Cât consumă pompa de căldură ASG

In luna ianuarie a acestui an (2022) am efectuat mai multe masuratori la o pompa de caldura ASG montata la un after-school din judetul Vrancea, avand o suprafata de cca 200 m² si o instalatie de incalzire in pardoseala realizata cu teava 20x2 mm si pasul de 100 mm. Putul forat este realizat in camera tehnica, astfel ca s-au evitat traseele de aductiune a apei prin pamant.

Toate testele la care ma voi referi in cele ce urmeaza au fost filmate si incarcate pe canalul nostru de YouTube intr-un playlist separat.

Masuratorile au vizat consumul de energie electrica, puterea termica furnizata de pompa de caldura si coeficientul de performanta realizat pentru diferite temperaturi ale agentului termic. Temperatura exterioara, pe durata testelor a fost de -3⁰C. Instalatia realizata asigura trimiterea apei calde produsa de pompa de caldura ASG, intr-un boiler tanc in tanc, tip SISS, produs de Austria Email, avand capacitatea de 900 litri, din care se alimenteaza circuitul instalatiei de incalzire in pardoseala. Temperatura setata de beneficiar, cu care pompa de caldura a functionat pana la data testului si functioneaza si in prezent, pentru asigurarea microclimatului interior, este de 33,5⁰C. Functionarea pompei de caldura ASG are loc in reprize urmate de pauze, pentru un histerezis setat de 4⁰C. In fiecare repriza, care a fost cronometrata pe durata filmarii tutorialelor si dureaza 5 minute si 19 secunde, pompa de caldura ASG ridica temperatura la partea superioara a boilerului de la 29,5⁰C pana la 33,5⁰C iar in pauza cronometrata de 21 minute si 30 secunde, cat pompa de caldura ASG nu functioneaza, temperatura agentului termic din partea superioara a boilerului scade de la 33,5⁰C pana la 29,5⁰C, pe baza consumului instalatiei de incalzire in pardoseala.

Scopul acestor tutoriale este acela de a prezenta modalitatea prin care se poate anticipa printr-un calcul tehnic agrementat, destul de simplu, care va fi consumul de energie electrica si in final care va fi costul incalzirii cu o pompa de caldura ASG, comparativ cu alte solutii uzuale de incalzire pentru un imobil cu destinatie rezidentiala.

Performanta (COP) unei pompe de caldura, indiferent de tipul acesteia este cu atat mai mare cu cat:

• Temperatura sursei reci este mai mare;
• Temperatura agentului termic este mai mica

Asa cum am mentionat, performantele oricarei pompe de caldura, indiferent de tipul acesteia, sunt determinate de doi parametri principali, respectiv temperatura sursei reci, in cazul nostru este vorba de temperatura apei din putul forat si de temperatura agentului termic, in cazul nostru fiind vorba de temperatura agentului din instalatia de incalzire in pardoseala. Performantele unei pompe de caldura, indiferent de tipul acesteia sunt cu atat mai bune, cu cat temperatura sursei reci este mai mare si temperatura agentului termic este mai mica.

In cazul analizat de noi, temperatura sursei reci, respectiv a apei din putul forat este aproximativ constanta , avand variatii anuale in jurul valorii de 1⁰C si in concluzie in cazul nostru, singurul parametru care determina performanta pompei de caldura este temperatura agentului termic.

Aici voi face o mica paranteza pentru a clarifica de ce am spus ca acesti doi parametri sunt principali. Exista inca doi parametri pe care ii putem considera secundari, respectiv supraincalzirea vaporilor de freon in vaporizator si subracirea freonului in condensator, parametri pe care ii vom analiza in tutorialele care vor urma, cu singura mentiune ca pompa de caldura ASG, realizeaza, dupa cum am prezentat in filmarile de inceput ale acestui tutorial, o valoare foarte mare a supraincalzirii vaporilor de freon in vaporizator, adica un nivel foarte inalt de regenerare, fapt care ii confera un plus confortabil de performanta, comparativ cu pompele existente pe piata.

Testarile efectuate au aratat variatia performantei pompei de caldura ASG in functie de variatia temperaturii agentului termic. Valorile care prezinta un interes deosebit, consider ca sunt urmatoarele:



Analizand datele din tabel, concluzia este aceea ca performanta pompei de caldura scade odata cu cresterea temperaturii agentului termic de incalzire, nu atat de mult prin reducerea puterii termice furnizate, cat mai ales prin cresterea consumului de energie electrica. Acest lucru este determinat fizic de faptul ca electrocompresorul pompei de caldura lucreaza la presiuni din ce in ce mai mari ale freonului care obliga compresorul sa dezvolte o putere din ce in ce mai mare cu consecinta unui consum de energie electrica din ce in ce mai mare.

In cele ce urmeaza voi dezvolta doua teme, dupa cum urmeaza:

• Sa calculam care ar fi costul incalzirii lunare a imobilului after-school la care s-au realizat filmarile, daca ipotetic, temperatura intregii luni de calcul ar fi constanta la valoarea de -3⁰C, valoare care ar pastra ciclul de functionare din filmare respectiv 5 minute si 19 secinde repriza de functionare a pompei de caldura ASG si 21 minute si 30 secunde pauza intre doua reprize consecutive;
• Sa prezentam un mod de calcul simplu, pentru determinarea anticipata a cheltuielilor de incalzire, valabil pentru orice imobil cu destinatie rezidentiala, in functie de datele din certificatul energetic si de temperatura agentului termic de incalzire a imobilului.(care este in functie de tipul instalatiei de incalzire interioara a imobilului, respectiv incalzire in pardoseala, sau cu ventilo-convectoare ori calorifere)

Calculul este foarte simplu:
• Durata reprizei de functionare = 5 minute si 19 secunde = 319 secunde
• Durata pauzei intre 2 reprize consecutive = 21 minute si 30 secunde = 1.290 secunde

TOTAL durata ciclu de functionare (repriza + pauza) =1609 secunde

Intr-o luna de 30 zile sunt 30x24x60x60 = 2.592.000 secunde , timp in care vor avea loc un numar de 2.592.000/ 1609 =1.611 cicluri si respectiv reprize de functionare, care vor totaliza un numar de 1.611 x 319 sec = 513.909 secunde, adica 513.909/60 = 58.565 minute, care inseamna 142,75 ore de functionare.

Consumul de energie electrica in situatia analizata fiind de 3,982 kW/h, rezulta un consum lunar de 3,982 x 142,75 = 568,43 kWh, care la pretul plafonat anuntat de autoritati de 1leu/kWh va insemna o cheltuiala de 568,75 lei.

NOTA. Consumul lunar real este mult mai mic deoarece nu a existat nici o luna de iarna, cel putin in ultimii ani in care temperatura sa nu cresca saptamani intregi peste valoarea de -3⁰. De regula, acest calcul vizeaza in special perioada de noapte, ziua consumul fiind mult mai redus datorita temperaturilor in general pozitive care determina reprize de functionare mult mai scurte si perioade de pauza mult mai mari.

Revin acum pe scurt la certificatul energetic, pe care l-am prezentat succint in tutorialele anterioare, pentru a sublinia inca o data faptul ca modalitatea de calcul utilizata pentru elaborarea unui certificat energetic, reprezinta cea mai complexa si completa modalitate de calcul tehnic ingineresc in sensul ca tine cont de toate aspectele de natura energetica menite sa structureze, cat mai aproape de realitate, consumul energetic al unui imobil. Certificatul energetic se elaboreaza de catre persoane acreditate, numite auditori energetici, utilizand un program de calcul specializat, rulat pe computer.

Vom calcula care este cheltuiala de incalzire, pe durata unui an de zile, pentru un imobil, pe baza datelor din certificatul anergetic. Vom considera ca exemplu, un imobil real, situal in Ramnicu Valcea, imobil la care am montat o pompa de caldura ASG. Acest imobil are o izolatie termica exceptionala, fiind construit din blocuri BCA Ytong de 50 cm, fapt care, dupa cum se vede in certificatul energetic pe care l-am intocmit cu ocazia montarii pompei de caldura ASG, il situeaza in clasa A de consum energetic, cu un consum specific anual de enegie de 24,14 kWh/m²an dupa cum se poate vedea in certificatul energetic.

Imobilul are sistem de incalzire in pardoseala cu teava de 20×2 mm si pas de 100 mm, care asigura microclimatul interior dorit de beneficiar cu o temperatura a agentului termic de 33⁰C, temperatura care este de doi ani setata pe programatorul pompei de caldura ASG.

Tot din certificatul energetic, vedem ca acest imobil are un consum specific anual pentru incalzire de 14,89 kWh/m²an si are o suprafata utila de 487,9 m².

Primul pas este acela de a determina care este consumul anual total de energie termica pentru incalzirea imobilului, inmultind consumul specific anual pentru incalzirea imobilului cu suprafata utila a acestuia: 14,89 kWh/m²an x 487,90 =7.264,80 kWh/an

Vom analiza in continuare, care va fi cheltuiala pentru incalzire, pe durata unui an de zile pentru imobilul luat ca exemplu in certificatul energetic, in cateva variante de incalzire uzuale :

Cazul A. (situatia reala actuala)

Imobilul se incalzeste cu o pompa de caldura ASG si are sistem de incalzire in pardoseala cu teava de 20×2 mm si pasul de 10 cm;

In acest caz, temperatura agentului termic pentru asigurarea microclimatului interior este de cca 33⁰C.

Dupa cum rezulta din tabelul de mai sus, la acesta temperatura a agentului termic, pompa de caldura ASG are COP = 4,624.

Consumul anual de energie electrica al pompei de caldura ASG, pentru producerea celor 7.265 kWh energie termica se calculeaza impartind puterea termica anuala totala necesara la coeficientul de performanta al pompei de caldura ASG si va fi de: 7.265 : 4,624 = 1.571 kWh/an.

Luam in calcul pretul plafonat de 1leu/kWh comunicat de autoritati si rezulta costul anual de incalzire cu pompa de caldura ASG pentru imobilul considerat in conditiile de mai sus: 1.571kWh x 1 leu/kWh = 1.571 lei/an.

Cazul B.

Imobilul se incalzeste cu o pompa de caldura ASG si are instalat sistem de incalzire in pardoseala cu teava cu diametrul < 20mm si pasul > 10 cm;

Presupunem ca in acest caz, temperatura agentului termic pentru asigurarea microclimatului interior este de cca 35⁰C.

Dupa cum rezulta din tabelul de mai sus, la acesta temperatura a agentului termic, pompa de caldura ASG are COP = 4,598.

Consumul anual de energie electrica al pompei de caldura ASG, pentru producerea celor 7.265 kWh energie termica se calculeaza impartind puterea termica anuala totala necesara la coeficientul de performanta al pompei de caldura ASG si va fi de: 7.265 kWh : 4,598 = 1.580 kWh/an;

Costul energiei electrice la pretul plafonat de 1leu/kWh va fi de: 1.580 kWh x 1 leu/kWh = 1.580 lei/an

Cazul C.

Imobilul se incalzeste cu o pompa de caldura ASG si are instalatie de incalzire cu ventilo-convectoare.

Conform celor de mai sus, temperatura agentulu itermic va fi de cca 45⁰C iar la aceasta temperatura a agentului termic, pompa de caldura ASG va asigura un COP de cca 3,794.

In acest caz, consumul anual de energie electrica al pompei de caldura ASG, pentru producerea celor 7.265 kWh energie termica se calculeaza impartind puterea termica anuala totala necesara la coeficientul de performanta al pompei de caldura ASG si va fi de: 7.265 kWh : 3,794 = 1915 kWh/an, care, in baza tarifului plafonat de 1leu/kwh, va insemna o cheltuiala anuala de 1.915 lei/an.

Cazul D.

Imobilul se incalzeste cu o pompa de caldura ASG si are instalatie de incalzire cu calorifere. Conform celor de mai sus, pentru o temperatura a agentului termic de 52⁰C, pompa de caldura ASG va asigura o valoare a COP de cca 3,410.

In acest caz, consumul anual de energie electrica al pompei de caldura ASG, pentru producerea celor 7.265 kWh energie termica se calculeaza impartind puterea termica anuala totala necesara la coeficientul de performanta al pompei de caldura ASG si va fi de: 7.265 kWh : 3,410 = 2.131 kWh/an, care in conditiile pretului plafonat la energie electrica de 1 leu/kWh, vor insemna o cheltuiala de 2.131 lei/an.

Cazul E

Imobilul se incalzeste cu o centrala pe gaze.

Randamentul unei centrale cu gaze fiind de cca 0,98, rezulta ca imobilul va inregistra un consum de gaze de: 7.265 k/wh : 0,98 = 7.413 kWh/an iar costul acestui consum de gaze, la pretul plafonat de 0,80 lei/kwh comunicat de autoritati, va fi de: 7.413 x 0,80 = 5.930 lei/an

Cazul F.
Imobilul se incalzeste cu o centrala electrica.

Randamentul centralei electrice pooate fi in cel mai bun caz: 0,989.

Consumul anual de energie electrica al imobilului luat in calcul, in cazul incalzirii cu o centrasla electrica va fi de: 7.265 kWk x 0,989 = 7.346kWh/an, care la pretul plafoonat luat in calzul de 1 leu/kWh reprezinta o cheltuiala anuala de incalzire de: 7.346kWh x 1 leu/kWh = 7.346 lei/an

Observatii. Aceste calcule sunt valabile exclusiv pentru acest imobil. Pentru orice alt imobil, calculul se va face in functie de datele din certificatul energetic al imobilului respectiv, tinanad cont de performanta pompei de caldura ASG aferenta temperaturii agentului termic din instalatia de incalzire a imobilului.

Daca vom reprezenta grafic, costul incalzirii imobilului, in situatiile analizate mai sus si notam cu 100% situatia cea mai ava ntajoasa, caregenereaza cele mai mici cheltuieli de incalzire, respectiv situatia in care imobilul are sistem de incalzire in pardoseala cu teava avand diametrul de 20×2 mm si pasul de 10 mm, vom vedea care este cresterea de pret a cheltuielilor de incalzire, procentual, pentru fiecare din cazurile analizate.



Cum este posibil ca pompa de caldura ASG sa consume numai 3,9 kWh si sa produca 18,4 kWh? De unde “fura” diferenta de energie termica?

Mai mult de ¾ din energia termica produsa de pompa de caldura ASG este recuperata din apa provenita din putul forat.

Calculul energiei termice recuperate de pompa de caldura ASG din apa provenita din putul forat

Apa provenita din putul forat sufera un proces de racire intens la trecerea prin vaporizatorul pompei de caldura ASG. Din filmarile inregistrate in tutorialul cu acelasi nume cu acest articol, a rezultat ca apa din putul forat are la intrare o temperatura de 10,5⁰C iar la iesire o temperatura de 5⁰C. Deci, diferenta de temperatura, pe care o notam cu ∆t este de 5,1⁰C.

Calculul energiei termice recuperata de pompa de caldura ASG din apa provenita din putul forat, pe seama racirii acesteia in vaporizator, este urmatorul:
Q = mc∆t, in care:
Q = energia termica absorbita (recuperata) in vaporizator, in decurs de o ora de functionare a pompei de caldura ASG;
m = masa de apa din putul forat care traverseaza vaporizatorul in decurs de o ora = V x ρ
V = volumul orar de apa care trece prin vaporizator = aprox 3 m³/h;
ρ = densitatea apei = 997 kg/m³
C = caldura specifica a apei la presiune constanta = 4185 J/kgK
∆t = diferenta intre temperatura de intrare a apei din putul forat in vaporizator si temperatura de iesire a acesteia din vaporizator = 10,5⁰C – 5,4⁰C = 5,1⁰C = 5,1K

Raportul de transformare din MJ in kWh: 1Mj = 0,2777778 kWh

Energia termica absorbita (recuperata) in vaporizator, de la apa din putul forat, in decurs de o ora de functionare a pompei de caldura ASG in regimul de functionare mentionat este de: Q = 3m³ x 997 kg/m³ x 4185J/kgK x 5,1⁰K = 63,8384MJ =17,73289 kWh = energie termica gratuita, pe care pompa de caldura ASG o recupereaza din apa provenita din putul forat.

Daca facem un bilant energetic al functionarii pompei de caldura ASG, constatam urmatoarele:

Energie termica livrata de pompa de caldura ASG = 18,4 kWh din care: 3,9 kWh produsi pe baza consumului de energie electrica si restul de 14, 5 kWh produsi pe baza recuperarii energiei termice a apei din putul forat. Diferenta 17,73 – 14,5 = 3,23 kWh = pierdere de randament fata de randamentul ideal.

…si numai cateva cuvinte despre tandemul de aur dintre pompa de caldura ASG si instalatia de incalzire in pardoseala realizata cu teava cu diametrul 20×2 mm si pasul 100 mm.

Din cele de mai sus, rezulta foarte clar ca cele mai mici cheltuieli de incalzire cu pompa de caldura, indiferent de tipul acesteia, se obtin atunci cand imobilul are instalatie de incalzire in pardoseala.

Motivatia consta in faptul ca sistemul de incalzire in pardoseala necesita cea mai scazuta temperatura a agentului termic, comparativ cu toate celelelalte sisteme folosite uzual pentru incalzirea imobilelor.

Din cele prezentate anterior, am vazut ca pompa de caldura dezvolta cea mai mare performanta la temperaturile reduse utilizate de sistemele de incalzire in pardoseala.

As dori sa mentionez ca in toate cazurile in care firma noastra a montat sistemele de incalzire in pardoseala, odata cu montarea pompei de caldura, am utilizat numai teava cu diametrul de 20×2 mm si pasul de 100 mm si in toate cazurile, fara exceptie, beneficiarii au realizat microclimatul interior dorit cu o temperatura a agentului termic, setata la pompa de caldura de numai 33⁰C cu o abatere de 1⁰C.

Am montat insa pompe de caldura ASG si la imobile avand sisteme de incalzire in pardoseala cu teava avand diametrul mai mic de 20mm si pasul mai mare de 100 mm si am constatat ca a fost necesar sa setez o temperatura mai mare a agentului termic pentru realizarea temperaturilor dorite de beneficiari in camere. Cel cai dezavantajos caz, a fost la un after-school din zona Falticeni unde am montat o pompa de caldura ASG, imobilul avand instalatie de incalzire in pardoseala cu diametrul de 16 mm si pas de 25 cm. A fost nevoie sa setez temperatura de proces a pompei de caldura la 42⁰C pentru a putea atinge in camere temperaturile dorite de beneficiar. La o asemenea temperatura a agentuui termic, se poate vedea din tabelul prezentat anterior, cat de mult a pierdut din performanta pompa de caldura ASG si implicit cat de mult va trebui sa platesca suplimentar beneficiarul pentru incalzire.

Aceste situatii se intampla deoarece, din nefericie, unele firme de instalatii, dorind sa „ia fata” beneficiarului cu un deviz redus, foloseste teava de 16×2 mm in locul celei de 20×2 mm deoarece este mai ieftina si folosesc la montaj un pas mai mare de 100 mm deoarece in acest mod consuma mai putina teava si astfel beneficiarul se bucura pe moment, datorita pretului redus al devizului, dar ulterior, va plati lunar o cheltuiala mai mare pentrur incalzirea imobilului.

Din acest motiv, ori de cate ori am avut ocazia, am recomandat beneficiarilor mei ca instalatia de incalzire in pardoseala sa se realizeze cu teava de 20×2 mm si pasul de 100mm.

Cateva argumente tehnice determinante in favoarea celor de mai sus, sunt urmatoarele



Concluzii privind diametrul tevii de incalzire in pardoseala

A).Cu privire la transferul termic de la teava de incalzire in pardoseala la sapa:

• Teava de 18×2 mm asigura pe fiecare metru, o suprafata de transfer termic catre sapa de numai 90% fata de teava de 20×2 mm;
• Teava de 17×2 mm asigura pe fiecare metru, o suprafata de transfer termic catre sapa de numai 85% fata de teava de 20×2 mm;
• Teava de 16×2 mm asigura pe fiecare metru, o suprafata de transfer termic catre sapa de numai 80% fata de teava de 20×2 mm;

B) Cu privire la sectiunea de curgere, care determina masa de agent termic care curge prin instalatia de incalzir ein pardoseala si determina in mod implicit cantatitatea de energie termica transportata in unitatea de timp:

• Teava de 18×2 mm asigura o sectiune de curgere care determina masa de agent termic si in final cantitatea de energie termica transportata de instalatia de incalzire in pardoseala, in unitatea de timp de numai 76,56% fata de teava de 20×2 mm;
• Teava de 17×2 mm asigura o sectiune de curgere care determina masa de agent termic si in final cantitatea de energie termica transportata de instalatia de incalzire in pardoseala, in unitatea de timp de numai 66,02% fata de teava de 20×2 mm;
• Teava de 16×2 mm asigura o sectiune de curgere care determina masa de agent termic si in final cantitatea de energie termica transportata de instalatia de incalzire in pardoseala, in unitatea de timp de numai 56,25% fata de teava de 20×2 mm; (aproape jumatate…)

Cat priveste utilizarea unui pas mai mare de 100mm, este suficient sa amintesc faptul ca direct proportional cu marirea pasului, trebuie marita si cantitatea de energie termica transportata prin teava de incalzire in pardoseala pentru a pastra microclimatul iar acest lucru nu se poate realiza decat prin marirea temperaturii agentului termic de incalzire.

In consecinta, atat reducerea diametrului tevii incalzirii in pardoseala sub dimensiunea de 20×2 mm cat si marirea pasului, au ca efect reducerea cantitatii de energie termica transportata de instalatia de incalzire in pardoseala catre imobil iar acest neajuns impune necesitatea de a mari temperatura agentulu termic de incalzire a imobilului in vederea pastrarii microclimatului interior, cu consecinta directa a scaderii performantelor pompei de caldura, indiferent de tipul si constructia acesteia.

…si in final…

Pompa de caldura ASG = primul pas spre independenta energetica.

Daca un beneficiar achizitioneaza o instalatie de incalzire cu gaze sau cu peleti ori cu lemne, etc este foarte putin probabil ca in viitorul apropiat sa aibă posibilitatea de a-si produce singur, IN MOD GRATIS, gazele sau peletii, sau lemnele, insa daca achizitioneaza o pompa de caldura ASG, are la dispozitie mai multe tipuri de programe europene si guvernamentale (programul Electric Up, programul casa verde, programul casa eficienta energetic etc si alte programe care vor urma) programe cu o cota foarte mare de grant, cu ajutorul carora isi poate monta un sistem fotovoltaic devenind astfel independent energetic. (caldura + consum de energie electrica).

Chiar si fara aceste programe pentru stimularea maririi numarului de prosumatori, perspectiva independentei energetica care poate pune la adapost un posesor al unui imobil in fata acestei sarabande necontrolate si imprevizibile a preturilor la energie reprezinta o perspectiva deosebit de atractiva.

Noile modificari ale legii energiei, care introduc elemente de fair-play, inexistente in varianta precedenta a legii, prin care prosumatorul poate acum sa consume aceeasi cantitate de energie electrica injectata in sistem pe parcursul a doi ani, face ca sistemele fotovoltaice on-grid sa fie cu adevarat atractive prin faptul ca sunt mai ieftine decat cele off-grid.

Pe de alta parte, aparitia noilor baterii litiu-fier-fosfat (LiFePo4), care asigura o durata de viata care poate ajunge pana la 25 de ani si ofera un curent de pana la 300Ah, sunt o varianta la fel de atractiva in fata atacului salbatic si necontrolat al preturilor la capitolul energie.

Am mai multe pompe de caldura ASG montate la beneficiari de sisteme fotovoltaice atat on-grid cat si of-grid si va pot spunne ca acestia privesc in mod foarte relaxat evolutia dezarmanta a preturilor la energia electrica si la gaze.

Va multumesc pentru atentie.