Immergas: Avantajele încălzirii spațiilor cu pompe de căldură aer-apă

Nevoia de căldură pe timpul toamnei / iernii / primăverii reprezintă una dintre necesitățile esențiale ale oamenilor. Căldura ne oferă confort atât acasă, cât și la locul de muncă. Dar căldura se obține prin arderea diferiților combustibili: solizi, lichizi sau gazoși. Iar arderea combustibililor înseamnă eliminarea de CO2 și de alte noxe în atmosferă. Aceste noxe contribuie la încălzirea globală care ridică atâtea probleme în momentul de față. O cale de încălzire cu emisii minime de noxe, aplicată din ce în ce mai mult în lume, o reprezintă utilizarea pompei de căldură. Căldura aflată în aer, în apele subterane sau în pământ poate fi valorificată cu ajutorul pompei de căldură și poate fi utilizată pentru încălzirea sau răcirea clădirilor. Astfel avem pompe de căldură aer-apă (utilizează căldura aflată în aer), apă-apă (căldura din apele subterane) și sol-apă (căldura din pământ).

Principiul de funcționare al unei pompe de căldură se aseamănă cu cel al unui frigider. În timp ce frigiderul extrage căldura din interiorul lui și o dispersează în exterior, pompa de căldură preia căldura surselor de căldură enumerate anterior și o cedează pe post de energie termică instalației de încălzire a clădirii. Pompa de căldură are un circuit de răcire și un circuit de încălzire.

În circuitul de răcire al pompei de căldură, în timp ce este absoarbită căldura din mediu, un agent frigorific este evaporat (în evaporator). Vaporii de agent frigorific ajung într-un compresor, unde sunt comprimați. Drept urmare, atât presiunea din circuitul (de încălzire) de după compresor, cât și temperatura agentului frigorific cresc. Această căldură este cedată apoi, cu ajutorul unui schimbător de căldură, agentului termic care încălzește clădirea (vezi Fig. 1). Pe timpul întregului proces agentul frigorific condensează și apoi expandează în vana de expansiune. Ciclul se repetă atâta timp cât funcționează compresorul.

Fig. 1 – Principiul de funcționare al pompei de căldură

 

Pompele electrice de căldură folosesc electricitatea drept energie de alimentare a compresorulu iar funcționarea acestora este foarte eficientă. În funcție de tipul sursei de căldură (aer, sol sau apă) și de temperatura exterioară, o pompă de căldură poate genera între doi și mai mult de cinci kW energie termică dintr-un kilowatt oră energie electrică. Pentru ca pompa de căldură să atingă efectiv această eficiență în funcționarea de zi cu zi, ea trebuie să fie dimensionată corespunzător pentru a satisface cererea de căldură necesară clădirii în care urmează să fie instalată.

Cu cât temperatura sursei de căldură este mai mare, cu atât pompa de căldură funcționează mai eficient. Drept urmare, este indicat să se utilizeze o sursă de căldură cu o temperatură cât mai ridicată și constantă.

În cele ce urmează vom prezenta câteva caracteristici de funcționare ale pompelor de căldură aer-apă.

Încălzirea cu pompa de căldură

Fig. 2 – Graficul temperatură exterioară / temperatură tur în regim de încălzire

Legendă grafic:

TE – temperatura exterioară

TM – temperatura agentului termic pe tur

 

Graficul din Fig. 2 reprezintă domeniul de funcționare al unei pompe de căldură în regim de încălzire care are agent frigorific gazul R32. Pompa de căldură poate funcționa în intervalul de temperaturi exterioare de la -25oC la 35oC.

Între 10 și 35oC temperatură exterioară, pompa de căldură poate furniza, în regim de încălzire, agent termic cu temperatura maximă de 65oC. Apoi, între 10 și -20oC temperatură exterioară, temperatura pe tur scade treptat până la 50 oC, urmând ca atunci când temperatura exterioară maximă este de -25oC să atingă valoarea de 40oC.

Tot în Fig. 2 se observă că pompele de căldură dau randamente maxime dacă sunt racordate la sisteme de încălzire care funcționează cu temperatură scăzută – adică încălzire în pardoseală sau cu calorifere dimensionate corespunzător.

În cazul în care încălzirea inițială a spațiului era realizată cu o centrală termică cu condensare, pompa de căldură este ideală pentru înlocuirea acesteia deoarece poate fi racordată direct la instalația deja existentă.

Deoarece pompa de căldură poate prepara și apă caldă de consum (ACC), trebuie ținut cont de faptul că, la temperaturi mai mari de 35oC (sau mai mici de -25oC), pompa de căldură nu mai poate funcționa. De aceea este bine să se integreze, atât în circuitul de ACC cât și în cel de încălzire, câte o rezistență electrică, care să realizeze încălzirea agentului termic în afara limitelor amintite mai sus. Am făcut acestă afirmație deoarce pe timpul verii care tocmai a trecut, cel puțin în București, în unele zile temperaturile exterioare au fost mai mari de 35oC iar pompele de căldură care nu aveau și o rezistență electrică integrate pe circuitul de ACC nu au mai putut prepara apa caldă pentru consum. La fel se întâmplă pe timpul iernii dacă temperatura exterioară scade sub -25oC.

Foarte important la o pompă de căldură este agentul frigorific. În momentul de față se utilizează frecvent R32, care are un impact zero asupra stratului de ozon și potențial scăzut de încălzire globală. El este utilizat în forma sa pură în echipamentele mici de aer condiționat și de refrigerare.

Potențialul de încălzire globală (GWP) este un număr care exprimă impactul potențial pe care un anumit agent frigorific îl poate avea asupra încălzirii globale, dacă ar fi eliberat în atmosferă. Este o valoare relativă, care compară impactul a 1 kg de agent frigorific față de 1 kg de CO2 pe o perioadă de 100 de ani.

De asemena, mai este un parametru care definește eficiența pompei de căldură în regim de încălzire, și anume:

COP – coeficientul de performanță – înseamnă câți kilowati termici produce pompa de căldură consumând un kilowat de energie electrică.

În general, COP este dat la o temperatură exterioară de 7oC și o temperatură pe tur de 35 oC. Pe măsură ce temperatura exterioară scade, scade și COP-ul.

De ex., o pompă de căldură are COP = 5,17 la 7oC și COP = 2,38 la -20oC (ambele la o temperatură pe tur de 35oC).

Adică, dacă la 7oC temperatură exterioară și 35oC pe tur pompa de căldură poate da 4,40 kW energie termică consumând 0,85 kW energie electrică, la -20oC și tot 35oC pe tur, pompa dă 3,48 kW energie termică consumând 1,46 kW energie electrică.

Răcirea cu pompa de căldură

Pe lângă încălzirea spațiilor, sunt pompe de căldură care pot să și răcească spațiile interioare ale clădirii (pompe de căldură reversibile) cu ajutorul temperaturilor exterioare mai ridicate: căldura este extrasă din încăperile interioare prin intermediul suprafețelor de încălzire și este evacuată în aerul exterior. În acest scop, direcția circuitului de răcire este inversată în pompa de căldură (comparativ cu direcția circuitului de încălzire).

 

Fig. 3 – Graficul temperatură exterioară / temperatură tur în regim de răcire

Legendă grafic:

TE – temperatura exterioară

TM – temperatura agentului termic pe tur

 

Graficul din Fig. 3 reprezintă domeniul de funcționare al unei pompe de căldură care are agent frigorific tot gazul R32. Pompa de căldură poate funcționa în regim de răcire în intervalul de temperaturi exterioare de la 10oC la 46oC.

În acest interval temperatura de ieșire a agentului termic poate fi setată în domeniul 5-25oC.

 

În cazul pompei de căldură utilizată la răcire nu mai avem COP, ci EER.

EER – eficiența energetică la răcire – înseamnă câți kilowati pentru răcire produce pompa de căldură consumând un kilowat de energie electrică.

 

Pe măsură ce temperatura exterioară crește, scade EER.

De ex., o pompă de căldură are EER = 4,07 la 20oC și EER = 2,79 la 46oC (ambele la o temperatură pe tur de 7oC).

Adică, dacă la 20oC temperatură exterioară și 7oC pe tur pompa de căldură poate da 3,83 kW energie termică pentru răcire consumând 0,94 kW energie electrică, la 46oC și tot 7oC pe tur, pompa dă 3,43 kW energie termică consumând 1,23 kW energie electrică.

 

În funcție de agentul termic care ajunge în clădire, sunt 2 tipuri de pompe de căldură:

– monobloc

– „splitate”

 

Pompe de căldură monobloc

În cazul pompelor de căldură monobloc, toate componentele constitutive (evaporator, compresor, schimbător de căldură agent frigorific / apă etc.) sunt situate în exteriorul clădirii. În interiorul clădirii se află numai panoul de comandă de la distanță al pompei de căldură și mai intră 2 conducte (turul și returul pompei de căldură) care transport agentul termic (apa) către radiatoare, încălzire în pardoseală etc. (Fig. 4)

Fig. 4 – Pompă de căldură monobloc

 

Avantajul pentru instalatori în cazul acestor pompe de căldură constă în faptul că nu au de făcut decât racordări hidraulice. Nu acționează deloc asupra circuitului de agent frigorific – nu trebuie să fie certificați pentru lucrul cu freon.

Pompe de căldură „split”

La pompele de căldură tip „split”, circuitul de agent frigorific este împărțit în două. Evaporatorul, comprersorul sunt situate în exteriorul clădirii (în unitatea exterioară) iar schimbătorul de căldură agent frigorific / apă este situat în interiorul clădirii (în unitatea interioară) (vezi Fig. 5).

Fig. 5 – Pompă de căldură tip „split”

În unitatea interioară este instalat și panoul de comandă al pompei de căldură, precum și pompa care transportă agentul termic (apa) către instalația de încălzire.

Avantajul pompei de căldură tip „split” față de cea monobloc constă în faptul că în exteriorul clădirii nu ajung conducte cu apă, deci pompa de căldură tip „split” poate fi utilizată și în zone în care iarna se ating temperaturi foarte scăzute.

Pompele de căldură moderne sunt foarte silențioase și practic nu necesită întreținere. Economii suplimentare de curent electric se obțin și din faptul că se utilizează tehnologia „invertor”, adică pompa de căldură își poate modifica puterea cedată în funcție de necesarul de căldură al clădirii. Această funcționare modulantă este benefică în special în perioada trecerii între anotimpuri, atunci când cererea de căldură sau de frig nu este prea mare.

Dacă pompa de căldură este alimentată cu tensiune electrică obținută din surse regenerabile (energie eoliană sau sistemele fotovoltaice), ea funcționează complet fără emisii de noxe și contribuie și mai mult la protejarea climei. De asemenea, nu trebuie uitat faptul că, în unele țări europene, sunt companii de utilități electrice oferă tarife speciale pentru funcționarea pompelor de căldură.

Beneficiile pompelor de căldură

 Pot fi alimentate oricând cu electricitate verde.

  • Sunt foarte eficiente. O pompă de căldură cu un coeficient de performanță de 4,0 poate transfera 4 kW energie termică într-o clădire utilizând 1 kWh de energie electrică.
  • Cea mai mare parte a energiei utilizate pentru încălzire este regenerabilă.
  • Reduc emisiile de CO2 – cele mai mari reduceri se obțin utilizând energia electrică regenerabilă.

www.immergas.ro

 

Share