Bendea Codruta Rezumat Teza de Doctorat

5/17/2018 Bendea Codruta Rezumat Teza de Doctorat - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/bendea-codruta-rezumat-teza-de-doctorat 1/24

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII,

TINERETULUI ȘI SPORTULUI

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE ENERGETICĂ

Codruța Călina BENDEA

TEZĂ DE DOCTORAT

Conducător ştiinţific: Prof. dr. ing. Ioan FELEA

- 2010 -



Codruța Călina BENDEA Cercetări privind performanțele energetice și de disponibilitate ale pompelor de căldură cu sursă subterană

2

CUPRINS

NOTATII SI ABREVIERI ....................................................................... ................................................................. ............ 5

CAPITOLUL 1 INTRODUCERE ................................................................................................................ ....................... 7

1.1 ACTUALITATEA TEMEI .............................................................................................................................................. 8

1.2 OBIECTIVELE ŞI STRUCTURA TEZEI ......................................................................................................................... 10

CAPITOLUL 2 SISTEME CU POMPE DE CĂLDURĂ AVÂND SURSĂ SUBTERANĂ ......................................... 13

2.1 GENERALITĂȚI ....................................................................................................................................................... 15 2.1.1 Clasificarea pompelor de căldură ............................................................................................................... 15 2.1.2 Surse de căldură pentru pompele de căldură ............................................................... ............................... 17 2.1.3 Pompe de căldură cu sursă subterană............................................................... .......................................... 20

2.2 SINTEZĂ ASUPRA TERMINOLOGIEI FOLOSITE ................................................................ ........................................... 22 2.3 SCURT ISTORIC ........................................................................................................................................................ 24 2.4 ELEMENTELE UNUI SISTEM CU POMPĂ DE CĂLDURĂ CU SURSĂ SUBTERANĂ ............................................................ 27

2.4.1 Subsistemul sursă de căldură geotermală ......................................................... .......................................... 28 2.4.1.1 Tipuri de schimbătoare de căldură subterane folosite de pompele de căldură geotermale ............................... 28 2.4.1.2 Stadiul actual de dezvoltare a schimbătoarelor de căldură subterane............................................................ 39

2.4.2 Subsistemul agregatului de pompă de căldură folosit în instalaţiilede pompe de căldură cu sursă subterană ................................................................ ................................ 47

2.4.2.1 Compresoarele ...................................................................................................................................... 48 2.4.2.2 Agenții frigorifici .................................................................................................................................. 51 2.4.2.3 Vaporizatoarele și condensatoarele ................................................................ .......................................... 52

2.4.3 Moduri de distribuire a căldurii/frigului în instalaţiile de pompe de căldurăcu sursă subterană................................................................................................................................... 58

2.5 SITUAȚIA CURENTĂ PE PLAN MONDIAL PRIVIND UTILIZAREA PCSS .............................................................. .......... 61 2.6 STADIUL ACTUAL DE UTILIZARE A PCSS ÎN ROMÂNIA ............................................................. ............................... 65 2.7 SISTEMELE CU PCSS SUPUSE CERCETĂRII ............................................................................................................... 67

2.7.1 Sistemul cu PCSS numărul 1 ....................................................................................................................... 67 2.7.2 Sistemul cu PCSS numărul 2 ....................................................................................................................... 69

2.8 CONCLUZII .............................................................................................................................................................. 70

CAPITOLUL 3 MODELUL DE BILANȚ ENERGETIC PENTRU CONSUMATORULSISTEMELOR CU POMPĂ DE CĂLDURĂ AVÂND SURSĂ SUBTERANĂ ................................ 73

3.1 CONFORTUL TERMIC ............................................................................................................................................... 76 3.1.1 Factorii care influenţează confortul termic ................................................................ ................................. 77 3.1.2 Clădirea ca factor de realizare a confortului termic .............................................................. ..................... 80

3.2 BILANȚUL ENERGETIC AL UNUI SPAȚIU ÎNCĂLZIT .......................................................... .......................................... 81 3.2.1 Transferul de căldură prin conducție ................................................................ .......................................... 82 3.2.2 Transferul de căldură prin convecție................................................................ ........................................... 85 3.2.3 Transferul de căldură prin radiație ............................................................................................................. 87 3.2.4 Fluxuri de căldură pierdute prin ventilație și infiltrații.......................................................... ..................... 92 3.2.5 Modelul matematic al bilanțului energetic pentru un spațiu încălzit .......................................................... 94

3.3 EXEMPLU DE APLICARE A MODELULUI DE BILANȚ ENERGETIC AL UNEI INCINTE ................................................... 102

3.3.1 Elemente de calcul ............................................................ ................................................................. ........ 103 3.3.2 Determinarea fluxurilor de căldură pierdute ............................................................... ............................. 107 3.3.3 Influența variației parametrilor climatici asupra bilanțului energetic

al spațiului considerat ........................................................................................................................... 110 3.4 DETERMINAREA CONSUMULUI ANUAL DE ENERGIE TERMICĂ ............................................................. ................... 111

3.4.1 Metode folosite........................................................................................................................................... 111 3.4.2 Consumul anual de energie termică pentru sistemul 1 de referință .......................................................... 113 3.4.3 Consumul anual de energie termică pentru sistemul 2 de referință .......................................................... 118

3.5 CONCLUZII ............................................................................................................................................................ 121

CAPITOLUL 4 SIMULAREA SCHIMBULUI DE CĂLDURĂ DIN SOL ......................................................... ........ 123

4.1 INTRODUCERE ....................................................................................................................................................... 125 4.2 PREZENTAREA MODELELOR MATEMATICE ȘI A SIMULĂRILOR REALIZATE PÂNĂ ÎN PREZENT................................. 126

4.2.1 Scurt istoric ............................................................ ................................................................. ................... 126

4.2.2 Modele folosite în prezent la simularea SCS ................................................................ ............................. 128 4.3 SIMULAREA SCHIMBULUI DE CĂLDURĂ ÎNTR -UN SCSO .................................................................... .................... 131

4.3.1 Simularea temperaturii solului .................................................................................................................. 131 4.3.2 Simularea temperaturii fluidului din SCSO ................................................................ ............................... 133




3

4.4 ECUAȚIILE FUNDAMENTALE FOLOSITE ÎN SIMULAREA SCSV ................................................................................ 135 4.5 PREZENTAREA PROGRAMULUI DE SIMULARE EED ............................................................................. ................... 139 4.6 SIMULAREA SCHIMBULUI DE CĂLDURĂ ÎN SCSV ................................................................... ............................... 144

4.6.1 Cazurile de referință pentru simulările efectuate ......................................................... ............................. 144 4.6.2 Factori de influență pentru sistemul 1 ............................................................... ........................................ 144

4.6.2.1 Influența diametrului exterior al forajului ................................................................ ............................... 145 4.6.2.2 Influența distanței dintre axele conductelor SCS ........................................................ ............................. 145

4.6.2.3 Influența conductivității termice a materialului de umplutură ........................................................... ........ 147 4.6.2.4 Influența tipului de conductă folosit pentru SCS și a dimensiunilor acesteia ............................................... 148 4.6.2.5 Influența naturii fluidului purtător de căldură din interiorul SCS ....................................................... ........ 150 4.6.2.6 Influența debitului fluidului purtător de căldură din interiorul SCS............................................................ 152

4.6.3 Cazurile simulate pentru sistemul 1 de referință .......................................................... ............................. 153 4.6.4 Factorii de influență pentru sistemul 2 de referință ............................................................... ................... 154

4.6.4.1 Influența configurației forajelor ............................................................................................................. 155 4.6.4.2 Influența tipului de SCS verticale utilizate ................................................................ .............................. 159 4.6.4.3 Influența distanței dintre foraje.............................................................................................................. 160 4.6.4.4 Influența modului de legare SCS-urilor la conducta colectoare-distribuitoare ............................................. 162

4.6.5 Cazurile simulate pentru sistemul 2 de referință .......................................................... ............................. 163 4.7 REZULTATELE SIMULĂRILOR................................................................................................................................. 164

4.7.1 Densitatea liniară a fluxului de căldură ............................................................ ........................................ 164

4.7.2 Rezistențele termice din subteran .............................................................................................................. 166 4.7.3 Natura curgerii fluidului purtător de căldură în SCSV .......................................................... ................... 167 4.7.4 Temperatura medie a fluidului la funcționarea la sarcina de bază ........................................................... 170 4.7.5 Temperatura medie la funcționarea la sarcină de vârf de încălzire.......................................................... 173 4.7.6 Temperatura medie la funcționarea la sarcină de vârf de răcire .............................................................. 175 4.7.7 Variația temperaturii medii pe perioada simulată........................................................ ............................. 176 4.7.8 Analiza rezultatelor ................................................................................................................................... 180

4.8 CONCLUZII ............................................................................................................................................................ 184

CAPITOLUL 5 SIMULAREA ȘI EVALUAREA EFICIENȚEI ENERGETICE A SISTEMELOR

CU POMPE DE CĂLDURĂ CU SURSĂ SUBTERANĂ .......................................................... ........ 187

5.1 COEFICIENŢI DE PERFORMANŢĂ (COP) AI AGREGATULUI DE POMPĂ DE CĂLDURĂ (PC) ....................................... 189 5.1.1 COP-ul teoretic al surselor .......................................................... .............................................................. 189 5.1.2 COP-ul teoretic al ciclului ........................................................... .............................................................. 190 5.1.3 COP-ul grupului motocompresor ................................................ .............................................................. 191 5.1.4 COP-ul global al PC ................................................................................................................................. 191 5.1.5 COP-ul global al instalaţiei....................................................................................................................... 192 5.1.6 COP-ul mediu anual al compresorului ...................................................................................................... 193 5.1.7 COP-ul global mediu anual al PC .......................................................... ................................................... 194 5.1.8 COP-ul sezonier sau COP-ul global anual al instalaţiei........................................................ ................... 195 5.1.9 Comentarii privind utilizarea diverşilor COP .............................................................. ............................. 196

5.2 MODELAREA MATEMATICĂ A EFICIENȚEI ENERGETICE A POMPELOR DE CĂLDURĂ

CU SURSĂ SUBTERANĂ (PCSS) .......................................................................................................................... 197 5.2.1 Metode de calculare a factorului de performanță sezonier (SPF)............................................................. 198 5.2.2 Modelul matematic al factorului de performanță sezonier (SPF) ............................................................. 199

5.2.2.1 Limitele fizice ale sistemului ................................................................................................................ 199 5.2.2.2 Energiile implicate în modelul matematic................................................................ ............................... 201

5.3 SIMULAREA PERFORMANȚELOR ENERGETICE ALE SISTEMELOR CU PCSS .......................................... ................... 207 5.3.1 Considerații preliminare............................................................................................................................ 207 5.3.2 Simularea performanțelor energetice ale sistemului 1 de referință cu SCS orizontal ............................... 210 5.3.3 Simularea performanțelor energetice ale sistemului 1 de referință cu SCS vertical ................................. 215 5.3.4 Analiza comparativă a performanțelor energetice ale sistemului 1 de referință....................................... 219

5.4 CONCLUZII ............................................................................................................................................................ 224

CAPITOLUL 6 CERCETARI EXPERIMENTALE PRIVIND PERFORMANȚELEENERGETICE ALE SISTEMELOR DE ÎNCĂLZIRE CU POMPEDE CĂLDURĂ CU SURSĂ SUBTERANĂ ........................................................... ............................. 227

6.1 PRELIMINARII ........................................................................................................................................................ 229 6.2 ELEMENTE DE CARACTERIZARE A EXPERIMENTULUI ................................................................ ............................. 229

6.2.1 Locație ....................................................................................................................................................... 229

6.2.2 Caracteristicile clădirii.............................................................................................................................. 231 6.3 I NSTALAȚIA EXPERIMENTALĂ ȘI METODA DE LUCRU................................................................ ............................. 233

6.3.1 Detalii tehnice asupra schimbătoarelor subterane de căldură verticale și orizontale .............................. 235 6.3.1.1 Schimbătorul de căldură subteran vertical (SCSV) ............................................................... ................... 235




4

6.3.1.2 Schimbătorul de căldură subteran orizontal (SCSO) ............................................................. ................... 238 6.3.2 Detalii tehnice asupra solului și senzorilor subterani ............................................................ ................... 239 6.3.3 Modalitatea de colectare a datelor și structura sistemelor de achiziție a datelor ..................................... 242 6.3.4 Considerații privind desfășurarea măsurătorilor experimentale .............................................................. 245

6.4 REZULTATELE EXPERIMENTULUI........................................................................................................................... 247 6.4.1 Prezentarea valorilor măsurate................................................................................................................. 247 6.4.2 Compararea valorilor măsurate cu cele simulate ........................................................ ............................. 253

6.5 CONCLUZII ............................................................................................................................................................ 257 CAPITOLUL 7 CONTRIBUȚII LA EVALUAREA PERFORMANȚELOR DE DISPONIBILITATE

ȘI ECONOMICE ALE SISTEMELOR DE ÎNCĂLZIRE CU POMPE DE

CĂLDURĂ CE UTILIZEAZĂ SURSA SUBTERANĂ ............................................................. ........ 261

7.1 CONSIDERAȚII PRELIMINARE ................................................................................................................................. 263 7.2 MODELAREA DISPONIBILITĂȚII SISTEMELOR CU POMPĂ DE CĂLDURĂ

CE UTILIZEAZĂ SURSA SUBTERANĂ .................................................................................................................... 265 7.2.1 Indicatorii globali de fiabilitate ai SPCSS ......................................................... ........................................ 265

7.2.1.1 Mărimi caracteristice de timp ................................................................................................................ 266 7.2.1.2 Mărimi caracteristice de putere ............................................................................................................. 266 7.2.1.3 Mărimi caracteristice de siguranţă ................................................................ ......................................... 266 7.2.1.4 Mărimi caracteristice de disponibilitate .......................................................... ........................................ 267

7.2.2 Modelarea fiabilității SPCSS ..................................................................................................................... 269 7.2.2.1 Analiza modurilor de defectare şi a efectelor defectărilor asupra fiabilităţii sistemului ................................ 269 7.2.2.2 Metode grafo-analitice de analiză a fiabilităţii previzionale aplicabile pentru SPCSS .................................. 270 7.2.2.3 Metoda lanţurilor Markov cu timp continuu............................................................... ............................. 279 7.2.2.4 Graful stărilor și tranzițiilor SPCSS ............................................................... ........................................ 286

7.2.3 Aspecte privind mentenabilitatea SPCSS ........................................................... ........................................ 289 7.3 FEZABILITATEA SISTEMELOR CU POMPĂ DE CĂLDURĂ CE UTILIZEAZĂ SURSA SUBTERANĂ ................................... 292

7.3.1 Durata de recuperare a investiţiei............................................................................................................. 292 7.3.2 Venitul net actualizat ........................................................ ................................................................. ........ 293 7.3.3 Indicele de profitabilitate ............................................................. .............................................................. 293 7.3.4 Rata internă de rentabilitate...................................................................................................................... 294 7.3.5 Studiu de caz: analiza fezabilității pentru sistemul 2 de referință ............................................................. 294

7.4 CONCLUZII ............................................................................................................................................................ 297

CAPITOLUL 8 CONCLUZIILE TEZEI ......................................................... .............................................................. 301 BIBLIOGRAFIE ................................................................ ................................................................ ............................... 313

ANEXA 1 .......................................................... ................................................................ ........................................ 323

ANEXA 2 .......................................................... ................................................................ ........................................ 341

ANEXA 3 .......................................................... ................................................................ ........................................ 359




5

Capitolul 1 - Introducere

Focul şi apa fierbinte au fost venerate ca adevărate divinităţi şi au fost sursa numeroaselor mituri la absolut toate culturile şi civilizaţiile care s-au dezvoltat pe Pământ, devenind elementeesenţiale ale tehnologiilor pe care s-au bazat – şi se bazează încă – toate societăţile civilizate. Maşinile,acţionate de combustibilii fosili, au înlocuit forţa musculară a omului şi a animalelor, conducând

omenirea la atingerea nivelului de societate industrializată. Atâta timp cât omenirea era redusă numericşi nevoile de energie se limitau la încălzire şi la prepararea alimentelor, energia putea fi utilizată fărăserioase perturbări ale atmosferei, hidrosferei şi geosferei, adică a mediului ambiant. Atunci când LordKelvin a descris bazele teoretice ale pompelor de căldură, la jumătatea secolului al XIX-lea, populațiaglobului număra 1,1 miliarde de locuitori, iar problema emisiilor de CO2 nu exista. În prezent,creşterea galopantă a populaţiei globului, depășind 6 miliarde la ora actuală, face ca utilizarea energieisă perturbe ciclurile naturale vitale, ameninţând chiar să le distrugă. Avem de ales fie ca tehnologiilede producere a energiei să fie utilizate corect, servind ca instrument „curat” pentru asigurarea

bunăstării materiale la nivelul întregii planete, fie ca tendinţele actuale să continue, fapt ce va duce ladegradarea ambientalului şi, deci, la o viaţă mediocră şi nesigură.

Dintre diferitele forme de energie utilizate, în actuala etapă de dezvoltare a tehnicii, energiatermică are ponderea cea mai mare în balanţa energetică a unei ţări. Datorită acestui fapt, se depuneforturi susţinute pentru găsirea căilor optime de folosire a energiei termice, în scopul economisiriiresurselor energetice primare de combustibil.

Conform ultimelor rezultate ale cercetărilor în domeniul resurselor de energie, se apreciază cărezervele disponibile şi exploatabile de combustibili fosili sunt echivalente cu aproximativ 1.263miliarde tone de combustibil convenţional.

La nivelul Uniunii Europene, 82% din totalul consumului de energie primară se face îndomeniul rezidenţial şi în cel industrial, iar din acesta, 47% se foloseș te pentru încălzirea clădirilor şi

pentru producerea căldurii necesare diverselor procese industriale. Dar, o treime din energia aferentă

proceselor industriale este eliberată la temperaturi şi debite care ar permite o reutilizare a acesteia.Problema surselor limitate de combustibili fosili poate fi rezolvată – cel puţin parţial – prin

utilizarea din ce în ce mai intensă a surselor regenerabile de energie din care categorie face parte şienergia geotermală.

Pompele de căldură – ca sisteme de conversie a energiei – sunt maşini termice care pot săridice calitatea căldurii de la un nivel scăzut de temperatură la un nivel mai ridicat. Acest lucru este

posibil doar dacă se consumă, din exterior, o anumită cantitate de energie. Avantajul utilizării pompelor de căldură constă în faptul că energia consumată este de câteva ori mai mică decât ceareprezentată de transferul de căldură între cele două medii. Pompele de căldură reprezintă una dintre

puținele tehnologii de producere fiabilă a căldurii, disponibilă practic pretutindeni, și care poate

asigura confort termic cu emisie de carbon extrem de redusă, uneori chiar zero. Sursele de căldură pentru pompele de căldură pot fi diferite, fie naturale (aerul, apa de

suprafață sau din pânza freatică, subsolul, apa de mare, energia solară), fie căldura recuperabilă dinindustrie. Cercetările efectuate în cadrul acestei teze de doctorat se axează pe studiul pompelor decăldură cu sursă subterană (PCSS), la care extragerea căldurii din sol se face cu ajutorul unuischimbător de căldură plasat fie orizontal, fie vertical în sol.

Chiar dacă nu a reprezentat motivul inițial al intrării pe piață a instalațiilor cu PCSS,reducerea emisiilor de carbon provenite de la instalațiile de încălzire a clădirilor este mobilul cel maiimportant al utilizării lor în prezent, cel puțin în Europa. Agenția Internațională a Energiei (IEA) – Centrul pentru Pompe de Căldură recunoaște că pompele de căldură reprezintă una dintre puținele

tehnologii disponibile pe piață care pot duce la reduceri considerabile ale nivelului de CO2.




6

România a adoptat Pachetul de măsuri al UE privind clima și energia (așa-numitul pachet de

legi „20-20-20 până în 2020”), aprobat în decembrie 2008, transpus ulterior în mai multe texte de legeaprobate în aprilie 2009, care prevăd: reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră cu cel puțin 20 % față de nivelul din anul 1990, utilizarea mai largă a surselor regenerabile de energie care să ajungă să reprezinte 20% din

producția totală de energie (față de 8,5% în prezent),

reducerea consumului de energie cu 20% față de nivelul estimat pentru anul 2020 prinîmbunătățirea eficienței energetice.

În acest sens, dezvoltarea utilizării sistemelor cu pompe de căldură având sursă subterană aretoate premisele de a fi încurajată și susținută de stat, necesitând însă specialiști bine pregătiți care săaleagă corect toate componentele sistemului, astfel încât acesta să își dovedească eficiența energetică șifiabilitatea, ducând la creșterea încrederii populației într -o tehnologie pe care marea masă nu ocunoaște sau înțelege.

Având în vedere aspectele prezentate anterior, lucrarea de faţă se înscrie în tendinţele şi preocupările actuale ale specialiştilor , cu referire la de modalităţile de dezvoltare, elaborare şiimplementare a modelelor şi tehnicilor pentru evaluarea cantitativă şi calitativă a performanţelor energetice şi de disponibilitate ale sistemelor cu PCSS. Actualitatea şi importanţa studiilor efectuate înlucrare se justifică din următoarele considerente:

Creșterea numărului de unități și a puterii instalate în sistemele de încălzire cu pompe de căldurăcu sursă subterană arată că domeniul ales este unul de actualitate, cu o dinamică rapidă.

Prin încurajarea utilizării pe scară largă a pompelor de căldură cu sursă subterană, GuvernulRomâniei își poate îndeplini obligațiile care îi revin prin Directiva 2009/28/EC care pune înaplicare Pachetul de măsuri privind clima și energia. Atingerea acestui scop se poate obține doar dacă sistemele cu PCSS sunt proiectate în mod corect, asigurând o funcționare cu performanțeenergetice ridicate, o comportare fiabilă și un cost competitiv al instalării și exploatării, ceea ce

implică o bună cunoaștere a acestor sisteme realizată prin cercetări științifice.

Până în acest moment nu se cunoaște numărul de sisteme cu PCSS montate în România și nici puterea totală instalată.

Din cauza faptului că în România acest domeniu a fost foarte puțin studiat, nu există oterminologie unitară privind sistemele de încălzire cu pompele de căldură și nici pentru elementeledin structura lor. Fiind un domeniu de cercetare nou în România, termenii folosiți în limba românădiferă în funcție de persoana care i-a tradus și limba din care s-a realizat acest lucru.

Nu există studii realizate pe un sistem de încălzire cu PCSS având două tipuri de schimbătoare decăldură subterane: orizontal și ver tical.

Determinarea cât mai precisă a necesarului de căldură și a cererii de energie termică a unui spațiu

de încălzit sunt foarte importante pentru corecta alegere a elementelor din structura sistemului deîncălzire cu PCSS.

Schimbul de căldură din sol și performanțele schimbătoarelor de căldură subterane influențează pregnant eficiența energetică a întregului sistem, o alegere greșită a acestora având repercusiunimajore asupra performanțelor sistemului de încălzire.

Cercetările privind comportarea PCSS, sub aspect energetic, la funcționarea în sarcină parțială asistemului de încălzire sunt foarte puțin dezvoltate, evaluarea mărimilor energetice referitoare laenergia termică extrasă și la cea livrată, precum și la energia electrică consumată în acest caz fiind

foarte importantă pentru determinarea performanței energetice a PCSS;

Pentru ca rezultatele studiilor să poată fi validate este necesară testarea experimentală, operațiune

realizabilă la Universitatea din Oradea unde există un sistem experimental de încălzire cu PCSS cudouă schimbătoare de căldură subterane.




7

Analiza de fiabilitate a sistemului cu PCSS constituie o direcție importantă de acțiune, insuficientcercetată până în prezent.

Obiectivul principal urmărit în cadrul tezei este aprofundarea cercetărilor privind performanțele energetice și de disponibilitate ale pompelor de căldură cu sursă subterană (PCSS), prin

detalierea studiilor și creșter ea acurateței analizelor , în scopul identificării soluțiilor de creștere anivelului de performanță al sistemelor cu PCSS.

Problematica abordată, vizând aspectele analitice şi aplicative, este focalizată pe următoareleobiective specifice:

Realizarea unei sinteze bibliografice în domeniul sistemelor de încălzire cu PCSS, identificarea

tendințelor existente, a problemelor insuficient tratate în literatura de specialitate şi a direcţiilor de cercetare care se înscriu în tema abordată;

Identificarea mecanismelor de transfer de căldură, stabilirea tuturor ecuațiilor aferenteproceselor de transfer de căldură și elaborarea modelului de bilanț energetic pentru spațiile cetrebuiesc încălzite;

Identificarea modelelor matematice și a programelor de calcul cu aplicabilitate în simularea

schimbului de căldură din sol, evaluarea capabilității acestora, selectarea celui mai performantsoftware și asimilarea modalității de utilizare a acestuia;

Stabilirea metodelor de analiză, elaborarea algoritmului şi a programului de calcul pentru

simularea și evaluarea eficienței energetice a sistemelor cu PCSS;

Determinarea performanțelor energetice ale sistemelor de încălzire cu PCSS în cadrul unor cercetări experimentale;

Elaborarea şi implementarea unor modele de analiză a fiabilității previzionale cu aplicabilitate încazul sistemelor cu PCSS;

Evaluarea fezabilității sistemelor cu PCSS comparativ cu cazul sistemelor ce utilizează centralepe gaz sau electrice;

A plicarea modelelor, metodelor, algoritmilor şi programelor de calcul, fundamentate sub aspectanalitic, la nivelul a două sisteme de referință prevăzute cu PCSS.

Lucrarea este structurată în 8 capitole, la care se adaugă cuprinsul, lista de notații și abrevieri,referinţele bibliografice (în număr de 182) şi 3 anexe. În lucrare s-a optat pentru varianta realizării uneiliste de notații și abrevieri frecvent utilizate, semnificaţia simbolurilor mai puțin utilizate fiind

precizată la prima utilizare a acestora.

Capitolul 2

Capitolul 2 se compune din 7 subcapitole, care se referă la prezentarea generală a pompelor de căldură, definirea și aprofundarea noțiunilor legate de instalațiile cu pompă de căldură cu sursăsubterană, și o inventariere a acestora. În finalul capitolului se prezintă caracteristicile a două sistemecu PCSS care vor fi analizate pe parcursul întregii teze de doctorat.

În paragraful 2.1 se prezintă principiul de funcționare a pompelor de căldură, o clasificare aacestora, precum și o analiză a surselor de căldură necesare bunei funcționări a pompelor de căldură cudefinirea pompei de căldură cu sursă subterană.

Din cauza faptului că în România tehnologia cu pompe de căldură cu sursă subterană este puțin cunoscută, nu există, încă, format un vocabular tehnic special destinat acestor instalaţii. În pragraful 2.2 se face o sinteză a termenilor uzual folosiţi în ţările în care această tehnologie nouă a

pătruns, subliniindu-se diferențele de exprimare între statele europene și SUA.




8

Pentru a putea observa dezvoltarea pe care au avut-o instalațiile cu PCSS de-a lungul anilor,

în paragraful 2.3 se ilustrează începuturile utilizării părții superioare a solului drept sursă rece pentru pompele de căldură.

Un sistem cu pompă de căldură cu sursă subterană cuprinde trei subsisteme: cel al sursei decăldură, cel al pompei de căldură și cel al consumatorului, care sunt analizate în detaliu în paragraful2.4. Un accent deosebit s-a pus pe subsistemul geotermal – subsistemul sursei de căldură(subparagraful 2.4.1); făcându-se o cercetare bibliografică exhaustivă s-au prezentat toate modalitățilede exploatare a acesteia folosite în practică la ora actuală.

În continuare s-a prezentat o analiză a dinamicii implementării sistemelor cu pompă decăldură cu sursă subterană, atât la nivelul întregului mapamond (paragraful 2.5), cât și în țara noastră(paragraful 2.6), evidențiindu-se tendințele.

În paragraful 2.7 au fost definite două sisteme cu PC cu SCS vertical, care vor fi studiate întoate capitolele următoare, iar la finele capitolului sunt redate concluziile tematicii abordate și tratate.

Capitolul 3

Partea introductivă a acestui capitol explică importanța determinării cât mai exacte anecesarului de căldură pentru încălzire și oferă informații referitoare la modelele de calcul.

În primul paragraf se definește confortul termic prezentându-se, în detaliu, principalii factoricare îl influențează. Se arată modul în care o clădire poate realiza confortul termic.

În secțiunea 3.2 se prezintă modelul de bilanț energetic al unui spațiu ce trebuie încălzit. Se pornește de la o analiză a mecanismelor de transfer de căldură prin toate cele trei moduri: conducție,convecție și radiație, atât prin elementele de construcție opace, cât și prin cele vitrate, analiză în urmacăreia se poate scrie ecuația de bilanț energetic pe fiecare element în parte. În continuare, se modelează

pierderea de căldură la nivelul aerului proaspăt introdus voit sau prin infiltrații în spațiul de încălzit. În

final, se elaborează efectiv modelul de bilanț energetic pentru spațiile de încălzit prin integrarea tuturor ecuațiilor aferente proceselor de transfer de căldură prezentate anterior.

În paragraful 3.3 se prezintă un exemplu de aplicare a modelului de bilanț energetic dezvoltatanterior, iar cu ajutorul rezultatelor obținute se poate realiza o analiză a influenței variației unui

parametru exterior asupra bilanțului energetic al incintei respective.

Cunoaşterea valorii consumului de căldură pentru încălzire, atât la nivelul unei zile, cât șilunar, respectiv anual este obligatorie pentru simularea comportării în timp a solului în funcție desoluția considerată, simulare efectuată în capitolul 4. Astfel, s-a determinat energia termică zilnicăcerută de consumator pentru exemplul considerat, dar s-a realizat și un algoritm de calcul pentru cazulgeneral, cu exemplificare pentru sistemul 2.

Capitolul 4

Prin utilizarea diferitelor tipuri de schimbătoare de căldură subterane se pot obține diversetemperaturi ale fluidului purtător de căldură la ieșirea din sol. În cazul SCS verticale, răcirea soluluidin jurul forajului poate fi diferită în funcție de numărul forajelor, de distanța dintre ele, precum și

modul de amplasare a forajelor atunci când numărul acestora este constant.

În capitolul 4 se prezintă simularea temperaturii medii a agentului de lucru din subsistemulsubteran, în funcție de tipul schimbătorului, de solul străbătut, de felul materialului de umpluturăfolosit, de tipul, respectiv, concentrația fluidului de lucru atunci când acesta este o soluție.

În introducere se explică necesitatea realizării modelării și simulării numerice utilizândsoftware-uri dedicate, capabile să rezolve ecuații complexe de transfer de căldură în regim dinamic.




9

Un studiu bibliografic al modelelor matematice de schimb de căldură existente se face înparagraful 4.2, stabilindu-se astfel și principalele direcții de urmat în procesul de simulare numericăcare va urma.

În paragraful 4.3 este simulat schimbul de căldură în sol în cazul unui SCSO, determinându-se

temperatura solului și apoi temperatura de ieșire a fluidului din SCSO, cu exemplificare pentrusistemul 1 de referință. Ecuațiile de bază folosite în procesul de modelare în cazul SCSV sunt

prezentate în paragraful 4.4, iar programul de simulare utilizat este descris în 4.5.

Influența anumitor factori asupra schimbului de căldură în sol este analizată în paragraful 4.6,acolo unde sunt stabilite și caracteristicile cazurilor care vor fi simulate pentru cele două sisteme dereferință. Rezultatele simulările efectuate sunt analizate și discutate în paragraful 4.7.

Capitolul 5

Acest capitol este structurat în patru părți. În prima parte se prezintă modelul matematic de

calcul al coeficienților de performanță pentru agregatul de pompă de căldură și componentele

structurale ale sistemului, în variantele uzuale de utilizare ale acestor indicatori. Partea a doua este dedicată prezentării modelului matematic de evaluare a eficienței

energetice a pompei de căldură cu sursă subterană (PCSS). Indicatorii utilizați pentru caracterizareaeficienței energetice sunt: coeficientul de performanță (COP), factorul de performanță (PF) și factorulde performanță sezonier (SPF). După descrierea metodelor de calcul ale acestor indicatori, se prezintămodelul matematic de evaluare, precizându-se limitele fizice ale modelului și evidențiindu-se toate

energiile implicate.

În partea a treia se face referire la simularea performanțelor energetice ale PCSS. După precizarea etapelor care se parcurg în procesul de simulare, se prezintă rezultatele obținute la simularea performanțelor energetice ale celor două sisteme de referință, definite în capitolul 2 și care fac obiectul

studiilor de caz din cadrul lucrării. După simularea performanțelor celor două sisteme, se face o analiză comparativă a acestora.

Ultima parte a acestui capitol cuprinde concluziile și contribuțiile aferente.

Capitolul 6

Partea introductivă a acestui capitol subliniază importanța și necesitatea existenței datelor experimentale, precum și modalitatea de analiză și implementare a rezultatelor obținute.

În prima parte se face o caracterizare a experimentului, dându-se informații referitoare lalocația folosită, detalii generale despre clădire și materialele din care sunt alcătuite elementele deconstrucție, date meteorologice și geologice, informații cu privire la destinația spațiului de încălzit și agradului de ocupare, poziționarea aparatelor de disipare a căldurii în spațiul ce va fi încălzit cusistemul cu pompă de căldură cu sursă subterană.

În paragraful 6.2 sunt prezentate detaliile tehnice ale celor două tipuri de schimbătoare decăldură subterane (SCS), precum și modalitatea adoptată pentru instalare. De asemenea, sunt descrise

echipamentele utilizate în cadrul experimentului, dispunerea acestora, atât a aparatelor de măsură și asenzorilor îngropați în sol, cât și a celor din interiorul, respectiv exteriorul clădirii. Tot în acestparagraf s-a redat și modalitatea de colectare a datelor măsurate și structura sistemului de achiziție adatelor.

Paragraful 6.3 este dedicat analizei datelor experimentale colectate, în special cu privire lainfluența factorilor externi asupra temperaturilor din subteran și asupra eficienței energetice a întregiiinstalații cu pompă de căldură geotermală. Rezultatele sunt prezentate sub formă grafică, iar în anexeletezei sunt detaliate valorile măsurate.




10

Paragraful 6.4 este dedicat prezentării modalității în care modelul de bilanț energetic șirezultatele simulărilor efectuate sunt supuse validării. Se constată o bună corelare între valorile date demodel și cele măsurate.

Capitolul 7

Acest capitol prezintă aspecte legate de fiabilititatea, disponibilitatea și fezabilitateasistemelor cu pompe de căldură având sursă subterană.

În paragraful 7.1 sunt introduse conceptele de bază ale fiabilității previzionale, prezentându-se

atât clasificarea și modelarea elementelor sistemului, cât și a sistemului în ansamblul său, cuevidențierea celor două moduri de analiză fiabilistică: calitativă și cantitativă. Tot aici sunt prezentatemetodele probabilistice de calcul al fiabilității sistemelor.

Paragraful 7.2 prezintă modelarea disponibilității sistemelor cu PCSS prin definireaindicatorilor globali de fiabilitate ai sistemului, respectiv a mărimilor caracteristice de timp, de putere,de siguranță și de disponibilitate. În continuare se analizează modurile de defectare, efectele acestora

asupra fiabilității sistemului, precum și metodele grafo-analitice aplicabile sistemelor cu PCSS. Înfinalul acestui paragraf este tratată mentenabilitatea sistemelor cu PCSS.

Oportunitatea de investiție într -un asemenea sistem de încălzire se stabilește în urma unuistudiu de fezabilitate. În cadrul paragrafului 7.3 au fost tratate criteriile de evaluare a fezabilitățiisoluțiilor de încălzire, realizându-se un studiu de caz pentru sistemul 1 de referință.

Întrucât aceste sisteme sunt în stadiul de început al implementării, cercetările referitoare latipurile de defecte care pot să apară în sistemele cu PCSS, la frecvența lor de apariție, la componentelesistemului care se defectează cel mai des, precum și la frecvența acțiunilor de mentenanță preventivă,

programată, sunt extrem de puține și realizate doar pentru sisteme mari. Acest subiect va face, cu

siguranță, obiectul unor cercetări ulterioare.

Capitolul 8 - Concluziile tezei

Cercetarea bibliografică, studiile proprii şi rezultatele obţinute de autoare cu privire la performanțele energetice și de disponibilitate ale pompelor de căldură cu sursă subterană, redate încadrul lucrării, permit formularea următoarelor concluzii:

1. La nivelul Uniunii Europene, 82% din totalul consumului de energie primară se face în domeniulrezidenţial şi în cel industrial, iar din acesta, 47% se folosește pentru încălzirea clădirilor şi pentru

producerea căldurii necesare diverselor procese industriale. O treime din energia aferentă proceselor industriale este eliberată la temperaturi şi debite care ar permite o reutilizare a acesteia.Pompele de căldură reprezintă una dintre puținele tehnologii de producere fiabilă a căldurii,disponibilă practic pretutindeni, și care poate asigura confort termic cu emisie de carbon extrem deredusă, uneori chiar zero.

România a adoptat Pachetul de măsuri al UE privind clima și energia (așa -numitul pachet de

legi „20-20-20 până în 2020”), care impune, până în 2020, reducerea emisiilor de gaze cu efect deseră cu cel puțin 20%, utilizarea mai largă a surselor regenerabile de energie care să ajungă săreprezinte 20% din producția totală de energie și reducerea consumului de energie cu 20%. În acestsens, dezvoltarea utilizării sistemelor cu pompe de căldură având sursă subterană are toate

premisele de a fi încurajată și susținută de stat, necesitând însă specialiști bine pregătiți care săaleagă corect toate componentele sistemului, astfel încât acesta să își dovedească eficiența

energetică și fiabilitatea, ducând la creșterea încrederii populației într -o tehnologie pe care mareamasă nu o cunoaște sau înțelege.




11

2. Pompele de căldură reprezintă o soluție viabilă și de perspectivă pentru valorificarea potențialuluitermic de joasă entalpie. Acestea se construiesc în multe variante, adaptate la condițiile defuncționare, putând utiliza, ca surse de căldură: aerul, apa, solul sau radiația solară.

Pompele de căldură cu sursă subterană (PCSS) utilizează energia regenerabilă a solului(geotermală) și sunt în plină expansiune, atât în domeniul rezidențial, cât și în cel comercial. PCSSsunt structurate în trei subsisteme fundamentale:

subsistemul sursă de căldură geotermală; subsistemul agregatului de pompă de căldură; subsistemul de distribuție a căldurii (instalația interioară).

În literatura tehnico-științifică care tratează problematica PCSS se utilizează un limbajdedicat, cu accente de specificitate pentru SUA și Europa, ceea ce necesită precizarea echivalărilor și adaptarea terminologiei adecvate pentru România.

Pentru PCSS se utilizează următoarele tipuri de schimbătoare de căldură: schimbătoare de căldură subterane verticale tip simplu-U, dublu-U, coaxiale, conductă

termică cu CO2;

schimbătoare de căldură subterane orizontale; schimbătoare de căldură subterane spiralate;

piloni energetici.

Principalele echipamente din structura agregatului de pompă de căldură sunt: vaporizatorul,

compresorul, condensatorul, ventilul de laminare și ventilul inversor, cu 4 căi. Distribuția călduriiîn cadrul instalațiilor cu PCSS se poate face centralizat sau descentralizat.

Dintre țările care utilizează PCSS putem aminti: SUA, Germania, Elveția, Canada, Suedia,

Austria. În România, în ultimii 8 ani, puterea instalată în PCSS a parcurs o evoluție, practic,exponențială, ajungându-se în 2010 la circa 10,5 MW. Situația sintetică actuală a utilizării PCSS înRomânia este următoarea:

181 unități instalate; 60 % sunt cu apă subterană; 26 % sunt cu SCSO;

8,5 % sunt cu SCSV.

Cele două sisteme de referință cu PCSS supuse analizelor în cadrul lucrării suntsemnificative și reprezentative pentru situația actuală și perspectiva pe termen scurt privindutilizarea PCSS în România.

3. Importanța cunoașterii și înțelegerii bilanțului energetic al spațiului de încălzit este esențială,deoarece reprezintă o condiție preliminară în determinarea cererii de căldură și, respectiv, înidentificarea modalităților de acoperire, în stabilirea strategiilor de automatizare, în găsirea unor modalități de reducere a consumului de energie.

Modelul de bilanț energetic elaborat și prezentat în capitolul 3 cuprinde toate tipurile demecanisme de transfer de căldură realizate în interiorul și exteriorul spațiului de încălzit. Din cauzacomplexității deosebite, în procesul de concepere a bilanțului energetic s-au acceptat anumite

ipoteze de lucru și s-au introdus câteva simplificări menite a facilita rezolvarea ecuației de bilanțenergetic cu o acuratețe acceptabilă. Modelul de bilanț energetic al încăperii, aplicat pe un cazconcret, s-a comportat conform așteptărilor și a permis examinarea influenței anumitor mărimiasupra necesarului de căldură. De asemenea, pe baza modelului elaborat se poate determina cu

precizie adecvată consumul preconizat de energie termică pe diverse intervale de timp (zi, lună,sezon se încălzire, an), atunci când sunt disponibile date privind mediul ambiant.

Modelul de bilanț elaborat, cu toate că necesită numeroase date inițiale, odată ce a fost setatare avantajul că prin modificarea – foarte ușor de realizat – a valorii oricărui parametru se poateexamina variația fluxului de căldură necesar pentru încălzire, respectiv a consumului total de




12

energie termică. Cu mici modificări și prin crearea unor baze de date, modelul poate fi generalizat pentru a permite alegerea simplă a structurii, materialelor, dimensiunilor sau altor mărimi dinmodel și astfel să se poată examina influența acestora asupra consumului total de energie termică.Modelul nu permite doar urmărirea mărimilor componente și a consumului de căldură, ci șiexaminarea efectului virtual al aplicării unor măsuri de economisire a energiei, cum ar fi:schimbarea structurii (număr de foi de geam, tratarea suprafețelor geamului) suprafețelor

transparente ale ferestrelor, creșterea numărului de camere de rupere ale tâmplăriei de PVC,aplicarea unor materiale izolante pe suprafețele exterioare ale elementelor de construcție opace etc.

Pe lângă valoarea teoretică a cercetării întreprinse, modelul de bilanț energetic are și oaplicabilitate practică, permițând analizarea și optimizarea diferiților factori de influență ai

pierderilor de căldură considerați în model.

4. Principalele etape în evoluția modelărilor matematice și a simulărilor dedicate schimbului decăldură din sol sunt:

teoria sursei liniare de căldură; teoria sursei cilindrice de căldură. factori de răspuns termic.

Metodele aplicate, actualmente, la simularea SCS sunt: analitice (abordarea Ingersoll,

abordarea Hart și Couvillion, abordarea IGSHPA, abordarea Kavanaugh) sau numerice (Eskilson,Hellstrom, Mei și Emerson, Muraya).

Modelele de evaluare a temperaturii fluidului sunt adaptate la tipul de SCS (orizontal sau

vertical) și se elaborează pornind de la fenomenele de transfer al căldurii care se produc în sol,aplicând legile fundamentale ale fizicii, având în vedere parametrii specifici ai SCS, ai fluidului

purtător de căldură și ai solului.

Software-ul utilizat pentru simularea comportării solului din care se extrage căldură prinintermediul unui fluid care circulă prin tuburile schimbătorului de căldură subteran vertical estecunoscut sub denumirea EED (Earth Energy Designer), fiind utilizat de cercetători și ingineri dinîntreaga lume și având următoarele caracteristici principale:

are o bază de date referitoare la modalitatea de aranjare a SCSV multiple cu un număr foarte mare de configurații (798);

are un număr impresionant de funcții-g disponibile (6.385);

are o flexibilitate ridicată, putându-se simula oricare tip de SCSV utilizat în practică; are facilitatea ca, pe lângă posibilitatea alegerii datelor de intrare din bibliotecile

programului, să permită și introducerea datelor proprii; datele de intrare ale EED sunt reprezentate de proprietățile termodinamice ale solului,

de dimensiunile sondei forate, de tipul, geometria și dimensiunile SCSV, de tipul și

caracteristicile termice ale fluidului din SCSV, valoarea sarcinii termice ce trebuieacoperită.

Analizând, pe baza rezultatelor simulărilor, factorii de influență a performanțelor sistemului1 de referință, se constată următoarele:

diametrul forajului influențează pregnant valoarea minimă a temperaturii medii lunarea fluidului din SCSV, care crește practic proporțional cu acesta;

temperatura medie a fluidului variază direct proporțional cu distanța dintre axeleconductelor SCSV;

variația conductivității termice a materialului de umplutură influențează în mod directvaloarea temperaturii medii a fluidului din SCSV;

materialul din care este confecționată conducta SCSV, precum și grosimea peretelui șidiametrul acesteia influențează valoarea temperaturii medii a fluidului din SCS;




13

tipul de fluid purtător de căldură din SCSV are o influență deosebită asupratemperaturii acestuia, mai ales în timpul iernii, când diferențele ajung și la 0,3C,

comparativ cu perioada verii când sunt aprox. 0,05C;

influența debitului de fluid este foarte importantă în momentul în care curgerea setransformă din laminară în tranzitorie, respectiv în turbulentă.

În cazul sistemului 2 de referință se constată aceleași efecte ale factorilor de influență a

performanțelor ca și în cazul sistemului 1. Suplimentar, s-au identificat încă trei factori a căror variație produce următoarele efecte:

modul de amplasare a f orajelor influențează direct temperatura medie a fluidului, atâtca distanță între foraje, cât și ca dispunere;

în funcție de tipul SCSV, cea mai bună performanță o are SCS dublu-U, urmat de

simplu-U, triplu-U și SCSV co-axial;

modul de înseriere a SCSV influențează valoarea temperaturii fluidului, obținând valorimai ridicate în cazurile de SCSV înseriate decât la SCSV în paralel.

Pentru a reproduce, în bună măsură SCSV utilizate în practică, cu referire la fiecare sistem(1 și 2) s-au investigat, prin simulare, performanțele a câte 8 variante plauzibile (marcate Cazul 1 ÷Cazul 8), comparativ cu cazul de referință. Rezultatele simulărilor efectuate pentru cele 8 cazuri,comparativ cu cazul 1 de referință, reflectă următoarele:

densitatea liniară a fluxului de căldură este independentă de cazul analizat, fiinddeterminată de sarcina termică a consumatorului;

rezistența termică efectivă a sondei este puternic influențată de rezistența termicăinternă, de cea dintre fluid și conductă, precum și de materialul d in care este

confecționată conducta, atingând valori reduse în cazurile 2 și 6; tipul curgerii fluidului din SCSV este dependent de natura fluidului purtător de căldură

(apă sau soluție antigel), de concentrația soluției, precum și de debitul de fluid care

trece prin conducte. Transferul de căldură este mai intens atunci când fluidul din SCSVnu prezintă o curgere laminară (cu cât valoarea criteriului Re este mai mare), deci

cazurile 3 și 7 sunt cele mai favorabile din acest punct de vedere; sub aspectul temperaturii medii a fluidului din SCSV este de dorit ca aceasta să atingăvalori cât mai ridicate. Analizând rezultatele simulărilor, constatăm comportărisuperioare pentru cazurile 2 și 6.

Simulările efectuate pentru compararea celor 8 cazuri cu cazul sistemului 2 de referințăevidențiază următoarele:

densitatea liniară a fluxului de căldură este independentă de cazul analizat având ovariație concavă, cu un minim pe perioada verii, mult mai accentuat la funcționarea lasarcină de vârf;

rezistența termică efectivă a sondei are cea mai mică valoare în cazul 5, urmat apoi decazurile de 3 și 7. Cazul 4 se remarcă printr -o rezistență internă aproximativ dublă,

comparativ cu celelalte cazuri; în majoritatea cazurilor valorile criteriului Re sunt în plaja aferentă curgerii tranzitorii,

situându-se între 2.845 (cazul 6) și 9.250 (cazul 2). Valori extreme, aparținând curgeriiturbulente prezintă cazurile 3 (Re = 46.251) și 7 (Re = 23.126), iar în cazul 1 (Re =2.050) curgerea este laminară.

la funcționarea la sarcină de bază, în cazurile 3, 5, 8 și 7, temperatura medie a fluiduluiia cele mai mari valori;

aceleași cazuri prezintă cele mai bune performanțe și la funcționarea la sarcină de vârf de încălzire, respectiv răcire, apărând însă o inversare a acestora, și anume: 5, 3, 7 și 8.

Analizând curbele obținute în urma simulării pentru temperaturile medii anuale, minime șimaxime, ale fluidului din SCSV pe o durată de 20 de ani de exploatare, se constată că:

pentru sistemul 1 de referință temperatura minimă se stabilizează după circa 10 ani la4,1 C, iar cea maximă la 11,2 C;




14

pentru sistemul 2 de referință, existența sarcinii de vârf, atât pentru încălzire, cât și pentru răcire, conduce la o stabilizare mai lentă a temperaturilor minime și maxime(după circa 15 ani de funcționare), cu două intervale posibile de variație: pentrutemperatura minimă (4 ÷ 6) C, respectiv (14,3 ÷ 19,3) C pentru temperatura maximă.

5. Performanțele energetice ale agregatelor de pompă de căldură se recomandă a fi caracterizate prin

intermediul coeficienților de performanță (COP). În funcție de mărimile de natură termoenergeticăutilizate pentru calcul, coeficienții de performanță pot fi de categoriile: teoretic (al surselor sau alciclului), real (al grupului motocompresor), global (al pompei sau al instalației), mediu anual șisezonier. Se recomandă utilizarea, în principal, a COP global al PC și COP sezonier sau globalanual al instalației.

Pentru caracterizarea eficienței energetice a pompelor de căldură se utilizează factorul deperformanță sezonieră (SPF), definit ca și raport între energia termică produsă anual și consumulanual de energie electrică al sistemului cu pompă de căldură. Pentru evaluarea indicatorului SPF seaplică, în funcție de acuratețea impusă rezultatelor, una dintre metodele: estimare, empirică,evaluarea pe intervale. Pentru calculul factorului de performanță sezonieră este necesarăcunoașterea următoarelor componente energetice:

cererea de energie termică a consumatorului; pierderea de energie termică în subsistemul de stocare;

pierderea de energie termică pe ciclu de pornire; energia electrică auxiliară necesară pentru buna funcționare a sistemului.

Simularea performanțelor energetice ale sistemelor cu PCSS implică parcurgerea a patruetape, cu următoarea semnificație:

stabilirea necesarului zilnic de căldură la nivelul consumatorului; determinarea temperaturii medii a fluidului la ieșirea din schimbătorul de căldură

subteran prin simularea schimbului de căldură în sol;

determinarea puterii termice disponibile la nivelul sistemului cu PCSS; determinarea energiei termice livrate consumatorului și a celei electrice consumate,

precum și a coeficienților de performanță energetică (COP, SPF). Pentru soluționarea acestor probleme, am elaborat un algoritm și un program de calcul

(SimPerfPC). Puterea termică disponibilă obținută prin simularea performanțelor energetice alesistemului 1 de referință, cu SCS orizontal, este, în toate cele patru configurații funcționale (1O,2O, 3O sau 4O) peste puterea termică necesară, pe toată durata de analiză (1 an), excedentul fiindmaxim în luna august și minim în luna februarie. Influența configurației funcționale a SCSorizontal asupra puterii termice disponibile este puțin semnificativă (maxim 6,5%). Rezultateleobținute în urma simulării performanțelor energetice ale sistemului 1 de referință, cu SCS orizontal,reflectă următoarele:

valorile coeficientului de performanță (COPPC) se încadrează, pe durata unui ancalendaristic, în limitele (3,2 ÷ 4), în timp ce factorul de performanță (PF) se situeazăîn gama (2,5 ÷ 3,2);

căldura livrată consumatorului atinge maximul de 48,6 kWh/zi la mijlocul luniiianuarie, în timp ce minimul se găsește la 5,2 kWh/zi la începutul lunii august;

consumul zilnic de energie electrică al pompei de căldură se încadrează în plaja (1,3 ÷15) kWh/zi, iar consumul total de energie electrică al sistemului de încălzire cu PCSSse încadrează în gama (1,6 ÷ 18,7) kWh/zi.

se remarcă o influență redusă a configurației de funcționare a SCS orizontal asupra performanțelor energetice ale sistemului.

Cu referire la valorile medii anuale obținute la simularea sistemului 1 de referință, cu SCS

orizontal, se constată: căldura livrată consumatorului pe durata unui an calendaristic se ridică la 8.636,39

kWh, ceea ce reprezintă 7,43 Gcal;




15

consumul anual de energie electrică al pompei de căldură se încadrează între 2.437kWh și 2.511 kWh, în funcție de configurația SCS orizontal, în timp ce consumul totalde energie electrică se situează în plaja (3.046 ÷ 3.138) kWh;

coeficientul de performanță (COPPC) se încadrează în jurul valorii de 3,5, iar factorulde performanță sezonier (SPF) se situează la circa 2,8;

comparând toate aceste valori cu cele recomandate de producători sau de literatura de

specialitate, le apreciem ca fiind realiste; se constată o diferență relativ mică (sub 3%) între valorile obținute pentru aceste

mărimi în cele patru configurații funcționale ale SCS orizontal. Aceasta se poate justifica prin faptul că sistemul 1 de referință este supradimensionat, puterea pompei

(4,5 kW) depășind cu mult sarcina termică maximă a sistemului (2,025 kW), deci șiSCS orizontal este supradimensionat, fapt care face ca o funcționare parțială a acestuia(configurațiile 1O, 2O sau 3O) să fie suficientă pentru asigurarea necesarului decăldură.

Puterea termică disponibilă în cazul sistemului 1 de referință cu SCS vertical estesuperioară, pe toată durata anului, față de necesarul de putere termică al consumatorului utilizat înacest studiu de caz. Configurația funcțională a SCS vertical (1V sau 2V) are impact redus asupra

puterii disponibile (maxim 5%, în favoarea variantei 2V). Rezultatele obținute prin simularea performanțelor energetice ale sistemului 1, în configurație verticală, reflectă următoarele:

coeficientul de performanță (COPPC), respectiv factorul de performanță (PF), au valorice se încadrează între (3,6 ÷ 4) pentru COP, respectiv (2,8 ÷ 3,2) pentru PF;

consumul zilnic de energie electrică al pompei de căldură este în plaja(1,3 ÷ 13,5) kWh/zi, iar consumul total de energie electrică al sistemului de încălzire cuPCSS se încadrează în gama (1,6 ÷ 16,9) kWh/zi;

valorile obținute pentru consumurile zilnice de energie electrică sunt relativ apropiateîn cele două configurații ale SCS vertical.

Cu referire la valorile medii anuale obținute la simularea funcționării sistemului 1 de

referință, cu SCS în configurație verticală, se constată: nivelul consumurilor anuale de energie electrică se situează între 2.263 kWh și 2.322kWh pentru agregatul de pompă de căldură, respectiv între 2.828 kWh și 2.902 kWh

pentru întregul sistem; valoarea medie anuală a coeficientului de performanță (COPPC) se situează în jur de 3,8,

respectiv, în jur de 3 pentru factorul de performanță sezonier (SPF); se observă diferențe mici (sub 3%) între mărimile ce caracterizează performanțele

energetice specifice celor două configurații funcționale; toate valorile obținute prin simulare se încadrează în limitele specificate în literatura de

specialitate sau recomandate de către producători, motiv pentru care le apreciem ca

fiind realiste.

Analiza comparativă a performanțelor energetice ale celor două configurații funcționale aleSCS (orizontală și verticală) pentru sistemul 1 de referință reflectă următoarele:

sistemul 1 cu SCS vertical are un consum anual mai redus de energie electrică; sistemul 1 cu SCS vertical prezintă performanțe energetic superioare, valorile celor doi

coeficienți (COPPC și SPF) fiind cu până la 10% mai mari decât în cazul SCS orizontal.

6. Validarea evaluărilor analitice cu privire la bilanțul energetic al sistemelor de încălzire cu pompede căldură având sursă subterană necesită efectuarea unor teste experimentale. Pentrucaracterizarea testelor experimentale ale sistemului cu PCSS se impune:

precizarea elementelor caracteristice ale locației; precizarea datelor constructive ale încăperii (dimensiuni, materiale utilizate, spații

vitrate etc.);

descrierea ambelor tipuri de SCS;

elemente de caracterizare a solului în care se amplasează SCS-urile;




16

precizarea metodei de lucru, a aparatelor de măsură și traductoarelor utilizate; modalitatea de achiziție a datelor, de prelucrare și redare a rezultatelor; precizarea condițiilor concrete de desfășurare a experimentului și de realizare a

măsurătorilor. Testele experimentale s-au realizat asupra sistemului 1 de referință, descris la capitolul 2,

având următoarele caracteristici de bază:

SCSV: tip dublu U, adâncime 70 m, conductă din polietilenă de înaltă densitate de 32mm, fluidul de lucru soluție apoasă 25% etilen-glicol;

SCSO: 4 circuite de 70 m, îngropate la 1,8 m, respectiv 1,2 m, conductă din polietilenăde înaltă densitate de 25 mm, fluidul de lucru soluție apoasă 25% etilen-glicol;

Pompa de căldură: putere termică 4,5 kW, compresor de tip Scroll, vaporizatorul șicondensatorul de tip schimbător de căldură cu plăci;

Consumatorul: o încăpere având dimensiunile 6 x 7 x 3 m, situată la demisolul clădirii,cu un perete exterior având grosimea de 80 cm din cărămidă, orientat spre nord șiceilalți trei pereți interiori.

Valorile temperaturilor în sol, la adâncimile de 5 m, 25 m, 40 m, 55 m și 70 m, în imediatavecinătate a SCSV, în intervalul de timp de desfășurare a măsurătorilor, prezintă o variație care nudepinde de modificarea temperaturii aerului exterior, însă depinde de configurația funcțională a

SCS, în sensul că pe intervalele de funcționare cu SCSV aceste valori scad, iar în configurația cuSCSO cresc.

Rezultatele experimentale obținute permit formularea următoarelor constatări: căldura extrasă zilnic din SCS (QSCS) se încadrează între 13,36 kWh și

15,21 kWh, ierarhizarea, de la cea mai mică la cea mai mare valoare, fiind: 2V, 4O,

3O, 1V, 1O și 2O;

energia electrică consumată zilnic de agregatul pompă de căldură (Wa) se situează îngama (6,5 ÷ 8) kWh, iar consumul zilnic al întregului sistem(Wa total) se ridică la (8 ÷ 10) kWh, ierarhizarea consumurilor de energie electrică, de la

mic la mare fiind: 2V, 1V, 4O, 3O, 2O și 1O; căldura livrată zilnic consumatorului (Qcons) se regăsește în limitele

(22 25) kWh, ierarhia fiind: 1V, 2V, 4O, 3O, 1O și 2O; coeficientul de performanță (COP) are valori între 2,97 și 3,48, iar factorul de

performanță zilnic (PF) între 2,38 și 2,79. Prin prisma valorilor coeficienților de performanță, de la cele mai bune comportări, la cele mai slabe, ierarhia se prezintăastfel: 2V, 1V, 4O, 3O, 2O și 1O.

Analiza comparativă a rezultatelor obținute prin metoda de simulare și, respectiv, princercetare experimentală, urmărind parametrii ce caracterizează performanța energetică a PCSS,conduce la abaterile valorilor simulate față de cele determinate experimental indicate în tabelul 6.5.Diferențele constatate între valorile simulate și cele experimentale se pot justifica astfel:

temperatura aerului exterior din momentul măsurătorilor diferă (este mai mare) devalorile medii zilnice multianuale folosite în cadrul simulărilor, ceea ce conduce lavalori măsurate ale lui Qcons mai mici decât cele simulate;

în interiorul spațiului încălzit se află conductele de distribuție ale sistemului deîncălzire centralizată a clădirii, neizolate termic; acestea reduc valoarea necesarului de

căldură, contribuind și ele la o valoare măsurată mai mică a lui Qcons decât valoareasimulată;

măsurătorile efectuate conțin erori sistematice de măsură, datorate atât claselor deprecizie ale aparatelor de măsură și traductoarelor, cât și condițiilor concrete în care s-

au realizat măsurătorile, motiv pentru care apare o eroare de închidere de bilanț relativimportantă de (4 ÷ 5)%, care se regăsește în diferențele constatate;

durata măsurătorilor, pentru fiecare configurație funcțională a SCS, este de24 h, interval de timp prea scurt pentru a obține valori cu un nivel acceptabil derelevanță;




17

sistemului 1 de referință nu este prevăzut cu rezervor de stocare a agentului termic deîncălzire, ceea ce face ca automatizarea PC să comande pornirea acesteia mai des decâtar fi necesar; pe perioada de pornire, PC traversează un proces tranzitoriu, caracterizatprin valori reduse ale COP.

7. Fiabilitatea SPCSS, a echipamentelor şi subsistemelor din structura acestora nu este tratată la un

nivel adecvat, distinct și profund în literatura de profil. Performanţele de fiabilitate ale SPCSS se pot evalua pe baza indicatorilor globali, avândexpresii specifice, cu următoarea semnificaţie:

siguranţă de timp, putere şi energie;

disponibilitate de timp, putere şi energie. Indisponibilitatea de energie a SPCSS poate fi provocată de următoarele cauze: avarie,

mentenanţă preventivă, reduceri de putere (forţate sau voite), starea de aşteptare. Pentru studiul fiabilităţii previzionale al SPCSS se recomandă utilizarea următoarelor

tehnici de reprezentare: diagrame echivalente de fiabilitate, arbori de evenimente şi defectare,grafuri de stări. Pentru evaluarea indicatorilor de fiabilitate ai SPCSS şi sistemelor din structuraacestora se pretează următoarele metode: evaluarea directă a indicatorilor de fiabilitate pe baza

diagramelor echivalente, a căilor minimale, a arborelui de evenimente şi defectare sau a grafuluiasociat diagramei funcţionale, precum şi metoda lanţurilor Mark ov cu timp continuu.

Analiza fiabilităţii SPCSS implică identificarea stărilor prin care poate evolua, precizareasemnificaţiei acestora şi a modului de tranziţie între ele. SPCSS pot evolua în şase stări avândsemnificaţia: funcţionare normală, critică, aşteptare, avarie, mentenanţă corectivă și mentenanţă

preventivă. Pentru sistemele cu PCSS de mică putere nu există acțiuni de mentenanță preventivă care să

fie executate periodic, aceste sisteme fiind considerate ”fără întreținere”. Pentru sistemele mari,care implicit au și un număr mult mai mare de componente, se practică inspecții periodice.

În cazul SPCSS se impune efectuarea unei analize cost – profit, investiţia fiind demaratănumai dacă se estimează un profit acceptabil pe durata de studiu. Criteriile de fezabilitate a

soluţiilor, aplicabile în cazul SPCSS, sunt următoarele: durata de recuperare a investiţiei; venitul net actualizat;

indicele de profitabilitate;

rata internă de rentabilitate. Studiu de caz efectuat cu privire la fezabilitatea SPCSS relevă următoarele: sistemele cu PCSS sunt fezabile în raport cu cele care utilizează centrale termice

electrice;

în raport cu centralele termice pe gaz, valorile indicatorii de fezabilitate sunt puternic

inluențate de prețul gazelor naturale, scenariile analizate fiind:

păstrarea prețului actual, situație în care sistemele cu PCSS nu sunt fezabile; creșterea prețului gazelor la valoarea medie din Uniunea Europeană, scenariu în

care sistemele cu PCSS devin fezabile;

valorile indicatorilor de fezabilitate pot fi ameliorate, ceea ce înseamnă că sistemele cuPCSS devin mai atractive sub aspect economic, în următoarele condiții: pentru sistemele de încălzire de puteri medii și mari, de ordinul zecilor sau

sutelor de kW;

în cazul unei evoluții ascendente (de altfel, previzibilă și foarte probabilă) a prețului gazelor naturale;

dacă statul se implică activ și acordă subvenții pentru utilizarea surselor regenerabile de energie, ceea ce, în cazul nostru particular, înseamnă încurajarea

implementării SPCSS; dacă se aplică penalitățile justificate prin prisma impactului de mediu în cazul

sistemelor de încălzire pe bază de combustibili fosili.




18

Principalele contribuţii ale autoarei în cadrul tezei sunt:

Analiza critică și sistematizarea materialului bibliografic în care se tratează construcția,funcționarea și utilizarea pompelor de căldură cu sursă subterană;

Analiza comparativă a terminologiei utilizate în SUA și Europa, cu referire la PCSS, evidențiereaechivalențelor și a terminologiei adecvată pentru România;

Sinteza parametrilor care caracterizează evoluția PCSS la nivel mondial și în România,identificarea liniei de tendință;

Definirea și caracterizarea a două sisteme cu PCSS asupra cărora se vor concentra studiile analiticeși experimentale ce fac obiectul tezei de doctorat.

Identificarea tuturor participanților la procesele de schimb de căldură și descrierea matematică înconformitate cu comportamentul lor caracteristic;

Elaborarea modelului de bilanț energetic pentru incinta de încălzit în care s -au inclus toate

procesele relevante de schimb de căldură, cu o atenție sporită asupra suprafețelor vitrate;

Elaborarea algoritmului de aplicare cu ajutorul calculatorului a modelului de bilanț energetic pentru incinta de încălzit și a programului de calcul CALCER;

Aplicarea analizei de bilanț energetic pentru o incintă cu dimensiuni și condiții de funcționare date,evidențierea impactul factorilor de mediu.

Dezvoltarea unei metode simplificate de calcul a cererii zilnice de energie termică, bazată penumărul de grade-zile.

Analiza comparativă a rezultatelor obținute prin aplicarea celor două metode: modelul de bilanțenergetic și metoda simplificată.

Prezentarea evoluției modelelor matematice și a simulărilor dedicate evaluării performanțelor SCS;

Identificarea modelelor matematice și a software-ului care se pretează pentru efectuarea simulării performanțelor celor două sisteme (1 și 2), care fac obiectul studiilor detaliate în cadrul lucrării;

Definirea și evaluarea prin simulare a impactului principalilor factori de influență asupra sistemului1 de referință și asupra sistemului 2 de referință;

Definirea și evaluarea prin simulare a performanțelor celor 8 variante realiste, aplicabile, alefiecărui sistem analizat (1 și 2), precum și stabilirea impactului fiecărui factor major de influență;

Interpretarea și identificarea posibilităților de utilizare a rezultatelor obținute.

Inventarierea coeficienților de performanță energetică ai agregatului de pompă de căldură și precizarea utilității acestora;

Identificarea și exprimarea analitică pentru PCSS a indicatorului de eficiență energetică cu cel maiînalt grad de relevanță – factorul de performanță sezonieră;

Elaborarea unui algoritm și, pe baza acestuia, a unui program de calcul (SimPerfPC), care permitesimularea numerică a performanțelor energetice ale PCSS;

Evaluarea, prin simulare numerică, a performanțelor energetice ale sistemului 1 de referință, avândSCS în configurație orizontală, respectiv, verticală;

Analiza comparativă a performanțelor energetice ale sistemelor cu PCSS având SCS înconfigurație orizontală și verticală și formularea de concluzii.




19

Sistematizarea şi ierarhizarea metodelor şi modelelor de evaluare a fiabilităţii previzionale,identificarea aplicabilităţii acestora pentru SPCSS, subsistemele şi elementele din structura

acestora;

Exprimarea indicatorilor globali pentru evaluarea performanţelor de fiabilitate ale SPCSS,specificarea cauzelor indisponibilităţii de energie, reprezentarea diagramei P – t;

Definirea stărilor SPCSS, reprezentarea grafului stărilor, modelarea probabilităţilor de stare, precizarea tranziţiilor realiste;

Realizarea unui studiu de caz care vizează analiza fezabilității sistemelor cu PCSS în raport cusistemele de încălzire cu centrală termică pe gaz sau electrică și formularea de concluzii cu referire

la rezultatele analizei.




20

Bibliografie selectivă

[1] Antal C., Bendea C., Cohut I. – Clasificarea pompelor de căldură cu sursă geotermală,

Analele Universităţii din Oradea, Fascicula Colegiului Tehnic, Economic şi deAdministraţie, Domeniul Tehnic, Oradea, 2002, pe CD-ROM

[2] Antal C., Bendea C., Gordan M. – Activităţi necesare pentru promovarea pompelor de

căldură din sursă geotermală, Analele Universităţii din Oradea, Fascicula ColegiuluiTehnic, Economic şi de Administraţie, Domeniul Tehnic, Oradea, 2002, pe CD-ROM

[3] Axell, M. – Europe “Heat Pumps – Status and Trends”, 9th International IEA Heat

Pump Conference, 2008, Zürich, Elveția

[4] Baxter, V.D., Mei, V.C. – Experimental Study of Direct Expansion Ground Coil Heat

Exchanger, ASHRAE Transactions, 1990, pg. 821÷828

[5] Bălan,M. – Instalaţii frigorifice. Teorie şi programe pentru instruire, Editura Todesco,

Cluj-Napoca, 2000

[6] Bendea, C., Roşca, M. – Industrial Uses of Geothermal Energy in Romania,

Transactions of the 1999 Geothermal Resources Council Annual Meeting, Reno, NE.,

USA, 1999, pag. 107-109, indexată BDI Scopus

[7] Bendea C. – Valorificarea energiei geotermale utilizând pompele de căldură

reversibile, WEC Regional Energy Forum, Neptun, 2000, lucrare comunicată laSECŢIUNEA POSTER

[8] Bendea C. – Oportunităţi de utilizare a pompelor de căldură, Analele UniversităţiiOradea, vol. I, Fascicola: Energetică, Oradea, 2000, pag. 254-260;

[9] Bendea, C. – Studiu privind posibilitatea utilizării, în judeţul Bihor, a sistemelor ce

olosesc pompe de căldură subterane, Analele Universităţii Oradea, vol. II, Fascicola:Energetică, Oradea, 2001, pag. 287-292

[10] Bendea, C., Bendea, G. – Geothermal Energy Utilisation by Using Heat Pumps,

Proceedings of the 5th

International Symposium on CO2 Fixation and Efficient

Utilization of Energy and the 4

th

International World Energy System Conference, Tokio,Japan, 2002 pag. 119-122

[11] Bendea, C. – Exploatarea căldurii din minele abandonate folosind pompele de căldură,

A XII Conferinţă Naţională de Termotehnică, Constanţa, 2002, pag. 314-319

[12] Bendea, C., ş.a. – Geotermalism şi ape termale, Editura Universităţii din Oradea,

Oradea, Editura Universităţii din Oradea, 2003, ISBN 973-613-253-6;

[13] Bendea C., Bendea G. – Ground Source Heat Pumps – The Oradea Experience,

Proceedings of the 14th International Conference „The Knowledge-Based

Organization”, Sibiu, 2008, pg.112-119

[14] Bendea, C., Rosca, M. – Romania’s First Ground Coupled Heat Pump Used Only for

Research Purposes, Annals of the Oradea University, Fascicle of Management and

Technological Engineering, Volume VIII (XVIII), 2009, ISSN 1583 – 0691 (cotata

CNCSIS B+), indexata de ULRICH’S Periodicals Directory, pag. 98

[15] Bendea, C., Rosca, M., Guertler, R. – Ground Source Heat Pumps at University of

Oradea Campus, lucrare comunicată la Prima Conferință internaţională pentru eficienţăenergetică în construcţii şi renovări în România şi Europa de Sud -Est, martie 2009,

Arad

[16] Bendea, C., Bendea, G. – Predictive Reliability Analysis of Ground Coupled Heat

Pumps Using Markov Chains, Proceedings World Geothermal Congress 2010,

Indonezia, 2926

[17] Bendea, G., Bendea, C. – Graphical-Analytical Methods Usable For Predictive

Reliability Study of Heat Pumps, Proceedings World Geothermal Congress 2010,Indonezia, 2925




21

[18] Bendea, C., Felea, I., Bendea, G. - Energy Performance Analysis of the First Research-

Only Ground Coupled Heat Pump in Romania, Proceedings of the 6th WSEAS

International Conference on ENERGY, ENVIRONMENT, ECOSYSTEMS and

SUSTAINABLE DEVELOPMENT (EEESD’10), Timișoara, octombrie 2010 – lucrare

acceptată spre publicare (cotată CNCSIS A) indexat ISI

[19] Bendea, C., Rosca, M., Karytsas, K.,Bendea, G. - Current Status of Ground-Med

Project at University of Oradea, Journal of Sustainable Energy 3/2010, ISSN 2067-5534, (cotata CNCSIS B+), indexata de ULRICH’S Periodicals Directory

[20] Bendea, C., Felea, I., Bendea, G. - Aspects Regarding the Energy Efficiency of the

Ground Coupled Heat Pump Installed at University of Oradea, Journal of Sustainable

Energy 3/2010, ISSN 2067-5534, (cotata CNCSIS B+), indexata de ULRICH’SPeriodicals Directory

[21] Bernier, J. – La pompe a chaleur. Determiner, installer, entretenir , PYC LIVRES,

Paris, 2004

[22] Billinton, R., Allan, R. – Reliability Evaluation of Engineering Systems. Concepts and

Techniques, Plenum Press, New York, 1987

[23] Bose, J.E. – Closed Loop Ground Coupled Heat Pump Design Manual, Engineering

Technology Extension Oklahoma State University, 1984 [24] Cane, D., Morrison, A., Ireland, Ch. – Maintenance and Service Costs of Commercial

Building Ground Source Heat Pump Systems, ASHRAE Transactions 104 (2):pg. 699-

706, 1998

[25] Cane, R.L., Forgas, D.A. – Modeling of Ground Source Heat Pump Performance,

ASHRAE Transactions, 1991

[26] Cohut, I., Bendea, C. – Geothermal Development Opportunities in Central and East

Europeans Countries, Transactions of the 1997 Geothermal Resources Council Annual

Meeting, Reno, NE., USA, 1997, pag. 312-318, indexată BDI Scopus

[27] Cohut, I., Bendea, C. – Romania update report for 1995-1999, Proceedings of the

World Geothermal Congress, Japonia, 2000 (pe CD-ROM)

[28] Eskilson, P. – Thermal Analyses of Heat Extraction Boreholes, Doctoral Thesis,

Department of Mathematical Physics, University of Lund, Sweden, 1987

[29] Felea, I. – Ingineria fiabilităţii în electroenergetică, Editura Didactică şi Pedagogică,Bucureşti, 1996

[30] Felea, I., Bendea, C., Bendea, G. - Availability Performances of Ground-Coupled Heat

Pump Systems, Proceedings of the 6th WSEAS International Conference on Energy,

Environment, Ecosystems and Sustainable Development (EEESD’10), Timișoara,octombrie 2010 – lucrare acceptată spre publicare (cotată CNCSIS A) indexat ISI

[31] Gavriliuc, R. – Pompe de căldură – de la teorie la practică, Editura MatrixRom,

Bucureşti, 1999

[32]

Groff, G. – Heat Pumps in North America – 2008, 9th International IEA Heat PumpConference, 2008, Zürich, Elveția

[33] Hartley, J.G., Couvillion, R.J. – Drying Front Movement near Low-Intensity,

Impermeable Underground Heat Sources, International Journal of Heat Transfer 108,

1986, pg. 182÷189

[34] Hellstrom, G. – Ground Heat Storage. Thermal Analyses of Duct Storage Systems.

Theory, Department of Mathematical Physics, University of Lund, Sweden, 1991

[35] Hellstrom, G. – Duct Ground Heat Storage Model: Manual for Computer Code,

Department of Mathematical Physics, University of Lund, Sweden, 1989

[36] Hodgett, D.L., Ball, A., Fisher, R.D. – Design Method for Ground Source Heat Pumps,


[37] Ivas, D. ş.a. – Privire critică asupra metodelor şi modelelor de calcul a fiabilităţii sistemelor, limitele acestora în domeniul energetic, necesităţi şi perspective,

Simpozionul Naţional de Siguranţă în Funcţionare a SEN, Bacău, 1999, pg. 5-14




22

[38] Jaudin, F., Ransquin, J. – Investigations into GSHP development in France, Proceedings

World Geothermal Congress 2010,Bali, Indonesia, 25-29 Aprilie 2010

[39] Kavanaugh, S.K. – Pressure Ratings and Properties of HDPE Pipe, Outside the Loop,

vol.2, nr.1, pag. 2, 1999

[40] Kavanaugh, S.K., Gilbrath, C. – Cost Containment of Ground Source Heat Pumps,

Tennessee Valley Authority, Chatanooga, TN, December 1995

[41] Kavanaugh, S.P. – Simulation and Experimental Verification of Vertical Ground-Coupled Heat Pump Systems, PhD dissertation, Stillwater, Oklahoma; Oklahoma State

University, 1985

[42] Kavanaugh, S.P. – Field Test of a Vertical Ground Coupled Heat Pump in Alabama,


[43] Lazzarin, R. – Ground as a Possible Heat Pump Source, Geothermische Energie, Nr.

32/33, martie/iunie, 2001, pag. 2431;

[44] Lei, K. – Development of a Computational Model for a Ground-Coupled Heat

Exchanger, ASHRAE Transactions: Research, pg. 149÷159

[45] Leong, W.H., Tarnawski, V.R. – Computer Simulation of Ground Coupled Heat Pump

Systems, Technical Report, Saint Mary´s University, Division of Engineering, Halifax,1981

[46] Liu, J., Wei, L., Wang L., Jiang, J., Pang, J. – Geothermal Heat Pump Utilization in

Beijing, Proceedings World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia, 2010

[47] Lund, J., Sanner, B., Rybach, L, Curtis, R., Hellstrom, G. – Geothermal (Ground-

Source) Heat Pumps – A World Overview, available on-line at

http://www.geothermie.de

[48] Lund, J. – Ground-Source (Geothermal) Heat Pumps, Text-book of the European

Summer School on Geothermal Energy Applications, Oradea, 2001

[49] Maghiar, T., Cohut, I., Bendea, C., ș.a. - Recuperarea căldurii reziduale a apelor

geotermale precum si a altor ape epuizate termic prin folosirea pompelor de căldură,

RELANSIN, Contract Nr. 294 / 1999, coordonator Universitatea din Oradea

[50] Makoto, T. - Regional Report Asia and Pacific, 9th International IEA Heat Pump

Conference, 2008, Zürich, Elveția

[51] Mands, E., Sanner, B. - In-Situ Determination of Underground Thermal Parameters,

Text-book of the International Summer School on Geothermal Heat Pumps,

International Geothermal Days „Germany 2001” Supplement, Bad Urach, 2001,pg. 45-54

[52] Marita, L.A. - Cementitious Grouts 101, Outside the Loop, vol.2, nr.2, pag. 3, 1999

[53] McQuiston, F.C., Bose, J.E., Parker, J.D. - Design/Data manual for Closed-Loop

Ground-Coupled Heat Pump System, Oklahoma State University, 1985

[54] Mei, V.C. - Horizontal Ground-Coupled Heat Exchanger, Theoretical and

Experimental Analysis, Technical Report ORNL/CON-193, Oak Ridge NationalLaboratory, 1986

[55] Mei, V.C., Emerson, C.J. - New Approach for Analysis of Ground-Coil Design for

Applied Heat Pump Systems, ASHRAE Transactions 91(2), 1985, pg. 1216÷1224

[56] Mihalakakou, G. ş.a. - Impact of Ground Cover on the Efficiency of Earth-to Air Heat

Exchangers, Applied Energy 48, 1994, pg. 19÷32

[57] Mittermayr, K., Rieberer, R., Halozan H. - CO2 Thermosyphons as Heat Source System

or Heat Pumps - 4 Years of Market Experience, Proc. 8th IEA Heat Pump Conference,

Las Vegas, USA, 2005, s.o6_5

[58] Mogensen, P. - Small Computer Programs for GCHP Design – European Style,

Proceedings of the Ground-Source Heat Pump Workshop, Albany, NY, 1986

[59] Muraya, N.K., O’Neal, D.L., Heffington, W. - Thermal Interference of Adiacent Legs ina Vertical U-tube Heat Exchanger for a Ground-Coupled Heat Pump, ASHRAE

Transactions 102(2), 1996, pg. 12÷21

http://www.geothermie.de/






23

[60] Nitu, V.I. - Conceptul de fiabilitate în energetică, Rev. Energetica, nr. 1A, 1993,

pg. 33-40

[61] NRECA/ IGSHPA - Closed-Loop Ground-Source Heat Pump Systems, Oklahoma State

University, 1988

[62] Ochsner, K. - Geothermal Heat Pumps – A Guide for Planning & Installing, Earthscan,

Marea Britanie, 2008

[63] Pagés, A., Gondran, M. - Fiabilit é des systemes, Edition Eyrolles, Paris, 1980

[64] Rafferty, K. - An Information Survival Kit for the Prospective Geothermal Heat Pump

Owner, 2001

[65] Rafferty, K. - Well Pumping Issues in Commercial Groundwater Heat Pump Systems,

GEO-HEAT CENTER Quarterly Bulletin, Vol. 18, No. 2, aprilie 1997, pag. 1216;

[66] Remund, C.P. ş.a. - Water Addition Effect on Heat Exchanger Performance in

Unsaturated Soil, ASAE Transactions 34, 1991, pg. 2225÷2234

[67] Rieberer, R., Mittermayr, K., Halozan, H. - CO2 Heat Pipe for Heat Pumps, IIR/IIF-

Commission B1, B2, E1 şi E2 - Guangzhou, China, 2002/5, pag. 200207

[68] Rohner, E. - Material, Construction and Installation of Borehole Heat Exchangers,

Text-book of the International Summer School on Geothermal Heat Pumps,International Geothermal Days „Germany 2001”, Bad Urach, 2001, pag. 69-80

[69] Roşca, M., Bendea, C. ș.a. - Reaching the Kyoto targets by means of a wide

introduction of ground coupled heat pumps (GCHP) in the built environment

(GROUND-REACH ), finanţat de către Comisia Europeană (Contract Nr. EIE/05/105),2006-2009

[70] Roşca, M., Bendea, C. ș.a. - Advanced ground source heat pump systems for heating

and cooling in Mediterranean climate (acronim GROUND-MED), nr. 218895 FP7-

ENERGY-2007-2-TREN, Funding scheme CP, 2008-2013

[71] Rosca, M., Antal, C., Bendea, C. - Geothermal Energy in Romania: Country Update

2005-2009, Proceedings World Geothermal Congress 2010, Indonezia, 0129

[72] Rottmayer, S.P., Beckman, W.A., Mitchell, J.W. - Simulation of a Single Vertical U-Tube Ground Heat Exchanger in an Infinite Medium, ASHRAE Transactions 103 (2),

1997, pg. 651 ÷659

[73] Rybach, L., Signorelli, S. - Country Update for Switzerland , Proceedings World

Geothermal Congress 2010,Bali, Indonesia, 25-29 April 2010

[74] Rybach, L. - Design and Performance of Borehore Heat Exchangers / Heat Pump

Systems, Text-book of the European Summer School on Geothermal Energy

Applications, Oradea, 2001, pag. 173182;

[75] Safemazandarani ş.a. - Mathematical Modeling of a Direct Expansion Ground-Coupled

Heat Pump System, ASHRAE Transactions pg. 583÷589

[76] Sanner, B. - Description of Ground Source Types for the Heat Pump, available on-line

at http://www.geothermie.de

[77] Sanner, B., Reuss, M., Mands, E. - Thermal Response Test - eine Methode zur insitu-

Bestimmung wichtiger thermischer Eigenschaften bei Erdwärmesonden, Geothermische

Energie 24/25, 1999 Geeste

[78] Sanner, B. - Shallow Geothermal Energy, Text-book of the European Summer School

on Geothermal Energy Applications, Oradea, 2001, pag. 191212;

[79] Sanner, B. - Geothermal Heat Pumps and Geothermal District Heating Systems – the

German Experience, International Geothermal Days, Thessaloniki, Greece, 2002;

[80] Shafai, E., Zogg, D., Ehrbar, M., Wirth, L. - Dynamischer Waermepumpentest, Phase 1-

3, Etappe 3, Modellasatz fur die pruftechnische Charakterisierung der

Minderwaermeproduktion, Final report, SFOE research program heat pumpingtechnologies, cogeneration, refrigeration, 2001, www.waermepumpe.ch/fecategory




http://www.waermepumpe.ch/fecategory








24

[81] Signorelli, S., Sonnenfroh, F., Imhasly, S., Rybach, L., Kohl, T. - Statistik der

geothermischen Nutzung in der Schweiz, Ausgabe 2008. Bundesamt für Energie, CH-

3003 Bern, 2009

[82] Skouby, A. - Thermal Conductivity Testing, in: Skouby,A, Proper Engineering +

Thermally Enhanced Grouts = GeoExchange Savings, The Source, 11-12/98, pag. 5,

1998, Stillwater OK

[83] Smith, M. - Comments on In-Situ Borehole Thermal Conductivity Testing, The Source1-2/99, 1999, Stillwater OK

[84] Sodha, M.S. - Thermal Performance of a Parallel Earth Air-Pipe System, International

Journal of Energy Research 18, 1994, pg. 437÷447

[85] Spitler, J., Rees, S., Yavuzturk, C. - More Comments on In-Situ Borehole Thermal

Conductivity Testing, The Source 3-4/99, 1999, Stillwater OK

[86] Steinmann, W. - Swiss Energy Policy: Achievements, Outlook and Role of Heat

Pumping Technologies, 9th International IEA Heat Pump Conference, 20 – 22 May

2008, Zürich, Elveția

[87] Tarnawski, W. - An Analysis of Heat and Moisture Movement in Soils in Vicinity of

Ground Heat Collectors for Use in Heat Pump Systems, Technical Report, Tampere

University of Technology, Department of Mechanical Engineering, 1982 [88] Ten Berge, H.F.M. - Heat and Water Transfer in Bare Topsoil and the Lower

Atmosphere, Centre for Agricultural Publishing and Documentation, 1990;

[89] Thornton, J.W., McDowell, T.P. - Residential Vertical Geothermal Heat Pump System

Models: Calibration to Data, ASHRAE Transactions 103 (2), 1997, pg. 660 ÷674

[90] Wemhoener, C., Afjei, Th. - Seasonal Performance Calculation for Residential Heat

Pumps with Combined Space Heating and Hot Water Production,

http://www.fhnw.ch/habg/iebau/afue/de/dokumente-1/afue/gebaeudetechnik/

wp_ww_jng_sb.pdf

[91] Zogg, M. - Waermepumpen,

http://www.zogg-engineering.ch/Publi/WP_ETH_Zogg.pdf

[92] * * * - ANSI/ASHRAE Standard 116-1995: Methods of Testing for Rating Seasonal

Efficiency of Unitary Air Conditioners and Heat Pumps, American Society of Heating,

Refrigerating and Air Conditioning Engineers, inc. Atlanta, 1995

[93] * * * - BFE - Geothermie, praktische Nutzung von Erdwärne, Swiss Federal Office for

Energy, Bern, 1998, 23 p.

[94] * * * - Closed Loop Ground-Coupled Heat Pumps, Informative Fact Sheet HPC-IFS2,

IEA Heat Pump CENTRE, January 2002

[95] * * * - Directiva 2009/28/EC a Parlamentului și Consiliului European privind

promovarea utilizării energiei din surse regenerabile http://eur-lex.europa.eu/

LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:140:0016:0062:EN:PDF

[96]

* * * - Pachetul de măsuri al UE privind clima și energia, Internet http://ec.europa.eu/environment/climat/pdf/citizen_sum/ro.pdf

















































































http://www.fhnw.ch/habg/iebau/afue/de/dokumente-1/afue/gebaeudetechnik/%20wp_ww_jng_sb.pdf





http://eur-lex.europa.eu/%20LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:140:0016:0062:EN:PDF



http://ec.europa.eu/environment/climat/pdf/citizen_sum/ro.pdf








Date post:	20-Jul-2015
Category:	Documents
Upload:	marian-mihaescu
View:	90 times
Download:	1 times

Bendea Codruta Rezumat Teza de Doctorat

Documents