HeatEx Direct

المبادلات الحرارية للمضخات الحرارية الكبيرة والتدفئة المركزية: مواد التبريد ومصادر الحرارة والمحطات الفرعية

الكاتب: فريق تحرير HeatEx Direct
مدة القراءة: 9 دقائق
المبادلات الحرارية للمضخات الحرارية الكبيرة والتدفئة المركزية: مواد التبريد ومصادر الحرارة والمحطات الفرعية

تستبدل شبكات التدفئة المركزية في أوروبا غلايات الفحم والغاز بمضخات حرارية كهربائية كبيرة تستمد الحرارة من مياه البحر أو الأنهار أو مياه الصرف المعالجة أو الحرارة المهدرة في الصناعة. ففي إسبيرغ بالدنمارك، بدأت مضخة حرارية قدرتها 70 MW تستخدم CO2 مادةً للتبريد ومياه البحر مصدرًا للحرارة في تزويد شبكتي التدفئة المركزية في إسبيرغ وفاردة بالحرارة في أواخر عام 2024. وفي أودنسه، تستخدم مضخات حرارية بقدرة إجمالية 20 MW الأمونيا لاستخلاص الحرارة من مياه الصرف المعالجة.

ومحطة المضخات الحرارية من هذا النوع هي إلى حد كبير مجموعة من المبادلات الحرارية: في جانب مصدر الحرارة، وفي دورة مادة التبريد، وفي جانب الشبكة حتى المحطات الفرعية في المباني. يشرح هذا الدليل أين تقع، وكيف تغيّر مادة التبريد ومصدر الحرارة تصميمها، وما الذي يجب تحديده عند شرائها. ويضم كتالوج المنتجات في هذا الموقع مبادلات لوحية شبه ملحومة لتبريد الأمونيا، ومبادلات لوحية ملحومة بقنوات واسعة للمياه المسببة للترسبات، ووحدات تبادل حراري للتدفئة المركزية. ولمشروع محدد، أرسل بياناتك عبر نموذج طلب عرض السعر.

1. أين تقع المبادلات الحرارية

الموقعالمبادل الحراريوظيفته
مصدر الحرارةمبادل لوحي بين ماء المصدر ودائرة وسيطةيمنع وصول مياه البحر أو مياه الصرف إلى مبخر مادة التبريد
المبخرمبادل بين مادة التبريد والماءتتبخر مادة التبريد وتمتص الحرارة من المصدر
المكثف أو مبرد الغازمبادل بين مادة التبريد والماءتنقل مادة التبريد حرارتها إلى ماء التدفئة المركزية
المبرد الفرعي والموفّر ومبرد الزيتمبادلات أصغر في دورة مادة التبريدتسترد الحرارة وترفع كفاءة الدورة
المحطة الفرعيةمبادل لوحي بين الشبكة والمبنىيفصل الشبكة عن تدفئة المبنى والمياه الساخنة المنزلية

ومحطة أودنسه مثال على هذا الترتيب. فقد وصفت Alfa Laval، التي زوّدت المحطة بمبادلاتها الحرارية، مبادلات لوحية شبه ملحومة تعمل مبخراتٍ ومكثفاتٍ ومبرداتٍ فرعية ومبرداتِ زيت، مع دائرة وسيطة أُضيفت بين مياه الصرف ومبخر الأمونيا. وتخفض المحطة حرارة مياه الصرف المعالجة بنحو 5 °C، وتنتج نحو أربع وحدات من الحرارة مقابل كل وحدة كهرباء تستهلكها.

2. مادة التبريد تحدد جزءًا كبيرًا من التصميم

تؤدي لائحة الاتحاد الأوروبي للغازات المفلورة (EU) 2024/573، المطبقة منذ 11 مارس 2024، إلى إخراج مركبات الهيدروفلوروكربون (HFC) من سوق الاتحاد الأوروبي بحلول عام 2050. ولذلك تتجه المضخات الحرارية الكبيرة أكثر فأكثر إلى مواد التبريد الطبيعية، ولكل منها متطلبات مختلفة من المبادلات الحرارية.

  • الأمونيا. تهاجم الأمونيا النحاس، لذا لا تُستخدم معها المبادلات اللوحية الملحومة بالنحاس. ويذكر دليل مواد التبريد الصادر عن SWEP أن المبادلات اللوحية الملحومة المستخدمة مع الأمونيا يجب أن تستخدم مادة لحام أساسها النيكل. وتذكر Alfa Laval الأمونيا ضمن الأوساط العدوانية التي تناسبها مبادلاتها المصنوعة بالكامل من الفولاذ المقاوم للصدأ بتقنية الدمج (fusion-bonded). وفي الأحمال الكبيرة تشيع المبادلات اللوحية شبه الملحومة: تمر الأمونيا في أزواج ألواح ملحومة، ويمر الماء في قنوات ذات حشيات يمكن فتحها للتنظيف. وتُستخدم أيضًا مبادلات الألواح والغلاف والمبادلات ذات الغلاف والأنابيب.
  • CO2. تعمل أنظمة CO2 بضغوط أعلى بكثير من أنظمة HFC. فالمبادل اللوحي الملحوم بالنحاس H48T من Danfoss المخصص لأنظمة CO2 فوق الحرجة، مثلًا، مصمم لضغط 140 bar في الجانب الأولي. اسأل عن ضغط التصميم في جانب مادة التبريد، وتحقق من أن المبادل وشهادته يغطيانه.
  • الهيدروكربونات مثل البروبان. هذه المواد قابلة للاشتعال، وتحد قواعد السلامة من الكمية التي يمكن أن يحتويها النظام، لذا تُفضَّل المبادلات ذات الحجم الداخلي الصغير.

وأيًا كانت مادة التبريد، فإن مصنّع المضخة الحرارية هو عادة من يحدد مبادلات جانب مادة التبريد. وإذا كنت تشتريها منفصلة، فاحصل من مصمم المضخة الحرارية على نوع مادة التبريد وضغوطها ودرجات حرارتها، وكود معدات الضغط المطلوب.

3. مصدر الحرارة يحدد جانب الماء

  • مياه البحر تحتوي على الكلوريدات وتسبب نمو الكائنات البحرية. وتشيع ألواح التيتانيوم مع الترشيح قبل المبادل. وللمواد، راجع قائمة شراء المبادلات الحرارية البحرية ومبادلات مياه البحر.
  • مياه الصرف المعالجة تسبب ترسبات على أسطح التبادل الحراري. وفي أودنسه تكون المياه المصرّفة عادة بين 8 و22 °C، وتفصلها دائرة وسيطة عن مبخر الأمونيا. وفي جانب مياه الصرف يُختار عادة مبادل سهل التنظيف، أو تصميم بقنوات واسعة للمياه الأكثر اتساخًا.
  • الحرارة المهدرة في الصناعة ومراكز البيانات يمكن أن توفر ماء أدفأ، مما يرفع كفاءة المضخة الحرارية. راجع قسم إعادة استخدام الحرارة في دليل المبادلات الحرارية للتبريد السائل في مراكز البيانات.
  • مياه الأنهار والبحيرات تتغير حرارتها مع المواسم وتحمل شوائب، لذا يكون الترشيح والحرارة الدنيا في الشتاء مهمين.

وأيًا كان المصدر، قدّم للمورد أدنى درجة حرارة للمصدر وأعلاها على مدار السنة، وتحليلًا للمياه، ومحتوى المواد الصلبة، وطريقة التنظيف المخطط لها.

4. حرارة الشبكات في انخفاض

تعمل شبكات التدفئة المركزية القديمة بحرارة عالية. ويضع الملخص الصادر عن جامعة آلبورغ حول أجيال التدفئة المركزية حرارة الإمداد في الجيل الثالث دون 100 °C، وفي الجيل الرابع عند نحو 50 إلى 60 °C للإمداد، وحتى 70 °C في الفترات الباردة، مع حرارة راجعة نحو 25 °C. وكلما انخفضت حرارة الإمداد زادت كفاءة المضخات الحرارية، لأنها تحتاج إلى رفع الحرارة بمقدار أقل.

وبالنسبة إلى المبادلات الحرارية، تعني الحرارة الأقل فروقًا أصغر في درجات الحرارة، لذا تحتاج المحطات الفرعية إلى مبادلات مصممة لفرق حرارة أدنى صغير، وهذا يعني عادة مساحة تبادل حراري أكبر. وانخفاض حرارة الماء الراجع هدف في حد ذاته: فكلما بُرّد الماء أكثر في المحطات الفرعية، زادت الحرارة التي يحملها كل متر مكعب من ماء الشبكة. وعند تحديد مبادل لمحطة فرعية، اذكر حرارة الماء الراجع المطلوبة إلى جانب حرارة الإمداد.

5. المحطات الفرعية ووحدات التبادل الحراري

تشتري مشاريع كثيرة المحطات الفرعية على شكل وحدات تبادل حراري مسبقة التجهيز تجمع المبادلات اللوحية والمضخات والصمامات وأجهزة القياس والتحكم. أمثلة من هذا الموقع:

  • وحدة التبادل الحراري من ViEX تجمع مبادلًا حراريًا ومضخة تدوير ومضخة تعويض ونظام تحكم، وتذكر نقاط تشغيل نموذجية مثل 130/80 °C في جانب الشبكة و95/70 °C في جانب المبنى.
  • وحدة التبادل الحراري القياسية من THT Juyuan تذكر أهدافًا لهبوط الضغط أقل من القيم المرجعية الوطنية الصينية، مثل 40 kPa للمبادل اللوحي مقابل قيمة مرجعية قدرها 50 kPa.
  • وحدات سلسلة MP من Accessen حاصلة على شهادة CE من TÜV Rheinland، وتخدم مصنع BYD للمركبات التجارية في المجر.

وهبوط الضغط مهم لأن مضخات الشبكة تعمل طوال السنة. وقد أصدرت الصين أيضًا المعيار GB/T 47007-2026 بشأن اختبار كفاءة الطاقة في المبادلات اللوحية وتقييمها، وبعض المصنّعين اختبروا بالفعل سلاسل من ألواحهم وفق قواعد كفاءة الطاقة السابقة للمبادلات الحرارية TSG R0010-2019. فعلى سبيل المثال، تذكر THT Juyuan أن ثماني سلاسل من ألواحها بلغت المستوى الأول في اختبارات المركز الوطني لفحص جودة المبادلات الحرارية؛ راجع مبادلاتها اللوحية ذات كفاءة الطاقة من المستوى الأول.

6. خطط لعمليات التشغيل المتكررة وتغيرات الحمل

تُستخدم المضخات الحرارية الكهربائية أكثر فأكثر لموازنة شبكة الكهرباء. فمحطة إسبيرغ مثلًا يمكن تشغيلها وإيقافها مرات كثيرة في اليوم. وكل تشغيل وإيقاف دورة حرارية للمبادلات، تُجهد الحشيات، وفي الوحدات الملحومة بالنحاس تُجهد وصلات اللحام. أخبر المورد كيف ستعمل المحطة، واسأله عما إذا كان للتصميم المعروض حدود على عدد الدورات أو على معدل تغير الحرارة. ويتناول دليل تشغيل المبادل اللوحي بالبخار النقطة نفسها في تطبيقات البخار.

7. ما الذي يجب تحديده

البندما يجب تقديمه
الموقع في المحطةجانب المصدر، أو المبخر، أو المكثف أو مبرد الغاز، أو المبرد الفرعي، أو المحطة الفرعية
جانب مادة التبريدمادة التبريد، وضغط التصميم ودرجة حرارة التصميم، والكود المطلوب
مصدر الحرارةنوع المصدر، ونطاق الحرارة على مدار السنة، وتحليل المياه، والمواد الصلبة، وطريقة التنظيف
جانب الشبكةحرارة الإمداد والراجع، وضغط التصميم، وهبوط الضغط المسموح
الحملالحمل الحراري عند نقطة التصميم وعند الحمل الأدنى
التشغيلعدد مرات التشغيل والإيقاف في اليوم، ومعدل تغير الحمل
الموادمادة الألواح، وخلطة الحشيات إن وُجدت حشيات، ومادة اللحام في الوحدات الملحومة بالنحاس
نطاق التوريدالمبادل وحده، أو وحدة كاملة بالمضخات والصمامات والتحكم

ماذا يعني هذا للمشترين

في مشاريع المضخات الحرارية والتدفئة المركزية، تحدد مادة التبريد ومصدر الحرارة وحرارة الشبكة تصميم المبادلات الحرارية. استخدم تصاميم تناسب مادة التبريد، مثل عدم استخدام النحاس مع الأمونيا وتوفير تصنيف ضغط كامل لأنظمة CO2. واحمِ المبخر من ماء المصدر المتسخ بدائرة وسيطة ومبادلات قابلة للتنظيف. وصمم المحطات الفرعية لحرارة راجعة منخفضة وهبوط ضغط منخفض، وأخبر الموردين بعدد مرات تشغيل المحطة وإيقافها. وللمحطات الفرعية وأنظمة المباني، تذكر قائمة التحقق من موردي المبادلات الحرارية لأنظمة التدفئة والتهوية والتكييف أسئلة أخرى.

المصادر والصفحات ذات الصلة

هل تحتاج إلى معدات من هذا النوع؟
أرسل طلبًا واحدًا مع ظروف التشغيل لديك. نراجعه ثم نحيله إلى مصنّعين صينيين مناسبين.
اطلب عرض سعر