Analiza comparativa a pompelor de caldura necesare incalzirii unei locuinte unifamiliale
CUPRINS
1. Pompe de căldură .......................................................................................3
1.1 Rolul pompelor de căldură ......................................................... .............................. .........................................3 ..............3 1.2 Evoluţia utilizării pompelor de căldură ......................................................6 .............................. ........................6 1.3 Surse de căldură.................................... căldură............................................................... ...................................................6 ........................6 1.4 Principiul Principiul de funcţionare a unei unei pompe pompe de căldură .................................11 .......................... .......11 1.5 Reimuri eneretice de funcţionare........................................... funcţionare.........................................................13 ..............13 1.6 Eficienţa Eficienţa termică termică a pompelor de căldură. !"P .......................................14 .......................... .............14 1.# !lasificarea pompelor de căldură .................................................... ............................ ................................15 ........15
2. Tipuri de pompe de caldura $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$1%
2.1 Pompa de căldură aer&apă........................................ aer&apă................................................................ ...............................1% .......1% 2.2 Pompa de căldură apă&apă ...................................................... ........................... ..........................................1' ...............1' 2.3 Pompa Pompa de căldură căldură sol&apă cu colectori orizontali.................................. orizontali.....................................21 ...21 2.4 Pompa de căldură sol&apă cu sonde....................................... sonde........................................................24 .................24
. Avanta!ele pompelor de caldura $$$$$$$$$$$$$$$$$..2% ". Prezentarea imo#ilului $i descrierea amplasamentului amplasamentului $$$$$$$.3( %. &eterminarea necesarului de căldură pentru incalzire al imo#ilului .....34 '. Analiza te(nico)economica$$$$$$$$$$$$$$$$$$$....42 *. +i#lio,rafie$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$.5(
2
CUPRINS
1. Pompe de căldură .......................................................................................3
1.1 Rolul pompelor de căldură ......................................................... .............................. .........................................3 ..............3 1.2 Evoluţia utilizării pompelor de căldură ......................................................6 .............................. ........................6 1.3 Surse de căldură.................................... căldură............................................................... ...................................................6 ........................6 1.4 Principiul Principiul de funcţionare a unei unei pompe pompe de căldură .................................11 .......................... .......11 1.5 Reimuri eneretice de funcţionare........................................... funcţionare.........................................................13 ..............13 1.6 Eficienţa Eficienţa termică termică a pompelor de căldură. !"P .......................................14 .......................... .............14 1.# !lasificarea pompelor de căldură .................................................... ............................ ................................15 ........15
2. Tipuri de pompe de caldura $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$1%
2.1 Pompa de căldură aer&apă........................................ aer&apă................................................................ ...............................1% .......1% 2.2 Pompa de căldură apă&apă ...................................................... ........................... ..........................................1' ...............1' 2.3 Pompa Pompa de căldură căldură sol&apă cu colectori orizontali.................................. orizontali.....................................21 ...21 2.4 Pompa de căldură sol&apă cu sonde....................................... sonde........................................................24 .................24
. Avanta!ele pompelor de caldura $$$$$$$$$$$$$$$$$..2% ". Prezentarea imo#ilului $i descrierea amplasamentului amplasamentului $$$$$$$.3( %. &eterminarea necesarului de căldură pentru incalzire al imo#ilului .....34 '. Analiza te(nico)economica$$$$$$$$$$$$$$$$$$$....42 *. +i#lio,rafie$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$.5(
2
1. PP-P P/ / &/ &/ CA0 CA0&U &URA RA
1.1. Rolul pompelor de căldură )int )intre re dife diferit ritel elee form formee de ener eneri ie* e* util utiliz izat atee in actu actual alaa etap etapaa de dezv dezvol olta tare re a te+nicii *eneria termica are ponderea cea mai mare in ,alanta eneretica a unei tari .)atorita acestui fapt* se depun eforturi sustinute pentru asirea cailor optime de folosire a ener eneri iei ei term termic icee *cu *cu scop scopul ul scop scopul ul econ econom omis isir iriiii resu resurs rsel elor or ener enere etitice ce prim primar aree de com,usti,ili. !rizele petroliere din anii 1'#3 si 1'#'* impreuna cu discutiile asupra eneriei pe care care le&au le&au enera enerat* t* au determ determina inatt o putern puternica ica const constien ientiz tizare are a pro,le pro,lemel melor or leate leate producerea si utilizarea eneriei. !ateva dintre acestea sunt &cresterea permanenta la nivel mondial a consumului de com,usti,ili &puternica dependenta a unor state /in special a celor puternic dezvoltate0 de importul de enerie &poluarea mediului am,iant datorita emisiilor de su,stante nocive precum si prin caldura deaata. Se apreciaza ca de la inceputul erei noastre pana in 1''(* s&a consumat o cantita cantitate te de eneri eneriee ec+iv ec+ivale alenta nta cu 42( miliar miliarde de tone tone de com,us com,usti, ti,ilil conve conventi ntiona onal.l. ceeasi cantitate se apreciaza ca va fi consumata in perioada 1''(&2(1% si mai tarziu in intervale din ce in ce mai scurte. ceasta crestere a consumului mondial de enerie c+iar si in conditiile scaderii consumului pe cap de locuitor se datoreaza in primul rand puternicii cresteri demorafice din tarile in curs de dezvoltare. n conformitate cu ultimele rezultate ale cercetarilor din domeniul resurselor de enerie* se apreciaza ca rezervele disponi,ile si eploata,ile de com,usti,ili fosili sunt ec+ivalente cu 1263 miliarde tone de com,usti,il conventional. ceasta cantitate este de circa trei ori mai mare decat cea care va fi consumata in perioada 1''(&2(1%. )in analiza consumului total de enerie primara din cadrul niunii 3
Europene* se poate vedea ca aproimativ %27 se face in domeniul rezidential si cel industrial. )in aceasta 4#7 este utilizata pentru incalzirea locuintelor si pentru producerea caldurii caldurii necesare necesare diverselor diverselor procese industria industriale.Se le.Se estimeaza estimeaza ca aproimativ aproimativ 3(7 din eneria aferenta proceselor industriale este eli,erata la de,ite si temperature care ar permite o reutilizare a acesteia. ceasta reprezinta 127 din consumul total de enerie primara. n anumite cazuri *de eemplu in scopuri de confort sau in anumite procese te+noloice* eneria termica tre,uie sa ai,a un potential termic redus* corespunzator unor temperaturi care nu depasesc 1(($15( 8!. Prin arderea com,usti,ililor clasici *c+iar si ai celor inferiori enria termica se o,tine la un nivel termic ridicat ce corespunde unor temperaturi cuprinse intre15(($2((( 8!. 9a acest nivel *eeria caldurii partea maima care poate fi transformata in lucru mecanic & are valori insemnate *iar utilizarea in scopuri cum ar fi incalzirea apei intr&un cazan de apa fier,inte duce la pierderi eneretice insemnate si reducerea eficientei instalatiei .n aceste conditii* solutia rationala consta in valorificarea imenselor cantitati de caldura care pot fi preluate din mediul am,iant. " astfel de solutie o reprezinta utilizarea pompelor de caldura pentru incalzire si prepararea apei calde menajere. Pompele de caldura ofera posi,ilitati te+nice efective pentru economisirea de enerie si reducerea emisiilor de !"2. Pompele de caldura ofera premisele te+noloice necesare pentru a folosi eficient eneria eneria solara inmaazinata inmaazinata in apa* sol si aer su, forma de caldura ecoloica. ecoloica. Ele o,tin aproimativ aproimativ trei sferturi sferturi din eneria necesara necesara pentru pentru incalzire incalzire din mediul mediul inconurat inconurator* or* iar pentru restul utilizeaza ca enerie de actionare curentul electric dupa cum reiese din fiura 1.1.
:iura 1.1. Sc+ema eneretica eneretica a pompei pompei de caldura
4
tilizarea pe scara lara a surselor reenerative de enerie este impiedicata datorita neeconomicitatii acestora sau a suprafetelor mari necesare. ;ariatiile zilnice sau sezoniere la nivelul sursei de enerie reprezinta o piedica suplimentara. Pompele de caldura ca sisteme de conversie a eneriei sunt masini termice care pot ridica calitatea caldurii de la un nivel scazut de temperatura pana la un nivel ridicat de temperatura. Ele pot furniza in mod o,isnuit caldura pana la temperaturi de 12( ( !. Pentru incalzirea cladirilor* caldura este necesara la o temperatura mai mica de '( ( !* ceea ce inseamna ca pompele de caldura pot furniza pentru intreaa piata din domen domeniul iul incalz incalzirii irii cladir cladirilor ilor** asta asta reprez reprezent entand and 267 din consu consumul mul total total de eneri eneriee primara. )atorita temperaturilor mai mari de 4(( (! necesare in industrie* pompele de caldura pot furniza numai 27 din intreul necesar de caldura. :unctionarea oricarei instalatii de incalzire produce emisii poluante. )e eemplu cazanul pe com,usti,il lic+id al unei instalatii de incalzire si prepararea apei calde menaere pentru casa unei sinure familii produce in medie pe an- 6< funinine* 41< acid sulfuric* 1%< monoide de car,on* 3% < ozid de azot si 12(( < dioid de car,on. =oate aceste su,stante prezinta ele insele un pericol pentru mediul am,iant* contri,uind totodata la cresterea efectului de sera. n cazul utilizarii eneriei electrice si a termoficarii in scopul incalzirii* emisiile de su,stante nocive se deplaseaza catre centralele termo&electrice sau catre centrele de teroficare* astfel incat la locul de producere a caldurii nu sunt eli,erate noe poluante* contri,uind la scaderea poluarii aerului in zonele dens populate mai ales in perioada de iarna. )esi maoritatea pompelor de caldura sunt actionate de enerie electrica* marindu& se in acest acest fel consumul consumul de electricitate* electricitate* tot se va reduce reduce consumul consumul total de com,usti,i com,usti,ilili fosili fosili atunci atunci cand cand sunt sunt inlocu inlocuite ite sistem sistemele ele conven conventio tional nalee de incalz incalzire. ire. >odul >odul in care care pompele de caldura vor reduce emisiile poluante depinde de te+noloia pe care o inlocuiesc aceste pompe si de sursa de enerie de actionare. n cazul in care eneria de actionare este enerie electrica* reducerea depinde de modul de producere a acesteia. )aca eneria electrica nu este produsa pe ,aza de com,usti,ili fosili* se asteapta o reducere foarte puternica c+iar si atunci cand eneria electrica este produsa din com,usti,ili fosili * pompele de caldura pot reduce emisiile de dioid de car,on cu 3( pana la 5(7 in comparatie cu cazanele clasice. Reducerea se datoreaza faptului ca este nevoie de o enerie mult mai mica de actionare. ctivitatea de cercetare tre,uie tre,uie orientata in urmatoarele directii-
5
•
asirea de noi aenti de lucru care sa posede un potential minim de distruere a ozonului si o contri,utie cat mai mica la efectul de sera si sa nu prezinte toicitate sau imflama,ilitate
•
ridicarea eficientei pompelor de caldura prin utilizarea de noi cicluri de lucru* de aenti termici de lucru si de componente constructive optimizate
•
realizarea de pompe de caldura pentru temperaturi ridicate
•
determinarea ec+ili,rului optim dintre calitatea ec+ipamentelor / in scopul limitarii scaparilor* a cresterii duratei de viata si a siurantei0 pe de o parte* si timpul de recuperare a investitiilor pe de alta parte.
1.2. Evolutia utilizarii pompelor de caldura vand in vedere ca pompele de caldura isi etra o mare parte de enerie din mediul inconurator / apa * pamant* aer0 sunt considerate a fi o sursa de enerie reenera,ila in Elvetia* "landa* )anemarca* :inlanda si ?orveia. n niunea Europeana* pompa de caldura ar putea contri,ui la onorarea unor anaamente privind furnizarea unui procent de 127 din consumul intern de enerie din sursele reenera,ile. n S* pompa de caldura este din ce in ce mai folosita* iar dezvoltarea acesteia este sustinuta de entia de Protectie a >ediului nconurator din S.celasi lucru se intampla si in !anada unde >inisterul Resurselor ?aturale isi ofera tot spriinul in aceste sens. n Elvetia* pompa de caldura acopera dea 4(7 din noua piata de desfacere avand ca o,iectiv atinerea unui procent de 5(7 pana in 2(1(. )atorita spriinului venit din partea @iroului :ederal de Enerie* pompa de caldura reprezinta su,iectul unor campanii stimulative in continua crestere in lupta impotriva efectului de sera si a folosirii eneriei reenerative. n Aermania* piata pompelor de caldura a crescut cu 237 intre 1''#si 1''%. Suedia* dea ec+ipata cu pompe de caldura* are ca o,iectiv du,larea numarului de pompe de caldura instalate* aunand la un numar de 62(.((( pana in 2(1(.
6
1.3. Surse de caldura )upa cum se stie * pompele de caldura produc aproimativ trei sferturi din eneria necesara pentru incalzire din eneria solara acumulata in mediul am,iant * iar pentru restul folosesc eneria electrica. Eneria solara este ecoloica si reenerativa. n fiura 1.2. se prezinta distri,utia radiatiei solare la nivelul atmosferei si a solului astfel•
1'7 este a,sor,ita de vapori* ozon si praf
•
%7 este disipata in atmosfera
•
47 este a,sor,ita de catre nori
•
1#7 este reflectata de catre nori
•
67 este reflectata de catre pamant
•
467 este a,sor,ita de catre pamant.
:iura 1.2. )istri,utia radiatiei solare
=emperatura surselor naturale ca aerul* solul* apele freatice si de suprafata* variaza in concordanta cu variatia anuala a temperaturii cu o atenuare si o defazare in timp mai mare sau mai mica. ceasta inseamna ca tocmai atunci cand necesarul de caldura este maim avem cel mai mic disponi,il de caldura de la sursele naturale.
7
Prin urmare sursele naturale care depind in mica masura de temperatura eterioara sunt cele mai indicate in procesul de alimentare cu caldura al locuintelor. n fiura 1.3. este prezentata variatia medie a temperaturii pentru sol* aer si apa freatica pe parcursul intreului an.
:iura 1.3. ;ariatia temperaturii surselor naturale pe parcursul intreului an Se o,serva ca apa freatica /reprezentata cu verde0 are temperatura cea mai constanta pe parcursul intreului an.Solul /reprezentat cu al,en inc+is0 are temperatura cea mai constanta pe parcursul intreului an. Solul /reprezentat cu al,en inc+is0 prezinta o variatie mai mare de temperatura fata de apa freatica. erul /reprezentat cu al,en desc+is0 prezinta cele mai mari variatii de temperatura pe parcursul intreului an de aceea nu este recomandat pentru incalzirea cladirilor. Pentru utilizarea practica a surselor de enerie* pe lana o temperatura cat mai constanta pe parcursul intreului an mai tre,uie respectate urmatoarele criterii •
disponi,ilitate suficienta
•
capacitate cat mai mare de acumulare
•
nivel cat mai ridicat de temperatura
•
reenerare suficienta
•
captare economica
•
timp redus de asteptare
•
sa nu fie coroziva 8
Pe lana sursele naturale de enerie care reprezinta de fapt acumulatori de enerie solara se mai poate utiliza si caldura evacuata din diferite procese te+noloice. erul am,ient si cel evacuat din sistemele de climatizare* solul si apa freatica sunt surse de caldura pentru pompele de caldura de puteri mici* in timp ce apa de mare* lac sau rau* rocile* apa eotermala si apa te+noloica sunt utilizate pentru pompe de caldura de puteri mari. Aerul ambient este
ratis si disponi,il peste tot* reprezentand cea mai o,isnuita sursa de caldura pentru pompele de caldura. cele pompe de caldura care utilizeaza aerul drept sursa de caldura atin insa coeficienti de performanta sezonieri cu 1(&3(7 mai redusi decat in cazul utilizarii apei ca sursa de caldura. ceasta se datoreaza in special scaderii rapide a randamentului si puterii odata cu scaderea temperaturii eterioare* a diferentei relativ mari de temperatura din vaporizator si a eneriei suplimentare necesare pentru deivrare si pentru functionarea ventilatoarelor. n conditii climatice ,lande si umede* pe suprafata vaporizatorului se acumuleaza +eata* ceea ce duce la scaderea puterii si a randamentului pompei de caldura. )eivrarea ,ateriilor se realizeaza prin inversarea ciclului functional al pompei de caldura sau prin intrarea in functiune a unei rezistente electrice. n acest mod creste consumul de enerie* iar !"P&ul total al pompei de caldura va scadea odata cu cresterea frecventei deivrarilor. Eficienta totala poate fi marita prin controlul frecventei cu care se face deivrarea mai dera,a decat prin controlul timpului de functionare.tilizarea aerului drept sursa de caldura se recomanda in special in cazul cladirilor eistente* unde pompele de caldura aer&apa sau aer&aer isi pot aduce contri,utia la incalzire prin functionarea in sistem ,ivalent* completand deci incalzirea clasica ,azata pe arderea unui com,usti,il. Puterea termica a areatelor de pompa de caldura functionand cu aer ca sursa de caldura este sta,ilita de catre constructorul acestora inca din fa,rica.Pompele de caldura aer&apa pot functiona pe perioada intreului an* intocmai ca si pompele de caldura ce etra caldura din sol sau din apa freatica. =re,uie insa o,servat ca puterea termica de incalzire a unei astfel de pompe de caldura variaza foarte mult in functie de temperatura aerului utilizat ca sursa de caldura. stfel* la inceputul si sfarsitul perioadei de incalzire /toamna si primavara0* puterea termica de incalzire este mult mai mare decat in cea mai rece zi a anului si simtitor mai mare decat necesarul de caldura al cladirii /daca pompa de caldura a fost andita sa functioneze in reim monovalent0. )in acest motiv* un astfel de tip de pompa de caldura tre,uie dotata cu un sistem de relare a puterii termice livrate consumatorului de caldura. 9
Aerul evacuat din
sistemele de climatizare reprezinta o sursa de caldura o,isnuita pentru pompele de caldura din cladirile comerciale si rezidentiale. Prin recuperarea caldurii din aerul evacuat* pompele de caldura realizeaza incalzirea apei siBsau a spatiilor. n timpul perioadei de incalzire sau c+iar in decursul intreului an este necesara functionarea continua a sistemului de climatizare&ventilare. nele tipuri de pompe de caldura sunt astfel proiectate incat sa utilizeze atat aer am,iant cat si aer evacuat. n cazul cladirilor mari* pompele de caldura avand ca sursa de caldura aerul evacuat sunt de multe ori cuplate cu sisteme de recuperare a caldurii de tip aer&aer. Apa freatica prezinta o temperatura constanta /4&1((!0 in multe zone. Pentru utilizarea ei sunt folosite sisteme inc+ise sau desc+ise. n sistemele desc+ise* apa su,terana este pompata* racita si apoi reinectata intr& un put separat sau returnata catre apa de suprafata. Sistemele de suprafata tre,uiesc proiectate cu mare atentie* pentru evitarea pro,lemelor leate de in+et* coroziune si colmatare. Sistemele inc+ise pot fi si sisteme cu detenta directa /in care aentul termic de lucru vaporizeaza in interiorul tevilor montate su,teran0* sau sisteme cu aent intermediar. Sistemele cu aent intermediar prezinta in eneral performante te+nice mai scazute* dar sunt mai usor de intretinut. )ezavantaul maor al acestor pompe de caldura este costul ridicat al lucrarilor pentru eploatarea sursei de caldura. Eista totodata posi,ilitatea unor constraneri suplimentare enerate de leislatia privitoare la protectia stratului de apa freatica si la preintampinarea poluarii solului. Solul prezinta aceleasi avantae ca si apa freatica* si anume are temperaturi medii anuale ridicate. !aldura este etrasa cu autorul unor conducte inropate orizontal sau vertical in sol* iar sistemele pot fi de asemenea cu detenta directa sau sisteme cu aent intermediar. !apacitatea termica a solului depinde de umiditatea acestuia si de conditiile climatice. )atorita etraerii de caldura din sol* temperatura acestuia va scadea in decursul perioadei de incalzire. n reiunile foarte reci* cea mai mare parte a caldurii este etrasa su, forma de caldura latenta* atunci cand solul in+eata. !u toate acestea in timpul perioadei de vara* radiatia solara incalzeste solul* iar refacerea potentialului termic este posi,ila in totalitate. Solul prezinta capacitatea de a inmaazina sezonier caldura provenita de la soare* lucru care conduce la o,tinerea unei temperaturi relativ constante a acestei surse de caldura si la atinerea unor coeficienti sezonieri de performanta de valori ridicate. !ontri,utia eneriei eotermice adica a acelui flu de caldura indreptat de la interiorul catre eteriorul pamantului este atat de redusa incat poate fi neliata. Rezulta deci ca eneria etrasa din sol de catre acest tip de pompe de caldura provine aproape 10
eclusiv de la soare.Pompele de caldura pentru cladirile de locuit si care utilizeaza solul drept sursa de caldura sunt astazi eecutate su, forma de instalatii compacte* ce pot fi montate cu usurinta in cladire. !aldura preluata de la sursa de caldura este transportata cu autorul unui amestec antiel* al carui punct de in+et se situeaza la circa &15 (!. Prin aceasta se asiura faptul ca sonda nu va in+eta in timpul functionarii. Etraerea caldurii din sol se poate face cu autorul unui sistem de tevi din material sintetic* cu o mare suprafata de trasfer. Caldura geotermala poate fi utilizata ca sursa de caldura acolo unde apa freatica este foarte putina sau lipseste total. dancimea foraelor atine 1((...2((m. tunci cand este necesara o capacitate termica ridicata* foraele se fac inclinat pentru a cuprinde un volum mai mare de stanca. cest tip de pompa de caldura este intotdeauna conectat la un sistem de aent intermediar realizat din conducte din plastic. nele dintre pompele de caldura de acest tip destinate cladirilor comerciale utilizeaza masivul pentru acumularea caldurii sau a friului. !osturile ridicate ale operatiunilor de fora impiedica insa utilizarea caldurii eotermale ca sursa pentru pompele de caldura domestice. Apa de rau si de lac este in principiu o sursa foarte ,una de caldura* dar are ca principal dezavanta o temperatura scazuta in timpul iernii /apropiata de ((!0. )in acest motiv tre,uiesc luate masuri de siuranta pentru a evita in+etatrea vaporizatorului. Apa de mare este o sursa ecelenta de caldura si este utilizata in special pentru pompe de caldura de puteri medii si mari. 9a adancimea de 25&5(m* apa de mare are temperatura constanta de 5&%(!* iar formarea +etii nu mai constituie o pro,lema /Punctul de in+et este la &2(!0. Se pot folosi atat sistemele cu detenta directa cat si sistemele cu aent intermediar. Pentru preintampinarea coroziunii si a colmatarii cu su,stante oranice tre,uiesc luate masuri constructive speciale in realizarea sc+im,atoarelor de caldura a pompelor si a conductelor. Apa tehnologica se caracterizeaza prin temperaturi constante si relativ ridicate in tot timpul anului. Principalele pro,leme sunt leate de distanta pana la utilizator si de variatia fluului de caldura transportat. !a posi,ile eemple privind sursele de caldura din acesta cateorie sunt- efluentii provenind din canalizare /apa de canalizare tratata si netratata0* efluentii industriali* precum si apa de racire /pentru condensare0 de la procese industriale sau din producerea de enerie electrica.
11
1.4. Principiul de functionare al pompelor de caldura >odul de funcţionare al pompei de căldură corespunde modului de funcţionare al unui friider după cum se vede Ci din fiura urmatoare-
:iura 1.4. :uncţionarea pompei de căldură Dn cazul friiderlui* aentul de răcire scoate căldura cu autorul vaporizatorului* iar prin intermediul condensatorului aparatului* aceasta se transferă in ncăpere. Dn cazul pompei de căldură* căldura se etrae din mediul nconurător /sol* apă* aer0 Ci se conduce la sistemul de ncălzire. !ircuitul areatului de răcire se realizează conform leilor fizicii. entul de lucru* un lic+id care atine punctul de fier,ere la o temperatură redusă* se conduce ntr&un circuit inc+is Ci consecutiv se evaporă* se comprimă* se condensează Ci se destinde. Dn vaporizator se află aent de lucru lic+id la presiune redusă. ?ivelul de temperatură al căldurii ecoloice din vaporizator este mai ridicat decFt domeniul de temperaturi de fier,ere corespunzător presiunii aentului de lucru. ceastă diferenţă de temperatură conduce la o transmitere a căldurii ecoloice asupra aentului de lucru* iar aentul de lucru fier,e Ci vaporizează. !ăldura necesară se preia de la sursa 12
de căldură. ;aporii rezultaţi din aentul de lucru se aspiră continuu din vaporizator de către compressor Ci se comprimă. Dn timpul comprimării cresc presiunea Ci temperatura vaporilor. ;aporii aentului de lucru aun din compresor n condensator care este nconurat de aent termic. =emperatura aentului termic este mai redusă decFt temperatura de condensare a aentului de lucru* astfel ncFt vaporii se răcesc Ci se lic+efiază din nou. Eneria preluată n vaporizator Ci suplimentar* eneria electrică transferată prin comprimare* se eli,erează n condensator prin condensare Ci se transferă aentului termic.Dn continuare se recirculă aentul de lucru prin intermediul unui ventil de destindere n vaporizator. entul de lucru trece de la presiunea ridicată a condensatorului la presiunea redusă a vaporizatorului. 9a intrarea n vaporizator se atin din nou presiunea Ci temperatura iniţială * si astfel circuitul se nc+ide.
1.5. Reimuri eneretice de functionare ale pompelor de caldura Reimul de funcţionare a pompelor de căldură* tre,uie adaptat la tipul sistemului de ncălzire al o,iectivului pe care l deservesc* dacă acesta este dea realizat* iar pompele de căldură nlocuiesc ec+ipamente eistente funcţionFnd cu com,usti,ili clasici. Dn aceste situaţii* o restricţie importantă este reprezentată de faptul că temperatura maimă pe care o pot realiza pe tur pompele de căldură este de 55G!* iar peste această temperatură pompele de căldură pot funcţiona doar n cupla cu alte surse de ncălzire. Dn clădirile noi* sistemul de ncălzire va fi special proiectat pentru aceste ec+ipamente Ci va fi caracterizat prin nivelul redus al temperaturii aentului de ncălzire. Dn cazul ncălzirii prin pardoseală CiBsau pereţii laterali* temperatura aentului de ncălzire* poate co,ori pFnă la valori de cca. 35G! pe tur* sau c+iar su, această valoare. )in punct de vedere al soluţiilor te+nice utilizate pentru ncălzire Ci preparare a apei calde menaere* eistă mai multe reimuri posi,ile de funcţionare a pompelor de căldură& Regim de functionare monovalent pompa de căldură este unica sursă de căldură & Regim de functionare bivalent pompa de căldură este utilizată n com,inaţie cu o altă sursă de căldură care funcţionează cu com,usti,il solid* lic+id sau azos* ec+ipamente de captare a eneriei solare* etc & Regim de functionare monoenergetic pompa de căldură este utiliztă n com,inaţie cu un alt sistem de ncălzire care funcţionează tot cu enerie electrică. !ea mai ntFlnită situaţie de acest tip* este cea n care apa caldă menaeră este doar prencălzită n pompa 13
de căldură* fiind utilizat Ci un alt dispozitiv de ncălzire a apei* fie un ncălzitor electric instant* fie o rezistenţă electrică montată n ,oilerul pentru prepararea apei calde menaere.
Dn cazul utilizării pompelor de căldură n reim monovalent sau monoeneretic* un interes deose,it este prezentat de utilizarea sistemului de tarifare diferenţiată a eneriei electrice pe timp de zi Ci de noapte* sistem care n RomFnia este disponi,il la cerere Ci care poate reduce semnificativ valoarea facturilor de enerie electrică.Reimul de functionare conteaza foarte mult la dimensionarea P)!) P&C supradimensionata pe lana faptul ca mareste costurile de investitii duce la o functionare defectuoasa a pompei aunandu&se la porniri si opriri mai dese si implicit la uzura prematura a ec+ipamentului. ) P&C su#dimensionata duce la marirea timpului de functionare cu aceleasi efecte de uzura a componentelor.
1.6. Eficienta termica a pompelor de caldura.!oeficientul de performanta !u o pompă de căldură se poate mări* prin alimentarea cu enerie mecanică temperatura surselor de căldură neutiliza,ile ca de eemplu aerul* apa freatică sau solul. Pentru a o,ţine un indice de putere momentan ridicat se tinde să se aună la puterea minimă pe tur de 358!* la ncălzirea prin pardoseală . !antitatea mai mare de căldură* cea cu care de eemplu se alimentează o instalaţie de ncălzire nu provine de la eneria de acţionare a compresorului* ci este n principal enerie solară care se acumulează pe cale naturală n sol* aer sau apă. ceastă cantitate poate fi n funcţie de tipul acumulatorului de căldură* mai ales de nivelul de temperatură* de trei pFnă la cinci ori mai mare decFt eneria cu care se alimentează compresorul. Coeficientul de performanta COP al
unei pompe de caldura * reprezinta raportul
dintre puterea de incalzire a acesteia si puterea electrica a,sor,ita de la retea. cesta depinde de ecartul de temperature dintre sursa rece si sursa calda. Pompele de caldura functioneaza cu atat mai economic *cu cat diferenta dintre temperatura mediului ales ca sursa enerie/sursa rece0 si temperatura aentului termic din circuitul de incalzire /sursa calda0 este mai redusa . )e aceea se vor folosi sisteme de 14
incalzire care functioneaza la temperaturi co,orate - ventiloconvectoare * incalzire in pardoseala * in pereti.
15
!u cFt diferenţa de temperatură dintre sursa de căldură Ci instalaţia de utilizat căldura este mai mică cu atFt mai mare /mai ,un0 este indicele de putere. Eficienţa termică medie anuală H a instalaţiei cu pompe de căldură se calculează ca raport dintre căldura cedată pe timp de un an de către instalaţia de pompe de căldură Ci puterea electrică a,sor,ită de către instalaţia de pompe de căldură pe timp de un an /relaţia 1.20 H I JKp B K
/1.10
*unde JKp& este cantitatea de caldura descarcata de catre instalatie pe parcursul unui an *in LK+ K& este eneria electrica cu care se alimenteaza instalatia pet imp de un an in LK+ .
1.#. !lasificarea pompelor de caldura Sunt cunoscute mai multe puncte de vedere n conformitate cu care sunt clasificate instalaţiile de pompe de căldură* o clasificare completă Ci riuroasă fiind foarte dificilă din cauza numeroaselor tipuri constructive Ci condiţiilor de funcţionare. În funcţie de modul de realizare al ciclului de funcţionare, precum şi de forma energiei de antrenare există următoarele tipuri de pompe de căldură: &Pompe de căldură cu comprimare mecanică de vapori sau aze* prevăzute cu compresoare cu piston* tur,ocompresoare* compresoare elicoidale antrenate de motoare electrice sau termice.Dn cazul acestei pompe de căldură este posi,ilă atinerea unor temperaturi ridicate cu autorul sistemelor n mai multe trepte* dar acestea sunt complee Ci necesită investiţii mari. Pro,lema c+eie constă n ăsirea unor fluide capa,ile să condenseze la temperaturi peste 12(8!. tilizarea amestecurilor non&azeotrope poate contri,ui la soluţionarea pro,lemei Ci permite c+iar atinerea unei eficienţe ridicate. &Pompe de căldură cu comprimare cinetică* prevăzute cu compresoare cu et /eectoare0 Ci care utilizează eneria cinetică a unui et de a,ur. )atorită randamentului foarte scăzut al eectoarelor Ci al consumului ridicat de a,ur de antrenare acest tip de pompe de căldură este din ce n ce mai puţin utilizat. &Pompe de căldură cu comprimare termoc+imică sau cu a,sor,ţie care consumă enerie termică* electrică sau solară. Ele prezintă avantaul de a utiliza căldura recupera,ilă cu un preţ scăzut Ci nu prezintă părţi mo,ile n miCcare &Pompe de căldură cu compresie&resor,ţie se află ncă n stare eperimentală dar 16
sunt foarte promiţătoare deoarece com,ină avantaele sistemelor cu compresie cu cele ale sistemelor cu a,sor,ţie. ceste pompe sunt capa,ile să atină temperaturi ridicate de pFnă la 1%( 8! Ci valori ridicate ale eficienţei. enţii termici de lucru pot fi soluţii ,inare inofensive. &Pompe de căldură termoelectrice ,azate pe efectul Peltier Ci care consumă enerie electrică. După puterea instalată pompele de căldură pot fi: &instalaţii mici- folosite pentru prepararea apei calde sunt realizate n co m,inaţie cu friiderele avFnd o putere de pFnă la 1 LK. &instalaţii milocii- destinate n principal pentru climatizare Ci ncălzire pe ntreaa durată a anului n locuinţe relativ mici Ci ,irouri. Puterea necesară acţionării este cuprinsă ntre 2 pFnă la 2( LK iar puterea termică poate aune pFnă la 1(( LK. &instalaţii mari- pentru condiţionare Ci alimentare cu căldură. ceste instalaţii sunt cuplate de reulă cu instalaţii de ventilare* de multe ori avFnd Ci sarcină friorifică servind la răcirea unor spaţii de depozitare sau servind patinoare artificiale. Puterea de acţionare este cuprinsă ntre cFtiva zeci Ci sute de LK iar puterea termică depăCeCte n eneral 1((( LK. &instalaţii foarte mari- folosite n industria c+imică* farmaceutică pentru instalaţii de vaporizare* concentrare* distilare. Puterea termică depăCeCte cFteva mii de LK Ci din această cauză sunt acţionate numai de compresoare. În funcţie de domeniul de utilizare al pompelor de căldură se pot clasifica în: &Pompe de căldură utilizate pentru ncălzirea Ci condiţionarea aerului n clădiri. ceste pompe de căldură utilizează aerul atmosferic ca sursă de căldură* fiind recomanda,ile n reiunile cu climat temperat. &Pompe de căldură folosite ca instalaţii frioriice Ci pentru alimentarea cu căldură. ceste pompe de căldură sunt utilizate succesiv pentru răcire n timpul verii Ci pentru ncălzire n timpul iernii. &Pompe de căldură folosite ca termocompresoare. cestea sunt utilizate n domeniul instalaţiilor de distilare* rectificare* conelare* uscare* etc. &Pompe de căldură utilizate n industria alimentară ca termocompresoare precum Ci n scopuri de condiţionare a aerului sau tratare a acestuia n cazul ntreprinderilor de produse za+aroase* respectiv cel al antrepozitelor friorifice de carne. &Pompe de căldură destinate industriei eneretice. Dn acest caz * ele sunt folosite pentru ncălzirea camerelor de comandă* sursa de căldură fiind* spre eemplu* apa de răcire a condensatoarelor sau căldura evacuată de la eneratoarele Ci transformatoarele electrice. &Pompe de căldură utilizate pentru recuperarea căldurii din resursele eneretice 17
secundare. Se recomandă valorificarea prin intermediul pompelor de căldură a caldurii evacuate prin condensatoarele instalaţiilor friorifice sau a eneriei apelor eotermale. &Pompe de căldură folosite n industria de prelucrare a laptelui acestea sunt utilizate simultan pentru răcirea laptelui Ci prepararea apei calde. După felul surselor de căldură utilizate pompele de căldură pot fi: &aer&aer- au ca sursă de căldură aerul atmosferic Ci folosesc aerul ca aent purtător de căldură n clădirile n care sunt montate. 9a acest tip de instalaţii inversarea ciclului este deose,it de uCoară astfel n sezonul rece instalaţia este utilizată pentru ncălzire iar n sezonul cald pentru condiţionare. &apă&aer- folosesc ca sursă de căldură apa de suprafaţă sau* de adFncime apa caldă evacuată din industrie* aentul purtător de căldură fiind aerul &sol&aer- folosesc ca sursă de căldură solul iar aentul purtător de căldură este aerul. &soare&aer- folosesc ca sursă de căldură eneria termică provenită de la soare prin radiaţie iar aentul purtător de căldură este aerul. &aer&apă- folosesc ca sursă de căldură aerul iar ca aent purtător de căldură apa. &apă&apă- folosesc ca sursă de căldură apa *iar ca aent purtător de căldură tot apa. & sol&apă- folosesc ca sursă de căldură solul iar ca aent purtător de căldură apa. &soare&apă- folosesc ca sursă de căldură radiaţia solară iar ca aent purtător de căldură apa.
2. TIPURI &/ P-P/ &/ CA0&URA 18
Pentru ncălzirea locuinţelor Ci prepararea apei calde menaere cele mai utilizate variante sunt&Pompa de căldură aer&apă &Pompa de căldură apă&apă &Pompa de căldură sol&apă & cu colectori orizontali & cu sonde
2.1 Pompa de căldură aer&apă
Pompele de căldură sistem aer&apă se pot utiliza n prezent la fel ca pompele de căldură sol&apă sau apă&apă pe durata ntreului an.Dn clădiri construite conform standardelor n vioare* pompa de căldură sistem aer&apă *poate funcţiona monovalent sau monoeneretic n com,inaţie cu o rezistenţă electrică. Sursa de căldură & aerul & este foarte uCor de procurat Ci este disponi,il peste tot n cantităţi nelimitate* prin aer se nţelee utilizarea aerului din eterior. ?u se acceptă utilizarea ca sursă de căldură n clădiri de locuit a aerului din interior pentru ncălzirea locuinţelor. ceasta se poate utiliza numai n cazuri speciale* ca de eemplu n cazul utilizării de căldură recuperată n firmele de producţie Ci n industrie. Dn cazul surselor de căldură pentru aer* dimensionarea sursei de căldură se sta,ileCte n funcţie de tipul constructiv Ci de dimensiunea aparatului. !antitatea necesară de aer este diriată de către un ventilator ncorporat n aparat* prin canale de aer către vaporizator* care etrae căldura din aer. Sc+ema unei asemenea instalaţii este prezentată n fiura 2.1
19
:iura 2.1 Pompa de caldura aer &apa !aracteristic acestei pompe de căldură este faptul că poate funcţiona foarte uCor atFt n ncălzire n sezonul rece* dar Ci n condiţionare n sezonul cald. )atorită temperaturilor scăzute ale aerului n sezonul rece eficienţa pompei scade considera,il faţă de eficienţa pompelor care folosesc ca sursă de căldură solul sau apa.
2.2. Pompa de căldură apa& apă )atorită nivelului de temperatură constant al sursei de căldură* indicele de putere al pompei de căldură se menţine de&a lunul anului ridicat. )in păcate apa freatică nu se ăseCte n cantitate suficientă n toate zonele Ci nu are o calitate corespunzătoare* dar acolo unde condiţiile permit* merită să se utilizeze acest sistem. Dn cazul apei freatice fără conţinut de oien* dar cu conţinut ridicat de fier Ci manan se năl,enesc puţurile.Dn acest caz apa nu tre,uie să vină n contact cu aerul sau tre,uie tratată corespunzător.
20
Pentru a reduce coroziunea vaporizatoarelor acestea tre,uie realizate din oţel inoida,il. 9acurile Ci rFurile sunt indicate pentru o,ţinerea de căldură* pentru că ele funcţionează de asemenea ca acumulatoare de căldură.tilizarea apei freatice tre,uie apro,ată de către oranele competente /Reia pelor0. Este recomanda,il ca apa freatică să nu fie pompată de la adFncimi mai mari de 15 m* costurile pentru instalaţia de fora ar fi mult prea ridicate. Pentru instalaţii industriale sau instalaţii mari se poate fora Ci la adFncimi mai mari. Pentru utilizarea căldurii tre,uie realizat un puţ aspirant Ci un puţ a,sor,ant după cum se vede Ci n fiura 2.2.
:iura 2.2. Pompa de căldură apă&apă
21
Etracţia Ci recircularea tre,uie să se realizeze n direcţia de curere a apei freatice pentru a evita un aCanimit scurtcircuit. Dntre etracţie /puţ cu pompă0 Ci recirculare /puţ a,sor,ant0 tre,uie să se menţină o distanţă de circa 5m.
2.3. Pompa de căldură sol&apă cu colectori orizontali Solul are proprietetea că poate acumula Ci menţine eneria solară pe o perioadă mai lună de timp* ceea ce conduce la un nivel de temperatură al sursei de căldură aproimativ constant de&a lunul ntreului an Ci astfel la o funcţionare a pompelor de căldură cu indice de putere momentan ridicat. Preluarea de căldură din sol se realizează prin intermediul tu,urilor din material plastic cu suprafaţă mare montate n sol ca Ci n fiura 2.3.
:iura 2.3. Pompa de căldură sol&apă cu colectori orizontali
=u,urile din material plastic /PE0 se amplasează paralel* n sol* la o adFncime de 1*2...1*5m Ci n funcţie de diametrul ales al tu,ului* la o distanţă de (*5...(*#m astfel ncFt pe fiecare metru pătrat de suprafaţă de a,sor,ţie să fie montat 1*43 pFnă la 2 m de tu, /fiura 2.40
:iura 2.4. Cezarea colectorilor orizontali 9unimea tu,urilor nu tre,uie să depăCească o lunime de 1((m deoarece n caz contrar cresc pierderile de presiune.!apetele tu,urilor sunt introduse n colectoare pe tur Ci pe retur* care tre,uie amplasate la un nivel mai ridicat decFt tu,urile* pentru a se putea aerisi ntreul sistem de tu,uri. :iecare tu, se poate ,loca separat. pa sărată se pompează prin tu,urile din material plastic cu autorul unei pompe de circulaţie* astfel aceasta preia căldura acumulată n sol. Prin intermediul pompei de căldură se utilizează căldura pentru ncălzirea ncăperilor. Dn+eţărea temporară a solului n zona din urul tu,urilor de o,icei n a doua umătate a perioadei de ncălzire nu are efecte secundare asupre funcţionării instalaţiei Ci asupra creCterii plantelor. )ar totuCi nu tre,uie plantate plante cu rădăcini foarte adFnci n urul tu,urilor pentru apă sărată. Reenerarea solului ncălzit se realizează ncepFnd cu a doua umătate a perioadei de ncălzire prin radiaţie solară C precipitaţii mai puternice* astfel ncFt se poate asiura faptul că pentru perioada următoare de incălzire acumulatorul sol este preătit din nou pentru ncălzire. 9ucrările de săpături necesare* se realizează n cazul construcţiilor noi fără costuri suplimentare foarte mari dar n cazul construcţiilor dea eistente* costurile sunt de reulă atFt de ridicate ncFt de cele mai multe ori se renunţă la această variantă.
Săpatul Canţurilor se poate face mecanizat cu ecavatoare după cum se poate vedea Ci din fiura 2.5.
:iura 2.5. Săparea Canţurilor !ăldura din sol determinantă pentru preluarea de căldură este eneria solară acumulată prin radiaţie directă * prin transfer de căldură din aer sau din precipitaţii se transmite solului. ceasta este Ci sursa de căldură care este responsa,ilă de reenerarea relativ rapidă a solului răcit după o perioadă de ncălzire. !antitatea de căldură care se poate utiliza Ci prin aceasta mărimea suprafeţei necesare depinde foarte mult de proprietăţile termofizice ale solului Ci de eneria radiată adică de condiţiile climatice. Proprietăţile termice cum ar fi capacitatea volumetrică de căldură Ci conducti,ilitatea termică* depind foarte mult de compoziţia Ci de proprietăţile solului. ceste valori mici ale puterii de etraere a căldurii din sol conduc la suprafeţe foarte mari ale colectoarelor după cum se poate vedea Ci din fiura 2.6-
:iura 2.6. Suprafaţa mare a colectorului
2.4. Pompa de căldură sol&apă cu sonde )atorită suprafeţei mari necesare pentru montarea colectorilor orizontali pentru sol* este dificilă realizarea c+iar Ci n cazul locuinţelor noi din motive de spaţiu. Dn special n oraCele alomerate* cu suprafeţe foarte mici spaţiul este limitat. )in acest motiv n prezent se montează cu preponderenţă sonde verticale de căldură pentru sol* care se pot introduce la adFncime de 5( pFnă la 15(m. " astfel de instalaţie este prezentată n fiura 2.#.
:iura 2.#. Pompa de căldură sol&apă cu sonde
Se utilizează diferite modele te+nice Ci modalităţi de instalare. Sondele sunt fa,ricate de o,icei din tu,uri de polietilenă.)e reulă se montează patru tu,uri paralele* /sondă cu tu, du,lu cu profil 0. pa sărată cure n os din distri,uitor n două tu,uri Ci este recirculată n sus* prin celelalte două tu,uri spre colector. =oate olurile dintre tu,uri se vor umple cu un material termoconductor numit ,etonit. " astfel de sondă este prezentată n fiura 2.%. )istanţa dintre două sonde pentru sol tre,uie să fie de 5...6 m. " altă variantă este formată din tu,uri coaiale cu un tu, interior din material plastic pentru alimentare Ci un tu, eterior din material plastic pentru recircularea apei sărate. Sondele de căldură pentru sol se montează n funcţie de model* cu utilae de fora sau cu utilae de nfinere. .
:iura 2.% Sonda Dn acele reiuni cu soluri ce pot fi uCor forate sondele din polietilenă sunt puse n operă cu autorul unor instalaţii de fora cu spălare cu apă. Pentru aceasta se utilizează o sapă de fora cu diametrul de cel puţin '(mm. pa este pompată cu mare presiune prin această sapă de fora Ci aduce la suprafaţă materialul dislocat. >aterialul dislocat este depozitat ntr&o roapă n apropierea foraului. pa n eces este preluată de la partea superioară a acestei ropi Ci reutilizată n procesul de forare. Dn momentul atinerii adDncimii de fora prevăzute se introduce n aura de fora o sondă dea preătită verificată la presiune Ci plină cu apă. poi sonda de fora este ridicată Ci demontată ,ucată cu ,ucată. Dn final aura forată se umple din nou cu pămFnt. !a material de umplere se poate folosi ,etonitul. )acă n timpul foraului au fost perforate straturile impermea,ile* acestea tre,uiesc refăcute la umplere. Pentru procedeul mai sus amintit costurile estimate pentru condiţii eoloice fora,ile sunt apreciate la 35&4(M pe fiecare metru de sondă.
ceste costuri sunt nsă puternic dependente de structura su,solului Ci de procedeul de fora utilizat.Pentru aceste tipuri de instalaţii este necesară o apro,are de la oranele competente. ?umeroase instalaţii cu pompe pentru sonde de căldură* pentru sol funcţionează de mulţi ani fără a prezenta vreo defecţiune Ci sunt preferate de utilizatori. !onform măsurătorilor efectuate n condiţii +idroeoloice ,une* mai ales n cazul n care eistă apă freatică curătoare* este posi,ilă funcţionarea monovalentă a pompelor de căldură fără răcirea pe timp ndelunat a solului.
. AANTA3/0/ P-P/0-R &/ CA0&URA Avanta!ele pe care le prezinta pompele de caldura sunt -
N Sunt cele mai siure si curate sisteme de incalzire si preparare apa calda nu prezinta risc de eplozie sau foc N :unctioneaza fOrO flacOrO* fara cos de fum* nu ard nici un com,usti,il si nu produc reziduri* sunt complet ecoloice N n eploatare* realizeaza economii de pana la #57 fata de centralele termice o,isnuite* fapt ce permite amortizarea investitiei initiale intr&o perioada scurta de timp N )atorita te+noloiei folosite pentru eecutie* a materialelor utilizate si a modului de functionare durata de viata este foarte mare* de peste 2( ani N Economia pe care o realizeaza un sistem de incalzire cu pompa de caldura* dupa amortizare* comparativ cu sistemele clasice cu com,usti,ili fosili sau azosi* este demna de luat in calcul N Sunt reversi,ile - iarna incalzesc locuinta iar vara o pot climatiza* fara investitii suplimentare in alte dispozitive* cu consumuri de enerie electrica foarte mici* circuland apa racita prin sistemul de incalzire in pardoseala sau prin ventiloconvectoare. ;ara* caldura preluata din casa este folosita pentru prepararea ratuita a apei menaere sau pentru incalzirea piscinei N ntretinerea instalatiilor este foarte simpla si deloc costisitoare* neeistand materiale consuma,ile ce presupun intetinere frecventa N Automatizarea pompei de caldura prezinta o serie lara de avantaje si functiuni printre care & coordonarea incalzirii in functie de temperatura de afara si setarile efectuate de ,eneficiar pentru temperatura din locuinta* temperatura apei calde & monitorizarea functionarii incalzirii si prepararii apei calde* a incalzirii piscinelor & controlarea functionarii pompelor de circulatie pentru incalzire* apa calda menaera sau apa pentru piscine & functiuni de dianoza pentru determinarea temperaturilor de functionare* & monitorizarea si optimizarea racirii* vara* in functie de temperatura eterioara si setarile dorite & comada si monitorizeaza functionarea unei a doua centrale termice* acolo unde este cazul* in functie de temperatura de afara si setarile ,eneficiarului* & functiunea de protectie la in+et
& permite montarea unei intefete pentru statie de operare la distanta cu meniu identic & permite monarea unui modem si a unui soft pentru operare prin internet de la mare distanta.
". PR/4/NTATR/A I-+I0U0UI SI &/SCRI/R/A AP0ASA/NTU0UI mo,ilul pentru care se va proiecta instalaţia de ncălzire este o locuinţă unifamiliară* n care locuiesc 4 persoane* situată n udeţul !lu. 9ocuinţa este compusă din 3 camere* ,ucătărie* ,aie* +ol o cămară Ci omaazie*avFnd mpreună o suprafata de 154 m 2 . Pereţii exteriori & reprezentaţi cu culoarea ri n sc+ema următoare* sunt realizaţi din cărămidă cu o rosime de 25 cm avFnd aplicat pe partea eterioară o termoizolaţie din polistiren etrudat. Pe am,ele feţe ale peretelui se aplica un strat de tencuială de 1 cm. Pereţii interiori & reprezentaţi cu culoarea roCie* sunt realizaţi din cărămidă. Pereţii care despart cămara de ,ucătărie Ci de ,aie Ci peretele care desparte maazia de ,aie au o rosime de 25 cm* ceilalţi pereţi interiori avFnd o rosime de 2( cm. Podeaua & reprezentată cu al,en* este realizată dintr&un strat de 3( cm de ,eton peste care se montează termoizolaţie din polistiren etrudat. Peste izolaţie se aplică un parc+et de lemn de ,rad cu o rosime de 4 cm. avanul & realizat din ,eton armat* avFnd o rosime de 2( cm este izolat cu polistiren etrudat peste care se montează scFnduri de ,rad cu o rosime de 3 cm. Pe partea interioară se aplica un strat de tencuială cu o rosime de 1 cm. !eamurile şi uşile care comunică cu eteriorul sunt realizate din termopan .
Sc+ema locuinţei este reprezentată n fiura 4.1/fiura 4.1.a vedere frontala* fiura 4.1., vedere din spate* fiura 4.1.c dimensiunile casei 0. =a,el 4.1. )imensiunile camerelor Nr. Crt.
Camera
0un,ime 5m6
0atime 5m6
Inaltime 5m6
&im. 7eamuri 5m6
1
!amera
4*5
3*'
2*5
2
!amera
5*5
5
2*5
3 4
!amera @ucatarie
5*5 5*5
2*5 2*5
5
ol
1(
2*5
&
6 # %
!amara >aazie @aie
3 5*5 2*5
5 3*# 1*6 2*6 2*4 4 2*4
2 1*2 /S0 1*5 1*2 /;0 2 1*2 /S0 2*5 1*2 /E0 2*5 1*2 /E0 1*5 1*2 /;0
2*5 2*5 2*5
1 1 /;0 1 1 /?0 &
&im. Usi 5m6
1*2 2 /E0 1 2 /;0 1 2 /;0 1*2 2 /E0 1*2 2 /S0 1 2 /?0 (*% 2 /S0 1 2 /E0 1 2 /E0
:iura 4.1.a ;edere frontală
:iura 4.1., ;edere din spate
:iura 4.1.c )imensiunile casei
%. &/T/RINAR/A N/C/SARU0UI &/ CA0&URA Pentru determinarea puterii sistemului de incalzire *se alcatuieste ,ilantul termic pentru timpul de iarnaJnecIJpar QJfer&usiQJinfiltr QJper QJtavan&Jdc K *in careJpar & pierderile de caldura prin pardoseala * K Jfer&usi & pierderile de caldura prin ferestre si usi * K Jinfiltr & pierderile de caldura prin infiltrari * K Jper & pierderile de caldura prin pereti * K Jtavan & pierderile de caldura prin tavan * K Jdc deaarile de caldura de la iluminat *aparate de uz casnic *oameni * K
5.1 Pierderile de caldura prin pardoseala !alculul pierderilor de caldura prin pardoseala se realizeaza cu formulaJpar I
/5.10
=a,el 5.1. ;alori ale pierderilor de caldura prin podea pentru fiecare incapere Nr. crt.
Incapere
Suprafata
taer int)taer e8t
:pod
5m26
59C6
5;6
1
!amera 1
1#*55
3(
21(*6
2
!amera 2
2#*5
3(
33(
3
!amera 3
2#*5
3(
33(
4
@ucatarie
2(*35
3(
244*2
5
ol
1'*'
3(
23%*%
6
!amara
#*2
2%
%(*64
#
>aazie
22
26
22%*%
%
@aie
6
25
6( 1*2<9"
Total
5.2. Pierderi de caldura prin ferestre si usi Pierderile de caldura prin ferestre si usi se calculeaza cu relatiaunde-
Jf.u.I
pentru ferestre cu sticla du,la- LI 2*'1 KB/m2L0
&
pentru usi- LI4*652 KB/m2L0
: suprafata usii sau a ferestrei* /m20 Eemplu de calcul pentru camera 1!amera - 2*4 2*'(( 3( I 2('*52 K 1*% 2*'1( 3( I 15#*14 K 2.( 4*652 3( I 2#'*12 K =otal I 645*#% K
/5.20
=a,el 5.2. ;alori ale pierderilor de caldura prin ferestre si usi pentru fiecare incapere-
Nr. crt
Incapere
&im. =ereastra 5m6
Supraf. 5m26
&im. usa 5m6
Supraf. 5m26
59C6
Ut
:f.u. 5;6
1
!amera 1
2*( 1*2 1*5 1*2
2*4 1*%
12
2
3(
645*#%
2
!amera 2
2*( 1*2 2*5 1*2
2*4 3*(
12
2
3(
#5(*54
3
!amera 3
2*5 1*2
3*(
12
2
3(
541*(2
4
@ucatarie
1*5 1*2
1*%
436*26
ol
&
&
2 2*4 2
3(
5
12 1*2 2 12
3(
614*(6
6
!amara
1*( 1*(
1*(
(*% 2
1*6
2%
2%'*%'
#
>aazie
2*( 1*2
2*4
12
2
26
423*4%
%
@aie
&
&
12
2
25
232*6(
Total
*2'2<%>
5.3. Pierderi de caldura prin tavan Pierderea de caldura prin tavan se calculeaza cu relatiaJtavan I
strat de ,eton armat 1((mm
&
strat de izolatie termica 1((mm
Se adopta- LI 1*6%6KB/m2L0
/5.30
Eemplu de calcul pentru o camera!amera - 1#*55 3( 1*6%6 I %%#*6# K =a,el 5.3 ;alori ale pierderilor de caldura prin tavan pentru fiecare incapereNr. crt.
Incapere
Suprafata 5m26
5 C6
:tav 5;6
1
!amera 1
1#*55
3(
%%#*6#
2
!amera 2
2#*5
3(
13'(*'5
3
!amera 3
2#*5
3(
13'(*'5
4
@ucatarie
2(*35
3(
1(2'*3(
5
ol
1'*'
3(
1((6*54
6
!amara
#*2
2%
33'*%'
#
>aazie
22
26
'64*3'
%
@aie
6
25
252*'
Ut 9
Total
*2'2<%>
5.4. Pierderi de caldura prin infiltrari Pierderile de caldura prin infiltrari se calculeaza cu relatiaJinf I U< T : T /taint & taet0* K* *in careU< corectia coeficientului lo,al de transfer termic * KB/m2L0 : suprafata ferestrelor si usilor * m2 Se considera - & U< I 2*'5 KB/m2L0 & viteza medie a aerului - 5mBs & taet I &1( (!
/5.40
Eemplu de calcul pt camera 2*4 2*'5 3( I 212*4 1*% 2*'5 3( I 15'*3 =otal- 3#1*# K =a,el 5.4 ;alori ale pierderilor de caldura prin infiltrari pentru fiecare incapereNr. crt.
Incapere
Suprafata 5m26
Ut
59C6
:inf 5;6
1
!amera 1
2*4 1*%
3(
3#1*#
2
!amera 2
2*43
3(
4##*'
3
!amera 3
3
3(
265*5
4
@ucatarie
1*%
3(
15'*3
5
!amara
1
2%
%2*6
6
>aazie
2*4
26
62*4 1"1>."
Total
5.5. Pierderi de caldura prin pereti
Pierderile de caldura prin pereti se calculeaza cu relatia1
k = −1
α int + Σ
δ iz λ iz
+
δ p
p λ
−1
+ α ext
* KB/m2L0
*in careVint * Vet coeficienti partriali de transfer termic la suprafata interioara si respectiv eterioara a peretilor* KB/m2L0 Wp rosimea peretelui *m Xp conductivitatea termica a peretelui KB/mTL0 Wiz rosimea izolatiei *m Xiz conductivitatea termica a peretelui KB/mTL0
/5.50
Pentru conditiile climaterice ale orasului asi se adoptaVint I %*# KB/m2TL0 Vet I 23 KB/m2TL0 Xcaramida I (*%14 KB/mTL0 Xtencuiala I (*# KB/mTL0 Xpolistiren I (*(45 KB/mTL0
1 0,115 + 0,043 + 0,368 + 0,0285 +
I 2,222
1 2,7765
I (*36 KB/m2TL0
n functie de orientarea eorafica a peretilor se calculeaza urmatoarea relatieJper I
=a,el 5.5 ;alori ale pierderilor de caldura prin pereti pentru fiecare incapere-
/5.60
Nr. crt.
Incapere
Suprafata perete 5m26
Ut 9
5 C6
-rientare ,eo,rafic a
n
:per <5;6
1
!amera 1
2
!amera 2
3
!amera 3
4
ol
5 6
!amara @ucatarie
#
>aazie
%*%5 #*'5 11*35 '*5 '*5 13*#5 4*1 2 5 #*45 1( 11*35 %
3( 3( 3( 3( 3( 3( 3( 3( 2% 3( 26 26 26
S ; S E E ? S ? ; ; ; ? E
1 1*(5 1 1*(5 1*(5 1*1 1 1*1 1*(5 1*(5 1*(5 1*1 1.(5
Total
'5*5% '(*153 122*5% 1(#*#3 1(#*#3 163*35 44*2% 23*#6 52*'2 %4*4% '%*2% 116*%6 #%*624 11?'<2*
5.6. !alculul deaarilor de caldura )eaarile de caldura provin de la oameni *,ecuri electrice *aparate de uz casnic. )eaarile de caldura totale se calculeaza cu formula Jdc I Joameni Q J,ecuri Q Jap. casnice * K
/5.#.0
n cladire sunt urmatoarele eliminari de caldura&
1 plita electrica - 3(( K
&
2 com,ine musicale - 2 1(( I 2(( K
&
3 televizoare - 3 5( I 15( K
&
2 calculatoare - 2 2(( I 4(( K
&
2 friidere - 2 5(( I 1((( K
&
1 masina de spalat - 1 3(( K :dc @ 2>%9 ;
J=otal nec. I 1#23*(4Q3'33*63Q#262*5'Q141'*4Q11%6*33 & 2'5( I 125#4*'' K I
:Total necesar @ 12<%*% 5;6
Pentru aceasta putere se pot alee urmatoarele tipuri de pompe de caldura )e la asterT(erm
/5.%0
Pompa Yua >aster tip 3#Z /pompa de caldura sol&apa0 de 13*5 LK Pompa @o ir tip 3#Z /pompa de caldura aer&apa0 de 15*2 LK )e la T(ermia Pompa =+ermia Ro,ust tip 3%B> /apa&apa * aer&apa sau sol&apa0 de 14LK /vezi fisele te+nice0
'. ANA0I4A T/BNIC-)/C-N-ICA
6.1 naliză comparativă a consumurilor Ci costurilor Renta,ilitatea unei pompe de căldură depinde de diverCi parametri cum ar fi & coeficientul de performanţa al pompe de căldură & numărul de ore de funcţionare din timpul unui an & c+eltuieli de investiţie & costul com,usti,ilului & alte c+eltuieli suplimentare
nfluenţa diverCilor parametri asupra renta,ilităţii unei pompe de căldură acţionată cu electromotor n comparaţie cu ncălzirea electrică pe de o parte Ci ncălzirea cu cazan cu com,usti,ili fosili pe de altă parte este prezentată n fiura 6.1. 9a ,aza realizării acestei diarame stau anumite ipoteze referitoare la c+eltuielile de investiţie Ci la preţurile pentru com,usti,ili fosili.
:iura 6.1 )omeniul de renta,ilitate pentru diverse sisteme de ncălzire )iarama prezintă domeniul de renta,ilitate pentru diverse sisteme de ncălzire- mărimea din a,scisă este durata relativă anuală de utilizare* iar mărimea din ordonată este raportul dintre preţul eneriei electrice Ci cel al eneriei provenite din com,usti,ilii fosili. )in fiură se o,servă că* n condiţiile unor anumite preţuri pentru eneria electrică Ci pentru com,usti,ilul azos sau lic+id* renta,ilitatea unei pompe de căldură creCte pe măsură ce durata anuală de funcţionare este mai mare.
Renta,ilitatea poate să crească simţitor atunci cFnd coeficientul de performanţă al pompei de căldură creCte* ca de eemplu de la 3 la 4 după cum se poate vedea din fiura 6.2. )iversele zone din cFmpul diaramei se sc+im,ă Ci la modificarea c+eltuielilor de investiţii sau ale costurilor eneriei.
:iura 6.2 nfluenţa coeficientului de performanţă al pompei de căldură asupra renta,ilităţii
)in păcate nu sunt posi,ile pronoze cu caracter eneral. )in această cauză* fiecare caz n care se doreCte utilizarea unei pompe de căldură tre,uie analizat separat* prin compararea c+eltuielilor pe care le implică diversele sisteme de ncălzire. ceste c+eltuieli pot fi rupate n patru mari cateorii* Ci anume".#$eltuieli legate de utilizare n această cateorie intră n primul rFnd c+eltuielile pentru com,usti,ili Ci enerie. =ot aici tre,uie nsă incluse Ci c+eltuielile pentru eneria suplimentară* Ci pentru materialele necesare n funcţionare* c+eltuielile pentru transport Ci depozitarea com,usti,ililor* mpreună cu plate do,Fnzilor aferente. %.#$eltuieli legate de investiţii n această cateorie intră c+eltuielile propriu&zise
de investiţie* precum Ci cele de reparaţii. &.#$eltuielile legate de întreţinere n această cateorie intră n principal c+eltuielile pentru ntreţinere* suprave+ere Ci curăţire. '.(lte c$eltuieli n această cateorie intră toate c+eltuielile suplimentare* ca de eemplu cele pentru asiurări* piverse plăţi etc. Pentru calculul c+eltuielilor n scopul ncălzirii se prezintă n continuare un procedeu simplificat.
Punctul de plecare n sta,ilirea necesarului de enerie l constituie calculul necesarului de căldură pentru ncălzire al clădirii* care depinde n primul rFnd de izolarea termică a acesteia Ci de condiţiile climatice. ?ecesarul de căldură se sta,ileCte n conformitate cu normativele n vioare Ci reprezintă puterea termică nominală pe care tre,uie să o asiure instalaţia de ncălzire. Se consideră că instalaţia funcţionează n permanenţă numai n condiţiile nominale* deci la puterea maimă& astfel că timpul /fictiv0 de funcţionare se poate aprecia prin numărul total de ore de funcţionare la capacitate nominală. Consumul anual de energie reprezintă
cantitatea de enerie ce tre,uie furnizată unei instalaţii de ncălzire* n decursul unui an cu scopul acoperirii necesarului anual de căldură Ci se calculează cu relaţia /6.10)anual
I
)necesar n functionare I 13 216(I 2%(%( LK+Ban ⋅
⋅
/6.10
& )necesar I 12*5#5 LK reprezintă necesarul de căldură pentru incalzire & n functionare I216( reprezintă numărul orelor de funcţionare pe an !onsumul anual de enerie nu este eal pentru toate sistemele de ncălzire. Eficienţa cu care este produsă căldura este eprimată prin intermediul randamentului anual pentru cazanele clasice sau prin eficienţa termică pentru pompele de căldură. !onsumul anual de enerie se calculează cu relaţiile /6.20 n cazul cazanelor pe com,usti,ili fosili Ci cu /6.30 n cazul pompelor de căldură@anual I Janual B [anual
/ 6.20
@anual I Janual B [anual
/ 6.30
*unde*anual este eficienţa cu care este produsă căldura )anual I 2%(%( LK+Ban /din 6.10 este consumul annual de enerie
\ anual este eficienţa termică a pompei de căldură ] anual
este randamentul anual mediu al cazanelor
Pentru cazane cu com,usti,il lic+id ] anual este de (*%1...(*%3 Pentru cazane pe com,usti,il azos ] anual este de (*%1...(*%5
Cheltuielile anuale pentru energie
anual
se o,ţin prin multiplicarea consumului
de enerie cu preţurile corespunzătoare pentru eneria electrică respectiv
com,usti,il azos. !I *anual P R"? *unde-
/6.40
!&reprezintă c+eltuielile anuale pentru enerie in lei noi *anual &reprezintă eficienţa cu care este produsă căldura n LK+Ban
P&reprezintă preţul unui LK de enerie n R"? n litru de com,usti,il lic+id AP9 este ec+ivalentul a 15 LK* preţul unui litru de AP9 este de 3*( R"?* deci preţul P al unui LK produs din com,usti,il lic+id este de (*2 R"?. n metru cu, de az metan are preţul de 1*2 6 R"? Ci este ec+ivalentul a 1(.''' LK+* prin urmare preţul P al unui LK produs din az metan este de (*115 R"?. Preţul P al unui LK electric este de (*3# R"? Pentru cazane cu combustibil lichid :
&consumul anual de enerie se calculeaza cu relatia@anual I Janual B [anual I 2%(%( B (*%2 I 34244 LK+B an
/6.50
&c+eltuelile anuale pentru enerie se calculeaza cu relatia! I @anual P I 34244 T (*2 I 6%4' LK+B an
/6.60
Pentru cazane cu combustibil gazos:
&consumul anual de enerie se calculeaza cu relatia@anual I Janual B [anual I 2%(%( B (*%3 I 33%31 LK+B an
/6.#0
&c+eltuelile anuale pentru enerie se calculeaza cu relatia! I @anual P I 33%31 T (*115 I 3%'1 LK+B an
/6.%0
Pentru pompa de caldura aer-apa :
&consumul anual de enerie este@anual I Janual B [anual I 2%(%( B 2*6 I 1(%(( LK+B an
/6.'0
&c+eltuelile anuale pentru enerie se calculeaza cu relatia! I @anual P I 1(%(( T (*3# I 3''6 LK+B an
/6.1(0
Pentru pompa de caldura apa-apa:
&consumul anual de enerie este@anual I Janual B [anual I 2%(%( B 4*15 I 6#66 LK+B an
/6.110
&c+eltuelile anuale pentru enerie sunt ! I @anual P I 6#66 T (*3# I 25(3 LK+B an
/6.120
Pentru pompa de caldura sol-apa cu colectori :
&consumul anual de enerie este@anual I Janual B [anual I 2%(%( B 3*%3 I #332 LK+B an
/6.130
&c+eltuelile anuale pentru enerie sunt ! I @anual P I #332 T (*3# I 2#13 LK+B an
/6.140
Pentru pompa de caldura sol-apa cu sonde :
&consumul anual de enerie este@anual I Janual B [anual I 2%(%( B 4.(3 I 6'6% LK+B an
/6.150
&c+eltuelile anuale pentru enerie sunt ! I @anual P I 6'6% T (*3# I 25#% LK+B an
/6.160
Pentru incalzire electrica cu radiatoare si aeroterme :
&consumul anual de enerie este@anual I Janual I 2%(%( LK+B an
/6.1#0
&c+eltuelile anuale pentru enerie sunt ! I @anual P I 2%(%( T (*3# I 1(3%' LK+B an
/6.1%0
Dn fiura 6.3 este reprezentată variaţia consumului anual de enerie n funcţie de instalaţia utilizata.
:iura 6.3 ;ariaţia consumului anual de enerie n funcţie de tipul instalaţiei )in diaramă se o,servă că* cazanul pe com,usti,il lic+id Ci cel pe com,usti,il azos au cel mai mare consum anual de enerie. cest lucru se datorează randamentelor scăzute ale cazanelor* randamente care sunt su,unitare. " uCoară scădere a consumului se sesizează n cazul ncălzirii electrice. Concluzii
!ea mai ,ună soluţie din punct de vedere al consumului anual de enerie o reprezintă utilizarea pompelor de căldură* caz n care consumul de enerie se poate reduce de pFnă la cinci ori.
Se o,servă o creCtere mai pronunţată n cazul pompei aer&apă a consumului de enerie faţa de celelalte variante de pompe de căldură. Pompa cu consumul de enerie cel mai scăzut este pompa de căldură apă&apă* urmată ndeaproape de pompa de căldură sol&apă cu sonde. Se o,servă deasemenea o scădere a consumului anual de enerie n cazul utilizării unei su,răciri avansate decFt n cazul unei su,răciri normale. Dn fiura 5.4 sunt prezentate c+eltuielile anuale pentru enerie n funcţie de tipul variantei de ncălzire.
:iura 6.4 !+eltuieli anuale pentru enerie n funcţie de tipul instalaţiei )in diarama de mai sus se o,servă că cele mai mari c+eltuieli pentru ncălzire sunt n cazul ncălzirii electrice cu aeroterme sau radiatoare electrice. ceste c+eltuieli mari /de patru ori mai mari decFt n cazul pompelor de căldură apă&apă Ci sol&apă0 se
datorează preţului mai ridicat a unui LK electric /(*3# R"?0 faţă de cel produs din com,usti,ili fosili / (*115 R"? n cazul azului metan Ci (*2 R"? n cazul utilizării AP9& ului 0. )intre variantele care utilizează com,usti,ili fosili cea mai renta,ilă soluţie este utilizarea cazanului pe com,usti,il azos* caz n care se reduc c+eltuielile la umătate decFt n cazul cazanului pe com,usti,il lic+id. !+eltuieli nsemnate se nreistrează Ci n cazul utilizării pompei de căldură aer&apă datorită eficienţei termice scăzute a acesteia. !+eltuielile cele mai reduse se nreistrează n cazul pompelor de căldură apă& apă Ci a celor sol&apă cu sonde* urmate de cazanul pe com,usti,il azos Ci de pompele de căldură sol& apă cu colectori.
+I+0I-7RA=I/
.
1. ()lan . Instalaţii frigorifice +dit Tode%co lu-"apoca, 2000 2.To$an . Tenolo!ia $i!ului %i climati#ai in indu%tia alimentaa 3.()lan Utiliarea frigului artificial 4. ()lan , lea A. Instalaţii frigorifice Construcţie, funcţionare !i calcul" lu- apoca 2002 5.ane . #eoexchange heating$cooling sistems 2002" intenet 6. a'iliuc . Pompe de căldură de la teorie la practică +dit ati& (uc. 1999 7. aco'e%cu S Camere !i instalaţii frigorifice a%a c)ii de tiin) lu- 2004 8. opa (. %ermotehnică,ma!ini !i instalaţii termice +dit idactic) i peda!o!ic) (ucueti 1971 9. adcenco . Instalaţii de pompe de căldură +dit Tenic) (ucueti 1985 10. *** Comercial earth energy systems "intenet 11. *** &arth &nergy anada 2002 intenet 12. *** #round 'ource (eat Pomp Pro)ect *odel intenet 13. *** *ole (ill Community (ousing 'ociety Pro)ect +internet 14. *** Residential earth energy systems-internet 15. *** STAS 1907/1,2 Calculul Necesarului de căldură 16. *** STAS 6648/1,2 Parametri climatici exteriori, calculul aporturilor de căldură din
exterior
17. *** www.pompedecaldua!eotemale.o 18. *** www.metaco"euope.com 19. *** www.ecoma!a#in.o 20. *** www.dan$o%%.com 21. *** www.%onde&.com 22. *** www.'ie%%mann.de
