Află care sunt SECRETELE bine ascunse ale funcționării pompelor de căldură

Problema alegerii pompelor de caldura prezinta aspecte complet ascunse publicului, din ratiuni de piata, aspecte pe care le vom analiza in cele ce urmeaza. Necunoasterea acestor aspecte poate face ca achizitionarea unei pompe de caldura sa devina o cheltuiala de investitie mare, care va genera continuu cheltuieli foarte mari de incalzire.

Acest articol isi propune sa clarifice toate aspectele privind functionarea diferitelor tipuri de pompe de caldura si este structurat in doua parti:

• In prima parte se enunta si se prezinta aspectele privind functionarea pompelor de caldura in diferitele conditii de anotimp;
• In partea a doua se vor demonstra si se vor determina concret parametrii de functionare ai pompelor de caldura in toate conditiile de lucru posibile;

Cavalcada preturilor la energie si combustibili a urgentat necesitatea de a gasi o solutie pentru a iesi din starea de captivitate in care suntem prizonierii jocurilor financiare in domeniul energetic, jocuri care, care dupa cum s-a vazut in ultimii ani, au generat aproape triplarea intr-un timp extrem de scurt a preturilor la energie.

Singura scapare din acesta stare de captivitate o constituie generarea de energie electrica proprie cu ajutorul sistemelor fotovoltaice si asigurarea incalzirii imobilelor cu ajutorul pompelor de caldura. Modificarea legii energiei care asigura in prezent raportul de 1kW consumat din sistem pentru 1 kW injectat, este de foarte bun augur si face ca investitia sa fie foarte rentabila.

Anul 2022 ne-a reamintit in mod brutal de faptul ca pretul combustibililor fosili (in cazul actual este vorba despre gazele naturale), dar si al energiei electrice, poate fi manipulat financiar astfel incat, peste noapte, pretul acestora sa explodeze, crescand impredictibil la valori ametitoare .

Salvarea in acest caz, dar si solutia optima pentru viitor, o constituie incalzirea cu pompe de caldura in baza urmatoarelor doua argumente decisive:

• Pompa de caldura asigura incalzirea imobilelor cu cele mai mici cheltuieli, fara efort fizic, fara risc de noxe, intoxicari, incendii sau explozii, cu posibilitate de monitorizare, comanda si programare atat locala, cat si prin internet, cu ajutorul unui device, fara cheltuilei de mentenanta si supraveghere;
• Incalzirea cu pompa de caldura, poate oferi premisele independentei fata de resursele energetice centralizate (gaze, energie electrica) deoarece in tandem cu o instalatie fotovoltaica, poate asigura independenta energetica totala, situatie in care beneficiarul nu mai este afectat sub nici o forma de cresterea pretului la gaze sau alti combustibili clasici sau de cresterea pretului la energie electrica. (Ideea consta in faptul ca daca un beneficiar dispune de o pompa de caldura, acesta are posibilitatea sa isi produca singur in urmatoarea etapa si energia electrica necesara functionarii acesteia, cu ajutorul unei instalatii fotovoltaice, in comparatie cu situatia in care daca beneficiarul are o centrala pe gaze sau lemne/peleti, nu isi poate produce singur gazele sau peletii/lemnele iar acestea devin pe zi ce trece tot mai scumpe si mai dificil de procurat)

Trei noutati in domeniu, extrem de favorabile pentru beneficiarii acestor sisteme sunt de natura sa incline definitiv balanta catre aceasta solutie.

Aceste elemente de noutate sunt urmatoarele:

• A. Modificarile recente ale legislatiei nationale in domeniul energiei electrice, conform carora, orice prosumator are dreptul sa consume intreaga cantitate de energie injectata in sistem, este de natura sa restabileasca relatia de fair-play care in legislatia precedenta era incalcata prin pretul de cca trei ori mai mic cu care era evaluata energia electrica injectatata in sistem de catre prosumator fata de energia electrica consumata din sistem de catre acesta.
• B. Aparitia noilor tipuri de baterii litiu-fier-fosfat (LiFePo4), care dispun de performante incomparabil mai mari (mult peste 300 Ah) dar si de o durata de viata care poate ajunge la 25 de ani, sunt cele mai convingatoare argumente pentru ca si sistemele off-grid sa constituie o solutie extrem de economica pe termen mediu si lung dar si de protectie impotriva sarabandei necontrolate a preturilor energiei, asigurand totala independenta energetica.
• C. Strategiae de finantare a consumatorilor casnici pentru achizitionarea si montarea sistemelor fotovoltaice este intens incurajata de programele de finantare europene si nationale dintre care multe sunt in curs de derulare si vor continua cel putin pana in anul 2027, fiind prevazute in strategiile europene si nationale de finantare. Si chiar daca suntem la ani-lumina distanta de tarile europene unde de exemplu in Italia statul ofera complet gratis instalatii fotovoltaice proprietarilor de imobile, exista si la noi programe europene si chiar guvernamentale care finanteaza in procent de pana la 90% montarea sistemelor fotovoltaice.(progamul Casa-Verde, derulat prin AFM, programul Casa Eficienta Energetic, iar pentu firme programul Electric-On, etc)

Aceasta strategie este clara pana se ajunge la alegerea tipului de pompa de caldura optim.

Pentru a crea cadrul necesar analizei, sa definim cateva elemente determinante ale functionarii pompelor de caldura

Tipuri de pompe de caldura

Pe scurt, tipurile de pompe de caldura, sunt caracterizate prin doua cuvinte, primul insemnand mediul din care pompa de caldura isi extrage energia termica iar al doilea, tipul agentului termic de incalzire furnizat de pompa de caldura. Astfel, cand spun pompa de caldura aer-apa, inteleg ca respectiva pompa de caldura isi extrage energia termica din aerul (mediului exterior, care se numeste “sursa rece”) si livreaza ca agent termic pentru incalzire apa (calda).

In mod similar, pompele de caldura apa-apa isi extrag energia termica din apa (provenita din putul forat sau apa recirculata prin colector orizontal ingropat in santuri sapate in sol sau vertical in foraje, care respezinta „sursa rece”) si livreaza ca agent termic pentru incalzire apa (calda).

Cele mai uzuale pompe de caldura utilizate pentru incalzire si preparare a apei calde destinate consumului menajer sunt urmatoarele:

• Pompele de caldura aer-apa sunt acele pompe de caldura care recupereaza energia termica a aerului din mediul unde este amplasat vaporizatorul. Denumirea de aer vine de la faptul ca sursa de caldura din care extrag energia termica o constituie aerul exterior, iar cuvantul “apa” semnifica faptul ca pompa de caldura livreaza pentru incalzire “apa” calda).Aceasta “sursa” de caldura din care pompele de caldura isi extrag energia termica, respectiv aerul exterior, prezinta variatii mari de temperatura intre zile, anotimpuri, etc de unde rezulta ca si COP al acestor pompe de caldura va fi puternic influentat de aceste variatii deci va fi un COP variabil direct proportional cu variatiile temperaturii exterioare, si va avea valori cu atat mai mici cu cat temperatura exterioara va fi mai scazuta.De aici rezulta cel ma mare neajuns al acestor pompe de caldura, deoarece ele livreaza cea mai putina caldura si cea mai scumpaDupa constructia lor, vaporizatoarele pot fi cu circulatie naturala a aerului, dupa cum se poate vedea in imaginea alaturata, care prezinta vaporizatoarele pompelor de caldura Octopus, de fabricatie suedeza, ale firmei cu acelasi nume, aporizatoare care se mai numesc „stalpi de ghiata” (icestick), deoarece pe durata functionarii pompei de caldura, aceste vaporizatoare se acopera cu ghiata. Cele mai multe pompe de caldura au vaporizatoare cu circulatie fortata a aerului (cu ventilator) si au aspectul ca in imaginea alaturata.

  Pe durata functionarii pompei de caldura, ventilatorul functioneaza intermitent cu scopul de a asigura un debit cat mai mare de aer care sa „spele” vaporizatorul, pentru a favoriza o recuperare cat mai mare a energiei termice din aerul trimis spre vaporizator.

  Ca si caracteristici de performanta (COP), aceste pompe de caldura au un coeficient de performanta puternic variabil, direct proportional cu valoarea temperaturii exterioare (COP scade cu atat mai mult cu cat afara este mai frig). Din cauza acestor randamente scazute, pompele de caldura aer-apa se utilizeaza numai acolo unde nu este disponibila o sursa de apa in panza freatica pentru a se monta o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis, care ofera cel mai mare si cel mai constant COP si nu exista nici terenul minim necesar disponibil pentru a monta o pompa de caldura apa-apa in circuit inchis (adica o pompa de caldura sol-apa) care ofera un randament mult mai mare decat pompele de caldura aer-apa.

• Pompele de caldura apa-apa care pot fi in circuit inchis sau in circuit deschis (pompele de caldura apa-apa in circuit inchis se mai numesc si pompe de caldura sol-apa.deoarece au colectoare ingropate in sol, in santuri orizontale sau in foraje verticale.Pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector orizontal (numite si pompe de caldura sol-apa cu colector orizontal) au in dotare serpentine colectoare amplasate In santuri orizontale cu adancimea de 1-2,5 m. Lungimea totata a serpentinei se calculeaza la aprox 50ml/kw, ceea ce inseamna ca pentru o pompa de caldura cu puterea termica de 25kw, luata ca exemplu, este necesar un colector cu lungimea de 1250ml, adica un sant cu lungimea de 1250 ml in care se amplaseaza serpentina / serpentinele colectoare cu lungimea totala de 1250ml.

  De mentionat este faptul ca valoarea lucrarii este foarte mare tinand cont de volumul urias de pamant care trebuie excavat si ulterior reamplasat dupa pozitionarea colectorului. Acest tip de pompe de caldura prezinta un coeficient de performanta ceva mai bun decat cel al pompelor de caldura aer-apa deoarece pe durata temperaturilor scazute, temperatura solului la adancimea de amplasare a colectorului nu scade sub 0⁰C.

  Cu toate acestea, performanta acestor pompe de caldura este dependenta de temperatura ambientala, deoarece temperatura in sol, la adancimea de amplasare a colectorului este variabila, in functie de temperatura exterioara. Amplasarea acestui tip de pompa de caldura necesita o suprafata mare de teren, pe care beneficiarul pompei de caldura trebuie sa o aiba in proprietate in imediata vecinatate a imobilului.

  Prin serpentina colectoare circula apa gliconata sau saramura, cu ajutorul unei electropompe de circulatie.Nu conteaza daca planul de amplasare al serpentinei colectoare este orizontal sau inclinat. La astuparea santului in care s-a pozitionat serpentina colectoare, trebuie avuta mare grija ca teava colectoare sa nu fie sparta sau strangulata de eventuali bulgari mari de pamant sau de pietre, care in cadere o pot sparge.

• Pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical (numite si pompe de caldura sol-apa cu colector vertical) au in dotare serpentine colectoare amplasate puturi forate.Din nefericire, nu toate zonele din tara dispun de panza de apa freatica care sa permita utilizarea pompelor de caldura apa apa in circuit deschis. In zonele respective, unde nu exista panza de apa freatica, se pot utiliza pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector orizontal, cum sunt cele mentionate anterior sau pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical, ca in imaginea de mai jos. Aceste pompe de caldura au o putere termica constanta independenta de temperatura ambientala si implicit, un COP constanta cu valoare mare (peste 4,5), indiferent de anotimp.

  Dezavantajul acestor pompe de caldura costa in faptul ca necesita realizarea mai multor puturi forate de adancime mare (peste 100m) in care se amplaseaza serpentina colectoare.

  Lungimea serpentinei trebuie sa fie de aproximativ 35ml/kw, adica la o pompa de caldura de 25 kw termici de exemplu, lungimea sepentinei ar trebui sa fie de aprox 875 ml, ceea ce s-ar traduce ca posibilitate de executie in realizarea a 7 puturi forate la adancimea de 125 m fiecare. Toate aceste lucrari, inclusiv costul serpentinei colectoare ridica extrem de mult mult pretul total al lucrarii.

• Pompele de caldura apa-apa in circuit deschis denumite si „REGINELE POMPELOR DE CALDURA”, aceste pompe de caldura ofera cele mai performante rezultate care constau intr-un coeficient de performanta (COP) maxim (mai mare de 4,5) si foarte stabil pe toata durata anului, indiferent de temperatura exterioara, cu cheltuieli de investitii minime in sensul ca fata de pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical, care ofera performante similare, pompele apa-apa in circuit deschis au un pret de investitie de 3-4 ori mai mic, deoarece nu neceesita sute de metri de foraj extrem de costisitor. Aceste pompe de caldura necesita un singur foraj pana la prima panza de apa freatica (aflata in majoritatea cazurilor in limita a max 10-20 metri adancime sau doua foraje in cazul in care imobilul nu are sistem de canalizare).. Pentru un randament optim se recomanda ca putul forat de absorbtie sa fie realizat chiar in camera tehnica in care urmeaza a fi montata pompa de caldura.Pentru un imobil dat, pompa de caldura apa-apa in circuit deschis necesita compresorul cu cea mai mica putere instalata deci cea mai redusa cheltuiala de investitie. Dintre pompele de caldura apa-apa in circuit deschis, cea mai performanta o consider a fi pompa de caldura ASG, o pompa de caldura cu un design original, intr-o constructie futurista cu elemente de noutate absoluta.

  Referitor la executia puturilor forate pentru aceste pompe de caldura, preciz faptul ca puturile forate trebuie realizate pana la prima panza de apa freatica. Nu are importanta faprtul ca de cele mai multe ori aceasta apa nu este potabila, deoarece apa va fi utilizata numai de pompa de caldura. Esential este ca putul de absorbtie sa asigure debitul de apa necesar, in caz contrar se foreaza pana la urmatoarea panza de apa freatica. Daca imobilul dispune de instalatie de canalizare (exclus fosa septica), apa urmeaza a fi deversata in respectiva instalatie de canalizare (pluviala sau menajera).

  In cazul in care imobilul nu dispune de instalatie de canalizare, este necesara si realizarea celui de al doilea put forat, pentru deversare, in aceleasi conditii ca si primul.

• Pompele de caldura aer-aer (pompe de caldura reversibile pe bucla de apa). Aceste pompe de caldura se utilizeaza pentru conditionarea aerului (incalzire/racire) in complexele comerciale.Pompele sunt alimentate printr-o bucla de apa cu apa cu temperatura de 25 grade Celsius si produc aer cald/rece in functie de programare. Sunt utilizate frecvent in SUA si Canada dar si la noi in supermarketuri.

Performanta pompelor de caldura

Eficienta pompelor de caldura este apreciata cu ajutorul unui parametru de randament supraunitar numit COP (coeficient de performanta) care reprezinta numarul de kW energie termica livrati de pompa de caldura pentru fiecare kW energie electrica absorbit de la retea, marime are poate fi aproximativ apreciata ca reprezentand de cate ori caldura produsa de pompa de caldura este mai ieftina decat aceeasi cantitate de caldura produsa cu o centrala electrica. (se considera randamentul centralei electrice ca fiind unitar, desi el este de 0,98).

Astfel, cand spunem ca o pompa de caldura aer-apa are la un moment dat un COP de 2,5 inseamna ca la acel moment, respectiva pompa de caldura produce o energie termica (caldura) de cca 2,5 ori mai ieftina decat in cazul in care aceeasi cantitate de energie termica ar fi produsa cu o centrala electrica.

Care este pe scurt ciclul de functionare al unei pompe de caldura si ce este coeficientul de performanta (COP) al pompei de caldura

In principiu, freonul aflat in stare de vapori avand o temperatura de cca 70-80ᵒC rezultata in urma comprimarii este trimis de compresorul poz.4 in condensatorul poz.1, acesta fiind un schimbator de caldura, unde intra in contracurent cu circuitul de agent termic destinat incalzirii imobilului, caruia ii cedeaza o mare parte din energia sa termica. Cea mai mare parte a pompelor de caldura au o limitare a temperaturii agentului de incalzire a imobilului la 55⁰C.

In condensator, ca urmare a pierderii energiei termice, freonul isi schimba starea de agregare devenind lichid si paraseste condensatorul la o temperatura de cca. 35-40⁰C, indreptandu-se catre ventilul de expansiune, poz.2, care va determina destinderea agentului frigorific, cu efectul transformarii starii acestuia din faza lichida in faza de vapori de freon avad o temperatura extrem de scazuta (ex.T= – 43,5⁰C pentru freonul R407C). Aceasta temperatura se manifesta in vaporizator, care joaca rolul unui schimbator de caldura intre vaporii de freon cu temperatura foarte scazuta si “sursa rece” utilizata de pompa de caldura, care poate fi apa dintr-un put forat, in cel mai avantajos caz, sau aerul exterior, in cazul pompelor aer-apa ori caldura solului transmisa prin fluxul de apa transportat prin conducte in sol verticale (puturi forate) sau orizontale (canale in sol), la pompele sol-apa, in circuit inchis etc. Se pot utiliza inclusiv panouri solare pentru incalzirea agentului „sursei reci” pentru vaporizator. Cu ajutorul acestei “surse reci”, vaporii de freon avand temperatura extrem de scazuta(sub -40ᵒC) “se incalzesc” pana la o temperatura cat mai ridicata posibil.(pana in vecinatatea punctului triplu).

AICI ESTE PRINCIPALUL SECRET:

In vaporizator, se creeaza un echilibru intre temperatura extrem de scazuta a freonului la transformarea din faza lichida in faza de vapori si temperatura „sursei reci”, astfel incat pe toata durata de vaporizare, temperatura este constanta si poarta numele de temperatura de vaporizare.Pentru o cantitate de freon prestabilita, temperatura de vaporizare este cu atat mai mare cu cat aportul termic al „sursei reci” este mai mare, cu alte cuvinte cu cat temperatura „sursei reci” este mai mare, cu atat cantitatea de caldura recuperata de la sursa rece este mai mare si reprezinta prima conditie pentru obtinerea unui COP mai mare.

PRIMA CONDITIE PENTRU ASIGURAREA UNUI COP MARE

Ca si concluzie se poate afirma ca prima conditie ca o pompa de caldura sa asigure un coeficient de performanta ridicat este ca temperatura „sursei reci” sa fie cat mai mare, fapt care implicit determina o temperatura de vaporizare cat mai ridicata. In acelasi context rezulta ca daca temperatura “sursei reci” este constanta, atunci atat puterea termica cat si COP al pompei de caldura vor fi constante.

• Pe primul loc, se situeaza “sursa rece” care asigura incontestabil cel mai mare si stabil COP, avand desigur cea mai mare temperatura. Aceasta „sursa rece” de top, o reprezinta apa din panza de apa freatica. La toate pompele de caldura apa-apa in circuit deschis tip ASG pe care le-am montat pe teritoriul Romaniei, in foarte multe orase si comune, am gasit iarna, in panza freatica numai temperaturi cuprinse intre 11-14⁰C. Cu aceasta “sursa rece” se poate obtine utilizand pompele de caldura apa-apa, cel mai mare COP posibil, peste valoarea de 4,5 in functie de temperatura agentului de incalzire, care va fi analizata in cele ce urmeaza. De remarcat este faptul ca pompele de caldura utilizand aceasta “sursa rece”, au un coeficient de performanta COP constant, pe durata tuturor anotimpurilor, independent de temperatura exterioara. Coeficientul de performanta al pompelor de caldura apa-apa care utilizeaza ca “sursa rece” apa din putul forat este direct proportional cu temperatura apei din putul forat, care este relativ constanta pe durata anului si este independent de temperatura exterioara.
  Toate mentiunile de mai sus sunt valabile atat pentru pompele de caldura apa-apa in circuit deschis cat si pentru pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical.
• Pe locul 2, urmeaza “sursa de caldura” constituita dintr-un flux de apa (gliconata sau saramura), care preia energia termica din caldura solului prin intermediul unor tubulaturi orizontale (amplasate in santuri in pamant la adancimea de 1-2,5 m) din dotarea pompelor de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector orizontal, cu mentiunea ca lungimile acestor tubulaturi sunt in general mari, de cca.50ml/kw. COP obtinut de aceste pompe de caldura este mai mic decat cel prezentat anterior si este dependent de temperatura exterioara.Din graficul de mai jos, rezulta ce temperaturi are solul la diferite adancimi precum si variatia temperaturii in diverse anotimpuri.
• Pe ultimul loc se claseaza “sursa de caldura” constituita de fluxul de aer exterior antrenat cu un ventilator, in cazul pompelor de caldura aer-apa. Chiar procedeele mai noi care utilizeaza injectia de vapori de freon nu pot asigura o valoare a COP, cat de cat apropiata de valoarea asigurata de pompele de caldura apa-apa, pentru temperaturi exterioare negative. De exemplu, cand afara sunt temperaturi de – 20ᵒC “sursa rece” o reprezinta fluxul de aer la temperatura de – 20ᵒC, care intra in vaporizator. Rezulta foarte clar ca aportul termic al aerului rece cu aceasta temperatura la incalzirea vaporilor de freon aflati in vaporizator este extrem de scazut si implicit energia termica captata de la aerul rece avand aceasta temperatura este foarte redusa. Este foarte adevarat ca pompele de caldura aer-apa, utilizeaza si caldura de condensare a vaporilor de apa precum si caldura de schimbare a starii de agregare a apei in ghiata. (este vorba de apa care condenseaza pe vaporizator si transmit acestuia caldura latenta de condensare). Aceste aporturi energetice sunt valabile numai la temperaturi nu foarte scazute, deoarece la temperturi exterioare scazute mult sub temperatura de inghet, aerul este extrem de uscat si nu contine vapori de apa care ar putea asigura un aport energetic prin condensare.

In consecinta, o pompa de caldura aer-apa, are un coeficient de performanta cu atat mai mic cu cat temperatura exterioara este mai scazuta, adica atunci cand imobilul are cea mai mare nevoie de caldura.

Nimeni cu contesta faptul ca pompele de caldura aer-apa au un COP chiar peste 4 dar numai la temperaturi muult peste temperatura de inghet.. COP al pompelor de caldura mentionate la punctul 2 si 3 este strict dependent de temperatura exterioara in sensul ca scade odata cu scaderea temperaturii exterioare. Cu alte cuvinte, cu cat afara este mai frig, cu atat ele ofera mai putina caldura, adica ofera din ce in ce mai putina caldura exact atunci cand imobilul are nevoie de mai multa caldura.

De aici rezulta si conditia de optim pentru o “sursa rece” utilizata de pompa de caldura.

A DOUA CONDITIE PENTRU ASIGURAREA UNUI COP MARE

Ciclul Carnot inversat care caracterizeaza functionarea pompei de caldura poate fi reprezentat prin diagrama T-S.(este vorba despre ciclul Caront ideal inversat, deoarece in cazul ciclului real, conotatiile sunt mult mai complexe si pot fi gasite de cei care doresc, in documentatiile tehnice de specialitate).

T = reprezinta temperatura agentului termic (in cazul nostru, circuitul de apa care se incalzeste in condensator pentru calorifere sau sistemul de incalzire in pardoseala). Presupunem ca se foloseste un sistem de incalzire in pardoseala iar temperatura necesara a agentului pentru incalzirea in pardoseala este de 35⁰C..

T_u = reprezinta temperatura “sursei reci” care “incalzeste” vaporii de freon din vaporizator = 13⁰C, si este constituita dintr-un flux de apa din panza freatica; Suprafata “a” reprezinta energia preluata de pompa de caldura din “sursa rece” utilizata, deci energia recuperate din mediu;

Suprafata “b” reprezinta energia consumata de electrocompresorul pompei de caldura;

Suprafata “a+b”, reprezinta energia totala cedata agentului termic de incalzire a imobilului.(este vorba de un ciclu ideal fara pierderi de randamente).

In aceste conditii, coeficientul de performanta COP al pompei de caldura este: COP = ( a + b ) / b

Analizand figura de mai sus, rezulta o concluzie extrem de importanta: energia termica totala produsa de pompa de caldura si cedata imobilului (suprafata a+b), este cu atat mai mare cu cat valoarea lui “b” este mai mica, iar acest lucru este posibil atunci cand diferenta “T-Tu” este minima.

Exprimata cu alte cuvinte, aceasta constatare constituie cea de a doua conditie a pompelor de caldura in scopul asigurarii unui COP ridicat, conditie care poate fi enuntata astfel: COEFICIENTUL DE PERFORMANTA (COP) AL UNEI POMPE DE CALDURA ESTE CU ATAT MAI MARE CU CAT DIFERENTA INTRE TEMPERATURA AGENTULUI TERMIC SI TEMPERATURA „SURSEI RECI” ESTE MAI MICA.

IN CONCLUZIE DACA DORIM O EFICIENTA MAXIMA , ATUNCI DIFERANTA INTRE TEMPERATURA AGENTULUI TERMIC DESTINAT INCALZIRII IMOBILULUI SI TEMPERATURA “SURSEI RECI” TREBUIE SA FIE CAT MAI MICA. PENTRU REALIZAREA ACESTUIb DEZIDERAT SE VOR FOLOSI SISTEME DE DISTRIBUTIEb A CALDURII CU TEMPERATURI COBORATE ( 30 – 40º C ) SI ANUME: INCALZIRE IN SUPRAFATA (INCALZIRE IN PARDOSELI, IN PERETI, PLAFOANE) SI/SAU IN CAZ MAI PUTIN FERICIT VENTILOCONVECTOARE. SOLUTIA CEA MAI DEJAVANTAJOASA DIN ACEST PUNCT DE VEDERE O REPREZINTA INCALZIREA CU CALORIFERE. O MINIMA IMBUNATATIRE DE RANDAMENT SE POATE OBTINE PRIN MARIREA CORESPUNZATOARE A SUPRAFETEI CALORIFERELOR.

Din cele expuse mai sus, rezulta foarte clar faptul ca performanta (COP) unei pompe de caldura este un indicator variabil in functie directa de cei doi parametri esentiali expusi mai sus, respectiv temperatura sursei reci si temperatura setata pentru agentul termic.

Este obligatoriu si esential pentru producatorii de pompe de caldura ca in momentul cand prezinta COP-ul unei pompe de caldura sa se precizeze TEMPERATURA “SURSEI RECI” si TEMPERATURA AGENTULUI TERMIC. (bibliografia germana obliga la aceasta notatie, de obicei cu notatii de genul W10/W35, EO/W35, LO/W50, BO/W35, etc.)

De exemplu, firma germana DIMPLEX, producatoare a unora din cele mai performante pompe de caldura din lume la ora actuala, prezinta valoarea COP astfel:

• Heat output/COP at W10W50 = 3,80, ceea ce inseamna ca valoarea COP este de 3,80, numai in conditiile in care temperatura „sursei reci” este de 10⁰C, iar temperatura agentului de incalzire este de 50⁰C.
• Heat output/COP at W10W35 = 5,20, ceea ce inseamna ca valoarea COP este de 5,20, numai in conditiile in care temperatura „sursei reci” este de 10⁰C, iar temperatura agentului de incalzire este de 35⁰C.

CONCLUZII

Cele doua conditii care determica valoarea COP, impart pompele de caldura in doua mari categorii, respectiv:

• Categoria nr.1 Pompe de caldura care recupereaza energia termica de la surse reci cu energie termica variabila. (in functie temperatura ambianta), si in aceasta categorie intra pompele de caldura aer-apa, aer-aer si pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector orizontal. Aceste pompe de caldura sunt caracterizate de un COP variabil, cu atat mai mic cu cat temperatura ambianta este mai scazuta si ajung in situatia in care, la temperaturi negative, nu mai pot asigura necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului, motiv pentru care au in dotare o rezistenta de ajutor, pe care o pun in functiune la momentul in care puterea termica a pompei de caldura respective devine mai mica decat necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului.
• Categoria nr.2 Pompe de caldura care recupereaza energia termica de la surse reci cu energie termica relativ constanta. (independent de temperatura ambianta), si in aceasta categorie intra pompele de caldura apa-apa in circuit deschis si pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical. Aceste pompe de caldura sunt caracterizate de o putere termica constanta pentru valori constante setate pentru agentul termic de incalzire, de COP peste 4,5, indifferent de temperatura ambientala si de lipsa rezistentelor termice de ajutor. Aceste pompe de caldura nu ajung niciodata in situatia de a nu putea acoperi necesarul de caldura la imobilului.

Pompele de caldura din cadrul Categoriei nr 1, vor avea trei etape de fucntionare:

• Etapa nr.1. Functionarea la temperaturI pozitive Functionarea acestui tip de pompe de caldura la temperaturi exterioare pozitive mai mari de +10; +13⁰C, poate oferi performante similare sau chiar mai bune decat cele oferite de pompele de calduradin cadrul Categoriei nr.2, fapt care le recomanda pentru utilizarea ca chilere pentru preparata apa calda menajera in perioadele de primavera, vara si toamna.
• Etapa nr.2 o constituie functionarea acestor pompe de caldura in domeniul temperaturilor situate sub +10; +13⁰C pana la temperatura negativa la care puterea termica oferita de acest tip de pompe de caldura in scadere continua, odata cu scaderea temperaturii exterioare, nu mai poate acoperi neceesarul de caldura al imobilului. In acest interval de temperaturi, coeficientul de performanta al pompei de caldura scade progresiv, pana la valori de cca 2,2-2,4 adica pompa de caldura respectiva produce tot mai putina caldura, care implicit devine tot mai scumpa. Temperatura exterioara negativa la care puterea termica oferita de aceste tipuri de pompe de caldura devine insuficienta pentru incalzirea imobilului este determinata de calculul de dimensionare. Supradimensionarea puterii pompei de caldura pentru a cobori nivelul temperaturii la care puterea termica a pompei de caldura atinge pragul minim al necesarului de caldura al imobilului, este o asa numita “sabie cu doua taisuri” in sensul ca daca daca montam o pompa de caldura de putere mult mai mare, acesta va asigura un domeniu mai mare de temperaturi negative pentru incalzirea imobilului, dar va consuma in permanenta o cantitate suplimentara de energie electrica cu reflectare directa in costul incalzirii.
• Etapa nr.3 a functionarii acestui tip de pompa de caldura o constituie domeniul de temperaturi negative mai scazute decat temperatura la care respectiva pompa de caldura nu mai poate furniza cantitatea de energie termica necesara incalzirii imobilului, adica domeniul temperaturilor la care acest tip de pompa de caldura declanseaza pornirea rezistentei de ajutor, menita sa suplimenteze energia termica oferita de pompa de caldura pentru a asigura incalzirea imobilului. Aceste rezistente electrice au COP de 0,98 adica ofera o caldura etrem de scumpa. Etapa nr.3 este “etapa care rupe buzunarul” Pentru cine va avea rabdarea de a urmari in continuare acest material, voi documenta tehnic aceste afirmatii si voi arata cum putem afla exact parametrii de functionare ai fiecarui tip de pompa de caldura.

Sa vedem unde mai apare dezinformarea sau altfel spus inducerea in eroare.

• !). Este o dezinformare prezentarea coeficientului de performanta al unei pompe de caldura fara a preciza temperatura sursei reci din care pompa de caldura extrage energia termica si temperarura agentului termic pe care pompa de caldura este setata pentru a-l produce.

  Exemplificare. Apare un anunt pentru o pompa de caldura aer-apa care ofera un COP= 4 si functioneaza pana la temperatura ambientala de -15⁰C.

  Aici sunt doua induceri in eroare.
  1. Prima dezinformare apare deoarece nu sunt specificate conditiile in care respectiva pompa de caldura ofera un COP=4, respectiv temperatura sursei reci si tempreratura agentului termic. Vom vedea exact in cele ce urmeaza in ce conditii stricte o pompa de caldura aer-apa poate oferi un COP=4 si pentru ce temperaturi ale agentului termic.
  2. A doua dezinformare este aceea ca pompa de caldura asigura incalzirea imobilului pana la temperaturi ambientale de -15⁰C, deoarece la temperaturi negative, puterea respectivei pompe de caldura scade odata cu scaderea temperaturii ambientale si la un moment dat, functionarea pompei de caldura este ajutata de rezistenta electrica din dotare, care are un COP=0,98, adica din acel moment, incalzirea devine extrem de scumpa fiind realizata nu numai de pompa de caldura, a carei putere termic scade o data cu scaderea temperaturii exterioare dar si de rezistenta electrica despre care se poate spune ca “rupe buzunarul”

• II). O alta dezinformare consta in prezentarea parametrilor de functionare ai unei pompe de caldura aer-apa sau apa apa in circuit inchis cu colector orizontal, (adica a acelor pompe de caldura ale caror performante depind de temperatura ambientala), pe baza temperaturii medii lunare sau si mai rau pe baza temperaturii medii de anotimp.

  A aparut astfel notiunea de COP sezonier pentru pompele de caldura, notiune de natura sa dezinformeze total un comparator, (din punctul meu de vedere), desi culmea, notiunea este introdusa de comunitatea Europeana si este prevăzută de Directiva UE privind produsele cu impact energetic (ErP) (Directiva privind designul ecologic)

Exemplificare.

Apare un anunt de vanzare a unei pompe de caldura care are COP sezonier de iarna = 3,5. Cumparatorul de buna credinta isi face socoteala conform calculului aproximativ mentionat mai sus, ca in iarna care vine, incalzirea cu respectva pompa de caldura il va costa de cca 3,5 ori mai putin decat o incalzire cu centrala electrica, cea ce este un mare fals.

Vanzatorul a luat in calcul temperatura medie de iarna din locatia pentru care a recomandat pompa de caldura respectiva, care in marea majoritate a cazurilor este pozitiva sau usor negativa, cu exceptia unor poli de frig si astfel a “decis” ca la acea temperatura pompa de caldura respectiva va avea COP-ul indicat, la care consumul de energie electrica este de 3,5 ori mai mic decat in cazul incalzirii cu o centrala electrica. Eroarea este insa imensa deoarece in sezonul de iarna respectiv, este imposibil sa nu fie perioade destul de multe si de lungi in care respectiva pompa de caldura va functiona cu o valoare a COP in jurul valorii de 2,4 si vor fi cu siguranta si perioade multe si lungi in care pompa de caldura respectiva va functiona si cu rezistenta electrica de ajutor, situatie care poate creste extrem de mult consumul de energie electrica previzioat pe baza acelui COP sezonier.

La adresa: www.star.ugal.ro pot fi accesate temperaturile medii anuale in diverse localitati din Romania, dar ar fi o greseala imensa estimarea consumului de energie electrica pe baza unuei valori medii a COP pentru o anumita localitate conform celor de mai sus.

In continuare voi incerca sa demonstrez cele afirmate mai sus.

Voi utiliza programul Select 8 software oferit de Copeland, in care voi selecta alegerea tipului de compressor, cu turatie fixa, de tip Scroll, pentru o pompa de caldura cu puterea de 18 kw, care sa utilizeze freonul R407C.
Programul imi indica electrocompresorul ZH45 pentru care furnizeaza variatia tuturor parametrilor functionali in forma de diagrama si tabelar.

Programul prezinta evolutia a foarte multi parametri, cum ar fi evolutia masei de freon vehiculata, diagrama de functionare etc, care insa exceed tematica in discutie. Toti parametrii de functionare sunt in functie de temperatura de vaporizare a freonului (notata cu Te) si temperatura de condensare (notata cu Tc).

Pentru un calcul foarte exact, aceste temperaturi sunt foarte usor de aflat, daca se masoara presiunea de aspiratie a electrocompresorului si presiunea de refulare cu ajutorul unui manifold digital care are diagramele in memorie sau cu ajutorul unui manometru frigotehnic cu care se citesc presiunile de aspiratie si refulare ale compresorului si pentru aflarea temperaturilor de vaporizare si respectiv de condensare se utilizeaza programul Ref Tools pus la dispozitie de Danfoss pe Magazin Play. Pentru simplificare si pentru a nu complica expunerea cu multe alte detalii complicate, vom aproxima, in conformitate cu documentatia de specialitate mentionata in subsolul articolului, ca Te este cu 10⁰C +3⁰C = 13⁰C mai mica decat temperatura sursei reci iar temperatura de condesare este cu cca 4⁰C mai mare decat temperatura agentului termic de incalzire.

Ne vom rezuma la trei tabele pentru a simula functionarea oricarui tip de pompa de caldura dotata cu acest tip de electrocompresor. Este de mentionat faptul ca pentru pompele de caldura cu o singura treapta, asa cum sunt marea majoritate a pompelor de caldura, diferenta de functionare intre diverse tipuri de electrocompresoare din punct de vedere al parametrilor nu este cu mult diferita.

Sa analizam variatia principalilor parametri respectiv puterea termica oferita de pompa de caldura, COP si consumul de energie in functie de variatia celor doi parametri esentiali respectiv temperatura de vaporizare Te si temperatura de condensare Tc.

Cap.1 Analiza functionarii pompelor de caldura care recupereaza energia termica de la surse din mediu cu o temperatura relativ constanta (pompele de caldura apa-apa in circuit deschis si pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical).

Am montat pompe de caldura ASG (care sunt pompe de caldura apa-apa in circuit deschis, fabricate de firma noastra) in majoritatea judetelor din tara si am constatat ca in cea mai mare parte a locatiilor, temperatura apei din prima panza freatica a fost de aproximativ 13⁰C, cu variatii vara-iarna mai mici de 1⁰C. Temperaturi mai mic de 13⁰C nu am gasit in nici o locatie, chiar si acolo unde prima panza de apa era foartee aproape (ex. Brasov, la 4m) insa au fost si locatii unde am gasit temperaturi mai mari (de pana la 19⁰C, mai ales in zona Bucuresti), Pentru analiza generala, vom considera ca sursa rece din care pompele de caldura apa-apa in circuit deschis extrag energia termica are temperatura de 13⁰C.

In aceste conditii, pompele de caldura mentionate, vor avea trei posibilitati de functionare, in functie de tempertura setata pentru agentul termic de incalzire, respectiv:

SITUATIA nr. 1

Cazul unui imobil dotat sistem de incalzire in pardoseala si cu o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis (pompa de caldura ASG)
Instalatia de incalzire in pardoseala, reclama o temperatura a agentului termic de cca. 35^⁰C. Pentru aceasta situatie de functionare conform celor de mai sus, temperaturile de vaporizare si condensare vor avea urmatoarele valori:

Sa analizam performantele pompei de caldura in aceste conditii :

Concluzia 1:

In conditiile specificate pompa de caldura va oferi o putere termica de 18,35 kW.

Concluzia 2:

In conditiile specificate pompa de caldura consuma 3,85kWh.

Concluzia 3:

In conditiile specificate pompa de caldura va avea un COP = 4,76, adica va oferi o energie termica (caldura) cu un consum de energie electrica de 4,76 ori mai mic decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica sau altfel spus, in conditiile mentionate, pompa de caldura va oferi o caldura de 4,76 ori mai ieftina decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica.

SITUATIA nr. 2

Cazul unui imobil dotat cu ventilo-convectoare si cu o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis (pompa de caldura ASG)
Instalatia de incalzire cu ventilo-convectoare, reclama o temperatura a agentului termic de cca. 45⁰C. Pentru aceasta situatie de functionare, temperaturile de vaporizare si condensare vor avea urmatoarele valori :

Sa analizam performantele pompei de caldura in aceste conditii :

Concluzia 1:

In conditiile specificate pompa de caldura va oferi o putere termica de 17,50 kW.

Concluzia 2:

In conditiile specificate pompa de caldura consuma 4,67 kWh.

Concluzia 3:

In conditiile specificate pompa de caldura va avea un COP= 3,75, adica va oferi o energie termica (caldura) cu un consum de energie electrica de 3,75 mai mic decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica sau altfel spus, in conditiile mentionate, pompa de caldura va oferi o caldura de 3,75 ori mai ieftina decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica.

SITUATIA nr. 3

Cazul unui imobil dotat cu calorifere si cu o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis (pompa de caldura ASG)
Instalatia de incalzire cu calorifere, reclama o temperatura a agentului termic de cca. 55⁰C. Pentru aceasta situatie de functionare, temperaturile de vaporizare si condensare vor avea urmatoarele valori :

Sa analizam performantele pompei de caldura in aceste conditii :

Concluzia 1:

In conditiile specificate pompa de caldura va oferi o putere termica de 16,70 kW.

Concluzia 2:

In conditiile specificate pompa de caldura consuma 5,65 kWh.

Concluzia 3:

In conditiile specificate pompa de caldura va avea un COP= 2,96, adica va oferi o energie termica (caldura) cu un consum de energie electrica de 2,96 mai mic decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica sau altfel spus, in conditiile mentionate, pompa de caldura va oferi o caldura de 2,96 ori mai ieftina decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica.

Dupa cum se observa, la toate situatiile de functionare de mai sus, temperatura de vaporizare a ramas constanta deoarece aceasta este direct si total dependent numai de temperatura apei din putul forat care este relativ constanta, fapt care ne indreptateste sa spunem ca PERFORMANTA (COP) POMPEI DE CALDURA APA-APA IN CIRCUIT DESCHIS SI A POMPEI DE CALDURA APA-APA IN CIRCUIT INCHIS CU COLECTOR VERTICAL NU DEPINDE SI NU ESTE INFLUENTATA IN NICI UN FEL DE TEMPERATURA EXTERIOARA A MEDIULUI AMBIANT.

Cap.2 Analiza functionarii pompelor de caldura care recupereaza energia termica de la surse din mediu cu o temperatura variabila in functie de temperatura ambientala (pompele de caldura aer-apa si pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector orizontal).

Si in acest caz trebuie sa analizam situatia in care pompa de caldura respectiva trebuie sa furnizeze agent termic pentru incalzire la cele 3 baremuri de temperatura, respectiv la cca. 35⁰C pentru cazul in care imobilul are sitem de incalzire in pardoseala, la temperatura de cca 45⁰C pentru cazul in care imobilul are sistem de incalzire cu ventilo-convectoare si respectiv la cca 55⁰C pentru cazul in care imobilul are sistem de incalzire cu calorifere.

La acest sistem de incalzire, va trebui sa avem in vedere faptul ca la un moment dat, odata cu scaderea temperaturii exterioare, scade drastic si puterea termica oferita de pompa de caldura si se va ajunge in situatia in care pompa de caldura nu va mai putea asigura necesarul de caldura pentru imobilul respectiv, moment in care va trebui sa intre in fucntiune rezistenta de ajutor. In cazul de fata consideram ca imobilul necesita o putere termica instalata de min.13kW si noi am prevazut pompa de caldura de 18 kW. Rezulta deci ca in momentul in care puterea termica oferita de pompa noastra de caldura va scadea pana pragul de 13kW, va trebui pornita rezistenta de ajutor.

SITUATIA nr. 1

Cazul unui imobil dotat sistem de incalzire in pardoseala si cu o pompa de caldura aer-apa la o temperatura exterioara de 8⁰C

Instalatia de incalzire in pardoseala, reclama o temperatura a agentului termic de cca. 35⁰C. Pentru aceasta situatie de functionare, temperaturile de vaporizare si condensare vor avea urmatoarele valori :

Conform normativelor, incalzirea imobilelor trebuie sa inceapa atunci cand afara sunt 10⁰C. Vom presupune ca vom incepe incalzirea imobilului atunci cand afara sunt 8⁰C. Temperaturile de vaporizare si condensare vor fi urmatoarele:

Concluzia 1:

In conditiile specificate pompa de caldura va oferi o putere termica de 15,55 kW.

Concluzia 2:

In conditiile specificate pompa de caldura consuma 3,74 kWh.

Concluzia 3:

In conditiile specificate pompa de caldura va avea un COP= 4,16, adica va oferi o energie termica (caldura) cu un consum de energie electrica de 4,16 ori mai mic decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica sau altfel spus, in conditiile mentionate, pompa de caldura va oferi o caldura de 4,16 ori mai ieftina decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica.

Observam din valorile tabelului ca la o temperatura de vaporizare de -10⁰C, care corespunde unei temperaturi exterioare de 3⁰C puterea termica oferita de pompa de caldura aer-apa respectiva coboara la numai 13,10 kW., adica aproape a atins valoarea minima limita care poate asigura incalzirea imobilului si ar trebui pornita rezistenta de ajutor.

Odata cu coborarea in continuare a temperaturii exterioare, pompa de caldura va functiona in continuare, cu o performanta tot mai scazuta, adica cu un COP din ce in ce mai mic (se poate vedea exact in tablelul de mai sus ca temperatura de vaporizare minima de functionare a acestei pompe de caldura este de -25⁰C care corespunde la o temperatura ambientala de -12⁰C la care puterea termica oferita dupa cum se vede in tabelurile urmatoare, este de numai 7,66 kW la un COP de numai 2,43 si cu un consum de energie electrica de 3,15 kW). Consumul de energie electica al pompei de caldura, pentru fiecare kilowat de energie termica produs devine din ce in ce mai mare, in paralel cu rezistenta electrica, aceasta din urma avand un COP de 0,98. Deci se poate spune ca la coborarea temperaturii exterioare pana la temperatura de aprox. 3⁰ consumul de energie electrica scade progresiv, valorile pautand fi usor aflate din tabel in functie de temperatura exterioara care determina valorile pentru Te si Tc, dar sub aceasta valoare a temperaturii exterioare (de 3⁰C), odata cu intrarea in functiune a rezistentei de ajutor, consumul de energie electrica explodeaza.

Temperatura la care intra in functiune rezistenta de ajutor, adica temperatura la care pompa de caldura nu mai poate asigura necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului, poate fi coborata, prin montarea unei pompe de caldura de putere mai mare, dar in acest caz creste foarte mult consumul de energie electrica pe tot domeniul de functionare al pompei de caldura, deci nu reprezinta o solutie economica.

In cazul luat ca exemplu constatam ca daca dorim sa asiguram incalzirea imobilului pana la temperatura exterioara de -12⁰C, vom dota pompa de caldura cu o rezisenta de 7kW, astfel incat la temperatura exterioara de -12⁰C sa avem o putere termica de 7,66 kW oferiti de pompa de caldura + 7kw oferiti de rezistenta electrica = 14,66 kW.

• In acest caz, consumul de energie electrica va fi de 3,15 kW consumati de pompa de caldura + 7kW consumati de rezistnta electrica =10,15 kW
• Puterea termica insumata de pompa de caldura si rezistenta electrica va fi de: 7,66 kW + 6,86 kW = 14,52 kW (randamentul incalzirii electrice este 0,98)
• COP al pompei de caldura cu rezistenta cu tot= 14,52/10,15 = 1,43

Daca vom dori insa sa asiguram incalzirea imobilului si la temperaturi mai scazute de -12⁰C, vom dota pompa de caldura cu o rezistenta de 15 kW.

• In acest caz, pompa de caldura nu va mai functiona deoarece exceed domeniul de functionare si va functiona numai rezistenta electrica, consumul de energie electrica fiind de 15 kW
• Puterea termica oferita de rezistenta electric ava fii de 15 kW x 0,98 = 14,7 kW (randamentul incalzirii electrice este 0,98)
• COP al incalzirii in aceste conditii va fi de = 14,7/15 = 0,98

SITUATIA nr. 2

Cazul unui imobil dotat sistem de incalzire cu ventilo–convectoare si cu o pompa de caldura aer-apa la o temperatura exterioara de 8⁰C

Instalatia de incalzire cu ventilo-convectoare, reclama o temperatura a agentului termic de cca. 45⁰C. Pentru aceasta situatie de functionare, temperaturile de vaporizare si condensare vor avea urmatoarele valori:

Sa analizam performantele pompei de caldura in aceste conditii :

Conform normativelor, incalzirea imobilelor trebuie sa inceapa atunci cand afara sunt 10⁰C. Vom presupune ca vom incepe incalzirea imobilului atunci cand afara sunt 8⁰C.

Temperaturile de vaporizare si condensare vor fi urmatoarele:

Concluzia 1:

In conditiile specificate pompa de caldura va oferi o putere termica de 14,90 kW.

Si in acesta situatie, rationamentul de mai sus este valabil in sensul ca inca inainte de a se atinge temperatura Te= -10⁰C, care corespunde la o temperatura anbientala de 3⁰C, pompa de caldura va avea o putere termica sub minimul necesar incalzirii imobilului si va trebui sa porneasca rezistenta de ajutor.In cazul acesta este necesara rezistenta de 15 kW, care va intra in functiune inainte ca temperatura ambientala sa atinga valoarea de 3⁰C. Pana la o temperatura Te = -20⁰C care corespunde unei temperature ambientale de -7⁰C, pompa de caldur ava functiona impreuna cu rezistenat de 13 kw, dupa care, la temperature sub acesta valoare, pompa de caldura se va opri si va functiona numai rezistenta de 15kW, careva oferi 14,7 kW cu o valoare a COP de 0,98.

Concluzia 2:

In conditiile specificate pompa de caldura consuma 4,52 kWh.

Concluzia 3:

In conditiile specificate pompa de caldura va avea un COP= 3,30, adica va oferi o energie termica (caldura) cu un consum de energie electrica de 3,30 mai mic decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica sau altfel spus, in conditiile menttionate, pompa de caldura va oferi o caldura de 3,30 ori mai ieftina decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica.

SITUATIA nr. 3

Cazul unui imobil dotat sistem de incalzire cu calorifere si cu o pompa de caldura aer-apa la o temperatura exterioara de 8⁰C

Instalatia de incalzire cu calorifere, reclama o temperatura a agentului termic de cca. 55⁰C. Pentru aceasta situatie de functionare, temperaturile de vaporizare si condensare vor avea urmatoarele valori.

Conform normativelor, incalzirea imobilelor trebuie sa inceapa atunci cand afara sunt 10⁰C. Vom presupune ca vom incepe incalzirea imobilului atunci cand afara sunt 8⁰C. Temperaturile de vaporizare si condensare vor fi urmatoarele:

Sa analizam performantele pompei de caldura in aceste conditii :

Concluzia 1:

In conditiile specificate pompa de caldura va oferi o putere termica de 14,30 kW.

Concluzia 2:

In conditiile specificate pompa de caldura consuma 5,43 kWh.

Concluzia 3:

In conditiile specificate pompa de caldura va avea un COP= 2,63, adica va oferi o energie termica (caldura) cu un consum de energie electrica de 2,63 ori mai mic decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica sau altfel spus, in conditiile mentionate, pompa de caldura va oferi o caldura de 2,63 ori mai ieftina decat in cazul in care aceeasi cantitate de caldura s-ar obtine cu o centrala electrica.

Este situatia cea mai dezavantajoasa, deoarece pompa de caldura ofera o putere termica foarte aproape de minimul necesar incalzirii in bune conditii a imobilului si va trebui sa porneasca rezistenta de ajutor de 15 kW. Dupa cum se vede din tabel, la o temperatura sub Te = -10⁰C, care corespunde unei temperaturi ambientale de 3⁰C, pompa de caldura va iesi din functiune deoarece excede domeniul de functionare si va ramane doar rezistenta de 15kW ,care va asigura incalzirea imobilului, cu parametrii mentionati mai sus.

Din prezentarile de mai sus, putem constata cat de importante sunt valorile Te si Tc care sunt determinate de temperatura sursei reci si temperatura agentului termic. Putem astfel constata ca acelasi compresor, de 18kW termici este capabil sa ofere o putere termica de 27,4 kW termici la o temperatura Te = 12,5⁰C care corespunde unei temperaturi ambientale de 25,5⁰C si de numai 7,66 kW termici atunci cand Te= – 25⁰C care corespunde unei temperaturi ambientale de -12⁰C.

Aceste trei tabeluri ne permit sa putem analiza cat de eficienta este o pompa de caldura dotata cu un anumit compresor atunci cand functioneaza ca pompa de caldura aer-apa sau ca pompa de caldura apa-apa, in toate variantele posibile.

Pentru usurina analizei, am completat tabelurile oferite de programul Select 8 de la Copeland cu inca o linie la partea superioara pe fond albastru in care am pus temperaturile sursei reci corespunzatoare temperaturilor de evaporare Te pentru fiecare valoare a Te in parte si o coloana in partea stanga, pe fond maro in care am pus temperaturile setate pentru agentul termic de incalzire a imobilului corespunzatoare temperaturilor de condensare Tc.pentru fiecare valoare a Tc in parte.

Vom exersa in acest mod comparative de acesta data parametrii de functionare ai compresorului in cele trei situatii de functionare, respectiv:

• Cazul A. In situatia in care imobilul are sistem de incalzire in pardoseala si am setat temperatura agentului termic de incalzire la valoarea de 36⁰C.(sirul de valori marcat cu verde);
• Cazul B. In situatia in care imobilul are sistem de incalzire cu ventilo-convectoare si am setat temperatura agentului termic de incalzire la valoarea de 46⁰C.(sirul de valori marcat cu mov);
• Cazul C. In situatia in care imobilul are sistem de incalzire cu calorifere si am setat temperatura agentului termic de incalzire la valoarea de 56⁰C.(sirul de valori marcat cu gris);

Dupa cum se observa, valorile din fiecare tabel se pot extrapola pentru absolut orice parametri doriti a fi analizati.

Sa analizam cazul A.

Pentru o temperatura a sursei reci de 13⁰C, corespunzatoare Te= 0⁰C, situatie corespunzatoare functionarii compresorului in regimul oferit de pompa de caldura apa-apa in circuit deschis in mod permanent, sau aer-apa atunci cand afara sunt 13⁰C, pompa de caldura ofera o putere termica de 18,35kW, avand un consum de energie electrica de 3,85 kW si ofera un COP = 4,76. (sagetile negre).

Daca urmarim valorile parametrilor de-a lungul intregii scale orizontale din fiecare tabel, putem constata parametrii de functionare ai compresorului in functie de temperatura sursei reci. Putem astfel constata ca puterea termica oferita de pompa de caldura scade pana la valoarea minima de fucntionare de 7,66 kW in cazul in care temperatura sursei reci scade la valoarea de -12⁰C, la care pompa de caldura va avea un consum de energie electrica de 3,15kWh si va functiona cu un COP = 2,43.

De asemenea, vedem ca daca am presupus ca imobilul are nevoie de o putere termica instalata de 13 kW pentru incalzire, la o temperatura a sursei reci de cca 3 ⁰C, (situatie intalnita la pompele de caldura aer-apa) pompa de caldura atinge minimul puterii termice necesare imobilului si va trebui sa actionize rezistenta termica de ajutor, pentru a putea asigura in continuare incalzirea imobilului.

Sa analizam cazul B.

Pentru o temperatura a sursei reci de 13⁰C, corespunzatoare Te= 0⁰C, situatie corespunzatoare functionarii compresorului in regimul oferit de pompa de caldura apa-apa in circuit deschis in mod permanent, sau aer-apa atunci cand afara sunt 13⁰C, pompa de caldura ofera o putere termica de 17,50kW, avand un consum de energie electrica de 4,67 kW si ofera un COP = 3,75. (sagetile rosii).

Daca urmarim valorile parametrilor de-a lungul intregii scale orizontale din fiecare tabel, putem constata parametrii de functionare ai compresorului in functie de temperatura sursei reci. Putem astfel constata ca puterea termica oferita de pompa de caldura scade pana la valoarea minima de fucntionare de 8,97 kW in cazul in care temperatura sursei reci scade la valoarea de -7⁰C, la care pompa de caldura va avea un consum de energie electrica de 3,93kWh si va functiona cu un COP = 2,28.

De asemenea, vedem ca daca am presupus ca imobilul are nevoie de o putere termica instalata de 13 kW pentru incalzire, la o temperatura a sursei reci de cca 3 ⁰C, (situatie intalnita la pompele de caldura aer-apa) pompa de caldura deja se afla sub minimul puterii termice necesare imobilului si va trebui sa actionize rezistenta termica de ajutor, pentru a putea asigura in continuare incalzirea imobilului.

Sa analizam cazul C.

Pentru o temperatura a sursei reci de 13⁰C, corespunzatoare Te= 0⁰C, situatie corespunzatoare functionarii compresorului in regimul oferit de pompa de caldura apa-apa in circuit deschis in mod permanent, sau aer-apa atunci cand afara sunt 13⁰C, pompa de caldura ofera o putere termica de 16,70 kW, avand un consum de energie electrica de 5,65 kW si ofera un COP = 2,96. (sagetile albastre).

Daca urmarim valorile parametrilor de-a lungul intregii scale orizontale din fiecare tabel, putem constata parametrii de functionare ai compresorului in functie de temperatura sursei reci. Putem astfel constata ca puterea termica oferita de pompa de caldura scade pana la valoarea minima de functionare de 12,20 kW in cazul in care temperatura sursei reci scade la valoarea de 3⁰C, la care pompa de caldura va avea un consum de energie electrica de 5,19 kWh si va functiona cu un COP = 2,35.

De asemenea, vedem ca daca am presupus ca imobilul are nevoie de o putere termica instalata de 13 kW pentru incalzire, la o temperatura a sursei reci de cca 3 ⁰C, (situatie intalnita la pompele de caldura aer-apa) pompa de caldura deja se afla sub minimul puterii termice necesare imobilului si va trebui sa actionize rezistenta termica de ajutor, pentru a putea asigura in continuare incalzirea imobilului.

Se mai poate observa faptul ca pompa de caldura poate oferi si puteri termice mult mai mari avand implicit valori mult mai mari pentru COP, atunci cand temperatura sursei reci este mult mai mare, situatie intalnita practic la pompele de caldura aer-apa, functionand pe durata primaverii, verii sau toamnei, pentru incalzirea apei calde pentru consumul meanajer.

Se poate vedea din tabel ca acest compresor, montat pe un split pentru incalzire apa calda menajera, la o temperatura ambientala de 25,5⁰C poate oferi o putere termica de 24,50 kW cu un consum de energie electrica de 6,13 kWh si un COP = 3,99 pentru a inclazi apa la temperatura de 56⁰C, fapt care recomanda pompele de caldura aer-apa pentru acest gen de utilizare.

Bibliografie

• Pompe de caldura – Prof. dr. ing Ioan Boian Prof dr. ing Florea Chiriac-Ed. Matrix Rom 2013
• Scheme si cicluri Frrigorifice pentru instalatii cu comprimare mecanica –Dragos Hera si altii Ed. Matrix Rom 2009
• Calcucul termic, cicluri si scheme pentru proiectarea instalatiilor frigorifice cu comprimare mecanica –Anica Ilie si altii –Ed. Matrix Rom 2014
• Indrumar de proiectare pentru instalatiile frigorifice cu comprimare mecanica de vapori –Dragos Hera si altii- Ed. Matrix Rom 1999
• Pompe de caldura pentru tehnica incalzirii –Karl Ochsner –Ed. Matrix Rom 2011
• Sisteme frigorifice nepoluante –Liviu Drughean – Ed. Matrix Rom 2005
• Instalatii frigorifice vol. II Dragos Hera si altii Ed. Matrix Rom 2007
• Instalatii frigorifice vol. III Dragos Hera Ed Matrix Rom 2009.
• Instalatii de pompe de caldura Prof dr ing Vsevolod Radcenko Ed. Tehnica 1985

Cu ingaduinta dvs as incerca sa formulez cateva concluzii de final:

Marketingul de piata este locul unde orice medicament te face bine peste noapte, orice leac de slabire iti face imediat un corp de vedeta, orice crema te intinereste instant si in fine orice pompa de caldura functioneaza cu performante maxime indiferent de temperatura ambianta.

In realitate insa lucrurile stau complet diferit si daca ne referim la pompele de caldura, in prezentul articol am dorit sa demonstrez urmatoarele:

• Coeficientul de performanta al pompelor de caldura (COP) reprezinta o marime variabila care are valabilitate si sens numai in cazul in care se precizeaza temperatura sursei reci si temperatura agentului de incalzire, deoarece pentru valori diferite ale acestor doi parametri (temperatura sursei reci si temperatura agentului termic), COP are valori complet diferite.
• “Omiterea” celor doi patrametri (temperatura sursei reci si temperatura agentului termic), atunci cand se prezinta valoarea COP a unei pompe de caldura reprezinta o mare dezinformare a cumparatorului, dezinformare care poate imbraca mai multe forme cum ar fi:

Exemplu de anunt publicitar: Va oferim pompa de caldura aer-apa “X” care are un coeficient de performanta de 5 si functioneaza pana la o temperatura ambientala de -15⁰C.

Aici dezinformarea este multipla.

• Prima dezinformare consta in faptul ca dupa cum am demonstrat mai sus, pompa respectiva poate avea intr-adevar COP = 5 dar numai la o temperatura ambientala pozitiva mai mare de 15⁰C si la o temperatura a agentului termic de 35⁰C aferenta unui sistem de incalzire in pardoseala.In rest, valorile COP scad drastic cu cat temperatura sursei reci devine mai mica iar temperatura agentului termic devine mai mare.
• A doua dezinformare este legata de temperatura ambientala pana la care functioneaza pompa de caldura deoarece dupa cum am demonstrat mai sus, puterea termica a pompei de caldura respective scade progresiv odata cu scaderea temperaturii ambientale si odata cu cresterea temperaturii agentului termic iar la un moment dat, in domeniul temperaturilor ambientale negative, puterea termica oferita de pompa de caldura nu mai poate acoperi necesarul de caldura al imobilului si atunci pompa de caldura porneste rezistenta de ajutor, pentru a nu lasa imobilul in frig.In acel moment, COP al ansamblului format din pompa de caldura si rezistenta electrica scade dramatic, fapt care face ca din acel moment caldura oferita sa fie extrem de scumpa, datorita consumului de energie electrica urias.

Va imaginati ce ‘surpriza” va avea utilizatorul respectivei pompe de caldura care a contat pe un COP de 5 si constata ca a functionat cu un COP mediu care poate este la jumatate, sau chiar mai mic, ceeea ce se traduce printr-un consum de energie electrica si in final pe un cost al incalzirii de doua ori mai mare (sau chiar mai mult) decat cel previzionat pe baza anuntului privind valoarea COP .

• Si in domeniul pompelor de caldura apa-apa poate aparea dezinformare atunci cand se prezinta valoarea COP a unei pompe de caldura fara a se preciza valorile celor doi parametri (temperatura sursei reci si temperatura agentului termic),

Exemplu de anunt publicitar: Va oferim pompa de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical “X” care are un coeficient de performanta de 5 si functioneaza pana la o temperatura ambientala de -15⁰C.

In acest caz, referirea la functionarea pompei de caldura pana la o temperatura ambientala de -15⁰C este fara sens deoarece pompele de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical cat si pompele apa-apa in circuit deschis, pot functiona in conditii optime indiferent de temperatura ambientala, dupa cum am aratat mai sus.

Dezinformarea in acest acaz apare prin faptul ca un comparator achizitioneaza aceasta pompa de caldura pentru un sistem de incalzire cu calorifere, care impune o temperatura a agentului termic de 55⁰C-65⁰C, la care pompa de caldura respectiva are un COP mult mai mic decat valoarea COP=5 valabila pentru o temperatura a agentului termic de numai 35⁰C aferenta unui sistem de incalzire in pardoseala. Si din nou consumatorul va constata ca incalzirea imobilului il va costa cu mult mai mult decat calculul previzionat pe baza valorii COP=5 mentionata in anuntul pubilcitar fara a fi prezentate si valorile celor doi parametri care conditioneaza respectiva valoare a COP.

…si in final, poate cea mai mare dezinformare a cumparatorului apare din punctul meu de vedere atunci cand anunturile publicitare ofera o valoare numita “coeficientul sezonier de performanta” notat cu SCOP, introdusa prin “Noua metodă de clasificare a eficienţei energetice prevăzută de Directiva UE privind produsele cu impact energetic (ErP) (Directiva privind designul ecologic).

Am prezentat in acest articol cat de imensa este inducerea in eroare a cumparatorului in cazul in care face marea eroare de a previziona consumul de energie electrica si implicit costul incalzirii cu o pompa de caldura aer-apa pe baza valorii SCOP, din urmatoarele motive:

• Valoarea SCOP reprezinta un coeficient de performanta care se refera la temperatura medie a unui sezon, in cazul nostru a sezonului de iarna si nu ia in calcul COP din perioadele de timp cu temperaturi scazute in care pompa de caldura aer-apa functioneaza in tandem cu rezistenta electrica, adica exact perioadele
  de timp cu consumul excesiv de energie electrica
• De asemenea, din punctul de vedere al consumului de energie electrica, temperatura medie de sezon, nu poate fi luata in calcul, dupa parerea mea, deoarece reprezinta numai un raport intre temperaturile masurate si numarul de masuratori, fara sa tina cont de perioadele de timp ale fiecarei temperaturi in parte, fapt care conduce la erori mari de calcul ale unui consum previzionat pe baza SCOP.

de ce recomandam pompele de caldura ASG

Pompele de caldura ASG sunt pompe de caldura apa-apa in circuit deschis si ofera parametri de performanta constanti, indiferent de temperatura ambientala.

Aceste pompe de caldura ofera o rezistenta maxima la colmatare datorita arhitecturii originale a vaporizatorului, care asigura o curgere continua, fara intoarceri si coturi oferind astfel o autospalare si auto – curatare permanenta a vaporizatorului. Coeficientul mare de performanta oferit de aceste pompe de caldura in comparatie cu pompele de caldura de acelasi tip, este asigurat atat prin recuperarea energiei termice a apei din putul forat cat si a energiei termice a fazei lichide a freonului printr-un procedeu regenerativ.

Toate pompele de caldura ASG montate in mai toate judetele tarii, sunt fara exceptie in functiune si nu au suferit reparatii deoarece tabloul de comanda al acestor pompe de
caldura are sisteme de protectie pentru absolut toate evenimentele posibile care ar putea genera afectarea unor subansamble ale acestor pompe de caldura.

Pompele de caldura ASG pot fi monitorizate, comandate si programate atat local, cu ajutorul tabloului de comanda cat si prin internet, cu ajutoarul unui device.

Astept cu mult interes opiniile si parerile dvs pe adresa mea de mail gmardare@yahoo.com sau la tel.0766.215.842.

As fi foarte onorat in cazul in care veti considera ca va pot oferi o parere privind alegerea sistemelor de incalzire pentru imobilul dvs.sau pentru o analiza energetica a imobilului dvs in cadrul careia sa va intocmesc si un certificat de performanta energetica in care sa fie inclus si un calcul al coeficientului global de izolare termica G.

Multumesc pentru atentie!