pompe de caldura asg
pompe de caldura asg

Coeficientul de performanță al unei pompe de căldură

Am considerat necesar acest capitol, in care nu voi intra in detalii tehnice si de calcul care pot plictisi, ca urmare a unor anunturi cu adevarat naucitoare ale unor comercianti si chiar “producatori” de pompe de caldura, care mentioneaza atingerea unor coeficienti de performanta de 6, 7, 8 s.a.m.d. in domeniul de lucru real, adica atunci cand pompa de caldura utilizeaza o sursa rece reala (aer, apa din put forat, saramura circulata prin tubulatura ingropata in sol, etc) si furnizeaza agent termic (apa calda) la o temperatura care o face utilizabila (adica are o temperatura de minimum 35ᵒC).

Coeficientul de performanță al unei pompe de căldurăEste ca si cum ar afirma ca la ei in bucatarie apa de la robinet aflata in ibric descoperit fierbe la 150ᵒC, 190ᵒC sau chiar la 300ᵒC. Pentru a clarifica succinct acest aspect, vom considera circuitul teoretic al pompei de caldura cu compresor:
1) Condensator;
2) Ventil de expansiune;
3) Vaporizator;
4) Compresor

Pentru explicatiile ce urmeaza, trebuie sa definim ce inseamna “sursa rece” a pompelor de caldura.

“Sursa rece” pentru o pompa de caldura reprezinta mediul din care pompa de caldura isi extrage prin intermediul vaporizatorului, energia termica necesara incalzirii vaporilor de freon, in cadrul ciclului de lucru. Aceasta “sursa rece” poate fi fluxul de apa dintr-un put forat, sau dintr-un circuit de tubulatura prin pamant la o adancime cuprinsa intre 1,5-2,5m, sau fluxul de apa care circula printr-un foraj prin intermediul unei tubulaturi sau chiar fluxul de aer exterior, antrenat de un ventilator, in cazul pompelor de caldura aer-apa, etc

Ciclul de funcționare al pompelor de căldură

In principiu, (vezi fig de mai sus) freonul aflat in stare de vapori avand o temperatura de cca 70-80ᵒC rezultat 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 parte din energia sa termica. Cea mai mare parte a pompelor de caldura au o limitare a temperaturii agentului de incalzire a imobilului la 55ᵒC. In condensator, ca urmare a pierderii energiei termice, freonul isi schimba starea de agregare devenind lichid si paraseste condensatorul la o temperatura de cca. 35-45ᵒC, indreptandu-se catre ventilul de expansiune, poz.2, care va determina destinderea agentului frigorific, cu efectul transformarii starii acestuia in faza gazoasa, vaporii de freon avad o temperatura extrem de scazuta (ex.T= – 43,5ᵒC 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, 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 SECRETUL PRINCIPAL:
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 condiție pentu 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.

Iata deci ca prima conditie privind asigurarea unui COP ridicat al pompelor de caldura se muta la analizarea “surselor reci”, rezultand urmatorul clasament al surselor de caldura facut in conditiile in care un imobil are cea mai mare nevoie de caldura si anume iarna cand temperatura exterioara este minima:

1).Pe primul loc, se situeaza “sursa rece” care asigura incontestabil cel mai mare si stabil COP, avand desigur cea mai mare temperatura. Acesta „sursa rece” de top, o reprezinta apa din panza de apa freatica. La toate pompele de caldura apa-apa pe care le-am montat pe teritoriul Romaniei, in foarte multe orase si comune, am gasit iarna, in panza freatica numai temperaturi cuprinse intre 12-14ᵒC. Cu aceasta “sursa rece” se poate obtine utilizand pompele de caldura apa-apa, cel mai mare COP posibil, in jurul valorii de 5 si chiar putin peste aceasta valoare 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 relativ 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.

2). 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 1,2-2,5 m) sau verticale (foraje), cu mentiunea ca lungimile acestor tubulaturi sunt in general mari, de cca.50ml/kw in cazul celor orizontale si de cca.35ml/kw in cazul celor verticale. COP obtinut de aceste pompe de caldura este mai mic decat cel prezentat anterior si este relativ dependent de temperatura exterioara.Din graficul de mai jos, rezulta ce temperaturi are solul la diferite adancimi precum si variatia temperaturii din sol in diverse anotimpuri.

3). 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, nici la jumatate din valoarea asigurata de pompele de caldura apa-apa, pentru temperaturi exterioare foarte scazute.

Este foarte logic:
De exemplu, cand afara sunt temperaturi de – 20ᵒC, iar “sursa de caldura” o reprezinta fluxul de aer la temperatura de – 20ᵒC, care intra in vaporizator. Rezulta foarte clar ca aportul termic al aerului rece avand 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 pozitive, deoarece la o temperatura exterioara de – 20ᵒC 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.
Deduceti de aici cat de mari sunt gogomaniile despre valorile de peste 5 ale COP al pompelor de caldura aer-apa, in conditii de lucru la minus 20 grade Celsius.
Nimeni cu contesta faptul ca pompele de caldura aer-apa au un COP chiar peste 4 dar numai la temperaturi care nu exceleaza in domeniul negativ. 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 cand este mai frig afara deci cand imobilul are nevoie de mai multa caldura.
De aici rezulta si conditia de optim pentru o “sursa rece” utilizata de pompa de caldura.
O “sursa rece” care urmeaza a fi utilizata de o pompa de caldura va oferi pompei de caldura prima conditie pentru obtinerea unui coeficient de performanta cu atat mai mare cu cat temperatura “sursei de caldura” este mai mare, iar coeficientul de performanta al pompei de caldura va fi cu atat mai stabil in timp cu cat temperatura “sursei reci” utilizate va fi mai stabila in timp.

A doua condiție 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 35ᵒC. (adica 308ᵒK).

Tu= reprezinta temperatura “sursei reci” care “incalzeste” vaporii de freon din vaporizator = 13ᵒC, (adica 286ᵒK) 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 ACESTUI DEZIDERAT SE VOR FOLOSI SISTEME DE DISTRIBUTIE 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 CUCALORIFERE. O MINIMA IMBUNATATIRE DE RANDAMENT SE POATE OBTINE PRIN MARIREA CORESPUNZATOARE A SUPRAFETEI CALORIFERELOR.

Este obligatoriu si esential (pentru producatorii seriosi si adevarati) de pompe de caldura ca in momentul cind se 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 10ᵒC, iar temperatura agentului de incalzire este de 50ᵒC.
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 10ᵒC, iar temperatura agentului de incalzire este de 35ᵒC.

Mentionarea numai a valorii COP fara a indica si conditiile de temperatura pentru „sursa rece” si Țagentul de incalzire” este in sine o mare excrocherie pentru a pacali potentialii beneficiari.

Este o mare inducere in eroare din partea unor producatori sau furnizori de pompe de caldura , sa prezinte posibililor beneficiari in specificatiile tehnice valoarea COP-ului fara a preciza ecartul de temperatura (temperatura sursei reci si temperatura agentului de incalzire)!

Se naste firesc intrebarea : DE CE ?

Raspunsul este foarte simplu: Deoarece daca un producator (cum se gasesc foarte multi pe net) doreste ca pompa de caldura pe care o comercializeaza sau chiar o produce, sa o vanda cat mai bine prin inducerea in eroare a posibililor beneficiari, va face urmatoarele:

Va seta pompa de caldura sa produca apa calda cu temperatura foarte mica, (de 25ᵒC, de exemplu), si va alimenta vaporizatorul in calitate de “sursa rece” cu apa avand temperatura mult mai mare decat se poate gasi in natura, (de 20ᵒC – 22ᵒC, de exemplu). In aceste conditii, va putea filma si demonstra foarte usor pe internet ca pompa de caldura realizeaza un COP de 8. Si il realizeaza pe bune, dar numai in aceste conditii, absolut imposibil de intalnit in practica, adica temperatura “sursei reci” = 20ᵒC – 22ᵒC iar temperatura setata pentru agentul de incalzire = 25ᵒC.

POTENTIALII BENEFICIARI SUNT INDUSI IN EROARE DEOARECE ACESTE CONDITII NU VOR PUTEA FI INTALNITE NICIODATA IN REALITATE !!!

Aceasta situatie nu va putea fi intalnita niciodata in practica, deoarece cu apa calda la 25ᵒC nu se va putea niciodata incalzi un imobil si de asemenea, nu va fi gasita niciodata la la dispozitie, in natura, o “sursa rece” cu temperatura de 20ᵒC – 22ᵒC, cu exceptia rarisima de a avea la dispozitie o sursa termala.

CONCLUZIA ESTE URMATOAREA : Cand pompa de caldura mentionata mai sus va fi supusa la exploatare in conditii reale, adica o temperatura a “sursei reci” cuprinsa intre 10ᵒC -13ᵒC si o programare a temperaturii apei calde pentru incalzire de 48ᵒC, de exemplu, se va constata cu stupoare ca realizeaza un COP mult mai mic (de 3,8 de exemplu).

Ca o idee generala, valoarea maxima a COP obtinut de cele mai performante pompe de caldura, in varianta apa-apa, adica varianta de performanta maxima, pentru un sistem de incalzire in pardoseala care reclama o temperatura a agentului termic de cca 35ᵒC, este in jurul valorii de 5- 5,5 ceea ce inseamna ca pompa de caldura produce cca. 5-5,5kw termici pentru fiecare kw de energie electrica absorbit din retea.

Acolo unde gasiti oferte pentru pompe de caldura care asigura un COP sensibil mai mare de 5, sa fiti foarte prudenti privind conditiile obtinerii acestei valori pentru COP, valori care sfideaza legile termotehnicii, in conditiile expuse mai sus. Mai pe romaneste spus…miroase a smecherie….

In ultimii ani, am intalnit foarte multi “fabricanti” dar mai ales “instalatori” de pompe de caldura fara studii de inginerie in termotehnica, fosti zidari, culegatori de fructe in Italia sau Spania, etc (am intalnit chiar un fost boxer, doi programatori, un fost zugrav)…care instalau de zor pompe de caldura…si nu as dori sa continui…

Ca si regula generala, daca apelati la o firma pentru montarea de pompe de caldura, este bine sa le cereti sa va prezinte si ce studii au „specialistii” lor, pentru a evita surprize din cele mai dure, pentru ca altfel este ca si cum v-ati opera de ficat la un zugrav pe singurul considerent ca si doctorii si zugravii poarta halate albe….

Pentru cei interesati, performantele celor mai eficiente pompe de caldura din EUROPA pot fi gasite accesand pagina web http://institute.ntb.ch Universitatea Interstatala de Stiinta si Tehnologie Aplicata din Buchs NTB (Elvetia) cu Centrul de Testari pentru Pompe de Caldura http://www.ntb.ch/die-ntb/dienste/wpz-waermepumpen-testzentrum.html?L=title%25253DDas care inlocuieste de cativa ani fostul Centrul de Testari din Toess, Elvetia. Acest centru de incercari este recunoscut in Europa si in lume ca fiind unul din cele mai credibile institutii de acest gen din lume.

Precizez ca normativul european EN 14511 care se refera la testarile obligatorii pentru pompele de caldura, precizeaza foarte clar tarile care au obligatia de a respecta acest standard european.Conform EN 14511 acesta este obligatoriu pentru urmatoarele tari europene: Austria, Belgia, Bulgaria, Cipru, Cehia, Danemarca, Estonia, Finlanda, Franța, Germania, Grecia, Ungaria, Islanda, Irlanda, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburg, Malta, Țările de Jos, Norvegia, Polonia, Portugalia, România, Slovacia, Slovenia, Spania, Suedia, elvetia si Regatul Unit.

Pentru pompele de caldura apa-apa, normativul prevede obligativitatea testarii parametrilor de functionare pentru doua categorii de temperaturi ale “sursei reci”, (respectiv 10ᵒC si 15ᵒC) si pentru patru categorii ale temperaturii agentului termic (respectiv: low temperature= 35ᵒC;medium temperature = 45ᵒC;high temperature = 55ᵒC;very high temperature = 65ᵒC).
In mod similar, acelasi normativ prevede ca pompele care utilizeaza saramura ca “sursa rece”, vor avea testari obligatorii pentru temperatura “sursei reci” de -5ᵒC; 0ᵒC si +5ᵒC iar pentru pompele care utilizeaza ca “sursa rece”, aerul exterior, se vor prevedea testari obligatorii pentru urmatoarele temperaturi ale sursei reci: 12ᵒC;7ᵒC;2ᵒC; -7ᵒC;-15ᵒC.
Va rog sa constatati dvs cati dintre producatorii de pompe de caldura respecta acest standard European obligatoriu.
(pentru detalii, vedeti: http://www.rehva.eu/fileadmin/hvac-dictio/05-2012/p15-18_klein.pdf).

Dacă ți-a fost de folos, distribuie această pagină să o vadă și prietenii tăi!