Principiul de functionare – pompe de caldura DIMPLEX – Germania

Inainte de a intra in amanuntele functionarii unei pompe de caldura facem o scurta incursiune in trecut ca sa intelegem doua dintre fenomenele care stau la baza functionarii acesteia:

Al doilea principiu al termodinamicii ne invata:

caldura trece de la sine doar de la corpurile cu temperatura mai mare la corpurile cu temperatura mai mica. Cu alte cuvinte, fara cheltuiala de lucru mecanic este imposibil sa se treaca caldura de la un corp mai rece la un corp mai cald.

un gaz comprimat i-si mareste nivelul de temperatura iar cand expandeaza preia caldura din mediul inconjurator.

Avind in vedere aceste doua principii putem intelege modul de functionare unei pompe de caldura.

  • Agentul frigorific (inlocuitorul freonului, ex. R 407C, R 417A, Propan ) utilizat in pompele de caldura ajunge in stare lichida in vaporizator. Se foloseste agentul frigorific deoarece acesta are o temperatura foarte joasa de fierbere/gazeificare (temperaturi foarte joase, mult sub 0oC) si are proprietatea de a prelua foarte usor energie (caldura) transformandu-se din stare lichida in stare gazoasa, cedind aceasta energie revenind la starea sa initiala (lichida).
  • In vaporizator agentul frigorific preia energie de la sursa de caldura (apa, sol, aer) conform principiului termodinamicii lui Clausius transformindu-se in stare gazoasa.
  • Agentul frigorific gazos ajunge in compresor und este comprimat si i-si mareste temperatura conform Joule&Kelvin.
  • Aceasta temperatura marita este cedata conform principiului termodinamicii lui Clausius catre agentul termic care o transporta la sistemul de incalzire (pardoseala, perete, tavan, ventiloconvector sau calorifer) sau o foloseste pentru prepararea apei calde.
  • Dupa cedarea energiei acumulate agentul frigorific revine treptat in starea sa initiala (lichida), trece printr-un ventil de expansiune unde pierde comprimarea indusa de compresor si expandeaza.

Acest ciclu inchis ermetic descris anterior se repeta, pompa de caldura pompeaza energie cu ajutorul agentului frigorific si al compresorului dinspre sursa de caldura (apa, sol, aer) inspre agentul termic folosit in sistemul de incalzire.

Modul de functionare unei PDC este bazat asa dar pe principii foarte simple, care necesita foarte putine piese in miscare, acest fapt crescand semnificativ durata de viata unei pompe de caldura fata de alte surse de incalzire. PDC nu necesita revizii regulate, nu emite noxe, se poate amplasa oriunde, este silentioasa si este mai ales o investitie sigura in viitor.

O mica pompa de caldura avem fiecare in casa si anume un frigider. In anul 1876 ing. german Carl Paul Gottfried von Linde obtine un patent pentru primele frigidere produse care functioneaza dupa aceleasi principii ca PDC, in acest caz invers. In interiorul sau e rece, daca punem mana in spatele sau unde este condensatorul simtim caldura extrasa din bunatatile depozitate calde in el. O viata fara frigider este de neinchipuit in zilele noastre, la fel va fi si cu pompa de caldura deoarece ea functioneaza la fel de sigur cu costuri inegalabile. Asadar principiul pompei de caldura este unul vechi si nicidecum o noutate cum vor unii sa creada. In Suedia aproape toate casele construite noi folosesc pompa de caldura ca sistem de incalzire standard, Elvetia la randul ei este fruntas in Europa centrala pe acest domeniu cu aproape 70% din casele noi construite care folosesc pompa de caldura.

Pompele de caldura DIMPLEX comercializate de catre Solartec sunt reversibile si pot indeplini ambele cerinte, incalzire si racire.

Performante/Precizari 

Performanta unei PDC este prescurtata cu COP ( Coefficient Of Performance ). Coeficientul de performanta ne indica cata caldura termica se obtine dintr-o anumita cantitate de energie electrica investita. Este absolut important ca in legatura cu COP-ul indicat sa fie indicata temperatura sursei de caldura, sursa de caldura si temperatura obtinuta a agentului termic. Exemplu: W10/W35 ne indica faptul ca PDC Apa/Apa preia 10 ° C din panza freatica si preda 35 ° C agentului termic. Alte forme de prescurtare a acestor valori termice sunt de ex. S0/W35 la pompe Sol/Apa, L7/W35 la pompe Aer/Apa.

COP-ul depinde de diferenta intre temperatura sursei de caldura si temperatura agentului termic. In consecinta si pentru a obtine o eficienta maxima este de dorit ca ecartul intre temperatura sursei de caldura si agentul termic sa fie cat mai mic.

Dat fiind acest fapt se impun sisteme de incalzit care folosesc agent termic la temperatura joasa cum ar fi incalzirea in pardoseala sau perete, sisteme cu ventiloconvectoare, etc. , sisteme care functioneaza cu agent termic cu temperaturi cuprinse intre 35 – 40° C.

Solartec, partenerul firmei Zewotherm si Dimplex / Germania, va pune la dispozitie toate produsele necesare pentru realizarea acestui sistem de incalzire respectiv climatizare .

Concluzia celor indicate este faptul ca eficienta unei PDC creste o data cu scaderea ecartului de temperatura dintre sursa de caldura si agent termic. Constatand ca o PDC are un COP de 5,8 la W10/W35 spunem de fapt ca aceasta PDC produce din 1KW de energie electrica 5,8 KW energie termica.

Pompele de caldura furnizate de catre Solartec sunt reversibile, deci iarna incalzesc si vara racesc. Climatizarea spatiilor cu PDC este foarte economica in comparatie cu sistemele clasice de climatizare, in cazul unei PDC Apa/Apa este chiar de neegalat, costurile constand in exclusivitate din energia electrica consumata de pompe respectiv de ventiloconvector.

EER (Energy Efficiency Rating) este COP-ul in regim de racire al PDC. Forta de racire este foarte importanta; necesarul de racire fiind mai mare decat necesarul de incalzire si PDC dezvolta in aceeiasi configuratie mai putina forta de racire decat forta de incalzire. Dat find asta forta termica al PDC va fi determinata de necesarul de racire, un aspect foarte important la alegerea PDC potrivite.

Regimul de functionare

  • Monovalent: PDC furnizeaza toata energia necesara
  • Bivalent: PDC furnizeaza energia necesara impreuna cu alte siteme

Pompele de caldura moderne sunt sisteme monovalente, exceptie facand modelul Aer/Apa. Faptul ca energia captata este la dispozitie 365 zile din an, zi si noapte este unic in domeniul energiilor neconventionale (energia solara si eoliana nu sunt disponibile non stop). Energia captata de PDC Apa/Apa provine din interiorul pamantului unde temperaturile sunt foarte mari. Aceasta energie este practic inepuizabila, temperatura apei in panza freatica fiind practic constanta pe toata durata anului. Energia captata de PDC Sol/Apa provine de la soare care trimite spre terra zilnic cantitati uriase de energie, aceasta fiind inmagazinata in sol.

Evaluarea fiecarei situatii in parte este foarte importanta pentru a alege PDC potrivita pentru situatia data deoarece o PDC dimensionata corect duce la eficientizarea sistemului energetic cu costuri de exploatare minime, fara uzura suplimentara a componentelor si siguranta investitiei in viitor. In acest sens Solartec va pune la dispozitie mult know how, personalul este in contact permanent cu departamentele tehnice ale producatorilor, training-uri sunt absolvite cu regularitate direct la producatori. Ba mai mult, Solartec va ajuta la proiectarea si implementarea sistemului complet de incalzire, climatizare si prepararea apei calde prin eficientizarea acestuia si prin proiectarea in asa fel ca toate componentele necesare sa conlucreze optim. Panourile solare pot da un supliment substantial la incalzirea spatiului locativ, ele ajuta PDC foarte efectiv, costurile de exploatare a spatiului locativ fiind astfel eficientizate la maxim.

Modele/Avantaje

Apa/Apa

Pompa de caldura Apa/Apa est PDC cu cele mai mari COP-uri. Acest fapt se datoreaza nivelului constant de temperatura a apei din panza freatica pe toata perioada anului si care pe deasupra este relativ mare pentru pretentiile unei pompe de caldura, o temperatura cuprinsa intre 8 – 12o C.  In cazul in care panza freatica este la o adancime rezonabila si asigura un debit constant de apa atunci PDC Apa/Apa este varianta ideala. Apa este extrasa dintr-un put de extractie iari dupa ce PDC a extras o anumita cantitate de energie ea este reinjectata in sol printr-un al doilea put aflat la o anumita distanta in aval fata de directia de curgere a apei in panza freatica (bucla de captare deschisa).

PDC Apa/Apa foloseste apa din panza freatica, lacuri, ape curgatoare sau ape reziduale. Energia din panza freatica provine din interiorul terrei und temperaturile sunt foarte inalte, aceasta energie este practic inepuizabila.

Apa din panza freatica trebuie sa indeplineasca anumite conditii in ceea ce priveste calitatea ei, in cazul in care nu sunt indeplinite aceste conditii apa din panza freatica va trece printr-un schimbator de caldura extern inainte de a ajunge la PDC pentru a proteja schimbatorul de caldura din placi. O exceptie placuta fac modelele DIMPLEX care sunt echipate cu un schimbator de caldura inovativ din teava INOX care accepta orice lichid fara niciun fel de restrictii!! 

Avantaje:

  • COP-uri realizabile foarte mari
  • Sursa de energie inepuizabila
  • Racire pasiva la tarif inegalabil, curentul consumat de pompa de extractie / recirculare sunt singurele costuri
  • Foraj ieftin, posibilitati diverse de folosire a apei din putul forat
  • Puteri realizabile foarte mari
  • Fara restrictie la calitatea apei in cazul modelelor DIMPLEX

Dezavantaje:

  • Restrictie la calitatea apei in cazul PDC cu schimbator de caldura in placi
  • Panza freatica nu este accesibila peste tot

Sol/Apa

Pompa de caldura Sol/Apa capteaza energia solara inmagazinata in straturile superioare a terrei printr-o bucla inchisa. Se face deosebire intre

  • PDC cu sonda plana la o adancime de ca. 1,5 m
  • PDC cu sonda in adancime in functie de sol si putere de pana la 250 m
  • PDC cu vaporizare directa cu sonda plana la o adancime de ca. 1,5 m

In regim de racire aceasta PDC inmagazineaza caldura extrasa din casa in pamant, gata pentru a fi extrasa in regim de incalzire. Solul preia astfel functia unui vas tampon supradimensional.

Avantaje:

  • COP-uri realizabile foarte mari
  • Sursa de energie inepuizabila
  • Racire eficienta si economica
  • Puteri realizabile foarte mari

Dezavantaje:

  • Foraj in adancime costisitor
  • Sonda plana necesita mult spatiu, sapaturi

Aer/Apa

 Desi pompa de caldura Aer/Apa ofera cel mai mic COP ea este foarte apreciata si vanduta pentru faptul ca instalarea ei este foarte simpla, fara forari si sapaturi. Ea poate fi cel mai usor adaptata situatiei la fata locului si ofera cele mai multe solutii prin diferitele moduri de instalare cum ar fi instalarea in cladire, instalarea in exterior, versiunea split. Pompa de caldura Aer/Apa capteaza energia solara inmagazinata in aerul inconjurator. PDC Aer/Apa este singura PDC care nu poate functiona in regim monovalent. Ea necesita in situatii de ger sever suplimentarea cu alte surse de energie, de ex. rezistenta electrica.

Avantaje:

  • COP-uri realizabile mari
  • Instalare simpla, costuri minime
  • Ideal pentru eficientizarea sistemelor de incalzire existente
  • Ideal pentru zone fara alte surse de energie, fara apa freatica accesibila
  • Ideal pentru recuperarea energiei si dezumificarea aerului din incaperi pentru incalzirea apei calde menajere
  • Ideal pentru incalzirea piscinelor, modele speciale, foarte accesibile

Dezavantaje:

  • Regim de functionare bivalent
  • COP redus la temperaturi joase
  • Necesita in unele cazuri un bransament electric cu forta instalata mare, bransament care nu poate fi racordat pretutindeni

Alegerea PDC potrivita

Alegera PDC potrivita este un lucru foarte esential din motive descrise anterior. Aceasta alegere se va efectua dupa un studiu de fezabilitate a locatiei unde urmeaza sa fie instalata PDC. Un rol important in acest studiu au printre altele urmatorii factori:

  • Gradul de izolatie termic al cladirii
  • Numarul de persoane, necesarul de apa calda menajera
  • Suprafata spatiului locuit si incalzit in mp, orientarea cladirii/camerelor inspre sud, inaltimea camerelor incalzite, determinarea fortei de incalzire si racire necesara
  • Suprafata terenului pe care este amplasata cladirea
  • Cladire in constructie sau cladire deja construita
  • Cladire cu sistem de incalzire existent sau in constructie
  • Sistem de incalzire cu agent termic la temperatura inalta/joasa
  • Locatia geografica a cladirii, factori meteo
  • Posibilitatea de captare a sursei de caldura (apa, sol, aer)
  • Existenta, puterea si fazarea a retelei electrice
  • Existenta altor surse de incalzire

Avand in vedere cele expuse ajungem la concluzia ca orice PDC trebuie aleasa exact pentru locatia unde i-si va indeplini sarcina, dimensionarea este esentiala pentru functionarea PDC in regim corect. O PDC dimensionata incorect duce la costuri de exploatare mai mari, la uzura PDC peste limita necesara si implicit la pierderea avantajului ei cel mai mare: producerea celui mai ieftin KW intre sisteme de incalzire!

Necesarul termic

Necesarul termic unei cladiri trebuie vazut foarte diferentiat. De regula in Romania lipseste un calcul de necesar energetic facut de arhitect respectiv proiectant, fapt care ingreuneaza gasirea solutiei optime. Ca sa determinam necesarul energetic unei cladiri trebuie sa stim care este amprenta ei termica respectiv pe unde se pierde caldura. In mare piederile de caldura se pot cataloga asa:

  • 40% prin ferestre si usi exterioare
  • 27% prin pereti exteriori
  • 24% prin acoperis/planseu superior
  • 9% prin planseu inferior

Dat fiind asta vedem ca pierderile cele mai mari sunt realizate pe suprafata comparativ cea mai mica, al usilor si al ferestrelor exterioare. In consecinta depinde foarte mult de constructia acestor componente, de exemplu diferenta intre geamuri cu doua sau trei straturi de sticla este foarte mare.

Un necesar energetic aproximativ se poate exprima asa:

  • 45 – 60 W/mp constructii noi realizate dupa standardele actuale din Romania
  • 30 – 45 W/mp casa eficienta
  • <30 W/mp casa trei litri, denumita dupa faptul ca fiecare mp poate fi incalzit cu 3 litri de combustibil/an
  • <9W/mp casa pasiva

Mediu

Pe langa faptul ca PDC ofera cea mai ieftina solutie pentru a incalzi si mai ales raci o casa PDC este ecologica. Fiindca PDC preia cea mai mare parte a energiei din mediul inconjurator ea economiseste resurse valoroase, nu produce noxe, nu necesita deplasari pentru echipe de intretinere si nu emite particole in atmosfera. PDC ajuta la prevenirea efectului de sera fiindca ea nu produce CO2 decat int-ro cantitate foarte mica care este emanata la producerea curentului folosit. Pe masura ce electricitate va fi produs tot mai mult din resurse alternative cum ar fi hidro, eolian sau solar aceasta cantitate va fi tot mai mica.