pompe de caldura bogdan
TRANSCRIPT
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
1/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 1
Surse de cldur neconvenionale
Pompele de cldur
Istoria mijloacelor de climatizare i nclzire
Dei triau ntr-o zon cu clim blnd, egiptenii i mesopotamienii aveau nevoie s se
nclzeasc n perioadele mai reci. Ei ardeau materiale combustibile dintre cele mai diverse pentru c
lemnul era rar n aceste zone i trebuia pstrat pentru cuptoarele de sticlrie, olrit sau metalurgie.
Cei bogai dispuneau totui de mangal, pe care-l ardeau n recipiente din argil. Dar, n general,
nclzirea era asigurat de cuptorul la care se gtea, alctuit din dou pietre i, mai rar, construit din
crmizi.
La nceputul mileniului al II-lea .Hr., n Mesopotamia era cunoscut hornul, dar, timp de
multe secole, nu a fost folosit, fiind socotit inutil n casele fr etaj, unde o singur gaur n acoperi,
deasupra sobei, era suficient pentru evacuarea fumului.
Grecii i romanii foloseau acelai sistem. Ruinele oraului Pompei demonstreaz c numai
cuptoarele brutarilor aveau couri; casele, chiar celecu un etaj, aveau gaura clasic din tavan, fumuli gazele calde folosind, n acest caz, la nclzirea camerei de sus, unde erau depozitate carne, pete,
fructe i alteproduse, la uscat, vinuri etc.
Tot la Pompei s-au gsit cazane mari, strmoaele, n acelai timp, ale cazanelor pentru
nclzit apa, ct i ale cazanelor tubulare pentru nclzire. La romani s-au descoperit o schi a
nclzirii prin pardoseal, precum i instalaii de ap rece i cald. Casele celor bogati i bile publice
aveau hipocaustes (instalaii subterane pentru nclzire): parterul era construit pe piloni, ntre care se
afla un canal subteran, prin care circula aerul cald provenit de la un cuptor alturat. n ceea ceprivete apa cald, ntr-o vil din Pompei, s-a descoperit o instalaie alcatuit dintr-un cuptor
deasupra cruia se afla un cazan de plumb, cu fundul de cupru, alimentat cu ap rece dintr-un tub, de
la un rezervor. Sala de baie primea, n acelai timp, ap cald de la cazan i ap rece de la rezervor.
Cele mai vechi sobe erau construite din caramid i aveau forma semiconica eliptic. n
secolul al XIII-lea, hota a devenit rectangular. Legat de randamentul sczut al acestor sobe, i se
atribuie lui Benjamin Franklin aceast butad: Soba este cel mai bun mijloc de a se nclzi ct se
poate de puin arznd o cantitate de lemne ct se poate de mare.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
2/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 2
n 1795, Benjamin Thompson, conte de Rumford, fizician englez de origine american, la
vremea aceea ministru de rzboi, s-a ocupat de problema sobelor, cu ocazia unei cltorii n Anglia.
El le-a prevzut cu o gtuitur deasupra vetrei, pentru a mbunti tirajul i a nlocuit laturile
rectangulare cu doi perei oblici, care reflect mai mult caldur spre camer.
Toate aceste modificari au determinat reducerea la jumtate a consumului de combustibil.
Prin 1800, acelai conte Rumford a realizat o instalaie de nclzire central cu abur. Prima instalaie
de nclzire central cu ap cald cunoscut (mai comod pentru locuine) a fost aceea a arhitectului
Bonnemain, la castelul Pecq (1777).
De asemenea, n ciuda a ceea ce se crede adesea, climatizarea locuinelor cu ajutorul
instalaiilor de aer condiionat nu este o noutate: ncepnd cu 1836, Parlamentul de la Londra era
echipat cu o instalaie care furniza aer rece vara i cald iarna.
Ventilatorul electric a fost inventat n 1882 de americanul Schuyler Wheeler, iar climatizorul,
n 1911, de compatriotul su, Willis Carrier.
Istoria pompei de caldur
Principiul pe care se bazeaza o pompa de caldura, este principiul ciclului Carnot in urma
caruia obtinem energie termica dintr-un loc cu temperatura mai scazuta si o folosim intr-un loc cu
temperatura superioara. Ca sa ridicam temperatura va fi nevoie sa investim energie. Raportul dintreenergia obtinuta si energia investita reprezinta randamentul. Aplicatiile ciclului Carnot in gama larga
a inceput in secolul al XX-lea in special la frigidere si la aplicatii in care se solicita racire. Aplicatiile
bazate pe partea de incalzire au inceput de citeva decenii decit. Primele aplicatii au aparut in SUA
unde s-a gasit necesitatea incalzirii iarna si racirii vara. Cu ocazia crizei de energie din 1974
aplicatiile au atras atentia europenilor si asiaticilor. Au inceput cercetari in Germania, tarile
Scandinave, Franta si Japonia in domeniu. Cu ocazia stabilizarii pretului titeiului, interesul a scazut,
si datorita pretului de cost destul de ridicat al instalatiei. Spre finele anilor 80 in special datoritaproblemelor de mediu, legate de emanarile de CO2 din nou a crescut interesul pentru pompele de
caldura. Datorita acestui interes crescut, au aparut pompe cu fiabilitate mai ridicata, compresoare mai
silentioase si randamente mult superioare. Pompele de caldura au aparut si in aplicatii casnice ca
instalatii rentabile pentru racire si incalzire. Astfel:
1834 a fost construita prima pompa de caldura de catre Jacob Perkins cu agent termic
Diethylether.
1852 Lord Kelvin descopera ca un frigider poate fi folosit si pt incalzit. Descopera ca in acestcaz energia folosita pentru functionarea pompei de caldura este mai mica decit energia
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
3/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 3
termica rezultata, deci pompa a absorbit energie din mediu (aer, apa, sol) si astfel a produs
energie.
1855 s-a realizat o pompa de caldura dupa un proiect al lui Peter Ritter von Rittinger
amplasata in salina Ebensee, Austria, folosind principiul frigiderului.
1860-1870 s-au studiat intens cele doua tipuri majore de frigidere, cu compresie si cu
absorbtie. Au aparut primele aplicatii pentru producerea de gheata, apoi, aplicatii pentru
racire in industria berii si industria alimentara.
Dupa primul razboi mondial a inceput apogeul frigiderelor de uz casnic in special in Statele
Unite.
1929 Criza mondiala a afectat dezvoltarea, dar fiind o instalatie rentabila s-au produs multe
frigidere. S-a finalizat o pompa de caldura mare pentru incalzirea cladirilor din Zrich.
1945 S-a pus in functiune prima pompa de caldura cu sursa sol in Statele Unite.
Pn n anii 1990, agenii frigorifici folosii cu preponderen erau clorofluorocarburi, cum ar
fi R-12, parte din clasa florurilor clasice. Producia acestor ageni a fost oprit in 1995 datorit
impactului negativ pe care acetia l aveau asupra stratului de ozon. Au fost inlocuii cu
hidroclorofluorocarburi, mai cunoscute ca R-134a. Aceti ageni au nlturat problemele legate de
instabilitatea clorului la expunerea la ultraviolete, dar aveau eficien mai sczut comparativ cu R-
12, necesitnd un aport mai mare de energie mecanic. n aceeai perioad s -au mai introdus
amoniacul (NH3) i propanul sau butanul, mai puin corozivi dar inflamabili.
ncepnd cu anul 2001 s-a introdus dioxidul de carbon, cunoscut ca R-744. n aplicaii
rezideniale i comerciale hidroclorofluorocarburile, R-22, sunt n continuare rspndite, dei
utilizarea hidrofluorocarburilor este in cretere, fiind considerai froni de substituie definitiv pentru
c nu conin clor i astfel nu duneaz deloc stratului de ozon. n aparate cu ciclu Stirling sunt
folosii ca ageni refrigerani hidrogenul, heliul, azotul i chiar aerul, fiind astfel aparatel e cele mai
prietenoase pentru mediu. Cele mai recente aparate incearc folosirea izobutanului, R-600A, un
agent ce nu distruge stratul de ozon i este considerat verde.
Ce este o pomp de caldur?
Pompa de caldura este un dispozitiv care misca energia termica dintr-un loc in altul. Prin
aceasta metoda, agentul termic se va raci sau se va incalzi. Energia termica astfel este retrasa dintr-un
loc si cedata intr-un alt loc. In cazul incalzirii, locul de unde se extrage energia termica poate sa fie
aer, apa sau sol pe cind locul unde se va ceda energia termica este spatiul ce se doreste sa fie incalzit.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
4/18
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
5/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 5
Pompa de caldur este un dispozitiv cu ajutorul cruia se poate transporta cldur de la o
locaie ("surs") la o alt locaie ("radiator" sau "schimbtor de cldur") folosind lucru mecanic, de
obicei n sens invers direciei naturale de micare a cldurii. Majoritatea pompelor de cldur sunt
folosite pentru a muta cldura de la o surs cu temperatur mai mic la un radiator cu temperatur
mai mare. Cele mai comune exemple de astfel de pompe se regsesc n frigidere, congelatoare,
aparate de aer condiionat i invertoare de cldur.
Funcionarea pompelor de cldur se bazeaz pe proprietile unui fluid la schimbarea strii
de agregare, mai precis la lichefiere si evaporare. Cel mai adesea pompele de cldur extrag cldura
din aer sau pmnt, motiv pentru care unele din ele nu mai lucreaz eficient cnd temperatura
mediului scade sub -5 C.
Modul de operare
n conformitate cu principiul al doilea al termodinamicii, cldura nu poate curge spontan
dintr-o locaie mai rece ntr-o zon mai cald; lucru mecanic este necesarpentru a realiza acest lucru.
Avnd n vedere c pompa de cldur sau frigiderul utilizeaz un anumit lucru mecanic
pentru a muta lichidul refrigerant, cantitatea de energie depus pe partea de cald este mai mare dect
cea luat din partea rece.
Cele mai ntlnite pompe de cldur funcioneaz prin exploatarea proprietilor fizice aleunui fluid cunoscut sub denumirea de "agent frigorific" atunci cnd acesta trece prin procese de
evaporare i de condensare.
Reprezentare schematic a ciclului de funcionare prin vaporizare-condensare pentru o pompa
de cldur: 1) condensator, 2) supap de expansiune, 3) evaporator, 4) compressor.
Fluidul de lucru, n stare gazoas, este sub presiune i circulat prin sistem prin intermediul unui
compresor. La ieirea din compresor, gazul acum fierbinte i sub presiune mare este r cit ntr-un
schimbtor de cldur numit "condensator", pn cnd condenseaz ntr-un lichid aflat la o presiunemare i o temperatur moderat. Agentul frigorific condensat trece apoi printr-un dispozitiv de
scdere a presiunii ca o supap de expansiune, un tub capilar, sau eventual un dispozitiv extractor de
lucru mecanic, cum ar fi o turbin. Dup acest dispozitiv, lichidul refrigerant aflat acum ntr-o stare
quasi-lichid trece printr-un alt schimbtor de cldur numit "evaporator" n care agentul refrigerant
se evapor prin absorbie de cldur. Fluidul revine astfel la compresor i ciclul se repet.
ntr-un astfel de sistem este esenial ca agent frigorific ajung la o temperatur suficient de
mare atunci cnd comprimat, deoarece conform legii a doua a termodinamicii caldura nu poate curgedintr-un mediu rece la unul mai cald. Practic, acest lucru nseamn c agentul frigorific trebuie s
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
6/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 6
ajung la o temperatur mai mare dect cea ambiental n jurul schimbtorul de cldur din partea de
presiune inalt. n mod similar, lichidul trebuie s ajung la o temperatur suficient de sczut dup
expansiune pentru a putea absorbi energie termic din mediul rece, adic lichidul trebuie s fie mai
rece decat mediul nconjurtor schimbtorului de cldur din partea de joas presiune. n special,
diferena de presiune trebuie s fie suficient de mare pentru fluidul s condenseze n partea fierbinte
i s se poat nc evapora n regiunea de presiune mai mic, la partea rece. Cu ct se dorete o
diferen de temperatur mai mare, cu att mai mare diferena de presiune necesar va fi mai mare i
prin urmare, mai mult energie necesar pentru a comprima fluidul. Astfel, n cazul tuturor pompelor
de cldur, eficiena energetic (cantitatea de cldur mutat pe unitate de lucru mecanic consumat)
scade cu creterea diferenei de temperatur.
Frigiderele, aparatele de aer condiionat precum i unele sisteme de nclzire sunt aplicaii
obinuite care utilizeaz aceast tehnologie. Datorit necesarului foarte variat de temperaturi i de
presiuni, sunt disponibili muli ageni frigorifici diferii.
n aplicaii din domeniul climatizrii, o pomp de cldur se refer n mod normal la un
dispozitiv de vaporitare-condensare care include o supap dublu-sens i schimbtoare de cldur
optimizate, astfel nct direcia fluxului de cldur poate fi inversat. Prin intermediul supapei se
selecteaz direcia pe care circula agentul refrigerant pe parcursul unui ciclu i prin urmare, pompa
de cldur poate furniza unei cldiri fie nclzire fie rcire. n climatele mai reci setarea implicit asupapei este de nclzire, n timp ce setarea implicit n climatele calde este de rcire. Pentru c cele
dou schimbtoare de cldur, condensator i vaporizator, trebuie s schimbe ntre ele funciile, ele
sunt optimizate pentru a efectua n mod corespunztor n ambele moduri. Ca atare, eficiena unei
pompe de cldur reversibil este de obicei uor mai mic dect cea a dou maini separate
optimizate pentru un singur proces.
n aplicaiile de instalaii sanitare, o pompa de caldur este uneori utilizat pentru inclzirea sau
prenclzirea apei pentru piscine sau nclzitoare de ap menajer.n aplicatii oarecum rare, ambele capaciti att de extracie ct i de adugare de cldur pot
fi utile i de obicei rezult n utilizarea foarte eficient a energiei de intrare. De exemplu, atunci cnd
un aparat de aer condiionat folosit pentru rcire poate fi adaptat la un aparat pentru nclzirea apei, o
singur pomp de cldur poate sluji la dou scopuri utile. Din pcate, aceste situaii sunt rare din
cauza cererii semnificativ diferite pentru profile de nclzire i rcire.
Pompa de cladura face ca un agent termic sa circule printr-o instalatie formata din compresor,
condensator ventil de expansiune si vas de expansiune. Agentul termic se incalzeste si chiar devinegaz in clipa in care absoarbe energia din mediul din care extrage energia termica. Prin traversarea
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
7/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 7
compresorului, temperatura agentului va creste in continuare. Ajungind in condensator, se transforma
in lichid si cu ocazia asta cedeaza energia termica. Acest proces se numeste ciclu Carnot.
1. Schimbator de caldura (condensator)
2. Supapa de expansiune
3. Schimbator de caldura (evaporare)
4. Compresor
n cazul n care dorim ca instalatia sa fie folosita si pt racire si pentru incalzire, mai avem
nevoie de o supapa de sens, care inverseaza sensul agentului termic prin instalatie.
Principiul ciclului Carnot sta la baza pompei de caldura. Descrierea ciclului perfect
termodinamic a fost elaborata de francezul Nicolas Lonard Sadi Carnot in anul 1824, stand la baza
teoretica a unei pompe de caldura ideale.
Ciclul ideal Carnot arata ca randamentul teoretic al unei pompe de caldura depinde in cea mai
mare masura de diferenta de temperatura dintre sursa si consumator. Puterea pompei de caldura
creste cu scaderea diferentei dintre cele doua temperaturi.
In practica, randamentul se calculeaza ca raport intre energia obtinuta si energia consumata.
Pe acest grafic este prezentata raportarea randamentului la randamentul incalzirii electrice.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
8/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 8
Cel mai mare randament exista la ciclul ideal Carnot. Ciclul Rankine este folosit la turbinele
centralelor termoelectrice unde sursa provine din arderea unui combustibil fosil. Diferenta majora
este, ca la Rankine comprimarea se executa de o pompa cind agentul termic este in stare lichida, iar
la ciclul Carnot, comprimarea se executa de un compressor cind agentul termic se afla in stare
gazoasa.
Linia intrerupta reprezinta obisnuitele pompe de caldura cu compresor electric. Elementele
Peltier folosesc gradientul diferit de temperatura a diferitelor elemente, la actiunea curentului
electric. Incalzirea electrica a fost reprezentat printr-o constanta 1, la care am raportat randamentele.
De ce este buna o pompa de caldur a?
O pompa de caldura consuma mai putina energie (electrica) decit produce (caldura).
Raportul dintre energia obtinuta si energia consumata se numeste coeficient de performanta (COP -
Coefficient Of Performance), care este caracteristica de baza a unei pompe de caldura. In acest sens,
randamentul pompei de caldura poate sa depaseasca 100 % si uzual este de 300 - 600 %.
Necesitatea bunei funcionaliti a pompelor de cldur
Sistemele cu pompe de caldura au in componenta trei parti de baza:
1.
sursa2. pompa de caldura si schimbatoarele de caldura prin care circula agentul termic
3. reteaua de incalzire / racire
Sursa poate sa fie aerul, apa sau solul. Energia termica colectata se propaga de la sursa prin
intermediul unui schimbator de caldura la agentul termic. Tot agentul termic transporta energia
termica pina la al doilea schimbator de caldura, unde preda energia termica retelei de incalzire/racire.
In cazul incalzirii, rezultatele cele mai bune se obtin prin metode de incalzire cu temperaturi scazute.
Aceste metode sint incalzirea prin pardoseala, tavan, perete, plinta etc.
Pompa de caldura foloseste energie regenerabi la ?
Da, pompele de caldura folosesc energii regenerabile. Cele mai multe pompe de caldura
folosesc indirect energia solara, sursa inmagazineaza energia solara, iar cu ajutorul pompei de
caldura este folosita la nevoile noastre. Unele pompe de caldura, care folosesc ca sursa solul, sint
capabile sa utilizeze si energia geotermala.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
9/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 9
Sursele de energie folosi te de pompele de caldur
Sursa de caldura a pompelor de caldura, in cele mai multe cazuri este energia solara obtinuta
din sol apa sau aer. In afara de asta, se pot folosi si energii reziduale de la procese industriale.
La varianta aer-aer(aer:sursa, aer:incapere de incalzit) aerul din exterior este racit prin intermediul
pompei de caldura pentru a incalzi o incapere (instalatie de climatizare in regim de incalzire).
La varianta aer-apa(aer:sursa, apa:destinatie) aerul din exterior este racit prin intermediul pompei
de caldura. Astel se obtine apa calda.
La varianta apa-apa (apa:sursa, apa:destinatie) folosim apa de la un riu sau lac care va fi racit,
pentru a obtine apa calda.
Varianta sol-apa(sol:sursa, apa:destinatie) poate sa fie de doua tipuri:
cu colectare din sol in varianta orizontala foloseste o retea de tevi, amplasata sub nivelul
solului la 1.5-2m si cu o suprafata totala de 2-2.5 ori a suprafetei de incalzit
cu colectare din sol in verticala prin put forat la circa 60-100m
Avantajele pompelor de caldur
Pompele de caldura sint deosebit de performante, deoarece energia introdusa (platita ca
energie electrica) este mult inferioara energiei produse. Reprezinta o alternativa la resursele actuale,
care tind spre epuizare. Pompele de caldura sint ecologice deoarece folosesc energii reziduale sau
refolosibile in locul energiilor obtinute prin arderea combustibililor fosili (pacura, gaze neturale,
carbune).
Amortizarea
La pompele de caldura amortizarea se considera rapida, deoarece cheltuielile de functionare
si de intretinere sint mai mici decit la alte sisteme. Intr-adevar, investitia initiala este mai mare ca la
sisteme conventionale de incalzire, dar din cauza duratei medii de viata lungi si in contextul cresteriicontinue a pretului energiei, aceasta va fi rapid recuperata.
Prin utilizarea pompelor de caldura putem rezolva toata instalatie de racire si incalzire
necesara unei locuinte. In medie valoarea COP al unei pompe de caldura este undeva intre 3 si 6,
ceea ce inseamna ca vom investi sub forma de consum de curent electric doar 15-30% din costul
total de incalzire, restul se obtine din energia sursei. Asta inseamna ca cheltuielile de incalzire se
diminueaza. Sa nu uitam de cresterea drastica a pretului gazului, chiar superioara cresterii pretului
curentului electric.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
10/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 10
Pompa de caldura, poate sa furnizeze si nevoia de apa calda menajera, pe linga incalzire. In
cazul unei proiectari si realizari ingrijite, vom obtine si racirea chiar si in zilele cele mai calduroase,
mult mai ieftin decit prin instalatii de climatizare clasice. In aceeasi timp, durata de viata poate sa
depasesca 40 de ani, ceea ce garanteaza amortizarea.
Comparatii in tre diverse tipuri de pompe de nclzire
Varianta apa-apa :
Avantaje
cel mai mare COP : 5-7 (la o
temperatura de 10 C a apei)
COP stabil
folosibil si pt racire pasiva
nu necesita sistem alternativ
de incalzire
Dezavantaje
foloseste cantitati imense de
apa
cantitate de manopera
extrem de mare la instalare
in cazul in care sursa de apa
seaca, nu mai este functional
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
11/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 11
Varianta sol-apa cu put forat
Avantaje
COP bun : 4.5-5 (la o temperatura de 0
C a solului)
COP stabil
folosibil si pt racire pasiva
exista resurse si pt viitor
se poate instala practic oriunde
nu necesita sistem alternativ de incalzire
Dezavantaje
poate sa deranjeze radacina plantelor
(mentineti cel putin 2m distanta)
instalare costisitoare, necesita retea de
tevi ingropate in pamint
cantitate de manopera extrem de mare la
instalare (2-2.5 x suprafata ce se va
incalzi)
Varianta sol-apa cu retea colectoare
Avantaje
COP bun : 4.5-5 (la o temperatura de 0
C a solului)
COP stabil
folosibil si pt racire pasiva
exista resurse si pt viitor
se poate instala practic oriunde
nu necesita sistem alternativ de incalzire
Dezavantaje
poate sa deranjeze radacina plantelor
(mentineti cel putin 2m distanta)
instalare costisitoare, necesita retea de
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
12/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 12
tevi ingropate in pamint
cantitate de manopera extrem de mare la
instalare (2-2.5 x suprafata ce se va
incalzi)
Varianta aer-apa
Avantaje
simplu, usor de instalat
nu necesita pregatiri speciale la
instalare
se poate instala oriunde
se poate adapta usor pentru a
completa sistemul existent de
incalzire
este cea mai ieftina dintre tipurile
prezentate
se poate monta atit in interior cit si in
exterior
Dezavantaje
COP scazut : 2.6-3.5 (la o
temperatura de 2 C a aerului)
COP dependent de temperatura
necesita sistem alternativ de incalzire
in cazul unei instalatii interioare,
produce zgomot circa 54 dB
Costuri
Costul unui astfel de sistem de incalzire si racire este de circa 25.000 de euro pentru o casa de
100.000 de euro cu o suprafata de pana la 120-150 de metri patrati.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
13/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 13
Pompele de caldurpentru spaiile comerciale
Pompele de caldurapentru spaiile comerciale pot fi instalatii centrale conectate la o conducta
de aer, la sistem hidraulic sau un sistem multi-zonal n care mai multe uniti de pompe de caldura
sunt plasate n diferite zone ale cldirii pentru a oferi spaii individuale. Eficiente pentru cldirile
mari, sistemele de pompe de cldur ap -bucl, implicfurnizarea unei bucle de ap folosita pentru
nclzire i rcire, prin intermediul unui turn de rcire i sursa denclzire auxiliar ca rezerv.
Aerul este mediul de distribuie cel mai frecvent aparut inpietele mature de pompe de caldura
din Japonia i Statele Unite ale Americii. Aerul este fie trecut direct ntr-o camer de unitatea de
spatiu conditionat, fie distribuit sistemului de captare printr-un aer forat. Temperatura de ieire a
unui sistem de distribuie a aerului se aflde obicei n intervalul de 30-50 C.
Sistemele de distribuie a apei (sisteme hidraulice) sunt utilizate n mod preponderent n
Europa, Canada i partea de nord-est a Statelor Unite. Sisteme de radiatoare conventionale necesita
temperaturi ridicate de distributie, de obicei, 60-90 C. Radiatoare de joas temperatur de astzi i
convectoarele sunt proiectate pentru o temperatur maxim de lucru de 45-55C , n timp ce o
tempereatura de 30-45C este tipic sistemelor de nclzire prin pardoseal. Tabelul de mai jos
sintetizeaz cerinele tipice de temperatura pentru diferite sisteme de caldura si de distributie la rece.
Aplicare Temperatura de alimentare
Distribuia aeruluinclzirea aerului 30 - 50
ncalzirea prin pardoseal; temperatursczut(modern)
30 - 45
Sisteme hidrauliceRadiatoare 45 - 55
Temperatur nalt(conventional) radiatoare 60 - 90
Termoficare - ap cald 70 - 100
nclzirea prin pardoseal 30 - 35
nclziri distinctedupa caz
Termoficare ap cald 100 - 180
Aer rece 10 - 15
Racirea spaiului Ap rcit 5 - 15
District de rcire 5 - 8
Pentru ca o pomp de cldur s funcioneze eficient atunci cand diferenta de temperatura
dintre sursa de caldura si radiator (sistemul de distributie) este mica, temperatura de distribuie a
acestorapentru incalzire ar trebui s fie ct mai sczut posibil, n timpul sezonului n care se face
nclzirea.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
14/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 14
Tabelul urmtorprezint COP(coeficientul de performa) tipicpentru o pompa de nclzire
apa-apa care opereaz n diverse sisteme de distributie a caldurii. Temperatura sursei de cldur este
de 5C, iar cldura randamentului pompei Carnot este de 50%.
Sistemul de distribuie a cldurii COP
Radiatoare convenionale(60/50C) 2.5
nclzirea prin pardoseal(35/30C) 4.0
Radiatoare moderne (45/35C) 3.5
Sursele de cldur
Performana tehnic i economic a unei pompe de cldur este strns legat de
caracteristicile sursei de cldur. O surs de cldur ideal pentru pompele de cldur n cldiritrebuie s aib o temperatur ridicat i stabil n timpul sezonului de nclzire; ea este disponibil
din abunden, nu este corozivsau poluant, are proprieti termofizice favorabile, iar utilizarea sa
necesit investiii i costuri operaionale reduse. Cu toate acestea, n cele mai multe cazuri,
disponibilitatea sursei de cldur este factorul cheie care determin utilizarea acestuia. Tabelul de
mai jos prezint sursele de cldur frecvent utilizate.
Aerul i de evacuarea acestuia, solul iapele subterane sunt surse practice de cldur pentru
sistemele mici de pompe de cldur, n timp ce apa de mare / lac / ru, piatr (sub form geotermal)
i a apelor uzate sunt utilizate pentrusistemele mari de pompe de cldur.
Aerul nconjurtoreste gratuit i disponibil pe scar largi este cea mai comuna sursa de
cldur pentru pompele de cldur. Cu toate acestea, pompele de cldur aer-aer, ating, n medie, un
Surse de cldur utilizate n mod frecvent
Sursa de cldur Temperatura (C)
Aerul ambiental - 10 - 15
Evacuarea aerului 15 - 25
Apa subteran 4 - 10
Lacuri 0 - 10
Ruri 0 - 10
Mri 3 - 8
Roci 0 - 5
Sol 0 - 10
Ape uzate i aflueni >10
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
15/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 15
factor de performan sezonier (SPF) cu 10-30% mai mic fa depompe de cldur ap-ap. Acest
lucru se datoreaz n principal scderii rapide a capacitii deperforman, scderii de temperatur a
aerului, a diferenei relativ ridicate a temperaturii n evaporator i energiei necesar pentru
dezghearea vaporizatorului i a ventilatoarelor.
n climate uoare i umede, ngheul se va acumula pe suprafata de vaporizare n intervalul de
temperatur 0-6C, ceea ce duce la o capacitate redus a performanei sistemului de pompe de
cldur. Decongelare bobineise realizeaz prininversarea ciclului pompelor de cldur sau prin alte
mijloace, mai puin eficiente energetic. Creterea consumul de energie i coeficientul global de
performan (COP) al pompei de cldur scade odat cu creterea frecvenei de dezgheare. Folosind
dezghearea, sepoate mbunti n mod semnificativ eficiena de ansamblu a sistemelor.
Evacuarea (ventilarea) aerului este o surs de cldur comun pentru pompele de cldur
folosite n spaiilecomerciale. Pompa de cldur recupereaz cldura din aerul de ventilaiei ofer
ap i/sau nclzirea spaiului. Este necesar funcionarea continu a sistemului de ventilaie n
timpul sezonului de nclzire sau pe tot parcursul anului. Unele uniti sunt, de asemenea, concepu te
pentru a utiliza att evacuarea aerului ct i aerul ambiental. Pentru cldiri mari,pompele de cldur
bazate pe aerul de evacuare sunt adesea folosite n combinaie cu uniti de recuperare aer-aer a
cldurii.
Apele subterane sunt disponibile la temperaturi stabile (4-10C). Sistemele deschise saunchise sunt utilizate pentru ca un robinet pentru aceast surs de cldur. n sistemele deschise
apelor subterane, apa este pompat n sus, rciti apoi reinjectatntr-un rezervor separat sau ntors
n apele de suprafa. Sisteme deschise ar trebui s fie proiectate cu grij pentru a evita problemele,
cum ar fi nghearea, coroziune i ancrasarea. Sistemele
nchise pot fi, fie sisteme de expansiune direct, cu
fluidul de lucru de evaporare spre conductele
subterane, fie sisteme bucl. Datorit diferenei detemperatur suplimentarintern, sistemelebuclau n
general o performan mai sczut, dar sunt mai uor
de ntreinut. Un dezavantaj major al pompelor de
cldur de apa-sol este costul de instalare al sursei de
cldur. n plus, reglementrile locale pot impune
constrngeri severe n ceea ce privete interferenaprivind sursele de ap i posibilitatea de poluare a
solului.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
16/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 16
Sistemele bazate pe sol sunt utilizate pentru spaii comerciale i au avantaje similare
sistemelor de ap, adic au temperaturi anuale relativ ridicate. Cldur este extras din conducte
stabilite orizontal sau vertical n sol (bobine de teren orizontale/verticale) i au o expansiune direct
precum sistemele bucl.Capacitatea termic a solului variaz n funcie de coninutul de umiditate i
de condiiile climatice. Datorit extrageriicldurii din sol, temperatura acestuia va scdea n timpul
sezonului de nclzire. n regiunile reci, cea mai mare parte a energiei este extras sub form de
cldur latent, atunci cnd solul nghea. Cu toate acestea, n timpul verii soarele va ridica
temperatura la sol, ns este posibil o recuperarea complet a acesteia.
Cldura geotermalpoate fi utilizat n regiuni fr sau cu o neglijabil formare a apei
freatice. Adncimea tipica guii variaz ntre 100 i200 de metri. Cnd este nevoie de o capacitate
termic mare gurile sunt nclinate pentru a ajunge la un volum mare de piatr. Acest tip de pomp
de cldur este ntotdeauna conectat la un sistem cu bucl cu evi de plastic sudate. Unele sisteme-
geotermale sun cuplate la cldirile comerciale folosescpiatra ca sursa de cldur i de depozitare la
rece. Din cauza costului relativ ridicat al operaiunii de foraj, cldura geotermal este rareori
atractiv dinpunct de vedere economic pentru uz casnic.
Rurile i apa de lacsunt, n principiu, o surs de cldur foarte bun, dar au dezavantajulmajor al temperaturii sczut n timpul iernii (aproape de 0 C). Proiectarea sistemului necesit o
atenie sporit, pentru a evita nghearea evaporatorului.
Apa de mareeste o surs de cldur excelent n anumite condiiii este folositn principal
pentru pompele de cldur mijlocii i mari. La o adncime de 25-50 de metri, temperatura mare este
constant(5-8C), iar formarea gheaiinu aduce nicio problem (punct de congelare -1C pn la -
2C). Ambele sisteme pot fi utilizate: i celde expansiune direct, dar i cel cu bucl. Este important
s se utilizeze schimbtoare i pompe de cldur rezistente la coroziune pentru a reduce la minimumancrasarea organic n conducte a apei de mare.
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
17/18
-
8/12/2019 Pompe de Caldura Bogdan
18/18
Bogdan Andrei Rotaru - Surse de cldur neconvenionale 18
4c Grila de energie (nclzire centralizat sau "sursa rece").
5. Structura cladirii ca schimbtor de cldur.
5a Piloi de cldur.
5b Beton activat.
6. Pompe de cldur de stocare pentru energia electric verde.