Pompele de caldura

Site-ul si-a schimbat look-ul si s-a mutat la urmatoarea adresa www.gandeste-verde.com . Puteti vizualiza in continuare continutul acestui articol sau il puteti citi in noul format apasand aici .

Pompele de caldura sunt cele mai eficiente surse de energii alternative pentru echipamentele de incalzire si racire a cladirilor, utilizand sursa de caldura regenerabila din jurul nostru. Chiar si la temperaturi scazute aerul, pamantul si apa contin energie utila care este permanent reinnoita de soare. Utilizand ca surse de caldura solul, apa si aerul, se utilizeaza indirect energia solara, care este nelimitata. Utilizand putina energie, o pompa de caldura poate furniza caldura necesara. Similar, pompa de caldura poate utiliza sursele de evacuare a caldurii, cum ar fi fabricile industriale, echipamentele de racire sau de ventilare. O pompa electrica de caldura va avea nevoie de o energie de 100kWh pentru a transforma 200kWh de caldura din mediu sau evacuata in 300kWh de caldura utila.
Pompele electrice moderne de caldura, ofera posibilitati tehnice efective pentru economisirea de energie si reducerea emisiilor de CO2. Pompele de caldura pot reduce cu 6% emisiile globale de CO2, printre cel mai mare procent pe care o singura tehnologie il poate realiza. Consumurile specifice de caldura si de apa calda din Romania au valori aproximativ duble fata de cele din tarile Uniunii Europene; ca o consecinta directa si emisiile poluante sunt mai mari.
Pompele de caldura sunt folosite atunci cand: combustia directa pentru generarea caldurii nu este o utilizare eficienta a combustibilului; se doreste utilizarea energiei regenerabile; se doreste reducerea consumului de combustibil cu 35-50% daca boilerele ar fi alimentate pompe electrice de caldura, rezultand cu 35-50% mai putine emisii; se doresc economii de 50% daca pompele de caldura sunt legate de sistemele combinate de caldura si energie sau de cogenerare.
Cu pompele de caldura se poate furniza caldura necesara incalzirii spatiilor, apa calda, necesitatile de racire, acestea avand un potential foarte mare.
Pompa de caldura mai este numita si pompa termica, fiind o instalatie termodinamica complexa prin care sensul natural al transmisiei caldurii poate fi inversat. Aceasta are minimum doua surse externe: sursa rece – care preia caldura din exterior si o cedeaza prin intermediul schimbatorului de caldura-vaporizator (de exemplu aerul exterior sau aerul cald viciat evacuat, apele freatice, apa de suprafata, ape calde menajere uzate, solul etc.) si sursa calda – care preia caldura de la agentul de lucru in schimbatorul de caldura condensator si o cedeaza in exterior (de exemplu aerul cald sau apa).
Printre echipamentele folosite pentru incalzirea unei cladiri de locuinte sunt pompele de caldura apa-apa, aer-apa, sol-apa sau cu serpentine colectoare orizontale cu sonde.
Modul de functionare al pompei de caldura corespunde modului de functionare al unui agregat frigorific, dar inversat. Caldura se atrage din mediul inconjurator (sol, apa, aer) si se conduce la sistemul de incalzire. Circuitul agregatului de racire se realizeaza conform legilor fizice. Agentul de lucru, un lichid care atinge punctul de fierbere la temperatura redusa, se introduce intr-un circuit si consecutiv, se evapora, se comprima, condenseaza si se destinde.
In vaporizator se afla agent de lucru lichid la presiune redusa. Se transmite caldura sursei asupra agentului de lucru, iar agentul de lucru fierbe si vaporizeaza. Caldura necesara se preia de la sursa de caldura. Vaporii rezultati in vaporizator se aspira continuu de catre compresor si se comprima. In timpul comprimarii cresc presiunea si temperatura vaporilor. Vaporii agentului de lucru ajung din compresor in condensatorul care este inconjurat de agent termic. Vaporii se racesc si se lichefiaza (condenseaza) din nou. Caldura preluata in vaporizator si suplimentar, energia electrica transferata prin comprimare, se elibereaza in condensator prin condensare si se transfera agentului termic. In continuare se recircula agentul de lucru prin intermediul unui ventil de destindere (de laminare) in vaporizator. Agentul de lucru trece de la presiunea ridicata a condensatorului la presiunea redusa a vaporizatorului. Se incheie circuitul.

Clasificarea pompelor de caldura in functie de modul de realizare a ciclului de functionare si de forma energiei de antrenare:

1. Pompa de caldura cu comprimare mecanica de vapori – la care energia de antrenare a compresorului este data sub forma mecanica.
De exemplu instalatia de pompa de caldura cu comprimare mecanica de vapori, de tip “apa-apa” are in componenta un vaporizator, un condensator, un subracitor de lichid, un ventil de laminare, un compresor, un motor electric, o intrare/ o iesire a apei in vaporizator, o intrare apa in subracitor si o iesire a apei incalzite in condensator. Pompa de caldura are trei schimbatoare: vaporizator, condensator si subracitor de lichid. Aceasta este caracterizata printr-un coeficient de performanta (COP), egal cu caldura utila livrata consumatorului raportata la echivalentul calorical lucrului mecanic folosit. Eficienta pompei de caldura scade rapid cu cresterea diferentei de temperatura ale surselor de condensare si de vaporizare, iar eficienta termica efectiva depinde de randamentul exergetic.
Pompa de caldura de tipul apa – apa cu sursa rece apa freatica este cea mai raspandita pentru incalzirea locuintelor, datorita faptului ca aceasta are un nivel constant de temperatura.
Pentru instalatiile de climatizare a cladirilor se recomanda folosirea unui agresat reversibil de pompa de caldura tip aer-aer deoarece poate trece de la incalzirea aerului introdus la racirea aerului din spatiul interior prin inversarea sensului de circulatie a agentului de lucru cu ajutorul ventilului invertor.
Pompele de caldura aer – apa au avantajul de a se monta relativ simplu si fara lucrari speciale de amenajare, dar au ca dezavantaj faptul ca nu poate functiona monovalent, la temperaturi exterioare scazute (sub -15ºC) are nevoie de o sursa auxiliara, in sistem bivalent-paralel functioneaza eficient. O solutie “verde” la sursa auxiliara electrica o reprezinta sursa electrica alimentata de panourile solare, acest sistem fiind folosit pentru producerea apei calde menajere. Pompa de caldura cuplata cu o instalatie de incalzire solara ridica potentialul termic al agentului preparat solar pentru a putea intruni conditiile de confort. Pompa de caldura foloseste ca sursa rece apa incalzita in circuitul solar si stocata in acumulatorul termic.
Pompa de caldura cu comprimare mecanica de vapori de tip sol – apa foloseste ca sursa solul fie prin serpentine ingropate pozate orizontal (sub cota de inghet a terenului), fie prin sonde sau tevi ingropate in pozitie verticala, avand o temperatura aproximativ constanta si o eficienta a pompei acceptabila.
Pompa de caldura bazata pe energie geotermala consta in extragerea directa de caldura din apa geotermala printr-un schimbator de caldura prin suprafata, care poate fi cu placi sau un aparat multitubular. Vaporizatorul nu vine in contact direct cu apa geotermala, ci numai cu apa tratata din returul unui circuit de incalzire. Se poate folosi un schimbator de caldura geotermal, maximizand cantitatea de caldura preluata direct, dar nu prezinta nici un avantaj din punctul de vedere al eficientei efective a pompei de caldura. Daca se creste temperatura medie termodinamica a sursei reci si se reduce intervalul de pompare, eficienta efectiva a pompei de caldura va creste foarte mult.
 2. Pompa de caldura cu comprimare termochimica sau pompe cu absorbtie – energia necesara la fierbator este de natura termica, iar mediile de lucru folosite sunt solutii binare si nu au parti in miscare, ceea ce este un avantaj.
De exemplu pompa de caldura cu absorbtie LiBr –apa care elibereaza caldura in doua componente distincte – condensatorul si absorbitorul. Aceasta are componentele: sursa rece, sursa calda, absorbitor, fierbator, pompa de circulatie solutie saraca si ventilul de laminare.
 3. Pompa de caldura cu comprimare cinetica – cu ejector, care utilizeaza energia cinetica a unui jet de abur.
4. Pompa de caldura cu compresie – absorbtie, care combina avantajele sistemelor cu compresie cu cele ale pompelor cu absorbtie si ating temperaturi ridicate (pana la 180ºC), fiind foarte eficiente si utilizand solutii binare inofensive.
5. Pompa de caldura termoelectrica, care consuma energie electrica.

 Clasificarea pompelor de caldura in functie de capacitatea lor:

1. Instalatii mici, cu puteri de pana la 1kW;
    2. Instalatii de talie medie, cu puteri de antrenare intre 2 si 20 kW si puteri termice utile de maximum 100 kW;
    3. Instalatii mari, cu puteri termice utile depasind 1000 kW.

Clasificarea pompelor de caldura in functie de sursa de caldura:

1. Pompele de caldura avand ca sursa aerul (ASHP) sunt cele mai raspandite, dar sunt cu 10-30% mai putin performante decat pompele de caldura cu apa ca sursa datorita scaderii temperaturii exterioare. Capacitatea si performanta pompei de caldura scade daca pe suprafata vaporizatorului se acumuleaza gheata. Coeficientul de performanta (COP) scade cu frecventa necesitatii de dezghetare a vaporizatorului. Acestea nu sunt costisitoare comparativ cu alte pompe de caldura si pot fi folosite si ca aparate de aer conditionat.
2. Pompele de caldura avand ca sursa aerul viciat evacuat sunt folosite in cladirile rezidentiale si comerciale. Acestea recupereaza caldura din aerul ventilat si o foloseste pentru apa calda menajera sau pentru incalzirea spatiilor. Este necesara functionarea continua a sistemului de ventilare pe durata sezonului de incalzire. Unele unitati folosesc si aerul viciat evacuat si aerul exterior. La cladirile mari aceste pompe de caldura sunt folosite in combinatie cu echipamente aer- aer de recuperare a caldurii.
3. Pompele de caldura avand ca sursa apa din panza freatica sunt prezente in sistemele deschise sau inchise. Apa din panza freatica are temperaturi stabile (4-10°C) in mai multe regiuni. Sistemele deschise trebuie sa evite inghetul si corodarea. Sistemele inchise pot fi sisteme directe de expansiune cu fluidul de lucru evaporat in tevile subterane ale schimbatorului de caldura sau sisteme tip bucla, cele din urma avand o performanta scazuta, dar fiind mai simplu de intretinut. Un dezavantaj al acestor pompe de caldura este costul instalarii sursei de caldura. Acestea se preteaza foarte bine la sistemele de joasa de temperatura, de genul celor de incalzire radianta prin pardoseala.
 4. Pompele de caldura avand ca sursa solul sunt utilizate pentru cladirile rezidentiale si comerciale si au avantaje similare cu sistemele cu pompe de caldura avand apa ca sursa. Caldura este extrasa din tevi orizontale sau verticale in sol. Capacitatea termica a solului variaza in functie de umiditatea lui si de conditiile climatice. Pompele de caldura avand ca sursa solul de la Energy Star pot fi cu 40%-60% mai eficiente decat pompele de caldura avand ca sursa aerul, fiind si mai silentioase si putand incalzi apa, dar au un cost de doua ori mai mare decat celelalte.
 5. Pompele de caldura avand ca sursa energia geotermala (GSHP – Ground Source Heat Pump) au foraje la adancimi de 100-200 metri. Au un cost foarte ridicat datorita necesitatii forajelor si nu este atractiva solutia pentru utilizarea domestica. Acestea pompeaza caldura din sau catre subteran si folosesc solul ca sursa de caldura iarna si ca mod de racire a aerului vara.
   6. Pompele de caldura avand ca sursa apa din rauri sau lacuri au ca dezavantaj temperaturile scazute (aproape 0°C) iarna, iar proiectarea sistemului trebuie sa evite inghetul vaporizatorului.
7. Pompele de caldura avand ca sursa apa marii sunt folosite pentru instalatii medii sau mari. La o adancime de 25-50 metri temperatura apei marii este constanta (5-8°C) si inghetul nu este in general o problema (punctul de inghet fiind cuprins intre -1°C si -2°C). Se folosesc schimbatoare de caldura si pompe rezistente la coroziune.
 8. Pompele de caldura avand ca sursa apa uzata sau efluenti (de apa uzata tratata sau netratata; industriali; ai uzinelor de refrigerare). Aceste ape sunt caracterizate prin temperaturi inalte si constante in timpul anului. Cladirile rezidentiale si comerciale nu folosesc acest sistem deoarece distanta pana la aceste surse este foarte mare, iar fluxul de caldura este variabil. Aceste surse sunt folosite de cladirile industriale pentru a economia de energie.
Utilizarea pompele de caldura avand ca surse energiile regenerabile sau deseurile termice este o alternativa pentru viitor la utilizarea surselor pe baza de combustibili fosili care sunt epuizeaza si produc emisii mari de CO2, astfel reducem emisiile, utilizam energiile regenerabile ale naturii si gestionam mai bine deseurile produse. Pentru aceasta trebuie consumate durabil sursele de energie regenerabila si eficientizata utilizarea deseurilor termice.

BIBLIOGRAFIE:

“Energiile regenerabile si utilizarea acestora” – Natalia Burchiu, V. Burchiu, V. Dragan, I. Gheorghiu, Editura Atlas Press, Capitolul 8, paginile 201-222
http://www.heatpumpcentre.org/en/aboutheatpumps/howheatpumpsachieveenergysavings/Sidor/default.aspx
http://instalatii.utcb.ro/site/proiectecoordonare/serefen/pc.pdf
www.ipd-tec.com
http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pump

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s

%d blogeri au apreciat asta: