Principiul de functionare
Utilizarea unor surse de energie alternative şi ecologice poate preveni criza energetică pe cale să se producă în Moldova. În paralel cu căutarea şi explorarea surselor tradiţionale (gaze naturale, petrol), o direcţie de perspectivă se prezintă utilizarea energiei acumulate în bazinele acvatice, în sol, în sursele geotermale, în deşeurile tehnologice (aer, apă, scurgeri etc.). Totuşi, temperatura acestor surse este destul de redusă (0–25°С) şi, pentru o utilizare eficientă a lor, este necesară transformarea acestei energii la un nivel de temperatură mai înalt (50–100 °С). O atare transformare este realizată de pompele de căldură, care, în esenţa lor, reprezintă nişte maşini frigorifice cu comprimare de vapori.
Principiul de funcţionare a unei pompe de căldură este identic cu cel al frigiderului menajer. Diferenţa constă în faptul că, în cazul frigiderului, căldura este transportată din camera interioară spre peretele posterior, iar în pompa de căldură – din mediul ambiant spre sistemul de încălzire.
Energia emanată de pompa de căldură în funcţiune este compusă din următoarele elemente: la energia termică, extrasă din sursele de căldură cu potenţial termic redus, enumerate anterior, este adăugată energia electrică folosită pentru funcţionarea compresorului.
Prin ce este unică tehnologia respectivă? La utilizarea a 1 kW de energie electrică pentru asigurarea funcţionării compresorului, în rezultat obţinem 4~5 kW de energie termică. Am vrea să Vă atenţionăm asupra faptului că: «Nu este vorba despre randament, ci despre coeficientul de transformare, care caracterizează eficienţa funcţionării maşinii frigorifice. La 1 kW de energie electrică utilizată obţinem 4~5 kW de energie termică, iar în unele cazuri şi mai mult ».
Imaginea schematică a unei pompe de căldură poate fi prezentata sub forma unei scheme din trei contururi închise: în primul, cel exterior, circulă sursa de căldură (agentul termic, care acumulează căldura din mediul ambiant), în cel de-al doilea — agentul frigorigen (substanţa care se evaporă, captînd căldura sursei de căldură, şi se condensează, degajînd căldura spre receptorul de căldură), în cel dea-l treilea — receptorul de căldură (apa din sistemele de încălzire şi aprovizionare cu apă caldă ale clădirii).
Conturul exterior (colectorul) reprezintă o conductă plasata în pămînt sau în apă, în care circulă antigelul.
În cel de-al doilea contur, unde are loc circulaţia agentului frigorigen, sînt incorporate schimbătoare de căldură — evaporatorul şi condensatorul, precum şi dispozitivele care modifică presiunea agentului frigorigen — droselul şi compresorul.
Cel de-al treilea contur este conturul interior, adică însuşi sistemul de încălzire al clădirii sau sistemul de aprovizionare cu apă caldă.
Ciclul de lucru. Agentul frigorigen lichid este propulsat sub presiune prin drosel, presiunea acestuia scade, el ajungînd în evaporator, unde începe să fiarbă, captînd căldura livrată de colector din mediul ambiant. Gazele, în care s-a transformat agentul frigorigen, sînt aspirate în compresor, comprimate şi, după ce au fost încălzite, sînt împinse în condensator. Condensatorul este nodul de cedare a căldurii al pompei de căldură: anume aici căldura este preluată de apa din conturul de încălzire. Totodată, are loc răcirea şi condensarea gazelor, pentru a fi supuse depresiunii în ventilul de compensare şi pentru a reveni în evaporator. După aceasta cilul de lucru este reluat de la început.
Un avantaj particular al pompei de căldură este faptul că, în perioada de vară, incluzînd sistemul «în direcţie inversă», putem obţine efectul de climatizare. Cu alte cuvinte, căldura va fi acumulată de conturul interior al clădirii, fiind mai apoi aruncată în sol, apă sau aer.sol, apă sau aer.
Pompa de căldură funcţionează după principiul ciclului Carnot, care a fost descris pentru prima dată încă în anul 1824, găsindu-şi aplicarea practică în anul 1852 graţie lordului Kelvin.
Antigelul (de exemplu, pe bază de alcool sau glicol) circulă în colector şi captează energia termică din sol, aer sau apă.
Pompa de căldură dispune de un element schimbător de căldură, care poartă denumirea de evaporator. Energia termică, în acesta, trece de la saramură la agentul frigorigen* (la evaporare, substanţa captează căldură). Această substanţă are o temperatură de fierbere joasă, ceea ce o face să înceapă a fierbe şi să se transforme în gaz.
Presiunea agentului frigorigen este crescută prin intermediul compresorului, ceea ce condiţionează creşterea temperaturii sale.
În condensator, agentul frigorigen redirecţionează energia termică spre sistemul de încălzire al casei (la condensare, substanţa emană căldură).
Elementul frigorigen auxiliar stoarce energia termică reziduală, agentul frigorigen fiind transformat în lichid.
În ventilul de compensare presiunea scade.
Agentul frigorigen revine în evaporator, procesul fiind reluat de la început.
* În prezent, sînt utilizaţi doar agenţi frigorifici inofensivi, precum ar fi bioxidul de carbon sau hidrocarburile. În trecut era folosit freonul.
Tipurile surselor de căldură
Solul
Pompa de căldură acumulează căldura solului cu ajutorul colectorului, pozat la o adîncime de circa un metru.
– Nu este nevoie de lucrări de forare
– Solul are o temperatură stabilă
– Cheltuieli modeste pentru instalarea colectorului
Sonda
La utilizarea, în calitate de sursă de căldură, a sondei, în ea va fi introdus colectorul avînd forma literei U. Nu este necesitatea utilizarea unei sonde prea adînci, deoarece se pot fora cîteva sonde nu prea adînci, mai ieftine, principalul este obţinerea adîncimii totale de calcul.
– Nu este nevoie de un teren mare
– Sonda are o temperatură stabilă pe durata întregului an
– Nu exercită influenţă asupra terenului
Bazinul acvatic
Este utilizat colectorul, pozat pe fundul bazinului acvatic pentru colectarea căldurii Soarelui, acumulate de-a lungul verii. Principiul este identic cu cel în cazul colectorul de sol.
– Nu este nevoie de teren mare
– Bazinul acvatic are o temperatură stabilă
– Nu exercită influenţă asupra terenului
Aerul
Utilizarea pompei de căldură de aer Vă scuteşte de necesitatea lucrărilor de forare sau săpare. În schimb veţi obţine căldură din atmosferă cu ajutorul blocului exterior. Toate componentele-cheie sînt amplasate în interiorul clădirii, ceea ce le fereşte de deteriorare.
– Cheltuieli modeste pentru instalare
– Nu exercită influenţă asupra terenului
Comparare cu alte tipuri de încălzire
Pompa de căldură funcţionează de la reţeaua electrică, folosind energia consumată mult mai eficient decît orice tip decazan. Valoarea randamentului pompei de căldură este de cîteva ori mai mare decît unu. De exemplu, consumînd 1 kW de energie electrică, Veţi obţine 3-4 kW de căldură. Astfel, obţineţi 2-3 kW de căldură gratis din mediul ambiant.
Exemplu
Pentru o casă avînd suprafaţa încălzită de 300 metri pătraţi şi o termoizolare bună (pierderile de căldură – 70 W\m2), ţinînd cont de necesităţile de apă caldă pentru 4 persoane, anual este nevoie de aproximativ 50000 kWh de energie termică.
Dacă e să examinăm varianta de obţinere a acestei energii din gaze naturale, calculul va arăta în felul următor:
Dintr-un metru cub de gaze naturale se obţin circa 8 kW de energie termică. În cazul unui cazan pe bază de gaze naturale avînd randamentul de 90%, vom obţine 8*0.9=7.2 kW de energie termică dintr-un metru cub. În total, timp de un an vor fi consumate 50000\7.2=7000 metri cubi de gaze naturale.
Pentru aceeaşi casă, coeficientul mediu anual al eficienţei pompei de căldură (randamentul) va constitui circa 3,5. În total, timp de un an, vor fi consumaţi 50000\3,5= 14200 kWh de energie electrică.
Ţinînd cont de diferenţierea actuală a preţurilor pentru gaze şi electricitate, în Ucraina, pentru exemplul nostru, costul 1 kW de căldură obţinută de la pompa de căldură va fi de mai mult de 3 ori mai mic.
Pompele de căldură – revista tehnologiilor
Pompa de căldură reprezintă un sistem ecologic de încălzire, sistem ecologic de aprovizionare cu apă caldă şi climatizare, care aduce căldură din mediul ambiant în casa Dvs.
Pompa de căldură foloseşte căldura dispersată în mediul ambiant, – în sol, apă sau aer, livrînd-o într-un mod atît de eficace, încît costurile pentru încălzire se reduc semnificativ. Nu este nevoie de careva materiale combustibile.
Deseori, economia de mijloace este atît de semnificativă, încît costul instalării sistemului se recuperează timp de cîţiva ani.
La fel, pompa de căldură poate funcţiona atît pentru încălzire, cît şi pentru răcire. Este uşor de manipulat, nu ocupă mult spaţiu.
Pompele de căldură au un termen de funcţionare lung şi funcţionează într-un regim totalmente automat. Deservirea instalaţiilor constă în examenul tehnic de sezon şi controlul periodic al regimului de funcţionare.