Pompe de caldura

Instalatiile de climatizare cu pompe de caldura folosesc energia termica inmagazinata in scoarta pamantului sau in apele freatice,precum si energia termica din aer.

Temperatura constanta a pamantului la o adancime mai mare de 1,5m ,precum si cea a apei freatice, indiferent de temperatura exterioara, da posibilitatea pompelor de caldura sa functioneze cu o eficienta energetica destul de buna (in cazul pompelor pamant-apa sau apa-apa).
Deoarece pompa de caldura foloseste agent frigorific (care poate ajunge la temperaturi foarte scazute) reuseste sa "absoarba" energie termica din aer ,chiar daca temperatura exterioara ajunge la -15 grade Celsius,reusind sa produca agent termic pentru incalzire de pana la 55 grade Celsius(in cazul pompelor de caldura aer-apa).

Coeficientul de performanta (COP) se refera la raportul dintre energia cedata sistemului interior si cea consumata. Astfel acest sistem poate fi mai eficient decat sistemele conventionale de incalzire (centrale pe gaze, centrale electrice, centrale pe combustibili solizi) sau cele de racire (aer conditionat). Acest coeficient de performanta este de obicei intre 4 si 6.

In momentul de fata, aceste instalatii de climatizare sunt foarte raspandite in lume datorita avatajelor pe care le ofera (nepoluante, nu exista pericol de explozie, nu exista pericol de intoxicare, nu necesita o intretinere speciala ca instalatiile pe gaz sau combustibili solizi, nu necesita existenta unui cos de evacuare, nu necesita existenta unei camere special amenajate pentru functionare, etc). Singurul dezavantaj al pompelor de caldura este investitia initiala mai mare, dar avand in vedere costurile mici de functionare, investitia se amortizeaza destul de repede.

centralele pe combustibil lichid sau gazos au o durata de functionare de 12 ani (conform normative ISCIR) in timp ce o pompa de caldura o durata de minim 25 ani (presupune achizitionarea a minim 2 centrale termice normale pe durata de functionare a unei pompe de caldura, iar dupa acei 25 de ani nu este necesara decat inlocuirea compresorului),

centralele pe combustibil lichid sau gazos necesita existenta unui proiect si a unor avize pentru montare si inlocuire (conform normative ISCIR si DISTRIGAZ) in timp ce pentru pompele de caldura nu este nevoie de nici un proiect cu avize speciale,

centralele pe combustibil lichid sau gazos necesita revizii anuale (conform normative ISCIR si DISTRIGAZ) in timp ce pompa de caldura nu necesita o intretinere pretentioasa

Sistemele cele mai frecvent folosite sunt: aer-aer, apa-aer, aer-apa si apa-apa. Dintre aceste sisteme cel mai folosit este cel apa-apa deoarece poate fi folosit in zonele cu variatie mare a temperaturii exterioare. Sistemul apa-apa poate fi instalat in 3 variante: cu 2 puturi (circuit deschis, un put din care se absoarbe apa din panza freatica si celalalt pentru a deversa apa dupa ce a trecut prin pompa de caldura), cu serpentina orizontala (circuit inchis, fara impact asupra mediului ambiant dar necesita suprafata de teren mai mare pentru amplasare) si cu serpentina verticala (circuit inchis, fara impact asupra mediului ambiant, necesita foraje mai mici in care se introduc serpentinele si nu necesita o suprafata mare de teren).

Principiul de functionare a pompelor de caldura

Principiul de functionare este similar cu cel al frigiderului sau aparatului de producere a aerului conditionat. Pompa de caldura primeste energia acumulata in pamant sau din apa din panza freatica si o cedeaza cu ajutorul energiei electrice catre circuitul de incalzire al casei. Elementul esential in procesul de captare si cedare a energiei este agentul frigorific din circuitul interior al pompei de caldura. Acesta are proprietatea de a trece din stare lichida in stare de vapori reci la temperaturi scazute si invers cand functioneaza ca instalatie de racire.

Orice pompa de caldura este compusa dintr-un compresor si doua schimbatoare de caldura (condensator si vaporizator). Noutatea acestui sistem este ca schimbatoarele de caldura isi pot schimba rolul (din vaporizator in condensator si invers) pentru incalzirea sau racirea spatiului de locuit sau a birourilor. Atat condensatorul cat si vaporizatorul prezinta un grad foarte mare de transfer termic. Folosirea aceluiasi tip de schimbator de caldura cu coefient mare de transfer termic si in circuitul secundar al pompei de caldura, reduce diferenta dintre temperatura de condensare si cea de evaporare, rezultand o crestere a COP (coeficient de performanta).

Pompa de caldura comprima un gaz , care devine fierbinte , ca mai apoi cand acesta se raceste si presiunea scade , se condenseaza,redevenind astfel la forma initiala(lichid).

Cand lichidul trece printr-un orificiu mic ,presiunea coboara si incepe din nou sa fiarba in evaporator, cand acesta primeste un impuls de cateva grade diferenta.

In timpul fierberii gazul capteaza energia de cateva grade adusa din pamant sau atmosfera, asa ca evaporatorul va deveni rece.

Cand gazul este comprimat din nou si racit , de exemplu(de apa din calorifere), circuitul este inchis si casa este alimentata cu aceasta energie pe care a castigat-o din evaporare plus energia obtinuta prin comprimarea gazului.Aceasta energie este preluata de apa din calorifere si transportata in interiorul casei.

In acest proces compresorul este cel care lucreaza , consumand energie electrica in proportie de 25% din totalul de energie pe care o produce.

Procentul de energie consumata , in raport cu energia obtinuta ,poate fi influentata de energie gratuita care se obtine din pamant sau atmosfera.

Captarea energiei se poate face prin mai multe metode:

1. Prin puturi de adancime- unul sau mai multe puturi functie de marimea pompei (care este dimensionata dupa marimea casei);aceste puturi nu necesita studii sau aprobari deoarece la peste 7m adancime temperatura creste constant si dimensionarea se face tinand cont de datele deja cunoscute.Pentru ca aceste puturi sa nu se surpe si furtunul colector sa nu fie expus riscurilor de strangulare,putul va fi protejat de o teava de protectie ,iar pe urma aceasta va umpluta cu bentonita sau nisip , pentru a avea contact bun cu solul.Daca forajele se vor face fara teava de protectie, atunci este indicat sa fie umplut imediat in jurul furtunului colector cu bentonita , nisip sau margaritar.Diametrul optim pentru acest tip de foraje , este de 140 mm, in care se va introduce un colector simplu 2x40mm sau un colector dublu 4x32mm.Daca se doreste si racire pe timp de vara cu ajutorul pompei de caldura,atunci acest principiu este cel mai indicat.

2. Din panza freatica -se foreaza 2 puturi ,unul pentru extragerea apei,iar celalalt pentru a introduce din nou apa in pamant.Primul foraj se face la o adancime de la care se va putea extrage debitul de apa dorit,iar celalat se va dfimensiona in asa fel incat sa permita injectarea cantitatii de apa extrasa.Temperatura apei din panza fratica este intre 7 si 12 °C, depinde de adancimea de la care este extrasa. Pentru a face functionala o instalatie de acest gen, sunt necesare studii geo si masurarea debitului de apa.Debitul poate sa fie mai redus in timpul verii , cand este seceta,daca extractia se face din prima panza freatica. De asemenea este necesar un schimbator de caldura , pentru protectia pompei de caldura. Mai nou exista schimbatoare de caldura confectionate dintr-un furtun colector compact, ingropat in pamant, peste care se injecteaza apa extrasa din put.

3. Din sol - se realizeaza cu ajutorul unui furtun de polietilena Ø40, PN6 ingropat in pamant .Procedeul consta in decopertarea unei suprafete de teren la cca 1 m adancime, asezarea furtunului in spirale cu distanta de cca 1m intre ele si acoperirea lui cu pamant.Asezarea furtunului trebuie facuta cu atentie mai ales daca solul este pietros.Pentru a fi protejat , se poate folosi putin nisip in jurul furtunului . Dimensionarea colectorului va fi de cca.50m/1KW.

4. Din aer - este un procedeu utilizat acolo unde nu exista posibilitatea de a introduce un furtun colector in pamant sau a fora puturi. Pompa de caldura se aseaza in exteriorul cladirii pe o placa de beton sau console fixate pe perete. Conductele care leaga unitatea interna de cea externa trebuie sa fie bine izolate pentru a nu se pierde din temperatura agentului termic. Acest tip de pompa se poate utiliza impreuna cu panouri solare. Exista 2 variante: cu ventilator si cu stalp de gheata.