1.1 Generalitati

Pompele electrice moderne de caldura, ofera posibilitati tehnice efective pentru economisirea de energie si reducerea emisiilor de CO2. In cazul reducerii nece sarului de caldura prin izolatie termica Imbunatatita, pompa electrica de caldura (mai ales In cladirile noi) reprezinta o buna alternativa.

Adaptarea corecta a sursei de caldura si a sistemului de distributie de caldura la regimul de functionare al pompelor de caldura, conduce la functionarea sigura si economica a instalatiilor de Incalzire cu pompe de caldura. Pompa de caldura ofera premisele teh nice necesare pentru a folosi eficient energia solara sub forma de caldura ecolo gica pentru Incalzire si preparare de apa calda menajera.

Pompa de caldura obtine aproximativ trei sferturi din energia necesara pentru Incal- zire din mediul Inconjurator, iar pentru restul, pompa de caldura utilizeaza ca energie de actionare curent electric. Caldura ecologica energie solara acu mulata In sol, apa si aer sta la dispozitie In cantitati nelimitate. Pompa de caldura ofera posibilitatea pentru Incalzire econo mica si ecologica prin utilizarea caldurii ecologice.

1.2 Functionarea unei pompe de caldura

Modul de functionare al pompei de cal- dura corespunde modului de functionare al unui frigider. In cazul frigiderului, agentul de racire scoate caldura cu ajutorul vaporizatorului, iar prin intermediul condensatorului apa ratului, aceasta se transfera In Incapere. In cazul pompei de caldura, caldura se atrage din mediul Inconjurator (sol, apa, aer) si se conduce la sistemul de Incalzire. Circuitul agregatului de racire se realizeaza conform legilor fizice. Agentul de lucru, un lichid care atinge punctul de fierbere la o temperatura redusa, se conduce Intr-un circuit si consecutiv, se evapora, se com prima, condenseaza si se destinde (vezi fig. Circuitul pompelor de caldura).

Preluarea caldurii din mediul Inconjurator
In vaporizator se afla agent de lucru lichid la presiune redusa. Nivelul de temperatura al caldurii ecologice din vaporizator este mai ridicat decat domeniul de temperaturi de fierbere corespunzator presiunii agentu lui de lucru. Aceasta diferenta de tempe ratura conduce la o transmitere a caldurii ecologice asupra agentului de lucru, iar agentul de lucru fierbe si vaporizeaza. Caldura necesara se preia de la sursa de caldura.

Cresterea temperaturii In compresor
Vaporii rezultati din agentul de lucru se aspira continuu din vaporizator de catre compresor si se comprima. In timpul comprimarii cresc presiunea si tempera tura vaporilor.

Transferul de caldura la instalatia de Incalzire
Vaporii agentului de lucru ajung din com presor In condensatorul care este Incon jurat de agent termic. Temperatura agentului termic este mai redusa decat temperatura de condensare a agentului de lucru, astfel Incat vaporii se racesc si se lichefiaza (condenseaza) din nou. Energia (caldura) preluata In vaporizator si suplimentar, energia electrica transferata prin comprimare, se elibereaza In con densator prin condensare si se transfera agentului termic. Circuitul se Inchide In continuare se recircula agentul de lucru prin intermediul unui ventil de destindere In vaporizator. Agentul de lucru trece de la presiunea ridicata a condensatorului la presiunea redusa a vaporizatorului. La intrarea In vaporizator se ating din nou presiunea si temperatura initiala. Circuitul este Inchis.



1.3 Surse de caldura

Pentru o utilizare indicata a caldurii me diului ambiant sunt disponibile sursele de caldura sol, apa si aer. Toate reprezinta un acumulator de ener gie solara, astfel Incat cu aceste surse de energie se utilizeaza indirect energie so lara.
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.

Colectori amplasati In sol
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 Intregu lui an si astfel la o functionare a pompelor de caldura cu indice de putere momentan (randament) ridicat.
Caldura mediului ambiant este transmisa cu un amestec de apa si agent de protectie la Inghet (apa sarata), al carui punct de Inghet ar trebui sa fie aproximativ 15 sC (se vor respecta indicatiile producatorului). Astfel se garanteaza faptul ca apa sarata nu va Ingheta In timpul functionarii. Preluarea de caldura din sol se realizeaza prin intermediul tuburilor din material plastic cu suprafata mare montate In sol (vezi fig. Sol Instalatia de pompe de caldura).
Tuburile din material plastic (PE) se am plaseaza paralel, In sol, la o adancime de 1,2 pana la 1,5 m si In functie de diame trul ales al tubului, la o distanta de cca 0,5 pana la 0,7 m, astfel Incat pe fiecare m2 de suprafata de absorbtie sa fie montat cca 1,43 pana la 2,00 m de tub. Lungimea tuburilor nu trebuie sa depaseasca o lun gime de 100 m, deoarece, In caz contrar, pierderile de presiune si astfel, puterea pompei ar fi prea ridicate.
Capetele tuburilor sunt introduse In colec toare pe tur si pe retur, care trebuie am plasate la un nivel mai ridicat decat tubu rile, pentru a se putea aerisi Intregul sistem de tuburi. Fiecare tub se poate bloca separat.
Apa sarata se pompeaza prin tuburile din material plastic cu ajutorul unei pompe de circulatie; astfel, aceasta preia caldura acumulata In sol. Prin intermediul pompei de caldura se utilizeaza caldura pentru Incalzirea Incaperilor.
Inghetarea temporara a solului In zona din jurul tuburilor de obicei In a doua jumatate a perioadei de Incalzire nu are efecte secundare asupra functionarii in stalatiei si asupra cresterii plantelor. Dar totusi, nu trebuie plantate plante cu rada- cini foarte adanci In jurul tuburilor pentru apa sarata.
Regenerarea solului Incalzit se realizeaza deja, Incepand cu a doua jumatate a pe rioadei de Incalzire prin radiatie solara si precipitatii mai puternice, astfel Incat se poate asigura faptul ca pentru perioada urmatoare de Incalzire acumulatorul sol este pregatit din nou pentru Incalzire. Lucrarile de sapaturi necesare, se reali zeaza In cazul constructiilor noi fara co sturi suplimentare foarte mari, dar In ca zul constructiilor deja existente, costurile sunt de regula atat de ridicate Incat de cele mai multe ori se renunta la aceasta varianta.
Cantitatea de caldura ce poate fi preluata din sol, depinde de diferiti factori. Ca sursa de caldura este indicat pamantul argilos umectat cu apa In mod corespunzator. Se poate considera o putere de preluare a . caldurii de q E = 10 pana la 35 Watt pentru 2 suprafata a solului ca valoare fiecare m medie anuala pentru functionare pe timp de un an (monovalenta) (vezi si pag. 14). In cazul solului foarte nisipos, puterea de preluare a caldurii este mai redusa. In caz de dubiu se solicita efectuarea unei ex pertize a solului.

Solul

Solul capteaza energia solara radiata. Energia este captata de sol, fie direct sub forma de radiatii sau indirect sub forma de caldura provenita de la ploi si din aer.

Caldura acumulata In sol se preia prin schimbatoare de caldura montate orizon tal numite si colectori pentru sol sau prin schimbatoare de caldura montate vertical - asa numite sonde pentru sol.
Instalatiile vor functiona, de regula In re gim monovalent.
Trebuie utilizate la fel ca si pompele de caldura pentru apa freatica.
Sondele si schimbatoarele de caldura se vor monta numai aproape de suprafata apei freatice. Montarea sondelor si a schimbatoarelor de caldura la un nivel inferior al apei freatice nu se aproba de obicei, deoarece nu se poate preveni ava rierea orizontului apei freatice. Astfel se va proteja apa potabila care se gaseste la un nivel inferior.

Surse de caldura - Solul

Datorita suprafetei mari necesare pentru montarea colectorilor orizontali pentru sol, este dificila realizarea chiar si In cazul locuintelor noi din motive de spatiu. In special In salile aglomerate, cu suprafete foarte mici, spatiul este limitat.
Din acest motiv, In prezent, se monteaza cu preponderenta sonde verticale de cal- dura pentru sol, care se pot introduce la adancimi de 50 pana la 150 m. Se utili zeaza diferite modele tehnice si modalitati de instalare. Sondele sunt fabricate de obicei din tuburi de polietilena.
De regula se monteaza patru tuburi para lele (sonda cu tub dublu cu profil U). Apa sarata curge In jos din distribuitor In doua tuburi si este recirculata In sus, prin cele lalte doua tuburi spre colector. O alta varianta este formata din tuburi coaxiale cu un tub interior din material plastic pen tru alimentare si un tub exterior din mate rial plastic pentru recircularea apei sarate.

Sondele de caldura pentru sol se mon- teaza, In functie de model, cu utilaje de fo raj sau cu utilaje de Infigere prin batere. Pentru aceste tipuri de instalatii este nece sara o aprobare de la organele competente.
Numeroase instalatii cu pompe pentru sonde de caldura pentru sol functioneaza de multi ani fara a prezenta vreo defec- tiune si sunt preferate de utilizatori. Con form masuratorilor efectuate, In conditii hidrogeologice bune, mai ales In cazul In care exista apa freatica curgatoare, este posibila functionarea monovalenta a pompelor de caldura fara racirea pe timp Indelungat a solului.
Premisa pentru proiectarea si montarea sondelor de caldura pentru sol o repre zinta cunoasterea exacta a caracteristici lor solului, a stratificarii, a rezistentei pamantului cat si existenta apei freatice si a apei stratificate cu determinarea nivelu lui de apa si a directiei de curgere.
La o instalatie cu sonde de caldura pentru sol, In conditii hidrogeologice normale, se poate porni de la o putere medie a sonde lor de 50 W/m pe lungime de sonda (con form VDI 4640). In cazul In care sonda se afla Intr-o roca permeabila pentru apele freatice, se pot realiza puteri de extractie mult mai mari.



Surse de caldura - Captatori masivi

Captatorii masivi sunt din beton si de obi cei sunt legati la aer si la pamat, adica acestia preiau energie din radiatiile so lare, caldura din aer si din sol (vezi fig.). Legarea la pamant se realizeaza prin in termediul unui mic colector Ingropat. Acestia sunt conceputi pentru legarea unei pompe de caldura sistem sol/apa. De regula, este posibila functionarea mo novalenta. Pentru dimensionare, determi nanta este puterea din timpul noptii, adica pentru o funtionare sigura, captato rii masivi nu trebuie sa fie Incalziti de soare. Radiatia solara absorbita mareste Inca o data efectivitatea.
La alegerea locului pentru montarea cap tatorului masiv, trebuie sa se tina cont si de acest fapt. Deasupra captatorilor ma sivi se pot planta plante.
Figura alaturata indica sistemul de Incal- zire cu captatori solariR.
Energia de la soare, din aer si din sol se preia prin intermediul captatorului masiv, se acumuleaza si cand este necesar, se transmite In locuinta prin intermediul unui circuit de apa sarata si a unei pompe de caldura.
Incalzirea apei menajere se realizeaza se- parat sau de asemenea cu ajutorul pompei de caldura. Exista numerosae posibilitati de asam blare a elementelor din beton ca si capta tori solari. Experienta In acest domeniu are firma: Betonbau Schwetzinger Straße 22 - 26 D-68753 Waghäusel.


Surse de caldura - Apa freatica


Apa freatica este un bun acumulator pen tru caldura solara. Chiar si In zilele reci de iarna se mentine o temperatura constanta de +7 pana la +12 sC. Acest fapt reprezinta un avantaj.
Datorita nivelului de temperatura constant al sursei de caldura, indicele de putere (vezi pag. 10) al pompei de caldura se mentine de-a lungul Intregului an ridicat. Din pacate, apa freatica nu se gaseste In cantitati suficiente In toate zonele si nu are o calitate corespunzatoare. Dar acolo unde conditiile permit, merita sa se utili zeze acest sistem.
In cazul apelor freatice fara continut de oxigen, dar cu continut ridicat de fier si mangan se Ingalbenesc puturile. In aceste cazuri, apa freatica nu trebuie sa vina In contact cu aerul sau trebuie tratata cores punzator (VDI 4640).
In general, calitatea apei trebuie sa cores punda valorilor limita mentionate In tabe lul urmator, diferentiata In functie de ma terialele folosite In schimbatoarele de caldura otel inoxidabil (1.4401) si cupru. Daca se respecta aceste valori limita, atunci functionarea puturilor va fi fara probleme.
Utilizarea apei freatice trebuie aprobata de catre organele competente (de obicei Regia de apa).
Pentru utilizarea caldurii trebuie realizat un put aspirant si un put absorbant (put drenant).
Chiar si lacurile si raurile sunt indicate pentru obtinerea de caldura, pentru ca ele actioneaza de asemenea ca acumulatoare de caldura. In acest caz trebuie proiectat un circuit intermediar. Referitor la posibi litatile de utilizare a apei va va informa Regia de apa.

Surse de caldura - Aerul

Pompele de caldura sistem aer/apa se pot utiliza In prezent, la fel ca si pompele de caldura pentru sol si apa freatica pe du rata Intregului an.

In cladiri construite conform standardelor In vigoare, pompa de caldura sistem aer/ apa poate functiona monovalent sau mo noenergetic In combinatie cu o rezistenta electrica.
Sursa de caldura aer, este foarte usor de obtinut si este disponibila peste tot In cantitati nelimitate. Prin aer se Intelege In acest context utili zarea aerului din exterior.
Nu se accepta utilizarea ca sursa de cal- dura In cladiri de locuit a aerului din inte- rior pentru Incalzirea locuintelor.
Aceasta se poate realiza numai In cazuri speciale, ca de exemplu In cazul utilizarii de caldura recuperata In firme de pro ductie si In industrie.
In cazul pompelor de caldura pentru aer, dimensionarea sursei de caldura se sta bileste In functie de tipul constructiv si de dimensiunea aparatului. Cantitatea nece sara de aer este dirijata de catre un venti lator Incorporat In aparat, prin canale de aer, catre vaporizator, care extrage caldura din aer.


1.4 Regimuri de functionare

Regimul de functionare al pompelor de caldura se adapteaza sistemului de distri butie de caldura existent In cladiri. In ca zul In care este necesara o temperatura pe tur superioara temperaturii maxime pe tur a pompei de caldura (55 sC), atunci pompa de caldura va functiona numai In completarea unui generator de caldura conventional.
In cladirile noi se poate alege sistemul de distributie de caldura. In acest caz, se va alege, luand In considerare parametrii anuali cei mai ridicati, un sistem de dis tributie de caldura cu o temperatura ma xima pe tur de 35 sC.
Din punct de vedere tehnic se pot diferen- tia urmatoarele regimuri de functionare:

Regim de functionare monovalent
In cazul regimului de functionare monova lent, instalatia cu pompe de caldura aco pera ca unic generator de caldura Intregul necesar de caldura al cladirii. Premisa o reprezinta faptul ca, sistemul de distributie de caldura racordat trebuie sa fie dimensionat pentru o temperatura pe tur inferioara temperaturii maxime pe tur a pompei de caldura. Parametrii anuali ridicati se vor obtine numai In combinatie cu un sistem distributie de caldura cu o temperatura maxima pe tur de cca 35 sC.

Regim de functionare bivalent
O instalatie de Incalzire bivalenta are doi generatori de caldura. Pompa de caldura cu actionare electrica este combinata cu cel putin Inca un generator de caldura pentru combustibili solizi, lichizi sau gazosi.
Regim de functionare monoenergetic
Regim de functionare bivalent la care cel de-al doilea generator de caldura functio- neaza cu acelasi tip de energie (curent electric) de exemplu printr-un preparator instantaneu de apa calda menajera pe tu rul ciruitului primar sau o rezistenta elec trica In boilerul pentru preparare de apa calda menajera si/sau rezervorul tampon de agent termic.

Caracteristici tarifare referitoare la regi murile de functionare ale pompelor de caldura
Pentru a face posibila functionarea eco nomica a instalatiei de Incalzire cu pompe de caldura, In unele tari, furnizorul de energie electrica ofera tarife speciale pen tru pompe de caldura. Aceste tarife spe ciale presupun de regula, ca alimentarea cu energie electrica a pompelor de cal- dura sa poata fi Intrerupta In timpul In care reteaua este suprasolicitata.
De exemplu, alimentarea cu energie elec trica 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 tre buie 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 maxi mum 960 de ore.
Pentru locuintele noi s-a dovedit util regi mul 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 ambianta.
Pentru cladirile existente se recomanda regimul de functionare bivalent, deoarece exista un generator de caldura, care de obicei se poate utiliza In continuare, pen tru a putea acoperi sarcinile de varf din zilele reci de iarna cu temperaturi nece sare pe tur de peste 55 sC. In cazul In care pompa de caldura va func- tiona fara Intrerupere, atunci nu se va oferi In unele tari, un tarif special de alimentare cu energie electrica. In acest caz, consu mul de energie se va calcula la acelasi tarif cu restul consumului de energie electrica al gospodariei sau al unitatii comerciale.