Ce pompă de căldură să aleg pentru imobilul meu

Aceasta este intrebarea care va conditiona gestionarea optiunii fiecarui potential client de pompa de caldura.

Pompele de caldura reprezinta primul pas catre visul numit independenta energetica in care sa nu mai fii la cheremul samsarilor energetici care manipuleaza pretul enegiei electrice si al gazelor dupa dorinta lor de imbogatire.

Denumirea de “pompe de caldura” este extrem de larga si sub ea se ascund atat zane bune cat si demoni. Pompa de caldura se numeste si tipul de pompa de caldura care pe durata iernii, livreaza o putere termica constanta indiferent cat de frig este afara, asigurand un consum minim de energie electrica si repectiv o cheltuiala minima pentru costul incalzirii si tot pompa de caldura este acel tip de pompa de caldura careia incepe sa ii scada puterea termica de la temperaturi de 14⁰C in jos, si care la temperaturri negative apeleaza la o rezistenta electrica pentru a putea oferi cantitate de caldura necesara incalzirii imobilului.deoarece cu puterea termica in scadere continua odata cu scaderea temperaturii exterioare nu mai reuseste sa incalzeasca casa beneficiarului. Rezistenta electrica de ajutor, al care apeleaza aceste pompe de caldura, mareste consumul de energie electrica si respectiv costul incalzirii de pana la 5 ori fata de cazul expus anterior.

Sa analizam aceasta problema.

In prima parte a acestui articol voi pune concluziile pentru a fi la dispozitia persoanelor mai grabite sau a celor care nu sunt interesate si de demonstratie iar in partea a doua voi documenta tehnic concluziile expuse in prima parte.

Deci din punctul de vedere al performantelor, pompele de caldura se impart in doua mari categorii, respectiv:

PRIMA CATEGORIE DE POMPE DE CALDURA o constituie pompele de caldura care au capacitatea de a asigura incalzirea imobilului indiferent de temperatura exterioara, fara nici un fel de „ajutor’ din partea altei surse de energie cum ar fi rezistenta electrica, centrala electrica, etc.. In aceasta categorie intra pompele de caldura apa-apa in circuit deschis sau in circuit inchis cu colector vertical.

A DOUA CATEGORIE DE POMPE DE CALDURA o constituie pompele de caldura care nu au capacitatea de a asigura incalzirea imobilului atunci cand temperatura exterioara incepe sa scada, ele reducandu-si treptat capacitatea de incalzire a imobilului (puterea termica oferita) cu atat mai mult cu cat temperatura exterioara este mai scazuta, iar la o anumita valoare negativa a temperaturii exterioare ele isi inceteaza functionarea, incalzirea imobilului continuand cu un sistem de incalzire electric ce poate fi inglobat in echipamentul acelei pompe de caldura sau poate fi achizitionat separat. In aceasta categorie intra pompele de caldura aer-apa, aer-aer si pompele de caldura apa-apa cu colector orizontal care mai sunt numite si pompe de caldura sol-apa.

Mai concret:

Sa analizam tehnic comportamentul unei pompe de caldura din prima categorie si a unei pompe de caldura din a doua categorie ambele fiind de puteri egale (compresoare si condensatoare identice) intr-o zi de iarna in care trebuie sa asigure incalzirea unui imobil izolat termic satisfacator, dotat cu sistem de incalzire in pardoseala care are de exemplu o suprafata de 350 mp si necesita o putere de incalzire de 17 kw in perioada de varf, adica in perioada cea mai friguriasa.

Vom analiza parametrii unei pompe de caldura din prima categorie ( a unei pompe de caldura apa-apa in circuit deschis) si ai unei pompe de caldura din a doua categorie (aer-apa) intr-o zi de iarna in care evolutia temperaturilor este cea din tabelul de mai jos.

Consideram ca ambele pompe de caldura au in dotare compresoare identice si am luat ca exemplu compresorul furnizat de Copeland Scroll din clasa ZK, destinat utilizarii pentru pompe de caldura.(clasa H=heating). Parametrii de mai jos sunt luati din tabelele puse la dispozitie de furnizorul Scoll Copeland pentru compresorul respectiv.

Reamintim faptul ca pompa de caldura apa-apa in circuit deschis va recupera energia termica de la apa provenita dintr-un put forat care are temperatura de 13⁰C. (pe teritoriul Romaniei apa din panza freatica are o temperatura relativ constanta cu variatii vara-iarna mai mici de 1⁰C) in timp ce pompa de caldura aer-apa va recupera energia termica de la aerul din mediul inconjurator, care are temperatura variabila conform valorilor din tabelul de mai jos.

A). CONCLUZII CONCLUZII CU PRIVIRE LA FUNCTIONAREA POMPELOR DE CALDURA DIN A PRIMA CATEGORIE

Pompele de caldura din prima categorie adica pompele de caldura apa-apa in circuit deschis sau cele apa apa in circuit inchis cu colector vertical ofera o putere termica maxima si absolut constanta pe tot intervalul de temperaturi luat in analiza precum si o valoare COP maxima si constanta pe tot intervalul de temperaturi luat in analiza. Performantele acestor pompe de caldura sunt absolut independente de temperatura ambientala fiind influentate numai de temperatura apei din panza freatica, temperatura care este aproximativ constatta pe toata durata anului.(linia de culoare rosie din grafic)

B). CONCLUZII CONCLUZII CU PRIVIRE LA UNCTIONAREA POMPELOR DE CALDURA DIN A PRIMA CATEGORIE

Dupa cum rezulta din tabel si din graficul alaturat, pompele de caldura din a doua categorie sunt capabile sa asigure incalzirea imobilului numai pana la temperatura exterioara de aproximativ -1⁰C. La temperaturi ambientale aflate sub aceasta valoare, trebuie sa se apeleze la o sursa de incalzire suplimentara, care de regula este o rezistenta electrica, inclusa sau nu in echipamentul pompei de caldura respective, (sau achizitionata separat), dar care produce o caldura de cca 5 ori mai scumpa decat cea produsa de pompele de caldura din prima categorie.

La temperaturi ambientale mai mici de 14⁰C, pompele de caldura din a doua categorie, au un COP mai mic decat pompele de caldura din prima categorie, cu alte cuvinte produc o energie termica mai scumpa deci cu un consum mai mare de energie electrica decat pompele de caldura din prima categorie, cu atat mai scumpa cu cat temperatura este mai scazuta. La temperaturi sub -7⁰C, aceste pompe de caldura intra de regula total pe rezistenta electrica astfel incat energia termica produsa este de cca 5 ori mai scumpa decat cea produsa de pompele de caldura din prima categorie.

Care sunt parametrii cei mai importanti care determica performantele pompelor de caldura ?

1). O pompa de caldura are o performanta cu atat mai buna cu cat sursa de energie termica pe care o utilizeaza are o temperatura mai mare.

2) O pompa de caldura are o performanta cu atat mai buna cu cat temperatura agentului termic pentru incalzire produs are o temperatura cat mai mica.

Cum exemplificam aceste teorii?

Prima teorie spune ca daca avem in testare un numar de pompe de caldura, care „se alimenteaza termic” de la surse de energie termica diferite, cele mai bune performante vor fi oferite de pompele de caldura care au acces la sursa de energie termica cu valoare mai mare. Sa presupunem ca avem urmatoarele pompe de caldura dotate cu compresoare identice respectiv:
• pompa de caldura aer-apa care recupereaza energia termica (adica „se alimenteaza termic”) din aerul ambiental cand afara sunt -10⁰C,
• alta pompa de caldura aer-apa care recupereaza energia termica (adica „se alimenteaza termic”) din aerul provenit din ventilatia unei mine de carbuni care are temperatura de 12⁰C,
• pompa de caldura apa-apa care recupereaza energia termica (adica „se alimenteaza termic”) cu apa dintr-un put forat care are temperatura de 13⁰C
• ultima pompa de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector orizontal care recupereaza energia termica din sol (adica „se alimenteaza termic”) cand afara sunt -12⁰C iar solul la adancimea de 2m la care se afla amplasat colectorul orizontal are temperatura de 2⁰C.

Presupunem ca toate aceste pompe de caldura sunt setate pentru o temperatura a agentului termic de incalzire de 35⁰C.

Puterile termice oferite de aceste pompe de caldura cat si coeficientii de performanta (COP) vor fi in ordinea descrescatoare a temperaturilor agentului termic de la care pompele de caldura recupereaza energia termica, respectiv:
• cea mai mare putere termica (si cea mai mare valoare a COP) o va oferi pompa de caldura apa-apa care utilizeaza o sursa de caldura cu temperatura de 13⁰C;
• pe locul doi se va clasa pompa de caldura aer-apa care utilizeaza o sursa de caldura cu temperatura de 12⁰C;
• pe locul trei se va clasa pompa de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector orizontal care utilizeaza o sursa de caldura cu temperatura de 2⁰C;
• pe ultimul loc se va clasa pompa de caldura aer-apa care utilizeaza o sursa de caldura cu temperatura de -10⁰C;

Exista si o mentiune foarte importanta la acest capitol:

Daca temperatura sursei termice de la care pompa de caldura recupereaza energia termica (adica “se alimenteaza termic”) este constanta, atunci si puterea termica oferita de pompa de caldura este constanta. In caz contrar, puterea termica oferita de pompa de caldura va scade sau va creste proportional cu scaderea sau cresterea temperaturii sursei termice de la care pompa de caldura recupereaza energia termica.

De exemplu o pompa de caldura aer-apa care recupereaza energia termica din aerul ambiental va oferi o putere termica cu atat mai mare cu cat aerul ambiental are o temperatura mai mare si respectiv, va oferi o putere termica cu atat mai mica cu cat aerul ambiental este tot mai rece. O pompa de caldura apa-apa in circuit deschis care recupereaza energia termica de la apa din putul forat va oferi o putere termica constanta pe toata durata anului, indiferent de temperatura ambientala si de conditiile meteo, deoarece temperatura apei freatice de la care pompa de caldura recupereaza energia termica are o valoare aproximativ constanta (variatii sub 1⁰C) pe toata durata anului.

A doua teorie se poate exemplifica astfel: Daca avem mai multe pompe de caldura identice, (sa presupunem ca sunt trei) indiferent de tipul acestora si setam prima pompa sa livreze agent termic cu temperatura de 35⁰C, a doua pompa de caldura o setam sa livreze agent termic cu temperatura de 45⁰C iar a treia pompa de caldura o setam sa livreze agent termic cu temperatura de 55⁰C, performantele oferite de cele trei pompe de caldura vor fi in orinea urmatoare:
• Cea mai buna performanta o va oferi pompa de caldura setata sa livreze agent termic cu temperatura de 35⁰C;
• Pe locul doi se va situa pompa de caldura setata s alivreze agent termic cu temperatura de 45⁰C
• Pe ultimul loc, cu cea mai redusa performanta se va situa pompa de caldura setata sa livreze agent termic cu temperatura de 55⁰C.

Performanta unei pompe de caldura (COP= coeficientul de performanta) este reprezentata de raportul dintre energia termica livrata si energia electrica consumata cu alte cuvinte o valoare COP = 4 inseamna ca pompa de caldura respectiva livreaza 4 kW energie termica la fiecare 1kW de energie electrica consumat de la reteaua de energie electrica.

A doua teorie ne spune ca pompa de caldura ( indiferent d etipul acesteia) va livra kilowatul de energie termica cu atat mai scump (adica cu un consum de energie electrica cu atat mai mare) cu cat temperatura setata pentru agentul termic pe care pompa de caldura trebuie sa il livreze, este mai mare.

Este absolut logic deoarece si daca incalzim o cantitate de apa pe aragaz, intr-o oala, timpul de incalzire al apei si respectiv cantitatea de gaze consumata este mai mica daca temperatura de incalzire este de exemplu de 35⁰C si este mult mai mare daca temperatura de incalzire este de exemplu de 60⁰C.

1). Este pompa de caldura care recupereaza energia termica de la o sursa cu temperatura cat mai mare si mai constanta;
Singurele pompe de caldura care recupereaza energia termica de la o sursa cu temperatura mare si constanta pe toata durata anului, sunt pompele de caldura apa-apa in circuit deschis sau in circuit inchis cu colector vertical.

2). Este pompa de caldura care asigura incalzirea imobilului cu o temperatura a agentului termic cat mai mica
Pentru ca o pompa de caldura sa realizeze incalzirea unui imobil furnizand agent termic cu temperatura scazuta (cca 35⁰C) este necesar ca imobilul respectiv sa fie dotat cu sistem de incalzire in pardoseala.

Nota. Ca valoare de investitie, o pompa de caldura apa-apa in circuit inchis cu colector vertical este de cel putin 3 ori mai scumpa decat o pompa apa-apa in circuit deschis de aceeasi putere si cu aceleasi performante tehnice, datorita cheltuilelior de foraj si costurilor implicate de colectorul vertical.

In consecinta, cea mai buna solutie de incalzire cu pompa de caldura poate fi considerata solutia cu pompa de caldura apa-apa in circuit deschis care incalzeste un imobil dotat cu sistem de incalzire in pardoseala. Avantajul acestui sistem este ca pompa de caldura apa-apa in circuit deschis asigura cea mai buna performanta, la cel mai mic pret de achizitie, livrand o putere termica constanta, indiferent de temperatura si conditiile meteo exterioare, cu cele mai mici cheltuieli de incalzire daca imobilul este dotat cu sitem de incalzire in pardoseala care necesita o temperatura scazuta a agentului termic.