POMPE POMPE DEDECALDURACALDURA

Rolul cursuluiRolul cursului

O aplicatie bazata pe pompa de O aplicatie bazata pe pompa de

caldura necesita un caldura necesita un inginer inginer specializatspecializat in acest domeniu spre in acest domeniu spre deosebire de instalarea unui produs deosebire de instalarea unui produs conceput in mod unitar de catre conceput in mod unitar de catre producatorproducator

Ce este pompa de Ce este pompa de caldura ?caldura ?

Pompa de caldura extrage caldura dintr-o Pompa de caldura extrage caldura dintr-o sursa si o transfera unui consumator la o sursa si o transfera unui consumator la o temperatura mai ridicata temperatura mai ridicata

Pompa de caldura, Pompa de caldura, ca termen, este de ca termen, este de regula rezervat echipamentelor care regula rezervat echipamentelor care incalzesc in scopuri benefice, mai incalzesc in scopuri benefice, mai degraba decat celor care preiau energia degraba decat celor care preiau energia termica doar in scopul racirii. termica doar in scopul racirii.

PPompa termică transformă energia mecanică ompa termică transformă energia mecanică (electrică) în energie termică doar într-o măsură (electrică) în energie termică doar într-o măsură redusă, cca 25%…33%. Cel mai adesea energia redusă, cca 25%…33%. Cel mai adesea energia mecanică este obţinută cu ajutorul unui electromotor mecanică este obţinută cu ajutorul unui electromotor alimentat de la reţeua de electrică, însă există şi situaţii alimentat de la reţeua de electrică, însă există şi situaţii în care pompa termică este antrenată de un motor în care pompa termică este antrenată de un motor diesel. Principiul de bază al pompei termice este diesel. Principiul de bază al pompei termice este acelaşi cu cel al instalaţiilor frigorifice, sau al celor de acelaşi cu cel al instalaţiilor frigorifice, sau al celor de condiţionare a aerului, însă temperaturile între care condiţionare a aerului, însă temperaturile între care lucrează diferă de cele caracteristice acestor instalaţii. lucrează diferă de cele caracteristice acestor instalaţii. Energia electrică furnizată electromotorului care Energia electrică furnizată electromotorului care antrenează pompa termicăantrenează pompa termică reprezintă aportul necesar reprezintă aportul necesar pentru funcţionarea acesteiapentru funcţionarea acesteia..

Principiul de funcţionare şi Principiul de funcţionare şi bilanţul energeticbilanţul energetic

Cunoscută ca principiu din primii ani ai secoului Cunoscută ca principiu din primii ani ai secoului douăzeci, pompa termică a apărut ca aplicaţie practică douăzeci, pompa termică a apărut ca aplicaţie practică înaintea celui de-al doilea război mondial ca urmare a înaintea celui de-al doilea război mondial ca urmare a embargoului cărbunelui impus Elveţiei; însă abia în anii embargoului cărbunelui impus Elveţiei; însă abia în anii 60 şi-a făcut loc în cataloagele de produse ale unor 60 şi-a făcut loc în cataloagele de produse ale unor firme specializate în instalaţii frigorifice şi de climatizare. firme specializate în instalaţii frigorifice şi de climatizare. Astăzi gama produselor de acest tip este în continuă Astăzi gama produselor de acest tip este în continuă lărgire atît ca domeniu de puteri cât şi din punct de lărgire atît ca domeniu de puteri cât şi din punct de vedere al performanţelor, ca urmare a creşterii vedere al performanţelor, ca urmare a creşterii necontenite a numărului de firme producătoare.necontenite a numărului de firme producătoare.

Pompa termică transferă energia termică de la un nivel Pompa termică transferă energia termică de la un nivel de temperatură mai scăzut către unul de temperatură de temperatură mai scăzut către unul de temperatură mai ridicată utilizînd în acest scop energie mecanică mai ridicată utilizînd în acest scop energie mecanică prin care se antrenează compresorul, conform Fig.7.4. prin care se antrenează compresorul, conform Fig.7.4.

Pompa termicăPompa termică

Variante de pompe termice Variante de pompe termice actuale: a) apă-apăactuale: a) apă-apă b)apă-aer b)apă-aer

Bilanţul energetic al pompei Bilanţul energetic al pompei termice cu acţionare termice cu acţionare

electricăelectrică

pcpcrtpcinpcpierdpciespcin WkQQQE

Conform bilanţului energetic prezentat în Conform bilanţului energetic prezentat în Fig.7.5. energia auxiliară introdusă în Fig.7.5. energia auxiliară introdusă în subsistem conţine o parte recuperată şi una subsistem conţine o parte recuperată şi una pierdută . Fracţiunea recuperată din energia pierdută . Fracţiunea recuperată din energia termică corespunzătoare energiei auxiliare termică corespunzătoare energiei auxiliare este reprezentată de partea direct transferată este reprezentată de partea direct transferată fluidului de transport.fluidului de transport.

În cazul clădirilor constituite din zone multiple În cazul clădirilor constituite din zone multiple necesarul total de căldură va rezulta prin necesarul total de căldură va rezulta prin însumarea componentelor corespunzătoare însumarea componentelor corespunzătoare fiecărei zone în parte.fiecărei zone în parte.

În mod obişnuit, furnizând electromotorului de În mod obişnuit, furnizând electromotorului de antrenare a compresorului unei pompe termice antrenare a compresorului unei pompe termice o cantitate de energie electrică de 1kWh o cantitate de energie electrică de 1kWh aceasta va livra circa 3kWh căldură.aceasta va livra circa 3kWh căldură.

Energia auxiliară totală necesară pentru buna Energia auxiliară totală necesară pentru buna funcţionare a sistemului, este destinată în principal funcţionare a sistemului, este destinată în principal pentru pompa sursei, precum şi pentru sistemul de pentru pompa sursei, precum şi pentru sistemul de control şi supraveghere al pompei de căldură. Conform control şi supraveghere al pompei de căldură. Conform standardului EN 14511 (vechiul EN 255) în estimarea standardului EN 14511 (vechiul EN 255) în estimarea energiei auxiliare se iau în considerare doar pierderile energiei auxiliare se iau în considerare doar pierderile de sarcină externe. de sarcină externe.

Energia corespunzătoare pompelor de acţionare în Energia corespunzătoare pompelor de acţionare în cazul sistemelor hidraulice decuplate de reţeaua de cazul sistemelor hidraulice decuplate de reţeaua de distribuţie (ca în cazul stocării în paralel) trebuie distribuţie (ca în cazul stocării în paralel) trebuie adăugată la energia auxiliară. La sistemele fără adăugată la energia auxiliară. La sistemele fără decuplare hidraulică de sistemul de distribuţie valorile decuplare hidraulică de sistemul de distribuţie valorile COP vor trebui corectate în concordanţă cu căderile de COP vor trebui corectate în concordanţă cu căderile de presiune interne pompei de căldură.presiune interne pompei de căldură.

Punctul de echilibru şi temperatura de Punctul de echilibru şi temperatura de echilibru a clădiriiechilibru a clădirii

Căldura furnizată de pompa termică scade simultan cu scăderea temperaturii ambiante şi cu creşterea necesarului de căldură al clădirii.

Punctul de echilibru aflat la intersecţia celor două curbe pune în evidenţă temperatura de la care devine necesatră sursa auxiliară de căldură

ELEMENTE DE CALCULELEMENTE DE CALCUL

1. Pierderea de caldura a cladirii corespunzatoare unei diferente de 1. Pierderea de caldura a cladirii corespunzatoare unei diferente de temperaturtemperaturaa de 1 oC= 1 K: de 1 oC= 1 K:

2. Temperatura punctului de echilibru (puterea termica introdusa de pompa 2. Temperatura punctului de echilibru (puterea termica introdusa de pompa termica HL=necesarul de caldura net al cladirii Qaport)termica HL=necesarul de caldura net al cladirii Qaport)

3. Diferenta de temperatur3. Diferenta de temperaturaa corespunzatoare fiecarui interval(bin) de corespunzatoare fiecarui interval(bin) de temperaturatemperatura

4. Pierderea de caldura a anvelopei corespunzatoare intervalului de 4. Pierderea de caldura a anvelopei corespunzatoare intervalului de temperaturatemperaturaSemnul + indica faptul ca se iau in considerare doar valorile pozitive Semnul + indica faptul ca se iau in considerare doar valorile pozitive diferentelor de temperatura caracteristice intervalulor de temperatura; diferentelor de temperatura caracteristice intervalulor de temperatura; randamentul total ηt se considera unitar.randamentul total ηt se considera unitar.

5. Timpul de functionare (Tf, x)5. Timpul de functionare (Tf, x)

proiectata ra temperatude Diferenta

proiectata caldura de PierdereatotK

tot

aportiech K

QTT

binech TTT

TK

Qt

totp

PTP

Qx

(bin) uiintervalul ra temperatula PT aCapacitate

(bin) uiintervalul ra temperatula cladirii a caldura de Pierderea

Variaţia necersarului de căldură, Variaţia necersarului de căldură, respectiv de frig în cazul unei clădiri respectiv de frig în cazul unei clădiri

rezidenţialerezidenţiale Temperatura de echilibru a clădiriiTemperatura de echilibru a clădirii reprezintă valoarea peste care nu mai este necesară reprezintă valoarea peste care nu mai este necesară

încălzirea, respectiv cea sub care nu mai este necesară răcirea. Temperatura de echilibru a încălzirea, respectiv cea sub care nu mai este necesară răcirea. Temperatura de echilibru a clădirii se poateclădirii se poate citi la intersecţia caracteristicii de încălzire/răcire cu abscisa. citi la intersecţia caracteristicii de încălzire/răcire cu abscisa.

Temperatura de echilibru pentru regimul de Temperatura de echilibru pentru regimul de încălzire este de 33 ºC, iar cea de echilibru încălzire este de 33 ºC, iar cea de echilibru pentru răcire este de 1,8 ºC. Prin urmare pentru răcire este de 1,8 ºC. Prin urmare temperatura de echilibru a clădirii în cazul temperatura de echilibru a clădirii în cazul încălzirii o depăşeşete cu mult pe cea de încălzirii o depăşeşete cu mult pe cea de echilibru pentru răcire. Prin urmare intervalul echilibru pentru răcire. Prin urmare intervalul de temperatură cuprins între 1,8 ºC şi 33 ºC de temperatură cuprins între 1,8 ºC şi 33 ºC reprezintă o zonă cu cerinţe contrare: atît reprezintă o zonă cu cerinţe contrare: atît încălzire cât şi răcire. Rezolvarea acestei încălzire cât şi răcire. Rezolvarea acestei situaţii se face prin eliminarea încălzirii, situaţii se face prin eliminarea încălzirii, respectiv a răcirii pe inervalul de temperatură respectiv a răcirii pe inervalul de temperatură cuprins între 10 ºC şi 18 ºC. cuprins între 10 ºC şi 18 ºC.

Coeficientul de performanţăCoeficientul de performanţăCOPCOP

Eficienţa energetică a pompelor termice raportează energia utilă furnizată de acestea la Eficienţa energetică a pompelor termice raportează energia utilă furnizată de acestea la energia folosită pentru atingerea scopului, fiind cunoscută sub numele de coeficient de energia folosită pentru atingerea scopului, fiind cunoscută sub numele de coeficient de performanţă, COP. Odată cu scăderea temperaturii sursei de căldură se poate constata performanţă, COP. Odată cu scăderea temperaturii sursei de căldură se poate constata

scăderea coeficientului descăderea coeficientului de performanţăperformanţă

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15

Temperatura sursei, grd C

Co

efi

cie

ntu

l d

e p

erf

orm

an

ta

În general pompele de căldură au o eficienţă cu atât mai ridicată cu cât În general pompele de căldură au o eficienţă cu atât mai ridicată cu cât diferenţa de temperatură dintre condensator şi vaporizator este mai mică. diferenţa de temperatură dintre condensator şi vaporizator este mai mică. De regulă se consideră că pompele termice sunt economice din punct de De regulă se consideră că pompele termice sunt economice din punct de vedere funcţional dacă coeficientul de performanţă, COP este mai mare vedere funcţional dacă coeficientul de performanţă, COP este mai mare decît 3 (2,5).decît 3 (2,5).

De aceea utilizarea acestora sub temperaturi exterioare de 0 ºC nu este De aceea utilizarea acestora sub temperaturi exterioare de 0 ºC nu este convenabilă, impunînd intrarea în funcţiune a unei surse de căldură convenabilă, impunînd intrarea în funcţiune a unei surse de căldură auxiliare.auxiliare.

În vederea utilizării într-o măsură mai redusă a surselor auxilare de În vederea utilizării într-o măsură mai redusă a surselor auxilare de energie (de exemplu rezistenţe electrice) prezintă interes coborârea energie (de exemplu rezistenţe electrice) prezintă interes coborârea temperaturii punctului de echilibru, ceea ce se poate realiza fie prin temperaturii punctului de echilibru, ceea ce se poate realiza fie prin îmbunătăţirea performanţei termice a anvelopei clădirii, fie prin alegerea îmbunătăţirea performanţei termice a anvelopei clădirii, fie prin alegerea unei pompe termice de capacitate mai mare decît cea rezultată din unei pompe termice de capacitate mai mare decît cea rezultată din sarcina de răcire. Însă o supradimensionare a capacităţii de răcire va sarcina de răcire. Însă o supradimensionare a capacităţii de răcire va determina, în perioada caldă a anului, o funcţionare ciclică excesivă cu determina, în perioada caldă a anului, o funcţionare ciclică excesivă cu consecinţe în disconfortul de temperatură şi în nivelul de umiditate şi care consecinţe în disconfortul de temperatură şi în nivelul de umiditate şi care va conduce la scoaterea prematură din uz a pompei termice. Perioada va conduce la scoaterea prematură din uz a pompei termice. Perioada de amortizare a pompelor termice având ca sursă de căldură aerul este de amortizare a pompelor termice având ca sursă de căldură aerul este de 2 până la 7 ani.de 2 până la 7 ani.

PPompa termică transformă energia mecanică ompa termică transformă energia mecanică (electrică) în energie termică doar într-o (electrică) în energie termică doar într-o măsură redusă, cca 25%…33%. măsură redusă, cca 25%…33%.

Cel mai adesea energia mecanică este Cel mai adesea energia mecanică este obţinută cu ajutorul unui electromotor alimentat obţinută cu ajutorul unui electromotor alimentat de la reţeua de electrică, însă există şi situaţii de la reţeua de electrică, însă există şi situaţii în care pompa termică este antrenată de un în care pompa termică este antrenată de un motor diesel. motor diesel.

Principiul de bază al pompei termice este Principiul de bază al pompei termice este acelaşi cu cel al instalaţiilor frigorifice, sau al acelaşi cu cel al instalaţiilor frigorifice, sau al celor de condiţionare a aerului, însă celor de condiţionare a aerului, însă temperaturile între care lucrează diferă de cele temperaturile între care lucrează diferă de cele caracteristice acestor instalaţii. caracteristice acestor instalaţii.

Energia electrică furnizată electromotorului Energia electrică furnizată electromotorului care antrenează pompa termicăreprezintă care antrenează pompa termicăreprezintă aportul necesar pentru funcţionarea acesteaportul necesar pentru funcţionarea acesteia.ia.

Pierderi datorate ciclarii şi Pierderi datorate ciclarii şi factorul de degradarefactorul de degradare

Pornirea şi oprirea repetată a pompei termice, aşa-numita funcţionare Pornirea şi oprirea repetată a pompei termice, aşa-numita funcţionare ciclică, produce pierderi. Dacă emisia căldurii se face prin intermediul unui ciclică, produce pierderi. Dacă emisia căldurii se face prin intermediul unui sistem cu inerţie termică adecvată, aşa cum este cazul pardoselii sistem cu inerţie termică adecvată, aşa cum este cazul pardoselii radiante, pierderile pompei termice datorate ciclării sunt neglijabile; dar, radiante, pierderile pompei termice datorate ciclării sunt neglijabile; dar, dacă emisia căldurii se face cu ajutorul convectoarelor (având o dacă emisia căldurii se face cu ajutorul convectoarelor (având o capacitate termică insuficientă) atunci trebuie inclus un sistem de stocare capacitate termică insuficientă) atunci trebuie inclus un sistem de stocare având o mărime adecvată pentru a reduce pierderile de ciclare la minim, având o mărime adecvată pentru a reduce pierderile de ciclare la minim, precum şi pentru a proteja sistemul de control. precum şi pentru a proteja sistemul de control.

La pompele termice de tip split si care au aerul drept izvor de caldura La pompele termice de tip split si care au aerul drept izvor de caldura schimbătorul de căldură interior este amplasat în clădire, spre deosebire schimbătorul de căldură interior este amplasat în clădire, spre deosebire de celălat, exterior, aflat în afara clădirii. Dacă se utilizează un sistem de de celălat, exterior, aflat în afara clădirii. Dacă se utilizează un sistem de control pentru pornirea-oprirea compresorului atunci refrigerentul tinde să control pentru pornirea-oprirea compresorului atunci refrigerentul tinde să migreze în intervalul de oprire:migreze în intervalul de oprire:

Vara: din schimbătorul exterior mai cald către cel mai rece din interiorVara: din schimbătorul exterior mai cald către cel mai rece din interior Iarna: din schimbătorul interior mai cald către cel mai rece din exteriorIarna: din schimbătorul interior mai cald către cel mai rece din exterior

Pompele termicePompele termice

mijloace foarte eficiente de încălzire pentru sezonul rece, mijloace foarte eficiente de încălzire pentru sezonul rece, ppotot servi în perioada de vară la răcire servi în perioada de vară la răcire ((climatizclimatizaarreaea spaţiilor rezidenţiale spaţiilor rezidenţiale)) favorizeaza favorizeaza economii importante legate de cheltuielile cu energiaeconomii importante legate de cheltuielile cu energia permit o reducere a emisiilor poluante permit o reducere a emisiilor poluante ((dioxidul de carbondioxidul de carbon==generator al generator al

efectului de seră şi al încălzirii globaleefectului de seră şi al încălzirii globale) ) →→ micşorarea efectelor de micşorarea efectelor de modificare a climeimodificare a climei

alternativalternativaa energetic energetica=a= soluţi soluţiee no nouaua referitoare la referitoare la satisfacerea nevoilor de satisfacerea nevoilor de confortconfort simultan cu simultan cu dezvoltarea economicădezvoltarea economică

reducerea emisiilor poluante reducerea emisiilor poluante ((în speţă a dioxidului de carbonîn speţă a dioxidului de carbon// Protocolul de la Kyoto Protocolul de la Kyoto)) perspectiva epuizării combustibilior fosili în următoarea jumătate de secol perspectiva epuizării combustibilior fosili în următoarea jumătate de secol sistem prietenos faţă de mediusistem prietenos faţă de mediu:: pprotejrotejeazaeaza resursele convenţionale de energie prin resursele convenţionale de energie prin

exploatarea surselor regenerabile de joasă temperatură exploatarea surselor regenerabile de joasă temperatură

În cazul unei pompe termice sol-apă emisiile de CO2 sunt cu aproximativ În cazul unei pompe termice sol-apă emisiile de CO2 sunt cu aproximativ 37% mai reduse decît cele caracteristice pentru un 37% mai reduse decît cele caracteristice pentru un cazancazan cu gaz. cu gaz.

Sistemul de încălzire

Eficienţa Emisia de CO2

per kWh combustibil

(kg CO2/kWh)

Emisia de CO2

perkWh căldură

utilă(kg CO2/kWh)

Cazan pe cărbune 70 0.34 0.49

Cazan pe comb. lichid 80 0.28 0.35

Cazan pe GPL 80 0.25 0.31

Cazan pe gaz 80 0.19 0.24

Pompă termică aer- … 250 0.47 0.19

Pompă termică sol-… 320 0.47 0.15

Evolutia cercetarilorEvolutia cercetarilor

în anii 70-80în anii 70-80:: ţările nordice ţările nordice Peninsula Scandinavă, Peninsula Scandinavă, Canada, Canada, Japonia Japonia

apariţia schimbărilor climaticeapariţia schimbărilor climatice preocupări tot mai evidente pentru specialiştii şi preocupări tot mai evidente pentru specialiştii şi

firmele de renume din multe părţi ale lumii.firmele de renume din multe părţi ale lumii.

Emisiile de dioxid de carbon pentru sistemele Emisiile de dioxid de carbon pentru sistemele convenţionale (combustibil lichid, respectiv convenţionale (combustibil lichid, respectiv gaz natural) comparativ cu pompa termică gaz natural) comparativ cu pompa termică (PDC)(PDC)

Sursa de căldură pentru pompa termicăSursa de căldură pentru pompa termică mediul ambianmediul ambiant t DACADACA temperatura sa rămîne apropiată de temperatura sa rămîne apropiată de 0 ºC0 ºC, preferabil deasupra , preferabil deasupra

acestei valori.acestei valori.

Principalele aplicaţii din domeniul clădirilor Principalele aplicaţii din domeniul clădirilor rezidenţialerezidenţiale şi şi comercialecomerciale încălzirîncălzireaea spaţiilor spaţiilor preparpreparaarreaeai acm i acm răcirrăcireaea spaţiilor (cu ajutorul sistemelor cu absorbţie spaţiilor (cu ajutorul sistemelor cu absorbţie

Pompele termice prezintă o serie de avantaje dintre care pot fiPompele termice prezintă o serie de avantaje dintre care pot fi menţionatemenţionate::

MMarile companii industriale, din unele ţări europenearile companii industriale, din unele ţări europene:: contracte guvernamentalecontracte guvernamentale de de

reducerreducere ae a emisiilor de CO2 emisiilor de CO2→→ scutiri de impozite scutiri de impozite 80%80%

economii semnificative, economii semnificative, ((dezumidificarea şi uscareadezumidificarea şi uscarea))

La aplicaţiile convenţionale de condiţionare a aerului instalarea pompelor termice La aplicaţiile convenţionale de condiţionare a aerului instalarea pompelor termice conduce la reducerea importantă a consumului de energie şi implicit a costurilor conduce la reducerea importantă a consumului de energie şi implicit a costurilor aferente şi a taxelor.aferente şi a taxelor.

În cazul dezumidificării piscinelor acoperite pompele de căldură aduc economii În cazul dezumidificării piscinelor acoperite pompele de căldură aduc economii considerabile.considerabile.

PPompe termice instalate în ompe termice instalate în anul 2000 anul 2000

SuSuediaedia:: 145 1450000 alimentate din sol00 alimentate din sol AustriaAustria:: 160 000 160 000

Coeficientul de performanţă COP= 3,4…3,8 Coeficientul de performanţă COP= 3,4…3,8 de de 1,5…2 ori mai performante decît cele existente cu 30 de ani în 1,5…2 ori mai performante decît cele existente cu 30 de ani în

urmăurmă,, soluţiilor tehnice avansate soluţiilor tehnice avansate :: 1.1. ventilul termostatic de laminare (controlul mai precis al debitului ventilul termostatic de laminare (controlul mai precis al debitului

de refrigerent prin schimbătorul de căldură plasat în interiorul de refrigerent prin schimbătorul de căldură plasat în interiorul clădirii)clădirii)

2.2. ventilatoarele cu turaţie variabilăventilatoarele cu turaţie variabilă3.3. vaporizatoarele şi condensatoarele mai eficientevaporizatoarele şi condensatoarele mai eficiente4.4. motoarele şi compresoarele cu două turaţii (mai performante)motoarele şi compresoarele cu două turaţii (mai performante)5.5. tubulatura din cupru aripată la interior (pentru creşterea ariei de tubulatura din cupru aripată la interior (pentru creşterea ariei de

transfer).transfer).

Pompele termice furnizează 17…18 Pompele termice furnizează 17…18 TWh/an din care 11…12 TWh provin TWh/an din care 11…12 TWh provin din surse de energii regenerabiledin surse de energii regenerabilePreîncălzirea aerului atmosfericPreîncălzirea aerului atmosferic::

preluat cu ajutorul schimbătoarelor de căldură preluat cu ajutorul schimbătoarelor de căldură subteranesubterane ( (putul canadianputul canadian)) + + o pompă de căldură o pompă de căldură aer/aer. aer/aer.

Solutii aplicate in prezentSolutii aplicate in prezent

Încălzirea încăperii se face cu aer Încălzirea încăperii se face cu aer RRecuperator de căldură cu plăci ecuperator de căldură cu plăci ((preia energia preia energia

aerului viciataerului viciat)) PPompa termică aduce aerul la temperatura ompa termică aduce aerul la temperatura

necesară confortului intern. necesară confortului intern. Apa caldă menajerăApa caldă menajeră: :

cu ajutorul căldurii colectate de panourile solare cu ajutorul căldurii colectate de panourile solare în caz de nevoie, pompa termică adaugă necesarul în caz de nevoie, pompa termică adaugă necesarul

de energie necesară ridicării temperaturii apei de energie necesară ridicării temperaturii apei calde menajere la nivelul cerut pentru utilizarea calde menajere la nivelul cerut pentru utilizarea acesteia.acesteia.

Aspecte specificeAspecte specifice

Funcţionarea eficientă a pompelor termice Funcţionarea eficientă a pompelor termice încălzirîncălzireaea spaţiilor rezidenţiale spaţiilor rezidenţiale preparpreparaarreaea apei calde menajere apei calde menajere: :

surssursaa suplimetar suplimetaraa (convenţional (convenţionalaa) de căldură ) de căldură == cazan cu combustibil gazos/lichid/solid cazan cu combustibil gazos/lichid/solid electric – electric – ((compensarea necesarului energetic în condiţiile climatice cele mai compensarea necesarului energetic în condiţiile climatice cele mai

dezavantajoasedezavantajoase))

SSe reduc cheltuielile cu combustibilul e reduc cheltuielile cu combustibilul dar dar investiţia investiţia iniţială caracteristică pompei termice este mai iniţială caracteristică pompei termice este mai

mare decît cea necesară la instalarea unui mijloc mare decît cea necesară la instalarea unui mijloc de încălzire convenţionalăde încălzire convenţională. .

PPompele termice se instaleazăompele termice se instalează:: exteriorul clădiriiexteriorul clădirii ( (reduce transmiterea vibraţiilor şi zgomotului reduce transmiterea vibraţiilor şi zgomotului

caracteristic funcţionării acestoracaracteristic funcţionării acestora)) subsol tehnic subsol tehnic ((al clădirii pe care urmează să o încălzeascăal clădirii pe care urmează să o încălzească))

Instalarea pompei termice Instalarea pompei termice se face de regulă în subsolul se face de regulă în subsolul tehnic al caseitehnic al casei

Subsolul tehnic, pompa de Subsolul tehnic, pompa de căldură căldură

Pompa de căldură şi Pompa de căldură şi cazanul cazanul

Principiul de funcţionare şi Principiul de funcţionare şi bilanţul energeticbilanţul energetic

Cunoscută ca principiu din primii ani ai secoului Cunoscută ca principiu din primii ani ai secoului douăzeci, pompa termică a apărut ca aplicaţie practică douăzeci, pompa termică a apărut ca aplicaţie practică înaintea celui de-al doilea război mondial ca urmare a înaintea celui de-al doilea război mondial ca urmare a embargoului cărbunelui impus Elveţiei; însă abia în anii embargoului cărbunelui impus Elveţiei; însă abia în anii 60 şi-a făcut loc în cataloagele de produse ale unor 60 şi-a făcut loc în cataloagele de produse ale unor firme specializate în instalaţii frigorifice şi de climatizare. firme specializate în instalaţii frigorifice şi de climatizare. Astăzi gama produselor de acest tip este în continuă Astăzi gama produselor de acest tip este în continuă lărgire atît ca domeniu de puteri cât şi din punct de lărgire atît ca domeniu de puteri cât şi din punct de vedere al performanţelor, ca urmare a creşterii vedere al performanţelor, ca urmare a creşterii necontenite a numărului de firme producătoare.necontenite a numărului de firme producătoare.

Pompa termică transferă energia termică de la un nivel Pompa termică transferă energia termică de la un nivel de temperatură mai scăzut către unul de temperatură de temperatură mai scăzut către unul de temperatură mai ridicată utilizînd în acest scop energie mecanică mai ridicată utilizînd în acest scop energie mecanică prin care se antrenează compresorul, conform Fig.7.4. prin care se antrenează compresorul, conform Fig.7.4.

Schema de principiu Schema de principiu a pompei termicea pompei termice

Cum lucreaza?Cum lucreaza?

Echipament preasamblat de Echipament preasamblat de conditionare a aerului racit conditionare a aerului racit

cu aer si instalat pe cu aer si instalat pe acoperisacoperis

Tipuri de pompe termiceTipuri de pompe termice

Pompele de caldura de tip dual (dual Pompele de caldura de tip dual (dual mode) asigura caldura, respectiv racirea mode) asigura caldura, respectiv racirea in mod alternativ. in mod alternativ.

Pompele de caldura pentru recuperarea Pompele de caldura pentru recuperarea caldurii pot asigura doar incalzirea, sau caldurii pot asigura doar incalzirea, sau simultan incalzirea si racirea. simultan incalzirea si racirea.

Aplicatiile pompelor de Aplicatiile pompelor de calduracaldura

preasamblatepreasamblate

asamblate din componente asamblate din componente la fata locului/la client,la fata locului/la client,

pompe de caldura pentru procesele pompe de caldura pentru procesele industriale industriale

Avantajele Avantajele pompelor de caldurapompelor de caldura

Principiul de functionarePrincipiul de functionare

Cicluri bazate pe comprimarea vaporilor - Cicluri bazate pe comprimarea vaporilor - ciclul Rankine modificat (majoritatea ciclul Rankine modificat (majoritatea pompelor de caldura moderne) pompelor de caldura moderne)

Cicluri bazate pe principiul absorbtiei. Cicluri bazate pe principiul absorbtiei.

Insa orice alt ciclu de refrigerare poate fi Insa orice alt ciclu de refrigerare poate fi adecvatadecvat

Utilizarea Utilizarea pompelor de caldurapompelor de caldura

incalzirea si racirea cladirilor (cel mai adesea)incalzirea si racirea cladirilor (cel mai adesea)

incalzirea eficienta a apei menajere/de incalzirea eficienta a apei menajere/de consum, (castiga popularitate) consum, (castiga popularitate)

incalzirea piscinelor incalzirea piscinelor

incalzire in cadrul proceselor industriale. incalzire in cadrul proceselor industriale.

Performante functionalePerformante functionale

1,75 kW …44 MW (frecvente)1,75 kW …44 MW (frecvente)

105 grade C (apa), 105 grade C (apa),

400 kPa (abur, presiune relativa) 400 kPa (abur, presiune relativa)

Actionarea Actionarea compresoarelorcompresoarelor

motoare electrice, (majoritatea)motoare electrice, (majoritatea)

motoare termice, motoare termice,

turbine. turbine.

Tipul compresoarelorTipul compresoarelor

Sistemele mari:Sistemele mari: Cu piston (mono/multietajata)Cu piston (mono/multietajata)

MonocilindruMonocilindru PolicilindruPolicilindru

Surub, Surub, Centrifugal etajat.Centrifugal etajat.

Scroll (Scroll (a capatat o extindere sporită în ultimii a capatat o extindere sporită în ultimii ani) ani)

CLASIFICAREA CLASIFICAREA COMPRESOARELORCOMPRESOARELOR

Tipul compresorului

Volumice Dinamice

Cu piston Rotative Centrifugale Axiale

COMPRESORUL COMPRESORUL CU PISTONCU PISTON

Compresorul ermeticCompresorul ermetic

Compresorul cu piston Compresorul cu piston rotativrotativ

Compresorul cu palete Compresorul cu palete culisanteculisante

COMPRESORUL COMPRESORUL ELICOIDAL (CU SURUB)ELICOIDAL (CU SURUB)

Compresorul ScrollCompresorul Scroll

COMPRESORUL COMPRESORUL CENTRIFUGALCENTRIFUGAL

Terminologia referitoare Terminologia referitoare la eficientala eficienta

Regim stationar Regim stationar (temperatura este mentinuta constanta)(temperatura este mentinuta constanta)

COP (incalzire)COP (incalzire) (Coefficient of Performance)(Coefficient of Performance)

EER (racire)EER (racire) (Energy Efficiency Ratio)(Energy Efficiency Ratio)

COP=0,293 EERCOP=0,293 EER

Wnecesara electrica Energia

Btu/h PT a racire de aCapacitateEER

(kW) necesara electrica Energia

(kW) PT de furnizata EnergiaCOP

Terminologia referitoare la Terminologia referitoare la eficientaeficienta

Pentru un sezon/anPentru un sezon/an

HSPF (incalzire)HSPF (incalzire) SEER (racire) SEER (racire) Seasonal Energy Efficiency RatioSeasonal Energy Efficiency Ratio

]/[perioada aceeasiin PT de utilizata totalaEnergia

calda perioada intreaga pe realizata totalaRacireaWhBtuSEER

144,31iarna dezilelor Nr razilelor vaNr

varadezilelor Nr 8,0

iarna dezilelor Nr razilelor vaNr

iarna dezilelor Nr 2,1

COPEERSEER

Are la baza o temperatura estivala medie de 28 grade CAre la baza o temperatura estivala medie de 28 grade C

Evolutia COPEvolutia COP

Ciclurile de functionare aleCiclurile de functionare alepompelor de caldurapompelor de caldura

DeschiseDeschise

IInchisenchise

Ciclul inchis Ciclul inchis cu comprimarea vaporilor cu comprimarea vaporilor

Ciclul cu recomprimarea Ciclul cu recomprimarea mecanica a vaporilor si cu mecanica a vaporilor si cu

schimbator de calduraschimbator de caldura

Ciclul deschis de Ciclul deschis de recomprimare a vaporilor recomprimare a vaporilor

Ciclul Rankine Ciclul Rankine ((bazat pe caldura ca sursa bazat pe caldura ca sursa

de energiede energie))

Sursele si utilizatorii de Sursele si utilizatorii de caldura caldura

Alegerea unei surse sau a unui utilizator Alegerea unei surse sau a unui utilizator de caldura pentru o anumita aplicatie de caldura pentru o anumita aplicatie este influentata in primul rand deeste influentata in primul rand de amplasarea geografica, amplasarea geografica, climat, climat, costurile initiale, costurile initiale, disponibilitate disponibilitate tipul structurii tipul structurii

Sursele de calduraSursele de caldura

aerul, aerul, izvoarele de apa, izvoarele de apa, apele de suprafata, apele de suprafata, apele uzate, apele uzate, energia solara, energia solara, solul,solul, caldura interna a cladirilor. caldura interna a cladirilor.

AerulAerul

Aerul exteriorAerul exterior:: sursa de caldura universala sursa de caldura universala un mediu de evacuare un mediu de evacuare llarg folosit in cadrul sistemeloarg folosit in cadrul sistemelorr

rrezidentialeezidentiale comerciale usoare.comerciale usoare.

Pompa de caldura avand Pompa de caldura avand aerul ca sursaaerul ca sursa

Reversibilitatea pompelor Reversibilitatea pompelor termicetermice

Transferul de caldura Transferul de caldura aeraer - - refrigerent refrigerent

serpentinele schimbatoarelor de calduraserpentinele schimbatoarelor de caldura

suprafete extinse suprafete extinse

lucreaza in convectie fortata.lucreaza in convectie fortata.

Aria suprafetelor Aria suprafetelor serpentinelorserpentinelor

volumul de aer exterior vehiculat este volumul de aer exterior vehiculat este mai mare comparativ cu cel interior in mai mare comparativ cu cel interior in aproximativ aceeasi proportieaproximativ aceeasi proportie

int)2...5,1( AAext

FFactoriactori ce ce trebuie trebuie luati in considerare :luati in considerare :

La La alegeralegerea/ea/proiectarproiectarea echipamentuluiea echipamentului

temperatura locala a aerului exteriortemperatura locala a aerului exterior

formarea zapezii/ghetiiformarea zapezii/ghetii

KTT extaervaprefrig )11...6(,

AAlegerea echipamentului in legerea echipamentului in cazul unei valori date cazul unei valori date pentru temperatura pentru temperatura

exterioara de proiectare exterioara de proiectare ((pentru incalzirepentru incalzire))

mai critica comparativ cu un sistem bazat mai critica comparativ cu un sistem bazat pe arderea unui combustibil. pe arderea unui combustibil.

in cazul unei pompe de caldura avand aerul ca sursa de caldurain cazul unei pompe de caldura avand aerul ca sursa de caldura

Echipamentul trebuie dimensionat pentru un punct de Echipamentul trebuie dimensionat pentru un punct de echilibru pentru incalzire cat mai scazut din punct de vedere echilibru pentru incalzire cat mai scazut din punct de vedere

practic fara a avea o capacitate de racire excesiva si inutila in practic fara a avea o capacitate de racire excesiva si inutila in perioada de varaperioada de vara

Punctul de echilibruPunctul de echilibru

PPentru încălzireentru încălzire: : poate fi coborât printr-o poate fi coborât printr-o îmbunătăţire a performanţei termice a structurii, îmbunătăţire a performanţei termice a structurii,

prin alegerea unei pompe de căldură de putere mai prin alegerea unei pompe de căldură de putere mai mare decât rezultă din sarcina de răcire. mare decât rezultă din sarcina de răcire.

O O supradimensionare a capacităţii de răciresupradimensionare a capacităţii de răcire va va determina o funcţionare ciclică excesivă a pompei determina o funcţionare ciclică excesivă a pompei de căldură, ceea ce va avea ca efectde căldură, ceea ce va avea ca efect valorivalori neconfortabileneconfortabile ale ale

ttemperaturemperaturiiii nnivelivelului ului de umiditatede umiditate..

Adaptarea capacităţii Adaptarea capacităţii pompei de căldură la pompei de căldură la

sarcina de încălziresarcina de încălzire//răcirerăcire pentru domenii extinse pentru domenii extinse

compresor compresor cu turaţie variabilă, cu turaţie variabilă, cu mai multe turaţii, cu mai multe turaţii,

mmai multai multee compresoare compresoare//ventilatoare cu turaţie ventilatoare cu turaţie variabilă variabilă

RezultateRezultate SSe reduc pierderile prin ciclaree reduc pierderile prin ciclare SSe îmbunătăţeşte nivelul de confort. e îmbunătăţeşte nivelul de confort.

Dezghetarea Dezghetarea schimbatorului exteriorschimbatorului exterior Daca tDaca temperatura suprafeţei schimbătorului de căldură exterior (aflat în emperatura suprafeţei schimbătorului de căldură exterior (aflat în

aer) aer) ≤≤0 0 °°CC,, ((ceea ce corespunde unei ceea ce corespunde unei temperaturi a termometrului uscat a aerului temperaturi a termometrului uscat a aerului exterior exterior cu 2 la 5,5 K mai marecu 2 la 5,5 K mai mare) )

se poate forma gheaţă/zăpadă pe suprafaţa acestuiase poate forma gheaţă/zăpadă pe suprafaţa acestuia, care , care tinde să se tinde să se îngroaşe prin acumulareîngroaşe prin acumulare,, ceea ce va înrăutăţi transferul de căldură ceea ce va înrăutăţi transferul de căldurăDDe aceea schimbătorul exterior trebuie dezgheţat periodic. e aceea schimbătorul exterior trebuie dezgheţat periodic.

Numărul operaţiunilor de dezgheţare depinde de Numărul operaţiunilor de dezgheţare depinde de

climat, climat,

modul cum a fost proiectat schimbătorul de căldură modul cum a fost proiectat schimbătorul de căldură

numărul de ore de funcţionare. numărul de ore de funcţionare.

1.1. Stâlpul de gheaţăStâlpul de gheaţă

2.2. Condensator Condensator (schimbător de căldură) (schimbător de căldură)

3.3. Pompă de recirculare Pompă de recirculare

4.4. Rezistenţă electricăRezistenţă electrică

5.5. Tabloul de comandăTabloul de comandă

6. Senzor de cameră 6. Senzor de cameră

7. Vas de expansiune7. Vas de expansiune

8. Corpuri statice8. Corpuri statice

9. Schimbător de căldură9. Schimbător de căldură

10. Boiler10. Boiler

Cu această pompă de Cu această pompă de căldură se pot încălzi: căldură se pot încălzi: vile, case de vacanţă, vile, case de vacanţă, locale, ferme, etc, într-un locale, ferme, etc, într-un mod mai efectiv mod mai efectiv economic, decât de economic, decât de exemplu, combustibili exemplu, combustibili fosili, sau curent direct.  fosili, sau curent direct. 

Prin schimbătorul de Prin schimbătorul de căldură, energia este căldură, energia este transferată în sistemul transferată în sistemul de încălzire din casă.de încălzire din casă.

IS 48XIS 48X

Este un simplu stâlp de Este un simplu stâlp de gheaţă, cu un compresor gheaţă, cu un compresor avand puterea nominala de 4 avand puterea nominala de 4 hp. hp.

Potriveşte la o casă cu un Potriveşte la o casă cu un consum total între consum total între

20000 – 35000 kWh/an.20000 – 35000 kWh/an.

IS 61XIS 61X

Este un simplu stâlp de Este un simplu stâlp de gheaţă, cu un gheaţă, cu un compresor avand compresor avand puterea nominala de 6 puterea nominala de 6 hp. hp.

Potriveşte la o casă cu Potriveşte la o casă cu un consum total între un consum total între 25 000-50 000 25 000-50 000 kWh/an.kWh/an.

IS 81X IS 81X

Sunt doi stâlpi Sunt doi stâlpi simpli de gheaţă, cu simpli de gheaţă, cu un compresor de 6 un compresor de 6 hp. .hp. .

Pierderea capacităţii disponibile de încălzire cauzată de Pierderea capacităţii disponibile de încălzire cauzată de îngheţ trebuie luată în considerare la dimensionarea îngheţ trebuie luată în considerare la dimensionarea unei pompe de căldură având aerul drept sursă de unei pompe de căldură având aerul drept sursă de

căldură. căldură.

ExperienţaExperienţa practica: practica: necesitatea dezgheţării este redusă necesitatea dezgheţării este redusă pentru condiţii ale aerului exterior situate pentru condiţii ale aerului exterior situate sub sub

-10 -10 °°C şi 60 %C şi 60 % umiditate relativă (rh) umiditate relativă (rh)

IIn condiţii de umiditate crescută, n condiţii de umiditate crescută, ((atunci când mici picături de atunci când mici picături de apă în stare de suspensie sunt prezente în aerapă în stare de suspensie sunt prezente în aer)), cantitatea de , cantitatea de gheaţă depusă de poate fi de gheaţă depusă de poate fi de trei ori mai mare decât cea trei ori mai mare decât cea rezultată din evaluările bazate pe teoria psihrometricărezultată din evaluările bazate pe teoria psihrometrică

CCa urmare pompa de căldură va putea necesita a urmare pompa de căldură va putea necesita

dezgheţarea la intervale de 20 minute de dezgheţarea la intervale de 20 minute de funcţionarefuncţionare..

Pasul aripioarelorPasul aripioarelor

5 5 … … 6 mm6 mm (e(experienţxperienţaa practic practicaa acumulatacumulataa în domeniul refrigerării în domeniul refrigerării comercialecomerciale):): frecvenţa dezgheţării este frecvenţa dezgheţării este minimizată minimizată

1,31,3 … … 2,5 mm2,5 mm ( (dezgheţare eficientă cu dezgheţare eficientă cu ajutorul gazului fierbinteajutorul gazului fierbinte): ): micşorează micşorează dimensiunile sistemuluidimensiunile sistemului (implicit volumul (implicit volumul acestuia)acestuia)

Aerul interior Aerul interior ca sursa de calduraca sursa de caldura

Aerul interior viciat (necesitAerul interior viciat (necesită o sursă de ă o sursă de căldură suplimentarăcăldură suplimentară))

Umiditatea ridicată existentă în aerul Umiditatea ridicată existentă în aerul interior al incintelor bazinelor de înot interior al incintelor bazinelor de înot produce condensarea pe tavanul, pereţii, produce condensarea pe tavanul, pereţii, ferestrele şi podeaua acestora ceea ce ferestrele şi podeaua acestora ceea ce atrage un grad de disconfort pentru atrage un grad de disconfort pentru spectatori şi chiar pentru cei aflaţi în spectatori şi chiar pentru cei aflaţi în bazin. bazin.

În clădirile mici sau medii destinate birourilor sunt adesea alese În clădirile mici sau medii destinate birourilor sunt adesea alese pompele de căldură având ca sursă de căldură aerul. Însă în pompele de căldură având ca sursă de căldură aerul. Însă în marile clădiri sunt mai degrabă convenabile pompele de căldură marile clădiri sunt mai degrabă convenabile pompele de căldură de tip apă-apă în combinaţie cu sistemele de condiţionare a de tip apă-apă în combinaţie cu sistemele de condiţionare a aerului. Un boiler suplimentar va completa instalaţia alimentată de aerului. Un boiler suplimentar va completa instalaţia alimentată de pompa termică în zilele excesiv de friguroase, sau în perioadele pompa termică în zilele excesiv de friguroase, sau în perioadele cu ocupare redusă, dar prelungită. Căldura în exces care este cu ocupare redusă, dar prelungită. Căldura în exces care este evacuată poate fi şi ea stocată în rezervoare de apă caldă.evacuată poate fi şi ea stocată în rezervoare de apă caldă.

Pompele termice frecvent întâlnite pe piaţă sunt în gama de puteri Pompele termice frecvent întâlnite pe piaţă sunt în gama de puteri 10…30 kW, fiind însă în continuă extindere; preţurile specifice de 10…30 kW, fiind însă în continuă extindere; preţurile specifice de achiziţie ale pompelor termice scad odată cu creşterea puterii achiziţie ale pompelor termice scad odată cu creşterea puterii acestora ( o pompă termică de 1,7 kW costă aproximativ 1000 $, acestora ( o pompă termică de 1,7 kW costă aproximativ 1000 $, iar una de 5 kW revine la un preţ cuprins între 2000 şi 3000 $, în iar una de 5 kW revine la un preţ cuprins între 2000 şi 3000 $, în vreme ce la puteri ce depăşesc 10 kW preţul poate ajunge la vreme ce la puteri ce depăşesc 10 kW preţul poate ajunge la 4000…5000 $).4000…5000 $).

Dacă supradimensionarea pompei termice conduce la Dacă supradimensionarea pompei termice conduce la funcţionarea ciclică exagerată a acesteia, subdimensionarea sa funcţionarea ciclică exagerată a acesteia, subdimensionarea sa atrage consumuri suplimentare de combustibil pentru sistemul de atrage consumuri suplimentare de combustibil pentru sistemul de încălzire auxiliar; acesta din urmă trebuie dimensionat cu atenţie încălzire auxiliar; acesta din urmă trebuie dimensionat cu atenţie avînd în vedere temperatura medie a aerului din timpul iernii.avînd în vedere temperatura medie a aerului din timpul iernii.

Pompe termice avand Pompe termice avand solul drept sursa de solul drept sursa de

caldura caldura (GSHP)(GSHP)

Geothermal heat pumps Geothermal heat pumps (GHP)(GHP) = =

earth energy systems=earth energy systems=

ground source ground source (GS)(GS)

Conectarea pompelor termice Conectarea pompelor termice geotergeotermmice la sol, cu colectori de ice la sol, cu colectori de

suprafaţă, respectiv cu sonde suprafaţă, respectiv cu sonde verticale de adâncimeverticale de adâncime

Sursa de caldura: Sursa de caldura: SOLULSOLULGSHPGSHP

Cuplate la sol Cuplate la sol (GCHP)(GCHP) Utilizand apa Utilizand apa

freatica freatica (GWHP)(GWHP)de suprafata de suprafata (SWHP)(SWHP)

Sistem bazat pe pompe Sistem bazat pe pompe termice avand solul drept termice avand solul drept sursa de caldura sursa de caldura (GCHP)(GCHP)

Masina termica reversibila cu ciclu de Masina termica reversibila cu ciclu de comprimare a vaporilorcomprimare a vaporilor

Schimbator de cadura ingropat in solSchimbator de cadura ingropat in sol

Supraestimarea cu 50% Supraestimarea cu 50% a necesarului energetic a necesarului energetic

anual anual

conduce la o crestere a lungimii conduce la o crestere a lungimii schimbatorului de caldura din sol schimbatorului de caldura din sol in cazul raciriiin cazul racirii: cu 4%...15% (formatiune : cu 4%...15% (formatiune

nonporoasa)nonporoasa) In cazul incalzirii: In cazul incalzirii: cu 0%...13%cu 0%...13%

ApaApa

Apa din reţelele de alimentareApa din reţelele de alimentare:: rareori rareori utilizată utilizată ((costuricosturi//restricţiirestricţii ale ale municipalităţii municipalităţii))

Apa freatică (din puţuri)Apa freatică (din puţuri):: în mod deosebit în mod deosebit atractivă în calitate de sursă de căldurăatractivă în calitate de sursă de căldură

TTemperatură relativ ridicatemperatură relativ ridicataa şi aproximativ şi aproximativ constantconstantaa

TTipuri de bazăipuri de bază

AApe freaticepe freatice

CCu vaporizare directă u vaporizare directă ((schimbătorul de căldură schimbătorul de căldură sol-refrigerent este îngropat în pământsol-refrigerent este îngropat în pământ))

CCuplate la sol (cu uplate la sol (cu circuit/circuit/buclă închisă)buclă închisă):: trtransferul de căldură de la sol către ansferul de căldură de la sol către refrigerentul pompei termice se face prin refrigerentul pompei termice se face prin intermediul unei soluţii de saramură care intermediul unei soluţii de saramură care circulă prin bucla secundară circulă prin bucla secundară

Sursa de caldura: apaSursa de caldura: apa

Temperatura apeiTemperatura apei: 5…20 : 5…20 °C°C

depinde de depinde de

adâncimea sursei, adâncimea sursei,

climatclimat

Evoluţia anuală a temperaturii în Evoluţia anuală a temperaturii în straturile din sol aflate în vecinătatea straturile din sol aflate în vecinătatea

suprafeţei pământului (pentru o suprafeţei pământului (pentru o temperatură medie anuală a aerului de temperatură medie anuală a aerului de

7…9 0C)7…9 0C)

Variatia COP cu temperatura de intrare a apei in PT

y = 0.0011x2 - 0.1249x + 5.6613

y = -0.0012x2 + 0.074x + 2.5212

22.5

33.5

44.5

55.5

6

0 5 10 15 20 25 30

Temperatura cu care intra apa in PT, grd C

CO

P

COP inc

COP rac

Poly.(COPrac)Poly.(COPinc)

Influenta temperaturii de intrare a apei in PT (21 kW) Influenta temperaturii de intrare a apei in PT (21 kW) asupra capacitatii de incalzire/racire, resp. asupra asupra capacitatii de incalzire/racire, resp. asupra

puterii electrice absorbiteputerii electrice absorbite

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 5 10 15 20 25 30

Temperatura cu care intra apa in PT, grd C

Ca

pa

cit

ata

te d

e in

ca

lzir

e/r

ac

ire

a P

T,

kW

Cap de inc Put el nec incCap de racire Put el pt racire

Modificarea capacitatii de incalzire/racire a pompei termice functie de temperatura de intrare a apei

y = -0.0001x2 + 0.0233x + 0.7708

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

0 5 10 15 20 25 30

Temperatura cu care intra apa in PT, grd C

Cap

acit

atea

rea

la/

cap

acit

atea

no

min

ala

a P

T

Capacitatea de incalzire

Capacitatea de racire

Poly. (Capacitatea deincalzire)Linear (Capacitatea deracire )

Pânza freatică (GWHP)Pânza freatică (GWHP)

Puţuri ≡Puţuri ≡ sursăsursă element de deversare a căldurii. element de deversare a căldurii.

Alimentare: Alimentare: direct cu apa din sursă, direct cu apa din sursă, DIRECTEDIRECTE fluid intermediar (într-un circuit închis fluid intermediar (într-un circuit închis

asemănător cu pompele termice cuplate la asemănător cu pompele termice cuplate la sol, GCHP)sol, GCHP), INDIRECTE, INDIRECTE

Sistem bazat pe apele Sistem bazat pe apele freaticefreatice

Componenta unui sComponenta unui sistem istem geotermic dechis geotermic dechis

Elemente caracteristice Elemente caracteristice pentru un foraj de tip pentru un foraj de tip

geoexchangegeoexchange

Elementele de calcul pentru Elementele de calcul pentru sistemele cu circuit deschis şi sistemele cu circuit deschis şi schimbător de căldură intermediarschimbător de căldură intermediar

Sistemul cu un singur puţ Sistemul cu un singur puţ autosusţinutautosusţinut

PPuţurile oferă suficientă uţurile oferă suficientă apăapă

FFiind reinjectată în acvifer iind reinjectată în acvifer nu se ajunge nu se ajunge la la epuizareaepuizarea acesteiaacesteia

Singura schimbare se produce doar la Singura schimbare se produce doar la nivelul temperaturii acesteianivelul temperaturii acesteia ( (printr-o printr-o proiectare adecvatăproiectare adecvată))

Apa din sursă poate fi Apa din sursă poate fi recirculată direct către recirculată direct către

sistemsistem

Calitatea apeiCalitatea apei

TTrebuierebuie:: analizată analizată ccalitatea apei alitatea apei avute în vedere măsuri speciale de avute în vedere măsuri speciale de

filtrare filtrare sedimentare în bazine pentru anumite sedimentare în bazine pentru anumite situatiisituatii

luate în considerare luate în considerare posibilitatea formării unor depuneri de piatră posibilitatea formării unor depuneri de piatră

coroziuneacoroziunea ( (poate fi necesară separarea fluidului din puţ poate fi necesară separarea fluidului din puţ de echipamentul propriu-zis printr-un schimbător de de echipamentul propriu-zis printr-un schimbător de căldură suplimentarcăldură suplimentar))..

SSe poate utiliza un fluid intermediar e poate utiliza un fluid intermediar printr-un circuit închis (la fel ca şi printr-un circuit închis (la fel ca şi la la

pompele termice cuplate la sol, sau pompele termice cuplate la sol, sau la la cele pentru apele freatice)cele pentru apele freatice)

Cu toate acestea, pana la ora actuala, cel putin in Europa, nu este cea mai Cu toate acestea, pana la ora actuala, cel putin in Europa, nu este cea mai raspandita PDC. raspandita PDC. Motivele sunt mai multe: Motivele sunt mai multe:

calitatea apei trebuie sa indeplineasca practic calitatea calitatea apei trebuie sa indeplineasca practic calitatea apei potabile; apei potabile; apa extrasa din straturile freatice trebuie reinjectata in sol (putul de injectie apa extrasa din straturile freatice trebuie reinjectata in sol (putul de injectie

trebuie sa fie amplasat la min. 15m in aval fata de directia de curgere a apei trebuie sa fie amplasat la min. 15m in aval fata de directia de curgere a apei in panza freatica) in panza freatica)

pentru fiecare kW termic instalat este necesar un volum minim de apa de pentru fiecare kW termic instalat este necesar un volum minim de apa de 160litri/ora, adica 0.16mc/ora (la min 8 º C), debitul trebuind asigurat in orice 160litri/ora, adica 0.16mc/ora (la min 8 º C), debitul trebuind asigurat in orice moment de putul de extractie;. moment de putul de extractie;.

in UE exista reglementari foarte stricte privind acest gen de foraje. in UE exista reglementari foarte stricte privind acest gen de foraje.   Calitatile impuse apei folosite ca sursa rece la o PDC: Calitatile impuse apei folosite ca sursa rece la o PDC: conductibilitate electrica conductibilitate electrica > 450 µsiemens/cm ( la temp. de 20 grade C) > 450 µsiemens/cm ( la temp. de 20 grade C) ph < ph <

10 clorid < 100 mg/l sulfat < 50 mg/l nitrat <100 mg/l bioxid de carbon liber 10 clorid < 100 mg/l sulfat < 50 mg/l nitrat <100 mg/l bioxid de carbon liber agresiv < 5 mg/l oxigen < 1 mg/l amoniu < 2 mg/l fier si mangan < 1 mg/l agresiv < 5 mg/l oxigen < 1 mg/l amoniu < 2 mg/l fier si mangan < 1 mg/l sulfit < 5 mg/l clor liber < 5 mg/l depuneri 0 sulfit < 5 mg/l clor liber < 5 mg/l depuneri 0

Cu toate aceste conditii grele , PDC apa-apa are un rol deosebit de important in industrie sau in exploatarea la maximum a izvoarelor geotermale. Apele reziduale sau apele geotermale cu temp. maxime de 28-30 º C pot fi cu succes valorificate. In cazul apelor geotermale izvorul poate fi multiplicat prin folosirea in cascada a mai multor PDC. Evident se va tine cont de calitatea apei, acest impediment putind fi evitat prin folosirea unor schimbatoare de caldura adecvate (anticorosive).

PDC apa-apa poate fi utilizata si prin exploatarea apei din lacuri, fluvii, ape PDC apa-apa poate fi utilizata si prin exploatarea apei din lacuri, fluvii, ape de tunel, baraje (care au temperaturi > 8 º C). Si in aceste situatii calitatea de tunel, baraje (care au temperaturi > 8 º C). Si in aceste situatii calitatea apei fiind esentiala. Folosirea unor filtre corespunzatoare poate rezolva cu apei fiind esentiala. Folosirea unor filtre corespunzatoare poate rezolva cu succes acest impediment. succes acest impediment.

RACIREA PASIVARACIREA PASIVA. In cazul utilizarii PDC apa-apa este bine de stiut ca se . In cazul utilizarii PDC apa-apa este bine de stiut ca se poate folosi apa extrasa din sol la racirea directa ( pasiva )a spatiilor. poate folosi apa extrasa din sol la racirea directa ( pasiva )a spatiilor. Costurile de exploatare ale unui astfel de sistem sunt neglijabile (doar Costurile de exploatare ale unui astfel de sistem sunt neglijabile (doar pompa de extragere a apei din put si pompele de recirculare). Exista, totusi pompa de extragere a apei din put si pompele de recirculare). Exista, totusi si sisteme care fac exceptie.si sisteme care fac exceptie.

SISTEMUL KAPITHERMSISTEMUL KAPITHERM ,care foloseste distributia caldurii si frigului in ,care foloseste distributia caldurii si frigului in pereti printr-o retea de vase capilare, reuseste sa realizeze racirea pasiva si pereti printr-o retea de vase capilare, reuseste sa realizeze racirea pasiva si la sistemele cu PDC sol-apa. la sistemele cu PDC sol-apa.

Consideram utila prezentarea acestui sistem ce poate fi cu usurinta adaptat Consideram utila prezentarea acestui sistem ce poate fi cu usurinta adaptat si la PDC apa-apa si cu sistem de distributie de joasa temperatura normal si la PDC apa-apa si cu sistem de distributie de joasa temperatura normal (podea, pereti, ventiloconvectoare) (podea, pereti, ventiloconvectoare)

PProbleme ce trebuie robleme ce trebuie avute în vedereavute în vedere

modalităţi de îndepărtare a apei utilizatemodalităţi de îndepărtare a apei utilizate

costurile costurile de forare, de forare, instalare a conductelor, instalare a conductelor, de pompare, de pompare,

BBirourile de supraveghere geologică de pe lângă marile oraşe irourile de supraveghere geologică de pe lângă marile oraşe pot furniza ipot furniza informaţii referitoare nformaţii referitoare la apla apaa freatică freatică disponibildisponibilaa, , temperatura temperatura sasa compoziţia sa chimicăcompoziţia sa chimică//fizică fizică

Apele de suprafataApele de suprafata

bazinele descoperite, (iazuri, lacuri), bazinele descoperite, (iazuri, lacuri), cursurile de apă. cursurile de apă.

În cazul utilizării apeÎn cazul utilizării apelorlor de suprafaţă de suprafaţă ca sursă de ca sursă de căldură poate apărea căldură poate apărea

scăderea temperaturiiscăderea temperaturii în preajma vaporizatorului în perioada de iarnă; în preajma vaporizatorului în perioada de iarnă; pentru a preveni îngheţarea apeipentru a preveni îngheţarea apei se impune se impune limitarea acestei scăderi a temperaturiilimitarea acestei scăderi a temperaturii