משאבת חום לחימום ביתי – עקרון פעולה, סוגים והתקנה

משאבת חום היא מכשיר להעברת אנרגיה תרמית ממקור חשמל לצרכן.

חום מועבר באופן ספונטני מגוף חם לגוף קר. המשאבה מעבירה חום בכיוון ההפוך.

התכנון מורכב ממדחס, שסתום התפשטות תרמית, מאייד ומעבה. דוגמה אופיינית למשאבת חום היא מזגן.

כדי לקבוע איזה סוג משאבה לבחור לשימוש ביתי, מומלץ ללמוד את המאפיינים של כל דגם ואת עקרונות הפעולה שלו. לכל סוג יש גם מגבלות שחשוב להיות מודעים להן.

עקרון הפעולה של משאבות חום

משאבות חום רק מתחילות להיות בשימוש נרחב בבתים פרטיים. אחד היתרונות העיקריים של שיטת חימום זו הוא צריכת חשמל נמוכה, אך ייצור חום גבוההסיווג מבוסס על מקור החום.

מכשיר חימום ביתי פועל על פי העיקרון שחומר (נוזל הקירור) יכול לשחרר או לספוג אנרגיית חום במהלך שינוי מצב. עיקרון זה עומד בבסיס פעולתו של מקרר (וזה הסיבה שגב המכשיר חם).

משאבת החום לחימום פועלת באופן הבא:

1. החומר הנכנס מקורר ב-5 מעלות באזור האידוי בהתבסס על האנרגיה ממושא החום.
2. החומר המקורר נכנס למדחס, אשר דוחס ומחמם אותו כתוצאה מפעולתו.
3. הגז החם כבר נכנס לתא חילופי החום, שם הוא פולט את החום שלו למערכת החימום.
4. נוזל הקירור המעובה חוזר לתחילת המחזור.

ישנם גם דגמים שיכולים לפעול במצב הפוך. משמעות הדבר היא שניתן להשתמש בהם אפילו בקיץ כדי לקרר את הבניין. החום נשלח לאחסון ולאחר מכן משמש לחימום במהלך החודשים הקרים.

הֶתקֵן

משאבת חום לחימום בית מורכבת מכמה רכיבי מעגל בסיסיים:

• מעגל עם נוזל קירור שמניע אנרגיה ממקור החום;
• מעגל עם פריאון, אשר מתאדה מעת לעת, לוקח אנרגיה תרמית מהמעגל הראשון, ושוב מתיישב כמעובה, מעביר חום לשלישי;
• מעגל שבו זורם נוזל, הפועל כנשא חום לחימום.

שימוש במשאבת חום לחימום בית הוא חסכוני. הסיבה לכך היא שהמכשיר אינו דורש הרבה חשמל (ולכן אינו צורך יותר חשמל ממכשיר ביתי סטנדרטי), אך הוא מייצר פי ארבעה יותר חום מהחשמל הנצרך.

כמו כן, אין צורך ליצור קו חיווט נפרד לחיבור המשאבה.

יתרונות וחסרונות

לפני שתחליטו האם להשתמש במשאבת חום או לא, כדאי להכיר את היתרונות והחסרונות של פעולתה. בואו נבחן מקרוב את היתרונות והחסרונות של שימוש במשאבת חום..

האם משאבת חום משתלמת או לא? למי לא כדאי לקנות משאבת חום? (ניתוח)

שימוש בתחנות כוח תרמיות בעולם

נוהג השימוש ביחידות חימום כאלה בעולם היה במשך יותר מ-50 שנההכוחות המניעים העיקריים מאחורי תופעה זו היו העלייה במחירם של משאבי אנרגיה מסורתיים והתמיכה הנרחבת של ממשלות במדינות רבות בשימוש במקורות אנרגיה חלופיים.

לכן, מספר משאבות החום גדל בהתמדה בקצב גבוה – עד 10-30% בשנה, למרות עלויות ההתקנה הגבוהות. מספר המכשירים הללו עומד כיום על למעלה מ-270.

מערכות תרמיות נמצאות בשימוש נרחב ביותר בארצות הברית ובקנדה, ומהוות עד מחצית מהמתקנים הנמצאים בשימוש ברחבי העולם.

למרות תנאים נוחים לשימוש במשאבות חום, רוסיה מפגרת אחרי המגמות העולמיות בשימוש בהן. סביר להניח שזה נובע מהאמונה שלנו בזמינות מלאה של משאבי טבע.

עם זאת, לא בכל האזורים המאוכלסים במדינה יש צינורות גז. ניסיון עולמי עם משאבות חום מצביע על מגמות חיוביות בשימוש בהן.

חישוב משאבת חום

כפי שציינו לעיל, מקורות חום בעלי פוטנציאל נמוך עבור משאבות כאלה הם לרוב המדיה הבאה:

1. אוויר מהחלל החיצוני בטמפרטורה ממוצעת של -15 עד +25 מעלות.
2. האוויר מגיע מחדר מחומם, הטמפרטורה שלו היא +15 - +25 מעלות.
3. אוויר מחומר הבדיקה התת-קרקעי מחומם לטמפרטורה של פלוס 4 - 10 מעלות.
4. אוויר מתצורות גיאותרמיות, שטמפרטורתן יכולה להיות 10 מעלות ומעלה.
5. אוויר מחוטי תחתית של גופי מים שאינם קופאים בטמפרטורה של 0-10 מעלות, כולל זה המתקבל מחוטי אוויר המותקנים בתעלות שפכים תעשייתיות של מפעלים.

שיטת חישוב

כל חישוב תרמי הוא תהליך מורכב, שניתן לבצעו רק על ידי מומחים מוסמכים. עם זאת, ניתן להציע מתודולוגיה פשוטה שתספיק כדי לקבל תוצאה שתקבע את בחירת דגם יחידה מסוים.

החישוב מסתכם בביצוע מספר שלבים:

1. קביעת כמות אובדן החום דרך האלמנטים המקיפים את הבניין – קירות, תקרות, עליות גג, חלונות, דלתות וכו'. ניתן להשיג זאת באמצעות הקשר הבא:

Qок = S x (tвн – t нар) x (1 + ?b) xn : Rт, איפה

S – השטח הכולל של כל אלמנטי סגירת הבניין, מ'²;

t вн – טמפרטורה חיצונית, מעלות צלזיוס;

t nar – טמפרטורת האוויר בחלל החיצוני, מעלות צלזיוס;

n הוא מקדם שלוקח בחשבון את מבנה הבניין; עבור מבנים פתוחים הוא שווה ל-1; עבור מבנים עם עליות גג הוא מיושם בערך של 0.9; עבור מבנים הממוקמים במרתף הוא נלקח כשווה ל-0.75;

ב – מקדם אובדן חום נוסף, בהתאם לסוג הבניין ומיקומו באזורי האקלים של רוסיה, ערכו יכול לנוע בטווח של 0.05 – 0.27;

Rт הוא ההתנגדות התרמית, אשר יש לחשב בנוסף באמצעות הנוסחה:

Rт = 1( , m²xC/W, כאשר

• ערכים מחושבים של מוליכות תרמית של חומרי מבנה סגורים;
• מקדם פיזור חום ממשטחים פנימיים;
• אותו הדבר לגבי משטחים חיצוניים.

לאחר ביצוע חישובים ראשוניים, אנו קובעים את סך הפסדי החום מגורמים שונים:

Qт.pot = Qок+Qи-Qбл, איפה

Qbl – העברת חום כוללת מהפעלת מכשירי חשמל ביתיים ופעילות אנושית;

Qи – עלויות אנרגיה לפיצוי על הפסדי חום עקב דליפות במבנים המקיפים את המבנים.

2. בהתבסס על התוצאות שהתקבלו, נוכל לחשב את צריכת החשמל השנתית. לשם כך, אנו משתמשים ביחס הבא:

Qyear = 24x0.63 x Qt.pot x ((dx (tin-toutdoor) : (tin-tout)) (קילוואט/שעה) לשנה, איפה:

• tvn - ערך הטמפרטורה הרצוי בפנים הבית;
• t nar – טמפרטורת חוץ בפועל;
• tнар.ср – טמפרטורה שנתית ממוצעת באזור;
• ד – משך תקופת החימום, ימים.

3. כדי להבין בצורה מדויקת יותר את נושא משאבת החום, עליכם לחשב את כמות תפוקת החום הנדרשת לחימום המים במערכת החימום של הבית. ניתן לעשות זאת באמצעות נוסחת החישוב הבאה:

Qhor.v = V x 17 קילוואט/ לשנה, איפה:

V – נפח הצריכה היומי של מים מחוממים ל-50^הו עִם.

כתוצאה מכך, עלויות האנרגיה עבור סיפוק הצורך בחימום ובמים חמים יסתכמו ב:

Q = Qyear + Qgv, (קילוואט/שעה לשנה).

מומלץ להגדיל את התוצאה המתקבלת ב-10%, תוך התחשבות בפעולה אינטנסיבית יותר של המערכת במהלך עומסי שיא. חישוב ראשוני של קיבולת משאבת החום לחימום ביתי מאפשר בחירה מדויקת של ההתקנה.

כדי לבצע את החישוב, ניתן להשתמש במחשבון מיוחד, הם זמינים בשפע באינטרנט.

סוגי משאבות חום

ישנם מספר סוגים של מכשירים בהתאם למקור החום בו נעשה שימוש. עקרון הפעולה של משאבת חימום ביתית מניח שחום נשאב ממקורות המסוגלים ביותר לצבור אנרגיה סולארית לאורך כל העונה.

משאבת חום. האמת על יעילותה.

סוגי המכשירים הבאים זמינים למכירה:

• קרקע (אדמה - מים);
• אוויר (אוויר - אוויר);
• אוויר - מים;
• מים (מים - מים).

בואו נבחן אותם ביתר פירוט בהמשך.

אוויר - מים

איך המשאבה עובדת אוויר-מים התהליך כרוך בחימום נוזל הקירור במערכת משאבת חום עם אוויר חם. מאוורר דוחף אוויר חם מהסביבה הסובבת לתוך המערכת.

שם, הוא מקיים אינטראקציה עם נוזל הקירור, אשר מתחמם כתוצאה מאינטראקציה זו והופך לגז. לאחר מכן הגז נכנס למדחס, שם הוא נדחף תחת לחץ לתוך המעבה הפנימי, ומעביר את חוםו למים.

אדמה - מים

אדמה היא מקור החום היציב ביותר ולכן פופולרי ביותר. בעומק של 4 עד 8 מטרים, הטמפרטורה קבועה בין 5 ל-8 מעלות מעל האפס, ובעומק של 10 מטרים, היא עולה ל-10 מעלות. ישנן שתי שיטות עיקריות לאיסוף אנרגיה תרמית:

• שימוש באספן אופקי;
• באמצעות גשש גיאותרמי אנכי.

הסוג הראשון מורכב ממערכת צינורות המונחים אופקית לנשיאת נוזל הקירור. יש לחשב את עומק ההתקנה באופן אינדיבידואלי עבור כל מקרה, בהתבסס על השטח, האקלים וגורמים אחרים.

במצבים מסוימים, מומלץ למקם את הצינור בעומק קיפאון הקרקע (1.4 - 1.8 מ'), 2.5 - 3.5 מטרים (אם יש צורך להפחית את הפרש הטמפרטורה ולהשיג קביעות גדולה יותר) או 1 - 1.3 מטרים (בעומק זה, האדמה מתחממת מהר יותר באביב.) לעיתים אף מותקן קולט מיוחד המורכב משתי שכבות.

סוג זה של קולט משתמש בצינורות בעלי חתך רוחב של 25, 32 או 40 מ"מ. ניתן להניח אותם בדוגמאות שונות: ספירלה, ברק, סרפנטינה, לולאה וכו'. אם משתמשים בתבנית סרפנטינה, יש למקם את הצינורות במרחק של 0.6 עד מטר אחד זה מזה (לרוב, 80 סנטימטרים).

כדי לחשב את קצב העברת החום של צינור, יש לקחת בחשבון את סוג הקרקע. עבור חול יבש או חרסית, קצב העברת החום הוא 10 ו-20 וואט למטר ליניארי, בהתאמה; עבור חרסית רטובה, קצב העברת החום הוא 25 וואט; ועבור חרסית בעלת תכולת לחות גבוהה, קצב העברת החום הוא 35 וואט.

החיסרון של סוג זה של קולט הוא הצורך במערכת גדולה. אם שטח הבית המחומם הוא 100 מ"ר, והאדמה מורכבת מחימר רטוב, אז מערכת הקולט תדרוש 400 מ"ר של אדמה, או כ-500 מ"ר.

בהתחשב בכך שלא ניתן למקם מבנים וחפצים אחרים על פני השטח (ניתן להציב רק מדשאה עם צמחים בני שנה), לא כל הבעלים יוכלו להקצות מספיק מקום פנוי.

במקרה זה, גשש אנכי הוא פתרון מתאים יותר. הוא מורכב ממחליף חום שבו צינורות קבורים באדמה לעומק של עד 200 מטר. מספר הגשושיות המותקנות תלוי בעוצמת החימום הנדרשת.

יש למקם קידוחים רדודים במרחק של כ-5-8 מטרים זה מזה. קידוח צינור בודד בעומק של 100-200 מטר אינו חסכוני, ונדרשים גם היתרים מהרשויות הרלוונטיות. כדי להימנע מכך, מומלץ להתקין מספר צינורות.

לכן, החיסרון היחיד של מבנים אנכיים הוא העלות הגבוהה של קידוח בארות עמוקות.

עם זאת, למרות זאת, הגשושית היא פתרון פופולרי יותר, שכן היא מספקת יעילות מספקת ללא דרישות לשטח האתר או גורמים מגבילים אחרים.

מים הם מים

מקור חום פופולרי נוסף לחימום ביתי הוא מים. ישנם שלושה סוגים של מערכות כאלה, בהתאם למקור הנוזל:

• קולט הממוקם על קרקעית גוף מים פתוח (אסור לו לקפוא) – ימים, נהרות, אגמים;
• אספן הממוקם בביוב;
• שימוש במים מבארות או מי תהום.

האפשרות הראשונה כוללת הנחת צינורות נוזל הקירור מתחת למים. כדי למנוע מהם לעלות אל פני השטח, הם מאובטחים באמצעות משקולות נוספות. בשל הטמפרטורה הגבוהה של נוזל הקירור, שיטה זו נחשבת יעילה אך גם חסכונית.

החיסרון הוא שניתן לבנות מבנה כזה רק אם הבריכה ממוקמת במרחק של לא יותר מ-50 מטרים מהנכס. אחרת, ההתקנה והתפעול יהיו לא כלכליים. עם זאת, עבור תושבי החוף, משאבת חום ממקור מים היא פתרון חימום ביתי אופטימלי.

באמצעות מי שפכים מטוהרים ושפכים הנפלטים ממפעלי תהליך, מערכת קולט יכולה לחמם בניינים רבי קומות ומתקנים תעשייתיים ולספק מים חמים. מערכת זו משמשת לעיתים רחוקות לחימום בתים פרטיים, שכן הם ממוקמים לעתים קרובות הרחק ממערכת הביוב המרכזית.

קולט שאוסף מים מבארות או מי תהום נמצא בשימוש בתדירות נמוכה יותר מסוגים אחרים. זאת בעיקר בשל הצורך לבנות שני בורות. הראשון אוסף את הנוזל, אשר לאחר מכן מעביר את האנרגיה התרמית שלו לקירור, בעוד שהשני מקבל את המים המקוררים.

במקרים מסוימים, במקום קידוח, בנויה באר חלחול. באר הניקוז צריכה להיות ממוקמת במורד הזרם של מפלס מי התהום ובמרחק של 20 מטרים מהבאר המקורית.

המערכת הזו די קשה להתקנה ולתחזוקהניטור קבוע של רכיבי המשאבה לאיתור קורוזיה וזיהום הוא חיוני. חשוב גם לפקח על איכות המים הנכנסים ולסנן אותם במהירות.

אוויר - אוויר

משאבות חום ממקור אוויר מציעות יתרון בולט על פני סוגים אחרים של יחידות. משאבת חום משתמשת רק באוויר כמקור חום, מה שמבטל את הצורך בקידוח בארות קרקע או בהתקנת קולטי מים. כתוצאה מכך, משאבות חום ממקור אוויר זולות משמעותית.

לסוג זה יש את המבנה ועקרון הפעולה הפשוטים ביותר. אוויר נכנס למאייד, שם הוא מעביר חום למקרר. לאחר מכן חום זה מועבר מהמאייד למוביל החום ישירות בבית. סוג חימום זה יכול להיות מיוצג, למשל, על ידי קונווקטורים לאוורור (סלילי מאוורר) או מערכת חימום תת רצפתי.

עלות ההתקנה של מכשיר זה נמוכה יחסית בהשוואה למערכות מים או קרקעיות, ויעילותו תלויה בעיקר בטמפרטורת האוויר. אם אתם גרים באזור עם חורפים חמים (לפחות 0°C), שיטה זו נחשבת לחסכונית ביותר.

אם הטמפרטורה יורדת מתחת ל-15 מעלות, המשאבה לא תוכל לספק חימום מספיק של החדר, לכן יהיה מתאים יותר להשתמש בחימום חשמלי או בדוד של החדר.

אם חשוב להפעיל משאבת אוויר באזורים עם חורפים קרים, אזי מותקן מקור חום גיבוי נוסף, אשר יחובר במהלך כפור קשה.

ניתן גם במקרים מסוימים להתקין מערכת אוויר אם האקלים יבש והטמפרטורה לא יורדת מתחת ל-15 מעלות.

בתנאים לחים וכפוריים, תיווצר שכבת קרח על גוף המכשיר, אשר תפריע לפעילותו ועלולה לגרום לכשל מהיר שלו.

מחירים ויצרנים

שווי השוק הממוצע המשוער של הציוד והתקנתו הוא:

קולט אופקי:

• משאבה – 4500 דולר;
• התקנה - 2500 דולר;
• עלות תפעול - 350 דולר לשנה.

גשש גיאותרמי:

• משאבה – 4500 דולר;
• התקנה - 4,500 דולר;
• עלות תפעול - 320 דולר לשנה.

אוויר - לבית:

• משאבה – 6500 דולר;
• התקנה - 400 דולר;
• עלות תפעול - 480 דולר לשנה.

משאבת מים למים לבית:

• משאבת חום – 4500 דולר;
• התקנה - 3,500 דולר;
• עלות תפעול - 280 דולר לשנה.

המחירים המפורטים אינם סופיים. העלות הסופית תהיה תלויה במדינה וביצרן המכשיר, בסוג השטח, באקלים, בעלויות הקידוח, בתנאי הבנייה וכו'.

לדוגמה, מחיר משאבת אוויר מיצרן רוסי יהיה כ-7,000 דולר, בעוד שמיצרן זר הוא יהיה 13,000 דולר.

אל תשכחו גם את עלות החשמל. למרות שהציוד אינו צורך הרבה חשמל, הוצאות אלו בהחלט צריכות להילקח בחשבון בהערכה הכוללת ובתקציב שלכם.

איזו משאבה לבחור?

כדי להחליט איזה מכשיר לבחור, עליך לקחת בחשבון את הגורמים הבאים:

• תקציב משוער – כמה כסף מוכן הבעלים להוציא על התקנה וחיבור המערכת המלאה;
• מהי מערכת החימום הקיימת או המתוכננת בתוך הבית - חימום תת רצפתי, רדיאטור וכו';
• כמה מטרים רבועים מוכן הבעלים להקצות באתר ליצירת אספן;
• האם ניתן לקדוח לעומק?
• הצורך בסקר גיאולוגי (אם מתוכננת בדיקה גיאותרמית) כדי לקבוע את עומק המיקום;
• האם יש צורך להתקין את זרימת האוויר בקיץ?
• האם יותקנו מכשירי חימום אוויר?

בעת בחירת משאבת חום, מומלץ לשים לב ל"מקדם טרנספורמציה של חום" (מסומן כ-ϕ). הוא קובע את יעילות המכשיר. אם ϕ=4 מצוין בעת ​​הרכישה, אז עם צריכת חשמל של 1 קילוואט, משאבת החום תייצר 4 קילוואט של אנרגיה תרמית.

כשאתם מתכננים את התקציב שלכם, חשוב לקחת בחשבון לא רק את עלות הרכישה של המשאבה אלא גם את עלויות התפעול העתידיות. גורמים אלה לרוב שונים זה מזה.

לדוגמה, התקנת מערכת אוויר-מים תהיה בעלת עלויות התקנה נמוכות, אך תדרוש עלויות תפעול משמעותיות עקב יעילותה הנמוכה. אם אתם צריכים למזער את עלויות התפעול, משאבת חום אנכית ממקור קרקע היא הדרך הנכונה.

עלות מערכת מבוססת קרקע או מים והתקנתה גבוהה למדי, ודורשת השקעה ראשונית משמעותית. עם זאת, משאבת חום המשמשת לחימום תחזיר את עצמה תוך 5-10 שנים. לכן, ההחלטה לרכוש מכשיר זה צריכה להתבסס על יכולות כלכליות ותנאי הבנייה של הבניין (מיקום, אקלים וכו').

אם, למשל, קידוח עמוק אינו אפשרי באתר, שטחו אינו מאפשר הצבת קולט אופקי, ואין מקווי מים בקרבת מקום, הפתרון היחיד הוא התקנת משאבת חום ממקור אוויר לחימום הבית.

התקנה עצמית

אם בעל הבית בקיא בעקרונות ההפעלה ובתכנון המעגלים של הציוד, הוא יכול להרכיב את המשאבה בעצמו. עם זאת, נדרשים חישובים מקדימים; לשם כך, השתמשו בתוכנה מוכנה לאופטימיזציה של מערכות קירור.

משאבת חום פשוטה וזולה 1

ההתקנה הכי פחות מסובכת היא מערכת חימום אוויר-מים ביתית. היא תורכב משתי צינורות (אחת לאספקת אוויר ואחת לפליטה), מאוורר ומדחס.

אינך צריך לקנות מדחס חדש; אתה יכול להשתמש ביחידה פעילה ממקרר או מציוד אחר. מומלץ להשתמש במדחס גלילה.

שלבי עבודה:

1. הכינו סליל מצינור נחושת. הניחו את הצינור הנושא את נוזל הקירור מעל.
2. הרכיבו את הסליל במיכל פלסטיק המחולק לשניים. זה ישמש כמאייד.
3. חבר את שסתום התרמוסטט ובודד אותו.
4. הרכב את כל האלמנטים לבלוק ובדקו את תפקודו.

חשוב לציין שהליך זה מורכב למדי עבור האדם הממוצע. אדם שאינו מקצועי לא יוכל להרכיב כראוי את כל החלקים ולחבר את שסתום התרמוסטט.

עדיף להפקיד את העבודה בידי אנשי מקצוע, שכן שגיאות בהליך יגרמו לתקלות בציוד או לצריכת חשמל לא יעילה.

לפיכך, משאבת חום היא דרך יעילה לחימום בית פרטי. בעוד שסוג זה של ציוד אינו נמצא בשימוש נרחב ברוסיה ובחבר העמים, הוא נמצא בשימוש נרחב לחימום באירופה ובארה"ב.

מומלץ לבחור את משאבת החום המתאימה לא רק על סמך עלות ההתקנה והתפעול, אלא גם על סמך אזור השימוש, תנאי הבנייה, שטח האתר וגורמים נוספים.