Pompele de căldură, adevăruri bine ascunse, strașnic păzite

Trendul actual international privind ameliorarea schimbarilor climatice restrictioneaza toate sistemele de incalzire a imobilelor prin arderea combustibilor fosili, sisteme care sunt pas cu pas interzise sau penalizate cu taxe foarte mari.

In acest context, in data de 12.03.2024 Parlamentul European a adoptat cu 370 voturi pentru, 199 împotrivă și 46 abțineri Directiva privind schimbările climatice, care interzice printre altele și centralele termice de apartament.

In consecinta, solutia unanim acceptata ca fiind cea mai economica dar si singura care poate asigura independenta energetica in tandem cu o instalate fotovoltaica, este solutia utilizarii pompelor de caldura pentru incalzire si pentru prepararea apei calde destinate consumului.

O alegere corecta a pompei de caldura poate genera costuri de incalzire de pana la cca 5 ori mai mici, comparativ cu cazul unei alegeri gresite iar publicitatea comerciala in domeniu se face cu un maxim de dezinformare.

Sub denumirea de pompe de caldura se regasesc atat tipuri de pompe de caldura care pot asigura incalzirea eficienta si ieftina a imobilelor cu costuri de pana la cinci ori mai reduse comparativ cu incalzirea electrica cat si adevarati monstri consumatori de energie electrica, adica pompe de caldura care sunt capabile sa ofere caldura ieftina numai vara in timp ce odata cu venirea frigului, ”rup contoarele de energie electrica” si buzunarele, cu consumuri extrem de mari.

Acest articol va analiza consumul energetic a doua tipuri de pompe de caldura situate la poluri opuse, respectiv pompa de caldura aer-apa situata la polul cel mai dezavantajos si pompa de caldura apa-apa in circuit deschis situata la polul cel mai avantajos din punct de vedere al consumului energetic si implicit, al costului incalzirii. Pentru analiza vom utiliza datele tehnice cele mai credibile respectiv datele tehnice puse la dispozitie de fabricantii compresoarelor care echipeaza cele doua tipuri de pompe de caldura analizate.

Pentru un imobil dotat cu sistem de incalzire in pardoseala, consumul de energie electrica (si implicit costul incalzirii) utilizand o pompa de caldura aer-apa comparativ cu consumul energiei electrice (si implicit costul incalzirii) in cazul utilizarii unei pompe de caldura apa-apa in circuit deschis, in functie de temperatura exterioara (ambientala) este urmatorul:

Iar graficul arata astfel:

Interpretare tabel:

Luam ca exemplu coloana marcata cu galben de functionare a pompei de caldura aer-apa la temperatura exterioara (ambientala) de -9⁰C. La aceasta temperatura ambientala, pentru imobilul luat in analiza, pompa de caldura aer-apa consuma 7,11 kW energie electrica in timp ce pompa de caldura apa-apa in circuit deschis consuma numai 2,38kW energie electrica pentru a livra acceasi cantitate de energie termica necesara incalzirii imobilului la temperatura ambientala luata in analiza de -9⁰C. Deci pompa de caldura aer-apa are un consum de energie electrica de 299,3% adica de cca 3 ori mai mare ( si implicit o crestere cu acelasi procent a cheltuielilor pentru incalzire) fata de pompa de caldura apa-apa in circuit deschis.

CARACTERISTICI ESENTIALE:

Pompele de caldura apa-apa in circuit deschis ofera cea mai ieftina incalzire, oferind o putere termica maxima si constanta indiferent de temperatura exterioara.

Spre deosebire de acestea, pompele de caldura aer-apa ( numite si pompe de caldura pentru vara) ofera o putere termica variabila, care scade si devine tot mai scumpa pe masura ce afara este tot mai frig. Incepand de la cca +13⁰C, odata cu scaderea temperaturii ambientale, puterea termica oferita de pompele de caldura aer-apa se realizeaza cu un consum progresiv de energie electrica, costul incalzirii fiind tot mai scump comparativ cu cel al pompei de caldura apa-apa in circuit deschis, iar la temperaturi negative in apropiere de zero grade, puterea termica oferita de pompele de caldura aer-apa nu mai poate acoperi necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului si in acel moment aceste pompe de caldura apeleaza la „ajutorul” unor rezistente electrice al caror consum de energie electrica si implicit al caror cost pentru incalzire poate deveni si de cca 5 ori mai mare decat in cazul incalzirii cu pompe de caldura apa-apa in circuit deschis.

Pentru analiza care urmeaza, vom utiliza informatii de maxima credibilitate, respectiv informatiile furnizate de fabricantii compresoarelor din dotarea pompelor de caldura.

Pentru o analiza obiectiva, vom considera ca cele doua pompe de caldura analizate comparativ (respectiv cea apa-apa in circuit deschis si cea aer-apa) sunt dotate cu compresoare identice si vom alege un compresor Copeland Scoll, utilizat frecvent pentru dotarea pompelor de caldura, respectiv compresorul ZH38K4E (H= heating).

Este ca si cum am avea doua masini de curse dotate cu acelasi motor, ale caror performante le analizam. Consideram ca cele doua pompe de caldura incalzesc imobile identice, dotate cu sistem de incalzire in pardoseala care reclama o temperatura a agentului termic de 36⁰C, care corespunde unei temperaturi de condensare a freonului de 40⁰C. (vezi bibliografie anexata)

Parametrii functionali ai acestui compresor pot fi vizualizati

Datele tehnice pe care le gasim in catalogul furnizorului si in softul de proiectare Copeland Select 8 in forma tabelara pentru acest compresor pe tot domeniul diagramei de functionare sunt urmatoarele: Putere (kW); Capacitate de incalzire (kW); COP; Curentul absorbit (A); Debitul masic (g/c) si Capacitatea de refrigerare (kW). Tabelul urmator reprezinta tabelul COP pe domeniul de functionare al compresorului ales.

1). Tabelul coeficientilor de performanta COP in functie de temperatura de vaporizare si de condensare a freonului este urmatorul:

Explicatii pentru tabel:
Valorile: -25; -20;-15; -10; etc reprezinta valorile temperaturii de vaporizare ale freonului in vaporizator;
Valorile: -12; -7;-2;3;8; etc reprezinta temperaturile sursei reci care genereaza temperaturile de vaporizare corespunzatoare; (vezi bibliografia)
Interpretare: (ex) Temperatura de vaporizare de -25⁰C, are loc atunci cand temperatura sursei reci este de -12⁰C s.a.m.d (vezi documentatie bibliografie)
Valorile: 17;20;25;30;35 etc reprezinta temperaturile de condensare ale freonului;
Valorile:13;16;21;26;31, etc reprezinta temperaturrile egentului termic de incalzire livrat de pompa de caldura avand temperatura de condensare a freonului cu valoarea din casuta alaturata.
Interpretare: (ex) La temperatura de condensare de 40⁰C, agentul termic de incalzire furnizat de pompa de caldura va avea temperatura de de 36⁰C s.a.m.d (vezi documentatie bibliografie)

Domeniul de functionare conform diagramei de functionare furnizata de fabricantul compresorului este marcat cu galben.

Pe teritoriul Romaniei, temperatura apei din panza freatica este aproximativ constanta (variatii vara-iarna sub 1⁰C) in jurul valorii de 13⁰C. In aceste conditii, din tabel rezulta ca pompa de caldura apa-apa in circuit deschis, alimentata cu apa din panza freatica (sursa rece) cu temperatura de 13⁰C, setata sa ofere un agent termic cu temperatura de 36⁰C, care se realizeaza la o temperatura de condensare de 40⁰C, va oferi in permanenta, vara-iarna un coeficient de performanta (COP) de 4,84. (marcat cu maro in tabel). Aceasta este o valoare COP ideala. Ea urmeaza a fi afectata (redusa) de consumul electropompei submersibile si a electropompei de circulatie, ajungand in final la aprox. 4,6, ceea ce inseamna ca pompa de caldura apa-apa in circuit deschis este capabila sa furnizeze agent termic cu temperatura de 36⁰C, livrand constant, cate cca. 4,6kW energie termica pentru fiecare 1kW de energie electrica absorbit de la retea.

Sa analizam acum comportamentul pompei de caldura aer-apa dotata cu acelasi electrocompresor ca si pompa de caldura apa-apa in circuit deschis.

Datorita faptului ca temperatura sursei reci (a aerului ambiental) este variabila, va rezulta un coeficient de performanta (COP) variabil in domeniul diagramei de functionare marcat cu maro, pentru a asigura acelasi agent termic de incalzire cu temperatura de 36⁰C, care reclama o temperatura de condensare de 40⁰C.

Prima constatare este aceea ca temperatura minima de condensare conform domeniului diagramei de functionare este de -25⁰C, care inseamna o temperatura ambientala de -12⁰C, la care pompa de caldura iese din diagrama de functionare, sarcina de incalzire a imobilului revenind integral rezistentei electrice pe care pompa de caldura respectiva o poate avea sau nu in dotare. Aceasta rezistenta electrica are un consum de energie electrica de cca 5 ori mai mare decat incalzirea cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis. In fapt, rezistenta electrica intra in functiune mult mai devreme, adica la momentul la care puterea termica oferita de pompa de caldura nu mai poate acoperi necesarul termic pentru incalzirea imobilului. (Se va vedea in cele ce urmeaza).

A doua constatare este aceea ca odata cu scaderea temperaturii sub valoarea de 13⁰C, coeficientul de performanta (COP) scade progresiv, ceea ce inseamna ca pompa de caldura oferea din ce in ce mai putina caldura iar acesta caldura oferita este cu un consum majorat de energie electrica adica este din ce in ce mai scumpa.

Daca notam cu 100% performanta pompei de caldura aer-apa la temperatura ambientala de 13⁰C, scaderea de performanta pe domeniul de temperaturi al diagramei este urmatoarea:

Se poare vedea foarte clar ca la temperatura ambientala de -12⁰C, corespunzatoare unei temperaturi exterioare de -12⁰C, performanta pompei de caldura aer-apa este de aproximativ jumatate, ceea ce inseamna ca pompa de caldura aer-apa produce numai jumatate din puterea termica oferita de pompa de caldura apa-apa in circuit deschis, dar si aceasta jumatate oferita este de cca. doua ori mai scumpa datorita consumului dublu de energie electrica pe fiecare kW de energie termica furnizat.

Daca exprimam pierderea de performanta in cresterea de consum de energie electrica, si implicit in cresterea pretului pentru consumul de energie electrica al pompei de caldura, tabelul va fi urmatorul:

Se poate vedea cum pretul energiei electrice consumate pentru functionarea pompei de caldura aer-apa creste odata cu scaderea temperaturii ambientale inregistrand la o temperatura ambientala de 8⁰C o crestere de 114,69% mai mare comparativ cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis, crestere care ajunge sa fie de 197,55% fata de consumul unei pompe de caldura apa-apa in circuit deschis in aceleasi conditii ambientale adica la o temperatura ambientala de -12⁰C, corespunzatoare unei temperaturi de vaporizare de -25⁰C. Dar la aceasta crestere a pretului incalzirii, la temperaturi sub cca minus 4⁰C se adauga si consumul urias al rezistentei de ajutor, dupa cum se va vedea in cele ce urmeaza.

Pentru a analiza comportamentul complet al pompei de caldura aer-apa, pe tot domeniul de functionare prevazut de diagrama de functionare, vom interpola valorile pentru a obtine un domeniu cu pas de un grad si vom obtine urmatorul tabel si urmatoarea diagrama:

Iar graficul arata astfel:

Curba de culoare albastra, arata cresterea pretului incalzirii cu pompa de caldura aer-apa, in functie de temperatura ambientala, comparativ cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis.

FOARTE IMPORTANT!

Aceasta crestere se refera numai la consumul pompei de caldura si nu analizeaza si consumul rezistentei electrice de ajutor, care se va calcula in cele ce urmeaza.

Se observa ca daca la o temperatura ambientala de +13⁰C, costul incalzirii cu cele doua tipuri de pompe de caldura este identic, (in diagrama apare ca fiind 100% pentru temperatura ambientala de 13⁰C) atunci cand temperatura ambientala incepe sa scada, pompa de caldura apa-apa in circuit deschis isi pastreaza puterea termica si costul incalzirii, in timp ce pompa de caldura aer-apa, oferea din ce in ce mai putina caldura aceasta fiind si din ce in ce mai scumpa deoarece se realizeaza cu un consum din ce in ce mai mare de energie electrica astfel incat daca la temperatura de +8⁰C caldura oferita de pompa de caldura aer-apa este de 114,69% comparativ cu aceeasi caldura oferita de pompa de caldura apa-apa in circuit deschis, la temperatura ambientala de -12⁰C, temperatura la care de altfel pompa de caldura aer-apa iese din functiune, pretul incalzirii este de 197,55% fata de pretul calduri oferita de pompa de caldura apa-apa in circuit deschis si culmea, la acest pret se adauga si consumul de energie electrica al rezistentei de ajutor care este de cca 5 ori mai mare decat in cazul utilizarii pompei de caldura apa-apa in circuit deschis.

A treia constatare este aceea ca pompa de caldura apa-apa in circuit deschis poate functiona fara nici un fel de probleme, oferind acelasi COP constant si neschimbat, care ofera cea mai ieftina incalzire indiferent de temperatura exterioara (ambientala) care prin absurd poate fi si de -50⁰C, in timp ce pompa de caldura aer-apa iese din diagrama de functionare si deci se opreste la temperatura ambientala de cca -12⁰C. Expresia „comerciala” ca pompa de caldura aer-apa functioneaza pana la temperaturi de -20⁰C si chiar mai scazute trebuie inteleasa astfel:

Pompa de caldura aer-apa respectiva are patru domenii (paliere) de functionare, dupa cum urmeaza:

• Domeniul 1 de functionare incepe de la temperaturi maxim pozitive, pana la +13⁰C, adica domeniul in care aceasta pompa de caldura are un COP foarte bun, chiar mai bun decat ap pompei de caldura apa-apa in circuit deschis, cu o valoare de peste 4,5 si poate fi utilizata cu succes pentru incalzirea piscinelor, a apei calde menajere, etc. (motiv pentru care pompele de caldura aer-apa se mai numesc si pompe de caldura de vara)
• Domeniul 2 de functionare incepe de la temperaturi ambientale de +13⁰C, pana la temperaturi in jurul valorii de cca -4⁰C, temperatura la care pompa de caldura nu mai poate asigura necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului. In acest domeniu de temperaturi, pompa de caldura ofera o incalzire din ce in ce mai scumpa si mai putina, comparativ cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis. Vom vedea in cele ce urmeaza in mod concret, cum evolueaza pretul incalzirii in acest domeniu.
• Domeniul 3 de functionare incepe la momentul in care pompa de caldura nu mai poate asigura necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului si pune in functiune rezistenta electrica de ajutor si se termina la temperaturi in jurul valorii de -12⁰C, temperatura la care pompa de caldura aer-apa se opreste, sarcina incalzirii revenind integral rezistentei electrice de ajutor. In acest domeniu incalzirea imobilului se realizeaza practic cu doua surse, respectiv:
  • prima sursa de incalzire o reprezinta pompa de caldura care oferea din ce in ce mai putina caldura cu un consum progresiv de energie electrica, motiv pentru care caldura este din ce in ce mai scumpa;
  • a doua sursa de incalzire o reprezinta rezistenta electrica de ajutor al carei consum de energie electirca este de cca 5 ori mai mare decat al pompei de caldura apa-apa in circuit deschis si implicit costul caldurii este de cca 5 ori mai mare.
• Domeniul 4 de functionare incepe in momentul in care pompa de caldura aer-apa iese din functiune la o temperatura a mediului ambiant de cca -12⁰C si se extinde pana la temperatura pe care o doreste comerciantul pentru publicitate. In acest domeniu, incalzirea imobilului se realizeaza exclusiv cu rezistenta electrica de ajutor, cu un consum de energie electrica si implicit cu un cost al incalzirii de cca 5 ori mai mare decat in cazul incalzirii cu pompe de caldura apa-apa in circuit deschis.
  Sa analizam in mod concret aceste afirmatii; Tabelul de mai sus, interpolat pentru pas monogradual este urmatorul:

Pe diagrama de mai sus am evidential si domeniile de functionare ale pompei de caldura aer-apa in functie de temperatura exterioara pentru producerea de agent termic cu temperatura de 36⁰C (pentru incalzire in pardoseala)

Aceasta diagrama ne prezinta intregul comportament al pompei de caldura aer-apa pe intreg domeniul de functionare prevazut in diagrama fabricantului.

Curba de culoare albastra din grafic ne arata cum evolueaza puterea termica oferita de pompa de caldura aer-apa in functie de temperatura ambientala (a sursei reci). Vedem ca daca la o temperatura ambientala de +13⁰C puterea oferita de pompa de caldura aer-apa este de peste 15kW (mai exact 15,35kW0, aceasta scade pe masura scaderii temperaturii ambientale ajungand la o valoare de numai putin peste 6kW (mai precis 6,4kW) la temperatura ambientala de -12⁰C.

Curba de culoare maro ne arata necesarul de energie termica pentru incalzirea imobilului corespunzator temperaturii ambientale respective.

A patra constatare. La o temperatura ambientala aflata in domeniul cuprins intre minus 3⁰C si minus 4⁰C, puterea termica furnizata de pompa de caldura aer-apa nu mai poate acoperi necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului. Acest punct, notat pe diagrama cu litera K reprezinta punctul in care pompa de caldura aer-apa porneste rezistenta electrica de ajutor, care are un consum de energie electrica de cca 5 ori mai mare ( mai precis de 4,84/0,98 = 4,938 ori mai mare) pentru cantitatea de caldura furnizata, comparativ cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis.

Am argumentat astfel, si poate oricine sa faca aceste verificari, cu valori si parametri pusi la dispozitie de fabricantul compresorului, faptul ca performantele si implicit costul incalzirii cu pompa de caldura poate fi si de pana la cca 5 ori mai scump, pentru imobile identice, in functie de tipul pompei de caldura.

Pentru cele doua exemple de pompe de caldura luate in analiza, dotate cu acelasi compresor, respectiv o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis si o pompa de caldura aer apa, in baza datelor tehnice puse la dispozitie de fabricantul compresoarelor, am demonstrat urmatoarele:

Pompele de caldura apa-apa in circuit deschis, asigura cea mai ieftina incalzire, , oferind o putere termica maxima si constanta indiferent de temperatura ambientala, cu un coeficient de performanta (COP), constant avand o valoare de peste 4,5. La temperaturi ambientale de peste 13⁰C, pompele de caldura aer-apa au un coeficient de performanta mai mare decat popele de caldura apa-apa in circuit deschis.(motiv pentru care sunt considerate si pompe de caldura de vara)

Pompele de caldura aer-apa ofera o putere termica si un coeficient de performanta variabil cu atat mai mic cu cat temperatura ambientala este mai scazuta, functionarea acestor pompe de caldura fiind caracterizata de urmatoarele paliere, (domenii de functionare) cu urmatoarele caracteristici, in functie de temperatura ambientala (exterioara):

• Primul domeniu (palier) este cuprins intre temperaturile ambientale maxim pozitive si temperaturi ambientale de cca +13⁰C, domeniu in care pompele de caldura aer-apa au o performanta buna, (COP>4,5) si pot fi utilizate cu succes pentru incalzirea piscinelor, pentru prepararea apei calde menajere, etc.
• Al doilea domeniu (palier) este cuprins intre temperaturi ambientale de cca +13⁰C si temperaturi ambientale in jurul valorii de -4⁰C, aceasta din urma fiind temperatura la care pompa de caldura aer-apa nu mai poate asigura incalzirea imobilului si porneste rezistenta de ajutor, conform celor demonstrate mai sus. Acest palier este caracterizat de urmatorul mod de functionare al pompei de caldura aer-apa:
  – Pompa de caldura aer apa isi reduce treptat puterea termica oferita pana la valoarea la care nu mai poate asigura incalzirea imobilului. Din exemplul documentat mai sus, folosind datele tehnice puse la dispozitie de fabricantul compresorului, rezulta ca pe acest palier, pompa de caldura aer-apa isi reduce puterea termica oferita de la 15,35kW (la +13⁰C) pana la 8,61kW (la -4⁰C).
  – De asemenea, pe acest palier are loc si o scadere a coeficientului de performanta (COP) care conform datelor puse la dispozitie de fabricantul compresorului scade de la valoarea de 4,84 (la temperatura ambientala de 13⁰C) pana la valoarea de 3,02 (la temperatura ambientala de -4⁰C), cu consecinta unui consum mai mare de energie electrica pe kilowatul termic livrat. Astfel pentru modelul luat in analiza, daca la temperatura ambientala de +13⁰C aveam un COP= 4,84, adica pompa de caldura aer-apa livra 4,84 kW energie termica la fiecare 1kW de energie electrica absorbit de la retea, la temperatura ambientala de -4⁰C, aceeasi pompa de caldura aer-apa are un COP= 3,02 deci livra numai 3,02kW energie termic la fiecare 1kw de energie electrica absorbit de la retea, ceea ce reprezinta o scumpire a caldurii furnizate cu cca 60%. La temperatura ambientala aferenta punctului K din diagrama, la care pompa de caldura aer-apa nu mai poate asigura necesarul de energie termica pentru incalzirea imobilului, aceasta porneste rezistenta electrica de ajutor.
• Al treilea domeniu (palier) este cuprins intre temperaturi ambientale cuprinse intre temperatura la care pompa de caldura aer-apa nu mai poate asigura necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului (cca -4⁰C) si temperatura ambientala la care pompa de caldura aer-apa iese din domeniul de functionare stabilit prin diagrama fabricantului compresorului (cca -12⁰C).
  Acest palier este caracterizat de urmatorul mod de functionare al pompei de caldura aer-apa:
  – Incalzirea imobilului se realizeaza cu pompa de caldura aer-apa care ofera in continuare o putere termica din ce in ce mai scazuta la care se adauga rezistenta electrica de ajutor.
  – Puterea termica a pompei de caldura aer-apa in acest domeniu, pentru cazul luat in analiza, scade conform datelor tehnice puse la dispozitie de fabricantul compresorului, de la 8,61kW la temperatura ambientala de -4⁰C pana la 6,4kW la temperatura ambientala de -12⁰C, temperatura la care pompa de caldura aer-apa iese efectiv din functiune conform diagramei fabricantului compresorului.
  – In acest interval de temperaturi ambientale, valoarea COP a pompei de caldura aer-apa scade de la 3,02 pana la 2,45 (la -12⁰C).Ca urmare a scaderii valorii COP, pompa de caldura va consuma mai multa energie electrica, astfel incat in acest domeniu de temperaturi ambientale, scumpirea energiei termice produse si implicit a incalzirii creste pana la 197% la temperatura ambientala de -12⁰C comparativ cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis.
  – Pe acest domeniu de temperaturi la cresterea pretului incalzirii cu pompa de caldura aer-apa se adauga si costul incalzirii cu rezistenta termica de ajutor care avand un randament de incalzire de 98%, reprezinta o crestere a costului incalzirii de 4,84/0,98 =4,938 mai mare fata de costul incalziriii cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis pe acelasi domeniu de temperaturi ambientale.
• Al patrulea domeniu (palier) este cuprins in domeniul de temperaturi ambientale sub -12⁰C, pana la temperaturi oricat de scazute considera vanzatorul pompei de caldura ca poate crea un avantaj pe piata. In acest domeniu de temperaturi, pompa de caldura „functioneaza” numai cu numele in sensul ca functioneaza numai cu rezistenta electrica de ajutor, adica este practic o centrala electrica cu un coeficient de performanta de 0,98, oferind o incalzire de 4,84/0,98 = 4,938 ori mai scumpa decat costul incalzirii cu o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis pe acelasi domeniu de temperaturi.

Cauza acestui mod diferit de functionare a celor doua tipuri de pompe de caldura dotate cu compresoare identice ca performanta si tip, consta in variatia temperaturii asa numitei „surse reci” adica a sursei de la care pompa de caldura recupereaza energia termica. Se stie faptul ca un procent de pana la ¾ din energia termica livrata de o pompa de caldura este recuperata de la sursa rece, ori o data ca scaderea temperaturii sursei reci, scad si performantele pompei de caldura. Astfel, pompa de caldura apa-apa in circuit deschis are marele avantaj de a recupera energia termica de la apa din panza freatica, a carei temperatura pe teritoriul Romaniei este de cca 13⁰C cu variatii vara –iarna sub 1⁰C, spre deosebire de pompa de caldura aer-apa care recupereaza energia termica din mediul ambiental unde temperatura pe durata iernii scade si atunci scade si capacitatea pompei de caldura de a recupera energia termica dintr-un mediu din ce in ce mai rece.

Avem deja toate datele pentru a putea o imagine precisa privind consumul integral comparativ al celor doua tipuri de pompe de caldura analizate in functie de temperatura ambientala (exterioara).

Interpretarea datelor din tabel:

Sa luam ca exemplu functionarea pompei de caldura aer-apa la o temperatura exterioara (ambientala) de -4⁰C

Dupa cum rezulta din tabel, la aceasta temperatura ambientala, necesarul de energie termica pentru incalzirea imobilului este de 9 kW iar pompa de caldura aer-apa poate oferi numai 8,61 kW conform datelor oferite de fabricantul compresorului, cu un COP de 3,03, pentru care va consuma 2,84 kW energie electrica. In consecinta, pentru a asigura necesarul de energie termica de 9 kW pentru incalzirea imobilului, pompa de caldura aer-apa are deja activata rezistenta electrica de ajutor pentru a mai castiga 0,39kW, cu un consum de 0,40 kW, realizand astfel un consum total de 3,24 kW energie electrica.

Pentru aceeasi putere termica oferita, pompa de caldura apa-apa in circuit deschis, care ofera permanent o valoare COP = 4,84, va consuma numai 1,86 kW energie electrica. In consecinta pentru incalzirea imobilului la aceasta temperatura ambientala, pompa de caldura aer-apa va realiza un consum de 174,2% comparativ cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis.

Se mai constata faptul ca dupa iesirea din functiune a pompei de caldura aer-apa, adica la temperaturi ambientale sub -12⁰C, cand sistemul cu pompa de caldura aer-apa functioneaza numai cu rezistenta electrica de ajutor, consumul de energie electrica creste dramatic incepand de la valoarea de -13⁰C pentru care inregistreaza un consum de energie electrica de 15,31kW adica un consum de 494% fata de cel realizat cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis.

Dupa cum s-a vazut, in toate aceste analize am utilizat numai date oferite de constructorul compresorului, date cate prezinta maxima prezumptie de credibilitate.

In cazul in care imobilul are incalzire cu calorifere si necesita agent termic cu temperatura de 55⁰C, situatia devine mult mai dramatica in sensul ca punctul M in care pompa de caldura nu mai poate asigura necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului apare la temperaturi pozitive, iar valoarea COP si implicit a cheltuielior pentru incalzire este cu mult mai mare. Voi dezvolta acest subiect intr-un articol urmator. Exprimate grafic, valorile din tabel a urmatorul aspect:

Se observa cum procentul de crestere are o panta mai redusa pana la atingerea temperaturii ambientale la care pompa de caldura aer-apa porneste rezistenta de ajutor, undeva intre -3⁰C si -4⁰C iar cresterea devine aproape verticala la temperaturi ambientale de cca -12⁰C, valoare la care pompa de caldura aer-apa functioneaza numai cu rezistenta electrica de ajutor.
Urmatorul grafic ilustreaza comportamentul pompei de caldura aer-apa urmarind datele din tabel:

Punctul K este punctul in care pompa de caldura aer-apa nu mai poate acoperi necesarul de incalzire al imobilulu isi porneste rezistenta electrica (curba de culoare verde). Sub aceasta temperatura se observa cum rezistenta electrica acumuleaza consum de energie electrica si asigura incalzirea impreuna cu pompa de caldura, pana la o temperatura ambientala de -12⁰C sub care dupa cum se vede din grafic, pompa de caldura se opreste iesind din domeniul diagramei de functionare si intreaga energie termica pentru incalzirea imobilului este realizata numai cu rezistenta electrica deci sub aceasta temperatura ambientala, imobilul se incalzeste cu o centrala electrica, cu un randament de incalzire de 0,98..

Bibliografie

Pompe de caldura Ioan Boian si altii Ed. Matrix Rom Bucuresti 2013
Pompe de caldura pentru tehnica incalzirii Karl Ochsnet Ed. Matrix Rom Bucuresti 2011
Calculul termic, cicluri si scheme pentru proiectarea instalatiilor frigorofice cu comprimare mecanica-Anca Ilie si altii Ed. Matrix Rom Bucuresti 2014
Scheme si cicluri frigorifice pentru instalatii cu comprimare mecanica. Dragos Hera si altii Ed. Matrix Rom Bucuresti 2009
Instalatii frigorifice Alexandru Serban si altii Ed.AGIR 2012
Indrumar de proiectare pentru instalatiile frigorifice cu comprimare mecanica de vapori. Dragos Hera si altii Ed Matrix Rom Bucuresti 1999
Sisteme frigorifice nepoluante. Liviu Drughean Ed. Matrix Rom Bucuresti 2005
Instalatii frigorifice Dragos Hera si altii. Ed. Matrix Rom Bucuresti 2007
Instalatii frigorifice vol. 3 Echipamente frigorifice Dragos Hera Ed. Matrix Rom Bucuresti 2009
Instalatii de pompe de caldura 1985 Prof dr ing Vsevolod Radcenko Ed. Tehnica Bucuresti