנו את המילה חמוצים במרכאות: 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 הקולט האופקי 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 שבשטח שנכבש על ידי האספן ניתן לשתול רק את אותם עצים ושיחים ששורשיהם אינם נכנסים לעומק האדמה, ואי אפשר יהיה להניח כאן בניינים.
גשש גיאותרמי הוא 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 לעיל 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 מעדיפים מערכות אלה, 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 דומה 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 התוכן הנמוך של מלחי ברזל וזיהומים אחרים במי תהום.
שימוש במים באיכות נמוכה יגרום לכישלון הציוד במהירות, מכיוון שמחליף החום פשוט סותם. נוכחותן של מגבלות כה רבות היא הסיבה שמשאבות חום כאלה, למרות האטרקטיביות שלהן, מותקנות לעתים 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 חייבים 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. ירידה בטמפרטורה מתחת לגבול זה, שאינה נדירה ברוב אזורי ארצנו בחורף, 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 מים, 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 מעט נמוך יותר - 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 השתלם, 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 שלא מדברים על הפרה כלשהי של חוקי התרמודינמיקה. זה פשוט שבמקרה הזה החישובים נעשים בצורה שגויה: מקורות אנרגיה שאינם החשמל הנצרך לא 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 עוד אחד. יותר ממחצית משטחה של ארצנו נמצא באזור המחלחל. אם אפילו חלק מהתושבים במזרח סיביר או בצפון המזרח הרחוק הוא "בר מזל" ויש מי תהום בקטע שלהם שלא שוכבים עמוק מדי, הרי שעדיין מי תהום אלה 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. במקביל, באקלים רוסי, משאבה עם אספן אופקי, אך עם בדיקה גיאותרמית, המאפשרת להגיע לעומק בו טמפרטורת האדמה יציבה יותר, מתאימה יותר.
יישום משאבת חום לקירור
יתרון עצום של משאבות חום הוא שהם מסוגלים לא רק לחמם את הבית, אלא גם לקרר אותו במידת הצורך. הקיץ הרוסי הקצר שלנו לפעמים חם מאוד, וכשביתכם ממש מתחמם, ההצעה להפוך את החימום למזגן תהיה שימושית מאוד.
ניתן לשלב פיתרון טכני לבעיה זו במשאבת החום בהתחלה, בשלב הייצור, וכמעט לכל היצרנים יש מגוון של משאבות שיכולות להתנות את החדר (מצב קירור טבעי). אם למשאבת החום שלכם אין יכולות כאלה, הכל עדיין לא אבד - משאבה רגילה יכולה לעבוד לקירור. הציוד הנוסף הדרוש 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 משולב מחליף חום לפלטות על ידי מאוורר.
שימוש במשאבת חום למים חמים
כל משאבת חום לא יכולה 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 השטח 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 ב- TEN?
בחירת משאבת חום לחימום בית מתבצעת תוך התחשבות בפרמטרים שונים, כולל המאפיינים האקלימיים של האזור. במקרה זה, זה נחשב לא מעשי להתקין 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 קפואות אלה מאשר להתקין תחילה משאבה חזקה יותר. נוכחותו של גוף חימום מבטלת את הצורך להפוך את המערכת לחזקה יותר ממה שרוב עונת החימום דורשת.
עבור בעלי משאבות חום וקרקע, מחמם משולב הוא יותר מוגזם 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 הרבה לילות וילות 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 טכנית ויקר למדי, ולכן עליכם לגשת אליו 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 של 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 חום מתוצרת אירופה. אל תתבלבלו מהעובדה שהוא יקר יותר מציוד סיני או רוסי. כשאתה כולל את הערכת עלות ההתקנה, ההפעלה והניפוי של מערכת החימום כולה, ההבדל במחיר המשאבות יהיה כמעט בלתי נראה. אך לאחר שתעמוד לרשותך "אירופאי", תהיה בטוח באמינותו, מכיוון שהמחיר הגבוה של המשאבה הוא רק תוצאה של שימוש בטכנולוגיות מודרניות וחומרים איכותיים בעת יצירתו.
