|
|
|
Utilizarea pompelor de caldura la incalzirea cladirilor - partea I
Introducerea pe scara din ce in ce mai larga a pompelor de caldura cu comprimare mecanica de vapori in schemele de alimentare cu caldura a cladirilor este determinata de mai multe considerente:
Prin
realizarea unor cladiri cu necesar de caldura redus, impuse de preturile in crestere
ale energiei termice, suportate din ce in ce mai greu de consumatori, creste si
eficienta sistemelor de incalzire ce utilizeaza surse de energie
neconventionala.
Implementarea pompei de caldura intr-un sistem existent, conduce in mod firesc
la interactiuni cu sursa (sursele) de caldura din componenta acestuia. De la
caz la caz, pompa de caldura poate coopera cu sursele clasice existente sau le
poate inlocui total daca efectul util (cantitatea si calitatea caldurii
produse), precum si eficienta economica a solutiei sunt acceptabile.
In cazul realizarii unui sistem nou de alimentare cu caldura avand in
componenta si pompa de caldura, pot fi realizate inca din faza de conceptie a
solutiei toate conditiile necesare unei perfecte integrari a pompei de caldura
in ansamblul sistemului, astfel incat in toate situatiile functionale sa se
obtina eficienta maxima.
Pompa de caldura obtine aproximativ trei sferturi din energia necesara pentru
incalzire din mediul inconjurator, iar pentru restul pompa de caldura utilizeaza
ca energie de actionare curent electric. Pompa de caldura ofera posibilitatea
utilizarii caldurii ecologice (energie solara acumulata in sol, apa si aer)
pentru o incalzire economica si ecologica. Pentru utilizarea practica a acestor
surse de energie trebuie respectate urmatoarele criterii: disponibilitate
suficienta, capacitate cat mai mare de acumulare, nivel cat mai ridicat de
temperatura, regenerare suficienta, captare economica, timp redus de asteptare.
Regimuri de functionare a pompelor de caldura
Regimul de functionare a pompelor de caldura se adapteaza sistemului de
distributie a energiei termice existent in cladiri. In cazul in care este
necesara o temperatura pe conducta de ducere superioara temperaturii maxime pe
ducere a pompei de caldura (55°C), atunci pompa de caldura va functiona numai
in completarea unei surse de caldura clasice. In cladirile noi se va alege un
sistem de distributie cu o temperatura maxima pe conducta de ducere de 35°C.
Din punct de vedere tehnic se pot diferentia urmatoarele regimuri de
functionare:
De exemplu,
alimentarea cu energie electrica a instalatiilor cu pompe de caldura cu regim
de functionare monovalent, poate fi intrerupta in 24 de ore de trei ori pentru
maximum doua ore. Timpii de functionare dintre doua intreruperi nu trebuie sa
fie mai mici decat perioada de intrerupere anterioara.
In cazul instalatiilor cu pompe de caldura cu functionare bivalenta,
alimentarea cu energie electrica se poate intrerupe in timpul perioadei de
incalzire pentru maximum 960 ore.
Pentru cladirile existente se recomanda regimul de functionare bivalent,
deoarece exista o sursa de caldura, care de obicei se poate utiliza in
continuare, pentru a putea acoperi sarcinile de varf din zilele reci de iarna
cu temperaturi necesare pe ducere de peste 55°C.
Pentru cladirile noi s-a dovedit util regimul de functionare monovalent, care
se poate intrerupe. Pompa de caldura poate acoperi necesarul de caldura anual,
iar perioadele de intrerupere nu conduc la perturbatii in functionare,
deoarece, de exemplu, incalzirea prin pardoseala datorita capacitatii de
acumulare, poate depasi perioadele de intrerupere fara a se constata modificari
ale temperaturii de confort.
Dimensionarea pompelor de caldura
In cazul instalatiilor cu pompe de caldura este foarte importanta dimensionarea
corecta a pompei de caldura, deoarece daca se aleg aparate prea mari atunci si
costurile vor fi ridicate.
Se va stabili necesarul de caldura pentru cladire Qnec, conform metodologiei
standardelor in vigoare. Pentru efectuarea ofertei de pompa de caldura este
suficient sa se stabileasca necesarul estimativ de caldura prin inmultirea
suprafetei incalzite cu un necesar de caldura specifica.
In cazul regimului de functionare monovalent, pentru a putea determina puterea
termica necesara a pompei de caldura trebuie sa se ia in considerare
suplimentele pentru eventualele perioade de intrerupere ale unitatii de alimentare
cu energie electrica.
Pentru a acoperi necesarul de caldura maxim pe timpul zilei (24 h), datorita
perioadelor de intrerupere de 3×2 ore sunt disponibile numai 18h/zi. Datorita
inertiei cladirii nu se va tine seama de 2h, astfel incat puterea termica
necesara a pompei de caldura, in kW, va fi:
Perioadele de intrerupere apar numai in caz de nevoie.
Pentru prepararea apei calde de consum in cladiri de locuit corespunde o putere
termica suplimentara, conform tabelului 2, care se ia in considerare numai
atunci cand este mai mare decat 20% din necesarul de caldura pentru incalzire.
Pompe de caldura utilizand solul ca
sursa de caldura
Solul are proprietatea ca poate acumula si mentine energia solara pe o perioada
mai lunga de timp, ceea ce conduce la un nivel de temperatura al sursei de
caldura aproximativ constant de-a lungul intregului an si astfel la o
functionare a pompelor de caldura cu eficienta ridicata.
Energia este captata de sol, fie direct sub forma de radiatii, fie indirect sub
forma de caldura provenita de la ploi si din aer. Caldura acumulata in sol se
preia prin schimbatoare de caldura montate orizontal (serpentine) sau vertical
(sonde pentru sol).
Temperatura solului variaza in stratul superior in functie de anotimp (fig. 1).
Imediat ce se coboara sub nivelul de inghet, aceste variatii sunt mult mai
reduse.
Sistemul de utilizare a caldurii recuperate din sol este compus din:
Instalatiile
vor functiona de regula in regim monovalent. Pompa termica preia caldura prin intermediul unei serpentine, ingropata in
sol la adancimi cuprinse intre 0,5 si 2 m. La nivelul condensatorului, caldura
extrasa din sol este transmisa intr-un circuit de incalzire si/sau preparare a
apei calde de consum.
Preluarea caldurii din sol se poate face in sistem direct, cand serpentina
ingropata in sol, parcursa de agentul frigorific, are rol de vaporizator sau in
sistem indirect prin utilizarea unui sistem de apa glicolata (sarata), care
transmite caldura extrasa din sol agentului de lucru la nivelul vaporizatorului
de caldura. Serpentina poate fi confectionata din cupru, in cazul sistemelor
directe, respectiv din tuburi din materiale plastice in cazul sistemelor
indirecte.
Tuburile din material plastic (PE) se
amplaseaza paralel, in sol, la o adancime de 1,2 pana la 1,5 m si in functie de
diametrul ales al tubului, la o distanta de cca. 0,5.0,7 m, astfel incat pe
fiecare m2 de suprafata de absorbtie sa fie montat cca. 1,43.2,00 m de tub.
Lungimea tuburilor nu trebuie sa depaseasca 100 m, deoarece, in caz contrar,
pierderile de presiune si astfel puterea pompei ar fi prea ridicate.
U un sistem de incalzire echipat cu pompa de caldura monovalenta prevazuta cu
schimbator de caldura tip serpentina, care alimenteaza cu energie termica o
instalatie de incalzire de joasa temperatura.
Caldura care se transfera din straturile inferioare ale solului spre suprafata
este de numai 0,063.0,1 W/m2 si nu poate fi considerata o sursa de caldura
utilizabila. De aceea marimea suprafetei necesare de sol depinde foarte mult de
proprietatile termofizice ale solului si de energia radianta, adica de
conditiile climatice. Capacitatea de acumulare si conductivitatea termica sunt
cu atat mai mari cu cat solul este umectat suficient cu apa, cu cat cantitatea
de componente minerale este mai ridicata si cu cat cantitatea de
Suprafata necesara de sol se determina in functie de puterea de racire Qo a
pompei de caldura.
Puterea de racire a pompei de caldura se calculeaza ca diferenta intre puterea
termica Qc a pompei de caldura si puterea electrica absorbita Pt:
La o putere specifica de extractie qE, rezulta suprafata necesara de sol data
de relatia:
Datorita suprafetei mari necesare pentru montarea serpentinei este dificila
realizarea chiar si in cazul cladirilor noi, din motive de spatiu. In special
in salile aglomerate, cu suprafete foarte mici, spatiul este limitat. Din acest
motiv se monteaza sonde verticale pentru sol, care se pot introduce la adancimi
de 50.150 m. Sondele sunt fabricate de obicei din tuburi de polietilena.
De regula se monteaza patru tuburi paralele (sonda cu tub dublu cu profil U).
Apa sarata curge in jos din distribuitor in doua tuburi si este recirculata in
sus prin celelalte doua tuburi spre colector.
In tabelul 4 se prezinta puterea specifica de extractie qE, pentru sonde de
sol.
Distanta dintre doua sonde pentru sol trebuie sa fie de 5.6 m. Sondele pentru
sol se monteaza, in functie de model, cu utilaje de foraj sau cu utilaje de
infigere prin batere.
Volumul nominal VN al vasului de expansiune cu membrana, in litri, pentru
circuitul de apa sarata este data de relatia:
unde: 
in care: VA este volumul total al instalatiei (schimbator de caldura, conducta
de alimentare, pompa de caldura), in litri; V? - coeficient de siguranta
(minimum 3 l), in litri; ? - coeficient de dilatare (pentru Tyfocor ? = 0,01);
pe - suprapresiunea finala admisa, in bar; psi - presiunea de purjare a supapei
de siguranta, egala cu 3 bar; pst - presiunea preliminara a azotului (0,5 bar).
In tabelele 5 si 6 se prezinta caracteristicile tehnice ale pompelor de caldura
sol-apa produse de firmele OCHSNER GmbH din
Bibliografie 1. OCHSNER, K.
Ochsner Wärmepumpen, Handbuch Wärmepumpen, 2001/2002.
2. RADCENCO, V.
s.a. Instalatii de pompe de caldura, Editura Tehnica, Bucuresti, 1985.
3. RECKNAGEL,
H. - SPRENGER, E. - SCHRAMEK, E. Taschenbuch für Heizung+Klima Technik,
Ohdenbourg, Verlag, München, 1995.
4. SARBU, I.
Instalatii frigorifice, Editura Mirton,
5. SARBU, I. -
KALMAR, F. Proiectarea asistata de calculator a instalatiilor, Editura Mirton,
Timisoara, 2000.
6. SARBU, I -
7. SARBU, I. -
KALMAR, F. Criterii de optimizare a solutiilor si sistemelor de incalzire a
cladirilor, Conferinta 'Instalatii pentru Constructii si Confortul
Ambiental', Timisoara, 2001.
8. * * *
Sisteme de pompe de caldura Viessmann. Instructiuni de proiectare, 2002.
