Pompe de caldura, pompa de caldura – surse de caldura Leave a comment
Pompe de caldura, pompa de caldura- surse de caldura
Dupa cum s-a spus in capitolele precedente pompe de caldura obtin aproximativ trei sferturi din energia necesara pentru incalzire din energia solara acumulata in mediul ambiant iar pentru restul folosesc energia electrica. Energia solara cu pompe de caldura este ecologica si regenerativa.
In figura 3.2 se prezinta distributia radiatiei solare la nivelul atmosferei si solului pentru ompe de caldura astfel:
- 19% este absorbita de vapori, ozon si praf
- 8% este disipata in atmosfera
- 4% este absorbita de catre nori
- 17% este reflectata de catre nori
- 6 % este reflectata de catre pamant
- 46% este absorbita de catre pamant
Figura 3.2 Distributia radiatiei solare si aceste pompe de caldura
Temperatura surselor naturale ca aerul, solul, apele freatice si de suprafata variaza in concordanta cu variatia anuala a temperaturii cu o atenuare si o defazare in timp mai mare sau mai mica. Aceasta inseamna ca tocmai atunci cand necesarul de caldura este maxim aven cel mai mic disponibil de caldura (pompe de caldura) de la sursele naturale.
Prin urmare sursele naturale care depind in mica masura de temperatura exterioara sunt cele mai indicate in procesul de alimentare cu caldura al locuintelor.
In figura 3.3 este prezentata variatia medie a temperaturii pentru sol, aer si apa freatica pe parcursul intregului an la pompe de caldura .
Figura 3.3 pompe de caldura -Variatia temperaturii surselor naturale pe parcursul intregului an
Pompe de caldura – surse de caldura
Se observa ca apa freatica (reprezentata cu verde) are temperatura cea mai constanta pe parcursul intregului an. Solul (reprezentat cu galben inchis) prezinta o variatie mai mare de temperatura fata de apa freatica. Aerul (reprezentat cu galben deschis) prezinta cele mai mari variatii de temperatura pe parcursul intregului an de aceea nu este recomandat pentru incalzirea cladirilor.
Pentru utilizarea practica a surselor de energie cu pompe de caldura pe linga o temperatura cat mai constanta pe parcursul intregului an mai trebuie respectate urmatoarele criterii:
- disponibilitate suficienta
- capacitate cat mai mare de acumulare
- nivelcat mai ridicat de temperatura
- regenerare suficienta
- captare economica
- timp redus de asteptare
- sa nu fie coroziva
Pe langa sursele naturale de energie cu pompe de caldura care reprezinta de fapt acumulatori de energie solara se mai poate utiliza si caldura (pompe de caldura) evacuata din diferite procese tehnologice.
Aerul ambient si cel evacuat din sistemele de climatizare, solul si apa freatica sunt surse de caldura pentru pompe de caldura de puteri mici, in timp ce apa de mare, lac sau rau, rocile, apa goetermala si apa tehnologica sunt utilizate pentru pompe de caldura de puteri mari.
Aerul ambient este gratis si disponibil peste tot, reprezentand cea mai obisnuita sursa de caldura pentru pompe de caldura. Acele pompe de caldura care utilizeaza aerul drept sursa de caldura ating insa coeficienti de performanta sezonieri cu 10-30% mai redusi decat in cazul utilizarii apei ca sursa de caldura. Aceasta se datoreaza in special scaderii rapide a randamentului si puterii odata cu scaderea temperaturii exterioare, a diferentei relativ mari de temperatura din vaporizator si a energiei suplimentare necesare pentru degivrare si pentru functionarea ventilatoarelor.
In conditii climatice blande si umede, pe suprafata vaporizatorului se acumuleaza gheata, ceea ce duce la scaderea puterii si a randamentului unei pompe de caldura. Degivrarea bateriilor se realizeaza prin inversarea ciclului functional al unei pompe de caldura sau prin intrarea in functiune a unei rezistente electrice. in acest mod creste consumul de energie, iar COP-ul total al unei pompe de caldura va scadea odata cu cresterea frecventei degivrarilor. Eficienta totala poate fi marita prin controlul frecventei cu care se face degivrarea mai degraba decat prin controlul timpului de functionare.
Utilizarea aerului drept sursa de caldura (pompe de caldura) se recomanda in special in cazul cladirilor existente, unde pompe de caldura aer-apa sau aer-aer isi pot aduce contributia la incalzire prin functionarea in sistem bivalent, completand deci incalzirea clasica bazata pe arderea unui combustibil.
Puterea termica a agregatelor de pompe de caldura functionand cu aer ca sursa de caldura este stabilita de catre constructorul acestora inca din fabrica.
Pompe de caldura aer-apa pot functiona pe perioada intregului an, intocmai ca si pompe de caldura ce extrag caldura din sol sau din apa freatica.
Trebuie insa observat faptul ca puterea termica de incalzire a unei astfel de pompe de caldura variaza foarte mult in functie de temperatura aerului sursa de caldura. Astfel, la inceputul si sfarsitul perioadei de incalzire (toamna si primavara), puterea termica de incalzire este mult mai mare decat in cea mai rece zi a anului si simtitor mai mare decat necesarul de caldura al cladirii (daca pompe de caldura a fost gandita sa functioneze in regim monovalent).
Pompe de caldura – mijloace eficiente de obtinere a caldurii!
Din acest motiv, un astfel tip de pompe de caldura trebuie dotata cu un sistem de reglare a puterii termice livrate consumatorului de caldura.
Aerul evacuat din sistemele de climatizare reprezinta o sursa de caldura obisnuita pentru pompe de caldura din cladirile comerciale si rezidentiale. Prin recuperarea caldurii din aerul evacuat, pompe de caldura realizeaza incalzirea apei si/sau a spatiilor. In timpul perioadei de incalzire sau chiar in decursul intregului an este necesara functionarea continua a sistemului de climatizare-ventilare. Unele tipuri de pompe de caldura sunt astfel proiectate incat sa utilizeze atat aer ambiant cat si aer evacuat.
In cazul cladirilor mari, pompe de caldura avand ca sursa de caldura aerul evacuat sunt de multe ori cuplate cu sisteme de recuperare a caldurii de tipul aer-aer.
Apa freatica prezinta o temperatura constanta (4-10˚C) in multe zone. Pentru utilizarea ei sunt utilizate sisteme inchise sau deschise. in sistemele deschise, apa subterana este pompata, racita si apoi reinjectata intr-un put separat sau returnata catre apa de suprafata. Sistemele de suprafata trebuiesc proiectate cu mare atentie, pentru evitarea problemelor legate de inghet, coroziune si colmatare. Sistemele inchise pot fi sisteme cu detenta directa (in care agentul termic de lucru vaporizeaza in interiorul tevilor montate subteran), sau sisteme cu agent intermediar. Sistemele cu agent intermediar prezinta in general performante tehnice mai scazute, dar sunt mai usor de intretinut. Dezavantajul major al acestor pompe de caldura este costul ridicat al lucrarilor pentru exploatarea sursei de caldura. Exista totodata posibilitatea unor constrangeri suplimentare generate de legislatia privitoare la protectia stratului de apa freatica si la preintampinarea poluarii solului.
Solul prezinta aceleasi avantaje ca si apa freatica , si anume are temperaturi medii anuale ridicate. Caldura este extrasa cu ajutorul unor onducte ingropate orizontal sau vertical in sol, iar sistemele pot fi de asemenea cu detenta directa sau sisteme cu agent intermediar.
Capacitatea termica a solului depinde de umiditatea acestuia si de conditiile climatice. Datorita extragerii de caldura (pompe de caldura) din sol, temperatura acestuia va scadea in decursul perioadei de incalzire. in regiunile foarte reci, cea mai mare parte a caldurii este extrasa sub forma de caldura latenta,atunci cand solul ingheata. Cu toate acestea in timpul perioadei de vara, radiatia solara incalzeste solul, iar refacerea potentialului termic este posibila in totalitate.
Solul prezinta capacitatea de a inmagazina sezonier caldura (pompe de caldura) provenita de la soare, lucru care conduce la obtinerea unei temperaturi relativ constante a acestei surse de caldura si la atingerea unor coeficienti sezonieri de performanta de valori ridicate.
Contributia energiei geotermice – adica a acelui flux de caldura indreptat de la interiorul catre exteriorul pamantului – este atat de redusa incat poate fi neglijata. Rezulta deci ca energia extrasa din sol de catre acest tip de pompe de caldura provine aproape exclusiv de la soare.
Pompe de caldura pentru cladirile de locuit si care utilizeaza solul drept sursa de caldura sunt astazi executate sub forma de instalatii compacte, ce pot fi montate cu usurinta in cladire.
Caldura preluata de la sursa de caldura a unei pompe de caldura este transportata cu ajutorul unui amestec antigel, al carui punct de inghet se situeaza la circa -15 ˚C. Prin aceasta se asigura faptul ca sonda nu va ingheta in timpul functionarii. Schema acestui circuit este prezentata in figura 3.4.
Figura 3.4 Schema circuitului de antigel la pompe de caldura
Extragerea caldurii din sol se poate face cuaceste pompe de caldura cu ajutorul unui sistem de tevi din material sintetic, cu o mare suprafata de transfer.
Caldura geotermala poate fi utilizata numai cu pompe de caldura ca sursa de caldura acolo unde apa freatica este foarte putina sau lipseste total. Adancimea forajelor atinge 100…200m.
Atunci cand este necesara o capacitate termica ridicata, forajele se fac inclinat pentru a cuprinde un volum mai mare se stanca. Acest tip de pompe de caldura este intotdeauna conectat la un sistem de agent intermediar realizat din conducte din plastic. Unele dintre pompe de caldura de acest tip destinate cladirilor comerciale utilizeaza masivul pentru acumularea caldurii sau a frigului. Costurile ridicate ale operatiunilor de foraj impiedica insa utilizarea caldurii geotermale ca sursa pentru pompe de caldura domestice.
Apa de rau si de lac este in principiu o sursa foarte buna de caldura dar are ca principal devavantaj o temperatura scazuta in timpul iernii (apropiata de 0 ˚C). Din acest motiv trebuiescluate masuri de siguranta pentru a evita inghetarea vaporizatorului.
Apa de mare este o sursa excelenta de caldura pentru pompe de caldura si este utilizata in special pentru pompe de caldura de puteri medii si mari. La adancimea de 25-50m, apa de mare are temperatura constanta 5-8 ˚C, iar formarea ghietii nu mai constituie o problema (punctul de inghet este la -2 ˚C).
Se pot folosi pompe de caldura atat sistemele cu detenta directa cat si sistemele cu agent intermediar. Pentru preintampinarea coroziunii si a colmatarii cu substante organice trebuiesc luate masuri constructive speciale in realizarea schimbatoarelor de caldura a acestor pompe de caldura si a conductelor la instalatiile de incalzire si racire cu pompe de caldura
Apa tehnologica se caracterizeaza prin temperaturi constante si relativ ridicate in tot timpul anului. Principalele probleme la instalatiile cu aceste pompe de caldura sunt legate de distanta pana la utilizator si de variatia fluxului de caldura transportat. Ca posibile exemple privind sursele de caldura din aceasta categorie sunt: efluentii provenind din canalizare (apa de canalizare tratata si netratata), efluentii industriali, precum si apa de racire (pentru condensare) de la procese industriale sau din producerea de energie electrica unde sunt folosite pompe de caldura.
Pentru mai multe detalii despre pompe de caldura ,pompa de caldura geotermale, va rugam sa ne contactati prin intermediul paginii de contact!