a de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un...
TRANSCRIPT
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
FACULTATEA DE INGINERIA ŞI MANAGEMENTULSISTEMELOR TEHNOLOGICEDROBETA TURNU-SEVERIN
SECŢIAINGINERIE ECONOMICA SI INDUSTRIALA
INSTALATIA DE INCALZIRE SI DE PREPARARE A APEI CALDE
MENAJERE CU AJUTORUL UNEI POMPE DE CALDURA
PENTRU UN IMOBIL
ABSOLVENT ÎNDRUMĂTOR
Ş.L. DR. ING. DĂNUŢ SAVU
AS. ING. SORIN SAVU
- 1 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
DROBETA TURNU-SEVERIN 2008
Rezumat
Această lucrare prezintă instalaţia pentru încălzirea unui imobil cu birouri folosind o
pompă de căldură. Pompa de căldură este un sistem de încălzire care utilizează surse
regenerabile de căldură.
Sistemele de încălzire care utilizează energie regenerabilă, însoţite de eficienţa termică
ridicată a clădirilor, sunt foarte importante pentru reducerea emisiilor de CO2 şi a consumului
de combustibil, subiecte de larg interes în Uniunea Europeană.
Nici una dintre soluţiile de încălzire, care folosesc surse regenerabile de energie nu
sunt nici pe departe mai puţin convenabile, sau mai dificil de utilizat decât soluţiile
moderne care utilizează combustibili lichizi sau gazoşi, datorită posibilităţii de reglare
a puterii şi a controlului automatizat.
Prima parte a lucrării conţine un scurt memoriu tehnic în care se prezintă
rolul şi funcţionarea sistemelor de încălzire imobilelor, importanţa utilizării surselor
regenerabile de energie, modul în care este amplasat imobilul cu birouri considerat,
dimensiunile acestuia, precum şi temperaturile care intervin în efectuarea calculelor pentru
determinarea necesarului de căldură specific acestui imobil.
A doua parte a lucrării conţine memoriul justificativ, de calcul, care este structurat
în zece capitole. În primul capitol s-a calculat influenţa unui strat de izolaţie termică
asupra necesarului de căldură. Al doilea capitol prezintă calculul necesarului de căldura
pentru imobilul cu birouri considerat .În cel de-al treilea capitol s-au prezentat soluţiile
tehnice de încălzire care utilizează pompe de căldură . În capitolul al patrulea s-a
efectuat o analiză pentru alegerea ciclului si agentului pentru pompa de căldură utilizată.
În capitolul cinci s-a efectuat calculul termic al sistemului de încălzire utilizând diferite
pompe de căldură. Capitolul şase prezintă analiza tehnico-economică şi alegerea soluţiei
optime a pompei de căldură. În capitolul şapte este prezentat calculul de dimensionare şi
alegere a aparatelor componente. Capitolul opt cuprinde schema de automatizare a
instalaţiei termice cu pompă de căldură . Capitolul al nouălea conţine o temă
tehnologică, mai precis un itinerar tehnologic efectuat în scopul realizării unui reper aflat
în componenţa instalaţiei termice proiectate. În capitolul zece este prezentată tema
economică.
La finalul lucrării a fost ataşată lista bibliografică. Desenele realizate, sunt ataşate
de asemenea, la finalul proiectului, împreună cu restul datelor, fiind stocate pe CD.
- 2 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Abstract
This paper describes the heating equipment of an office building and the housekeeping water
processing using a heating pump.
The heating pump is a heating system which uses regenerating energy.
Very important for reduction of CO2 emissions and combustible consumption (subjects for
large interest in EU) are the heating systems which combine the regenerating energy with high
thermal efficiency of buildings. Not even one of the existing heating solutions (which are using
the regenerating energy) isn’t by far less convenient or easy to use than the modern solution
with gas and liquid combustible, because of power regulation posibility and the push button
examination.
The first part of my paper contains a short technical memorial about the building heating
performance, the importance of using regenerating energy, the way in which the building is
located, the dimensions, and the temperatures used for calculating the heat necessary.
The second part contanis the justificatory calculating memorial in ten chapters.
In the f i rs t chapter is calculated the impact of a s ingle thermal insulat ion
s t ra tum.The second chapter is about the heat necessary and the housekeeping warm water
of the existing building. The third chapter contains the technical heating solution using
heating pumps. In the fourth chapter i made a technical analyze in order to choose the
refrigerantig agent and cycle. The calculation of the heating system using heating pump is in
chapter no. five. The technical and economical comparative analyze in order to choose the optimum solution is
in chapter no 6. In chapter no seven is presented the admeasurement calculation for choosing the
compound device. The installation automatization scheme is in chapter eight. Chapter nine
contains technologic theme, more precise a technological itinerary, in order to realize a
bench-mark contained in the heating installation.The economical theme is in the chapter no
ten.
The bibliography is at the end of my working.The drawings that I made are enclosed. The rest
of data are in electronic format (on cd).
- 3 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Cuprins
Cap. 1 Introducere
1.1.Descrierea rolului şi funcţionarii sistemelor de încălzire…………………pag.7
1.2.Importanţa folosirii surselor de energie regenerabile…………………….pag.11
1.3.Stabilirea amplasamentului şi a dimensiunilor……………………………pag.13
Cap. 2 Proiectarea instalatiei de incalzire
2.1.Calcul privind influenţa unui strat de izolaţie termică
1.1.Calcul privind influenţa unui strat de izolaţie termică………….…………pag.18
2.2.Determinarea necesarului de căldură şi apă caldă menajeră pentru încălzirea
imobilului…………………………………………………………………………..…pag.20
2.2.1Calculul necesarului pentru reîmprospătarea aerului din încăpere…………pag.20
2.2.2Calculul necesarului pentru încălzirea imobilului………………………….pag.21
2.2.3Calculul necesarului pentru apă caldă menajeră…………………………....pag.21
3.3.Soluţii tehnice de încălzire utilizând pompe de căldură
3.1Regimurile termice ale vaporizatorului şi condensatorului…………………pag.23
3.2Utilizarea unei pompe de căldură………………………………….………..pag25
3.3Utilizarea pompei de căldură în varianta aer-apă……………………….…..pag.27
3.4 Utilizarea pompei de căldură în varianta sol-apă cu captatoare
plane şi sonde………………………………………………………………..…pag.28
3.5 Utilizarea pompei de căldură în varianta apă-apă……………………….…..pag.30
3.6 Utilizarea pompei de căldură cu vaporizare directă în sol……………..……pag.32
3.4.Alegerea ciclului frigorific şi a agentului frigorific……………………………….pag.35
3.5.Calculul termic al sistemului de incălzire utilizând pompe de căldură………….pag.38
3.5.1aCalculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta sol-apă
cu captatori plani……………………………………………………..……………………
pag.39
- 4 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
3.5.1bCalculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta sol-apă cu
sonde…………………………………………………………………………………….pag.42
3.5.2Calculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta apă-
apă……………………………………………………………………………………….pag.45
3.5.3Calculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta aer-
apă……………………………………………………………………………………….pag.48
3.5.4Calculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta cu vapori-
zare directa sol…………………………………………………………..……………….pag.51
3.6.Analiza comparativa tehnico-economica si alegerea solutiei optime……………...pag.54
3.7.Calculul de dimensionare şi alegere a aparatelor componente…………………....pag.58
3.7.1 Alegerea vaporizatorului şi a condensatorului……………………….……...pag.58
3.7.2Încalzirea în pardoseala……………………………………………………...pag.62
7.3Calculul de alegere al compresorului…………………..……………………pag.63
7.4Alegerea schimbătorului intern de căldură……………………………..……pag.66
7.5Alegere ventilului de laminare termostatic ................................................... pag.68
7.6Alegerea pompei de recirculare a agentului termic………………….………pag.70
7.7Alegerea boilerului pentru prepararea apei calde menajere………………….pag.72
7.8Alegerea pompelor de recirculare a apei calde menajere……………..……..pag.73
7.9Alegerea electroventilelor…………………………………………..………..pag.74
7.10Alegerea termostatelor………………………………………..……...……..pag.76
7.11Alegerea presostatelor………………………………………...…..…………pag.78
3.8.Schema de automatizare………………………………………………….………...pag.80
8.1 Reglarea temperaturii interioare………………………………….…………pag.82
8.2.Reglarea temperaturii apei calde menajere……………………………..…...pag.83
8.3 Reglarea supraîncălzirii vaporilor de agent termic primar (propan)………pag.84
8.4 Reglarea sarcinii termice a compresorului……….…………………………pag.85
- 5 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
8.5 Pornirea si oprirea pompelor de căldură…………...………………………..pag.87
9.Tema tehnologică……………………………………………………………………pag.88
Cap 4. Anailza economica a .....
economică…………………………………………………………………...pag.89
Cap.5.Prezentarea instalaţiei……………………………………………………………..pag.91
Cap. 6. Norme de securitate a muncii si P.S.I. pentru lucrăride instalaţii de
încălzire……………………………………………………………………………….pag.103
Bibliografie…………………………………………………………………………….pag.104
I.Memoriu tehnic
- 6 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
1. Descrierea rolului şi funcţionării sistemelor de încălzire a imobilelor
Pentru a asigura confortul termic necesar desfăşurării, în bune condiţii, a
activităţilor, orice imobil trebuie prevăzut cu o instalaţie pentru încălzire, care să
poată acoperi necesarul de căldură şi debitul necesar de apă caldă menajeră.
Instalaţia termică transformă energia calorică a combustibililor în energie
termică. Dintre combustibilii utilizaţi în instalaţiile termice cea mai mare pondere o au
combustibili fosili cum ar fi gazul metan, lemnul , cărbunele …
Unul din principalele obiective ale politicilor energetice mondiale este
reducerea consumurilor de combustibil fosil. În această ordine de idei, folosirea surselor
regenerabile de energie, pentru încălzirea locuinţelor, este un obiectiv interesant care are
ca scop, în contextul dezvoltării durabile, creşterea siguranţei în alimentarea cu
energie, protejarea mediului înconjurător şi dezvoltarea la scară comercială a tehnologiilor
energetice viabile.
Instalaţiile termice care folosesc surse de energie regenerabile sunt, în prezent,
o soluţie bună pentru o energie ieftină şi relativ curată. Deoarece energiile
regenerabile nu produc emisii poluante prezintă reale avantaje pentru mediul mondial
şi pentru combaterea poluării locale. Obiectivul principal al folosirii energiilor
regenerabile îl reprezintă reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră. Studiile oamenilor
de ştiinţă au devenit în ultimii ani din ce în ce mai unanime în a aprecia că o creştere
puternică a emisiilor mondiale de gaze cu efect de seră va conduce la o încălzire globală a
atmosferei terestre de 2 - 6 oC, până la sfârşitul acestui secol, cu efecte dezastroase asupra
mediului înconjurător.
Ţinând seama de timpul de implementare a unor noi tehnologii şi de
înlocuire a instalaţiilor existente, este necesar să se accelereze ritmul de dezvoltare a
noilor tehnologii curate şi a celor care presupun consumuri energetice reduse.
Pentru utilizarea practică a surselor de energie pe lângă o temperatură cât mai constantă
pe parcursul întregului an mai trebuie respectate următoarele criterii:
- disponibilitate suficientă
- capacitate cât mai mare de acumulare
- nivel cât mai ridicat de temperatură
- 7 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
- regenerare suficientă
- captare economică
- timp redus de aşteptare
- să nu fie corozivă
Utilizarea aerului drept sursă de căldură se recomandă în special în cazul
clădirilor existente, unde pompele de căldură aer-apă sau aer-aer îşi pot aduce contribuţia
la încălzire prin funcţionarea în sistem bivalent, completând deci încălzirea clasică
bazată pe arderea unui combustibil.
Puterea termică a agregatelor de pompa de căldură funcţionând cu aer ca sursă de
căldură este stabilită de către constructorul acestora încă din fabrică.
Pompele de căldură aer-apă pot funcţiona pe perioada întregului an, întocmai ca şi
pompele de căldură ce extrag căldura din sol sau din apa freatică.
Trebuie însă observat faptul că puterea termică de încălzire a unei astfel de
pompe de căldură variază foarte mult în funcţie de temperatura aerului sursă de căldură.
Astfel, la începutul şi sfârşitul perioadei de încălzire (toamna şi primăvara), puterea termică
de încălzire este mult mai mare decât în cea mai rece zi a anului şi simţitor mai mare
decât necesarul de căldură al clădirii(dacă pompa de căldură a fost gândită să funcţioneze în
regim monovalent).
Din acest motiv , un astfel tip de pompă de căldură trebuie dotată cu un sistem de reglare a
puterii termice livrate consumatorului de căldură.
Aerul evacuat din sistemele de climatizare reprezintă o sursă de căldură obişnuită
pentru pompele de căldură din clădirile comerciale şi rezidenţiale. Prin recuperarea
căldurii din aerul evacuat, pompele de căldură realizează încălzirea apei şi/sau a spaţiilor.
În timpul perioadei de încălzire sau chiar în decursul întregului an este necesară
funcţionarea continuă a sistemului de climatizare-ventilare. Unele tipuri de pompe de
căldură sunt astfel proiectate încât să utilizeze atât aer ambiant cât şi aer evacuat.
În cazul clădirilor mari, pompele de căldură având ca sursă de căldură aerul evacuat sunt
de multe ori cuplate cu sisteme de recuperare a căldurii de tipul aer-aer.
Apa freatică prezintă o temperatură constantă (4-10ºC) în multe zone. Pentru
utilizarea ei sunt utilizate sisteme închise sau deschise. În sistemele deschise, apa
subterană este pompată , răcită şi apoi reinjectată într-un puţ separat sau returnată
- 8 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
către apa de suprafaţă. Sistemele de suprafaţă trebuiesc proiectate cu mare atenţie,
pentru evitarea problemelor legate de îngheţ, coroziune şi colmatare. Sistemele închise
pot fi sisteme cu detentă directă (în care agentul termic
de lucru vaporizează în interiorul ţevilor montate subteran), sau sisteme cu agent
intermediar. Sistemele cu agent intermediar prezintă în general performanţe tehnice mai
scăzute, dar sunt mai uşor de întreţinut. Dezavantajul major al acestor pompe de căldură
este costul ridicat al lucrărilor pentru exploatarea sursei de căldură. Există totodată
posibilitatea unor constrângeri suplimentare generate de legislaţia privitoare la protecţia
stratului de apă freatică şi la preîntâmpinarea poluării solului.
Solul prezintă aceleaşi avantaje ca şi apa freatică , şi anume are temperaturi medii
anuale ridicate. Căldura este extrasă cu ajutorul unor conducte îngropate orizontal sau
vertical în sol, iar sistemele pot fi de asemenea cu detentă directă sau sisteme cu agent
intermediar.
Capacitatea termică a solului depinde de umiditatea acestuia şi de condiţiile
climatice. Datorită extragerii de căldură din sol, temperatura acestuia va scădea în
decursul perioadei de încălzire. În regiunile foarte reci, cea mai mare parte a căldurii este
extrasă sub forma de căldură latentă ,atunci când solul îngheaţă. Cu toate acestea în
timpul perioadei de vară, radiaţia solară încălzeşte solul, iar refacerea potenţialului termic
este posibilă în totalitate.
Solul prezintă capacitatea de a înmagazina sezonier căldura provenită de la
soare, lucru care conduce la obţinerea unei temperaturi relativ constante a acestei
surse de căldură şi la atingerea unor coeficienţi sezonieri de performanţă de valori
ridicate.
Contribuţia energiei geotermice – adică a acelui flux de căldură îndreptat de la interiorul
către exteriorul pământului- este atât de redusă încât poate fi neglijată .Rezultă deci că
energia extrasă din sol de către acest tip de pompe de căldură provine aproape exclusiv de la
soare.
Pompele de căldură pentru clădirile de locuit şi care utilizează solul drept sursă de
căldurăsunt astăzi executate sub formă de instalaţii compacte, ce pot fi montate cu uşurinţă
în clădire. Căldura preluată de la sursa de căldură este transportată cu ajutorul unui
amestec antigel,al cărui punct de îngheţ se situează la circa -15 ºC. Prin aceasta se asigură
faptul că sonda nu va îngheţa în timpul funcţionării.
- 9 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Extragerea căldurii din sol se poate face cu ajutorul unui sistem de ţevi din
material sintetic, cu o mare suprafaţă de transfer.
Căldura geotermală poate fi utilizată ca sursă de căldură acolo unde apa
freatică este foarte puţină sau lipseşte total. Adâncimea forajelor atinge 100...200m.
Atunci când este necesară o capacitate termică ridicată, forajele se fac înclinat
pentru a cuprinde un volum mai mare se stâncă. Acest tip de pompă de căldură este
întotdeauna conectat la un sistem de agent intermediar realizat din conducte din plastic.
Unele dintre pompele de căldură de acest tip destinate clădirilor comerciale utilizează
masivul pentru acumularea căldurii sau a frigului. Costurile ridicate ale operaţiunilor de
foraj împiedică însă utilizarea căldurii geotermale ca sursă pentru pompele de căldură
domestice.
Apa de râu şi de lac este în principiu o sursă foarte bună de căldură dar are ca
principal dezavantaj o temperatură scăzută în timpul iernii (apropiată de 0 ºC).
Din acest motiv trebuie luate măsuri de siguranţă pentru a evita îngheţarea
vaporizatorului.
Apa de mare este o sursă excelentă de căldură şi este utilizată în special pentru pompe
de căldură de puteri medii şi mari. La adâncimea de 25-50m, apa de mare are temperatura
constantă 5-8ºC, iar formarea gheţii nu mai constituie o problemă (Punctul de îngheţ este la -2
ºC).Se pot folosi atât sistemele cu detentă directă cât şi sistemele cu agent intermediar.
Pentru preîntâmpinarea coroziunii şi a colmatării cu substanţe organice trebuiesc
luate
măsuri constructive speciale în realizarea schimbătoarelor de căldură a pompelor şi a conducte-
lor.
Apa tehnologică se caracterizează prin temperaturi constante şi relativ ridicate în tot
timpul anului. Principalele probleme sunt legate de distanţa până la utilizator şi de
variaţia fluxului de căldură transportat. Ca posibile exemple privind sursele de căldură
din această categorie sunt: efluenţii provenind din canalizare (apa de canalizare tratată
şi netratată), efluenţii industriali, precum şi apa de răcire (pentru condensare) de la
procese industriale sau din producerea de energie electrică.
2. Importanţa folosirii surselor de energie regenerabile
Sursele fosile posedă proprietăţi foarte folositoare care le-au făcut foarte populare în
ultimul secol. Din nefericire, sursele fosile nu sunt regenerabile. Mai mult decât atât,
acestea sunt responsabile de emisiile de CO2 din atmosferă, care sunt dăunătoare unui climat
- 10 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
ecologic. Utilizarea în continuare a surselor de energie fosile ar produce o creştere a emisiilor
de CO2 care este reprezentată în figură
Fig.I.2 1. Creşterea emisiilor de CO2 generate prin arderea surselor fosile de energie
În anul 2000, ponderea surselor regenerabile în producţia totală de energie primară
pe plan mondial era de 13,8 %. Din analiza ratelor de dezvoltare din ultimele trei
decenii se observă că energia produsă din surse regenerabile a înregistrat o creştere anuală
de 2%.
Prin schimbul natural dintre atmosferă, biosferă şi oceane pot fi absorbite circa 11
mili-arde de tone de CO2 din atmosferă (sau 3 miliarde de tone echivalent carbon),
ceea ce
reprezintă circa jumătate din emisiile actuale ale omenirii. Aceasta a condus la o
creştere permanentă a concentraţiei de CO2 din atmosferă de la 280 de ppm înainte
de
dezvoltarea industrială la 360 ppm în prezent.
Estimând că la sfârşitul acestui secol populaţia globului va atinge circa 10 miliarde
de locuitori, în condiţiile unor drepturi de emisie uniforme pentru intreaga populaţie, pentru
a nu depăşi concentraţia de CO2 de 450 ppm în atmosferă, ar fi necesar ca emisiile
pe cap de locuitor să se limiteze la 0,3 tone C/locuitor, ceea ce pentru ţările
dezvoltate reprezintă o reducere de 10 ori a actualelor emisii de gaze cu efect de seră.
Prognoza consumului de energie primară realizată de Consiliul Mondial al
Energiei
pentru anul 2050, în ipoteza unei creşteri economice de 3 % pe an, fără o
modificare a tendinţelor actuale de descreştere a intensităţii energetice şi de
- 11 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
asimilare a resurselor energetice regenerabile, evidenţiază un consum de circa 25 Gt de
emisii poluante, din care 15Gt de emisii poluante provin din combustibilii fosili. Pentru a
se păstra o concentraţie de CO2 de 450 ppm, ceea ce reprezintă circa 6 Gt carbon,
cantitatea maximă de combustibili fosili utilizabilă nu trebuie să depăşească 7 Gt de
emisii poluante, rezultând un deficit de 18 Gt de emisii poluante care ar trebui acoperit
din surse nucleare şi surse regenerabile. Rezultă că pentru o dezvoltare energetica
durabilă nu ar trebui să se depăşească la nivelul anlui 2050 un consum de 13-18 Gt de
emisii poluante, acoperit din combustibili fosili 7 Gt de emisii poluante, din nuclear
2-3 Gt de emisii poluante şi restul de 4-9 Gt de emisii poluante din resurse
regenerabile.
Pentru atingerea acestui obiectiv ambiţios, propus de ţările Uniunii Europene, de
a reduce de patru ori emisiile la orizontul anului 2050, se estimează o puternică
“decarbonizare”
a sistemului energetic, prin apelare atât la energia nucleară, dar mai ales la
sursele regenerabile de energie.
Ţinând seama de timpul de implementare a unor noi tehnologii şi de
înlocuire a instalaţiilor existente, este necesar să se accelereze ritmul de dezvoltare a
noilor tehnologii curate şi a celor care presupun consumuri energetice reduse. În acelaşi
timp este necesară o profundă evoluţie a stilului de viaţă şi o orientare către o dezvoltare
durabilă.
Este evident că pe termen mediu sursele regenerabile de energie nu pot fi privite
ca alternativă totală la sursele convenţionale, dar este cert că, în măsura potenţialului
local, datorită avantajelor pe care le au (resurse locale abundente, ecologice, ieftine,
independente de importuri), acestea trebuie utilizate în complementaritate cu combustibilii
fosili şi energia nucleară.
3.Stabilirea amplasamentului şi a dimensiunilor
- 12 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.4.1
Amplasarea imobilului cu birouri
Imobilul pentru care se va proiecta instalaţia de încălzire şi preparare a
apei calde menajere este o clădire destinată unor birouri cu pc-uri, în care lucrează 15
persoane.
Imobilul este compus din 6 încăperi, avândîmpreună o suprafaţă de 468 m2 .
Pereţii exteriori sunt realizaţi din panouri sandwich cu o grosime de 15 cm .
Pereţii interiori sunt realizaţi din cărămidă care au o grosime de 20 cm.
Podeaua este realizată dintr-un strat de 30 cm de beton peste care se montează termoizolaţie
din polistiren extrudat cu grosime de 15 cm. Peste izolaţie se aplică un parchet de lemn de brad
cu o grosime de 4 cm.
Tavanul realizat din beton armat, având o grosime de 20 cm este izolat cu polistiren
extrudat cu grosime de 15 cm .
Geamurile şi uşile care comunică cu exteriorul sunt realizate din termopan .
- 13 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.4.2
Dimensiunile imobilului cu birouri
- 14 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.4.3Vedere frontală
- 15 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.4.4
Vedere din spate
În figura de mai jos este prezentat tipul de panou folosit pentru pereţii exteriori
- 16 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.4.5 Panouri de tip sandwich
Dimensiunile imobilului sunt prezentate in tabelul următor:
Tabelul 4.1
Încăperea Lungimea [m] Lăţimea [m] Înălţimea [m]
Birou director 5 4
2,5
Birou secretară 5 3
Birouri cu pc-uri 20 10
Sală de şedinţe 15 7
Baie1 5 4
Baie2 5 4
hol 24 2,5
- 17 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
II. Memoriu justificativ de calcul
1.Determinarea necesarului de căldură pentru încălzirea imobilului cu
birouri
1.1.Calcul privind influenţa unui strat de izolaţie termică
Se face pentru mai multe tipuri de izolaţie şi diferite grosimi :polistiren expandat şi
panouri sandwich
(1.1)
(1.2)
În tabelul 1.1 sunt prezentate rezultatele obţinute pentru diferite grosimi de izolaţie şi pentru
panouri de tip sandwich, a coeficientului global de transfer termic
Tabelul 1.1
Tipuri de
izolaţie
Coeficientul
global de
transfer
termic
Grosimile izolaţiilor în milimetrii
0 50 100 150 200 250
Polistiren
expandatK
1,33 0,50 0,307 0,22 0,177 0,14
Panouri
sandwich
0 0,342 0,175 0,118 0,089 0,071
În tabelul 1.2 sunt prezentate rezultatele obţinute tinand cont de pierderile de caldura prin pereti
- 18 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Tabelul 1.2
Tipuri de
izolaţie
Fluxul de
căldură
pierdut
prin pereţi
Grosimile izolaţiilor în milimetrii
0 50 100 150 200 250
Polistiren
expandatQ[kw/m2]
68 25,5 15,69 11,33 8,87 7,28
Panouri
sandwich0 17,41 8,93 6,01 4,52 3,63
Fig.1.1 Diagrama pierderilor de căldură in funcţie de grosimea izolaţiei
În urma studiului făcut asupra izolaţiilor şi al panourilor sandwich am ales pentru
pereţii exteriori panouri sandwich cu grosimea de 150 mm
- 19 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
2.Determinarea necesarului de căldură şi apă caldă menajeră pentru
încălzirea imobilului
2.1Calculul necesarului pentru reîmprospătarea aerului din încăpere
=1.29 kg/m3
[kj/kg]
(2.1)
(2.2)
2.2Calculul necesarului pentru încălzirea imobilului
(2.3)
În tabelul 2.1 sunt prezentate rezultatele obţinute pentru necesarul de căldură.
Tabelul 2.1- 20 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Simbol Formula de calcul
Rezultatele
obţinute
[kw]
2,573
2,472
1,187
0,856
7,088
2.3Calculul necesarului pentru apă caldă menajeră
=0,508 [kw] (2.4)
Debitul de apă caldă menajeră
Căldura specifică a apei
Temperatura finală a apei
Temperatura apei de la reţea
n Numărul de persoane
Căldura specifică a aerului
(2.5)
- 21 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
În tabelul de mai jos sunt prezentate rezultatele cu necesarul de căldură
Tabelul 2.2
[kw] [kw] [kw] [kw]
7,088 0,508 0,0195 7,616
3.Soluţii tehnice de incălzire utilizând pompe de căldură
- 22 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
3.1.Regimurile termice ale condensatorului si vaporizatorului în funcţie de tipul
pompei de căldură studiate
Fig. 3.1 Regimul termic al vaporizatorului la pompa de căldură de tipul aer-
apă
Fig.3.2 Regimul termic al vaporizatorului la pompa de căldură de tipul apă-apă
Fig.3.3 Regimul termic al vaporizatorului la pompa de căldură de tipul sol apă
cu sonde
- 23 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.3.4 Regimul termic al vaporizatorului la pompa de căldură de tipul sol-apă
cu colectori plani
Fig. 3.5Regimul termic al vaporizatorului la pompa de căldură cu vaporizare
directă în sol
Fig. 3.6Regimul termic al condensatorului
- 24 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
În figurile de mai sus sunt prezentate regimurile termice ale vaporizatorului în funcţie de tipul
de pompă de căldură utilizat .Temperaturile solului au fost luate din diagrama din fig.3.6.2.1iar
temperatura apei subterane din documentaţia firmei Viesmann.
3.2Utilizarea unei pompe de căldură
Funcţionarea pompelor de căldură are la bază principiul al doilea al
termodinamicii
care afirmă : „căldura nu trece, de la sine, de la un mediu cu o temperatură mai scăzută la un
mediu cu o temperatură mai ridicată”. Pentru a face posibilă trecerea căldurii de la un mediu cu
temperatură mai scăzută la un mediu cu o temperatură mai ridicată este nevoie de un
consum de lucru mecanic.
Prin utilizarea unei instalaţii termice sub forma unei pompe de căldură se face posibilă
preluarea energiei termice solare, înmagazinată sub formă de căldură, din apă sol sau aer şi
folosirea ei pentru încălzirea locuinţelor. Toate aceste surse de căldură, mai sus menţionate,
reprezintă un acumulator al energiei solare, astfel încât utilizând aceste surse se utilizează, de
fapt, indirect, energia solară. Pentru mediul din care se extrage căldura, apa, solul sau aerul, se
foloseşte denumirea de mediu răcit, sau sursă caldă. Mediul în care se valorifică căldura este
denumit mediu încălzit sau sursă rece. În componenţa unei pompe de căldură se regăsesc în
mod obligatoriu următoarele aparate: un compresor, un vaporizator, un condensator şi
un ventil de laminare, fără acestea instalaţia nu ar putea funcţiona. Pe lângă aceste aparate
mai pot exista şi altele în funcţie de specificul instalaţiei, dar acestea vor fi regăsite în
orice instalaţie termică sub formă de pompă de căldură. Alte componente care mai pot fi
regăsite într-o pompă de căldură sunt schimbătoarele de căldură intermediare a căror
importanţă le face să fie folosite frecvent, precum şi elementele de automatizare care
realizează o creştere a randamentului instalaţiei precum şi o uşurinţă mare în utilizare.
Elementul esenţial în procesul de captare şi cedare a energiei este agentul termic din
circuitul interior al pompei de căldură. Acesta are proprietatea de a trece din stare lichidă în
stare de vapori reci la temperaturi scăzute.
În interiorul unei pompe de căldură agentul termic suferă patru transformări ale stării
termodinamice. Cele patru faze ale procesului de transfer termic care are loc în
interiorul pompei de căldură se desfăşoară astfel. Agentul termic lichid la aflat la o
temperatură mai scăzută decât cea a mediului răcit intră în vaporizator unde se produce
transferul de căldură de la sursa caldă la agentul termic. La ieşirea din vaporizator
- 25 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
agentul termic este în stare de vapori reci. Vaporii reci de agent termic intră în
compresor unde, cu ajutorul energiei electrice, se produce creşterea de presiune şi
temperatură a acestora. La ieşirea din compresor vaporii calzi de agent termic vor avea o
temperatură mai mare decât cea a mediului încălzit. Vaporii calzi de agent termic intră în
condensator unde se produce transferul de căldură de la vaporii calzi la apa din circuitul
închis al sistemului de încălzire al casei. La ieşirea din condensator, în urma cedării
căldurii, agentul termic este în stare lichidă cu o temperatură şi o presiune mai mare decât
cea a mediului răcit. Agentul termic, lichid intră în ventilul de laminare, unde
temperatura şi presiunea acestuia scade până la o valoare inferioară celei din mediul răcit.
Din acest moment ciclul se reia.
Fig.3.2.2 Funcţionarea pompei de căldură
1 -vaporizator
2 -compresor
3 -condensator
4 -ventil de laminare
Coeficientul de performanta COP al unei pompe de caldura reprezinta raportul dintre puterea de
incalzire a acesteia si puterea electrica absorbita de la retea, respectiv :
COP = PUTEREA DE INCALZIRE : PUTEREA ELECTRICA ABSORBITA
In cazul pompelor de caldura tip apa - apa, coeficientul de performanta este COP = 5,4 - 5,5.
Aceasta inseamna ca 1 kWh de energie electrica absorbita produce, prin intermediul pompei de
caldura tip apa-apa, 5,4 - 5,5 kWh energie termica.
În figura 3.2.3 este prezentat schematic principiul de funcţionare al pompelor de căldură
- 26 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.3.2.3 Principiul de funcţionare al pompei de căldură
3.3Utilizarea pompei de căldură în varianta aer-apă
Această variantă de pompă de căldura aer-apă (sursa rece- aerul, agent termic- apa) ,extrage
energia solară, înmagazinată sub formă de căldură, din aerul exterior pe care o introduce în
circuitul pentru încălzirea locuinţei. În prezent această pompă de căldură poate fi utilizată pe
durata întregului an, în clădiri construite conform standardelor în vigoare, în
combinaţie cu o rezistenţă electrică.
Sursa de căldură aer, este foarte uşor de obţinut şi este disponibilă peste tot, în cantităţi
nelimitate. Prin aer se înţelege în acest context utilizarea aerului din exterior. Nu se acceptă
utilizarea ca sursă de căldură, în clădiri de locuit, a aerului interior pentru încălzirea
locuinţelor. Aceasta se poate realiza numai în cazuri speciale ca de exemplu în cazul utilizării
de căldură recuperată, în firme de producţie şi în industrie. În cazul pompelor de
căldură pentru aer dimensionarea sursei de căldură se stabileşte în funcţie de tipul
constructiv şi de dimensiunea aparatului. Cantitatea necesară de aer este dirijată de
către un ventilator încorporat în aparat, prin canale de aer, către vaporizator, care extrage
căldura din el.
Dezavantajul major al sistemului este faptul ca nu poate functiona monovalent la temperaturi
foarte scazute (incepand de la cca.-15ºC). Aceste PDC pot functiona bivalent- paralel mono-
energetic prin folosirea unei rezistente electrice care intra in functiune la temperaturi foarte
scazute ( sub -15º C). Datorita acestui fapt puterea de incalzire este limitata. Cu toate
dezavantajele prezentate PDC aer-apa este extrem de utilizata atat la sistemele de preparare a
apei calde menajere cat si la incalzire. Prin cooperarea dintre panouri solare si PDC aer- apa se - 27 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
realizeaza un sistem ultraeficient de producere a apei calde menajere. Anumite tipuri de PDC
aer-apa au cuplate panouri solare si pentru incalzirea de iarna!
În figura 3.3.4 este prezentată o instalaţie termică cu pompă de căldură de tip aer-apa:
Fig. 3.3.4 Pompa de căldură tip aer-apă
3.4 Utilizarea pompei de căldură în varianta sol-apă cu captatoare plane şi
sonde
Pompa de căldură în varianta sol apă utilizează energia solară , stocată în sol. Solul
captează energia solară, fie direct prin radiaţie, fie sub formă de căldură proveniră de la ploi şi din
aer. Solul înmagazinează şi menţine căldura pe o perioadă mai lungă de timp ceea ce
conduce la un nivel de temperatură al sursei de căldură aproximativ constant de-a lungul unui an
ceea ce facilitează funcţionarea pompelor de căldură cu un randament ridicat. Căldura
- 28 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
acumulată în sol se preia prin schimbătoare de căldură montate orizontal, numite şi colectori
pentru sol, sau prin schimbătoare de căldură montate vertical aşa numite sonde pentru sol.
Aceste instalaţii funcţionează de regulă în regim monovalent şi se utilizează
aproximativ la fel cu cele care extrag căldură din apa freatică deoarece sondele şi
schimbătoarele de căldură se vor monta cât mai aproape de suprafaţa pânzei freatice.
Montarea sondelor şi a schimbătoarelor de căldură la un nivel inferior pânzei freatice nu se
aprobă de obicei, deoarece nu se poate preveni avarierea orizontului apei freatice. Astfel se va
proteja apa potabilă aflată la un nivel inferior.
În figura 3.4.1 este prezentată o instalaţie termică cu pompă de căldură de tip sol-apă cu
captatoare plane:
Fig.3.4.1 pompă de căldură tip sol-apă cu captatoare plane
În figura 3.4.2 este prezentată o instalaţie termică cu pompă de căldură de tip sol-apă cu
sonde forate:
Fig3.4.2Pompă de căldură cu sonde forate
- 29 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
3.5 Utilizarea pompei de căldură în varianta apă-apă
Utilizarea energiei solare acumulată în apa din pânza freatică se face într-un
mod foarte asemănător cu cel descris mai sus în cazul utilizării energiei solului. Apa
freatică este un bun acumulator pentru căldura solară, care chiar şi în zilele reci de
iarnă se menţine o temperatură constantă, de 7 până la 12 °C fapt care reprezintă un avantaj.
Datorită nivelului de temperatură constant al sursei de căldură, indicele de putere al pompei de
căldură se menţine ridicat de-a lungul întregului an.
Sistemul apa-apa (sursa rece- apa, agent termic- apa) este numit si sistem de captare cu bucla
deschisa. Viteza de curgere a apei prin vaporizator nu trebuie sa depaseasca 0.8m/s Vorbim
despre PDC care poate realiza cel mai ridicat COP dintre toate PDC la care ne referim.Un astfel
de sistem apa-apa poate ajunge usor la un COP=5 si chiar il poate depasi daca este bine realizat
si corect dimensionat. De asemenea poate furniza puteri impresionante ajungand la mii de kW,
pe o singura unitate sau cupland mai multe unitati de putere mai mica.
Cu toate acestea, pana la ora actuala, cel putin in Europa, nu este cea mai raspandita PDC.
Motivele sunt mai multe:
-calitatea apei trebuie sa indeplineasca practic calitatea apei potabile;
-apa extrasa din straturile freatice trebuie reinjectata in sol (putul de injectie trebuie sa fie
amplasat la minim 15m in aval fata de directia de curgere a apei in panza freatica)
-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 moment de putul de extractie;.
Calitatile impuse apei folosite ca sursa rece la o PDC:
Tabelul 3.5.1
conductibilitate electrica > 450 µsiemens/cm ( la temp. de 20 grade C)
ph < 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
- 30 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
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 de tunel, baraje
(care au temperaturi > 8 º C). Si in aceste situatii calitatea apei fiind esentiala. Folosirea unor
filtre corespunzatoare poate rezolva cu succes acest impediment.
In cazul utilizarii PDC apa-apa este bine de stiut ca se poate folosi apa extrasa din sol la
racirea directa ( pasiva )a spatiilor. Costurile de exploatare ale unui astfel de sistem sunt
neglijabile (doar pompa de extragere a apei din put si pompele de recirculare). Exista, totusi si
sisteme care fac exceptie.
În figura 3.5.1 este prezentată o instalaţie termică cu pompă de căldură de tip apă-apă
Fig. 3.5.1Pompă de căldură varianta apă-apă
3.6 Utilizarea pompei de căldură cu vaporizare directă în sol
Are acelaşi principiu de funcţionare ca şi pompa de căldură in varianta sol-apă cu
captatori plani numai că circuitul secundar de antigel este înlocuit de agentul primar al pompei
de căldură.
- 31 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
PDC sol-apa ( sursa rece- solul, agent termic- apa) este o PDC foarte raspandita comparativ cu
cea apa-apa si are ca "sursa rece" caldura solara acumulata in straturile superioare ale
Pamantului. Practica a aratat si teoria a confirmat, ca incepind de la o anumita distanta in sol
(cca15m), temperatura ramane relativ constanta , cu fiecare 30m in adincime temperatura
crescand doar cu cca un grad Celsius. Daca suntem interesati doar de straturile superficiale, pina
la adincimea de max 200-250 m, putem vorbi de o temperatura cuprinsa intre 8-16 grade
Celsius.Pentru o PDC sol -apa aceasta temperatura este ideala pentru producerea energiei
termice.PDC poate functiona doar daca temperatura "sursei reci" (deci a solului) nu depaseste
28-30 grade Celsius (cea minima fiind in jur de 8º C) Peste aceasta temperatura PDC sol - apa,
si in general orice PDC, nu mai poate fi utilizata. Acelasi lucru este valabil si la temperaturi mai
mici de cca 8º C.
Pentru a evita posibilele confuzii pe care unii dintre noi ar putea usor sa le faca atunci cand se
vorbeste de energia geotermala a Pamantului, va prezentam structura temperaturilor in
profunzime,spre Centrul Pamantului:
Fig.3.6.1Temperatura in pamant
Acest urias potential energetic aflat la mii de km adancime nu face obiectul folosirii PDC.
Caldura necesara functionarii acestora se extrage doar din straturile superioare (care sunt
incalzite, de fapt, de la Soare) si, asa cum am specificat, temperatura la care se folosesc PDC sol
apa este intre cca. 8º C si 30º C .Folosirea PDC in cooperare cu izvoare geotermale de mare
adancime, ce au temperaturi de mii de grade C ( aceste izvoare numindu-se si" izvoare de roca
fierbinte") este posibila doar dupa ce acestea din urma au pierdut potentialul si au ajuns la
temperaturi compatibile cu functionarea unei PDC.
Precizarile de mai sus au fost facute in scopul evitarii confuziilor care apar de obicei in discutii
legate de caldura geotermala a Pamantului. Lucrurile se vor putea usor lamuri daca se face
- 32 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
precizarea de la inceput despre ce straturi ale Pamantului vorbim: despre straturile superioare
(max. 250m) sau despre straturile inferioare (mii de km).
In straturile superficiale ale Pamintului situatia sta in felul urmator:
Fig.3.6.2 Temperatura in straturile superficiale ale pamantului
Fig.3.6.1Pompă de căldură cu vaporizare directă în sol
- 33 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Bineinteles ca mai exista si cazurile sol-aer, apa-aer sau aer-aer dar nu sunt utilizate decat in
cazuri rare la sistemele de incalzire- datorita eficientei scazute a agentului termic aerul
(sistemele cunoscute sub denumirea generica de "aer conditionat" sunt de fapt PDC aer-aer iar
COP-ul lor este sub 3).
4.Alegerea ciclului frigorific şi a agentului frigorific
Am analizat doua tipuri de agenţi ,freon şi propan şi doua tipuri de cicluri cu regenerare
internă de căldură si fără regenerare internă.
Fig.4.1reprezintă diagrama de funcţionare fara schimbător intern regenerativ
Fig.4.1 Diagrama de funcţionare
Fig.4.2 Este reprezentată schema simplificată după care funcţionează o pompă de căldură fără
schimbător intern regenerativ
- 34 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.4.2 Schema de funcţionare
Agentul de lucru trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:
- presiunea de vaporizare apropiată de presiunea atmosferică şi uşor superioară
acesteia
- presiunea de condensare cat mai redusă
- căldura preluată prin vaporizare să fie cât mai mare
- căldura specifică în stare lichidă să fie cât mai mică
- volum specific al vaporilor cât mai mic
- sa nu fie inflamabili, explozivi sau toxici
- să nu fie poluanţi
Utilizarea unor freoni necorespunzători poate duce la scăderea eficienţei instalaţiei sau
La supradimensionarea elementelor componente ale instalaţiei ceea ce atrage după sine
creşterea preţului de achiziţie. Cea mai bună soluţie la alegerea freonului este efectuarea
unui calcul cu ajutorul programului coolpack.
- 35 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.4.3
Tabelul 4.1
R407C Propan
.
[kg/s]
0,0566 0,0329
Cop
(eficienta)3,16 3,23
is 0,7 0,7
În tabelul 4.1 de mai sus sunt rezultatele obţinute pentru un necesar de căldură de 10
kw şi temperaturile de vaporizare respectiv condensare de –10 si 35 de grade celsius
Am ales in urma studiului asupra celor doua tipuri de agenţi ca agent de lucru pentru
pompa de căldură propanul deoarece avem un debit de agent mai mic deci o instalaţie mai
mică şi o eficienţă mai mare faţa de agentul R407C ,propanul fiind un agent natural adică
nepoluant.
- 36 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
5.Calculul termic al sistemului de incălzire utilizând pompe de căldură
În figura 5.1 este prezentată schema de funcţionare a pompelor de căldură care au schimbător
intern regenerativ.
- 37 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.5.1 Schema de funcţionare a pompei de căldură cu schimbător regenerativ intern
Figura 5.2 reprezintă diagrama de funcţionare a unei pompe de căldură cu schimbător intern
regenerativ
Fig.5.2 Diagrama de funcţionare a pompelor cu schimbător intern regenerativ
5.1aCalculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta
sol-apă cu captatori plani.
- 38 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
(5.1)
(5.2)
(5.3)
(5.4)
În tabelul 5.1a.1 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu propan fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.1a.1
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m]
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 -5 4,09 470,37 0.11 1.77 1
1’ 0 4,09 478,99 0.116 1.8 -
2 56,19 16,33 546,34 - 1.8 -
3 43 16,33 217,16 - 0.782 -
4 -5 4,09 217,16 - - -
În tabelul 5.1a.1a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C fără subrăcire avansată .
Tabelul 5.1a.1a
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
- 39 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
1 -5 3,79 410,06 0,064 1,79 1
1’ 0 3,79 415,19 0,066 1,81 -
2 68,20 18,81 456,18 - 1,81 -
3 43 18,81 260,62 - 1,20 -
4 -5 3,79 260,62 - - -
În tabelul 5.1a.2 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu propan si subrăcire avansată
Tabelul 5.1a.2
În
tabelul
- 40 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 -5 4,022 567,47 0,11 2,37 1
1’ 0 4,022 577,01 0,115 2,40 -
1’’ 5 4,022 585,68 0,118 2,438 -
2 63.37 16,47 655,02 0,03 2,438 -
3 48 16,47 328,24 0,0022 1,42 0
3’ 43 16,47 313,5 0,0021 1,337 -
3’’ 40 16,47 304,83 0,0021 1,350 -
4 -5 4,022 304,83 0,035 1,392 0,268
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 -5 4,22 412,04 0,056 1,79 1
1’ 0 4,22 414,06 0,057 1,8 -
1’’ 5 4,22 418,09 0,058 1,815 -
2 68,18 18,63 456,43 0,0139 1,815 -
3 48 18,63 279,39 0,001 1,262 0
3’ 43 18,63 269,3 - 1,23 -
3’’ 40 18,63 265,27 0,001 1,217 -
4 -5 4,22 265,27 0,018 1,245 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
5.1a.2a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei de căldură
care funcţionează cu R407C cu subrăcire avansată
Tabelul 5.1a.2a
Figura 5.1a.1 şi 5.1a.2 reprezintă diagrama de funcţionare pentru pompa de caldură sol-apă cu
captatoare plane
Fig5.1a.1 Diagrama pentru propan Fig5.1a.2 Diagrama pentru R407C
Tabelul 5.1a.3reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa folosită fără subrăcire avansată .
Tabelul 5.1a.3
- 41 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 1,629 1,66
cop 4,2 4,03
[kw] 6,331 6,292
[kg/s] 0,024 0,041
Tabelul 5.1a.3a reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa folosită cu subrăcire avansată
Tabelul 5.1a.3a
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 1,614 1,631
cop 4,93 4,881
[kw] 6,33 6,33
[kg/s] 0,023 0,043
5.1bCalculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta
sol-apă cu sonde
În tabelul 5.1b.1 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C cu subrăcire avansată.
- 42 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Tabelul 5.1b.1
În tabelul 5.1b.1a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului
pompei de căldură care funcţionează cu R407C fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.1b.1a
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 5 5,42 416,32 0,044 1,78 1
1’ 10 5,42 420,88 0,045 1,80 -
2 64,7 18,81 452,48 - 1,80 -
3 43 18,81 260,62 - - -
4 5 5,42 260,62 - - -
În tabelul 5.1b.2 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu propan cu subrăcire avansată.
Tabelul 5.1b.2
- 43 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 5 5,39 415,9 1,78 0,044 1
1’ 10 5,39 420,42 1,803 0,045 -
1’’ 15 5,39 424,94 1,81 0,046 -
2 66,86 18,63 457,25 1,81 0,013 -
3 48 18,63 278,93 1,261 0,001 0
3’ 43 18,63 269,89 1,232 - -
3’’ 40,9 18,63 265,37 1,218 - -
4 5 5,39 265,37 1,23 0,011 0,286
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
În tabelul 5.1b.2a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului
pompei de căldură care funcţionează cu propan fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.1b.2a
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 5 5,552 481,86 0,084 1,765 1
1’ 10 5,552 490,92 0,086 1,797 -
2 54,87 16,33 543,33 - 1,797 -
3 43 16,33 217,16 - 0,782 -
4 5 5,552 217,16 - - -
Tabelul 5.1b.3 reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa de căldură folosită.
Tabelul5.1b.3
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 1,282 1,373
cop 6,207 5,79
[kw] 6,668 6,512
[kg/s] 0,023 0,042
Tabelul 5.1b.3a reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa de căldură folosită.
- 44 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 5 5,48 578,31 0,083 2,36 1
1’ 10 5,48 587,84 0,085 2,39 -
1’’ 15 5,48 597,38 0,088 2,427 -
2 62,16 16,47 651,98 0,0299 2,427 -
3 48 16,47 329,54 0,0022 1,42 0
3’ 43 16,47 313,50 0,0021 1,37 -
3’’ 39,73 16,47 303,96 0,00212 1,34 -
4 5 5,48 303,96 0,022 1,37 0,25
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Tabelul5.1b.3a
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 1,279 1,31
cop 5,64 5,3
[kw] 6,68 6,64
[kg/s] 0,024 0,041
Fig5.1b.1 Diagrama pentru R407C Fig5.1b.2 Diagrama pentru propan
5.2Calculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta
apă-apă
În tabelul 5.2.1a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.2.1a
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 2 5,079 478,43 0,091 1,76 1
1’ 7 5,079 487,35 0,093 1,79 -
2 55,21 16,33 544,12 - 1,79 -
3 43 16,33 217,16 - 1,784 -
4 2 5,079 217,16 - - -
- 45 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
În tabelul 5.2.1 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C cu subrăcire avansată.
Tabelul 5.2.1
În tabelul 5.1.2a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.2.2a
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 2 4,89 414,28 0,048 1,78 1
1’ 7 4,89 418,81 0,05 1,80 -
2 66,32 18,81 453,37 0,013 1,80 -
3 43 18,81 260,62 - - -
4 2 4,89 260,62 - - -
În tabelul 5.2.2 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu propan.
- 46 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 2 4,87 414,27 0,048 1,78 1
1’ 7 4,87 419,12 0,05 1,8 -
1’’ 12 4,87 423,43 0,051 1,82 -
2 70,42 18,63 458,47 0,013 1,82 -
3 48 18,63 279,26 0,0011 1,26 0
3’ 43 18,63 269,56 - 1,123 -
3’’ 41 18,63 265,25 0,0010 1,215 -
4 2 4,87 265,25 0,013 1,23 0,3
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Tabelul 5.2.2
Tabelul 5.2.3a reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa de căldură folosită fără subrăcire avansată.
Tabelul5.2.3a
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 1,382 1,427
cop 5,69 5,32
[kw] 6,578 6,53
[kg/s] 0,024 0,041
Tabelul 5.2.3 reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa de căldură folosită cu subrăcire avansată.
Tabelul5.2.3
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 1,38 1,476
cop 5,76 5,39
[kw] 6,389 6,484
- 47 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 2 5.009 574,84 0,09 2,36 1
1’ 7 5.009 585,24 0,093 2,4 -
1’’ 12 5.009 593,24 0,0961 2,43 -
2 62,53 16,47 652,85 0,030 2,43 -
3 48 16,47 329,54 0,002 1,427 0
3’ 43 16,47 313,07 0,0021 1,374 -
3’’ 39,7 16,47 304 0,0021 1,34 -
4 2 5.009 304 0,025 1,378 0,268
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
[kg/s] 0,023 0,042
Fig5.2.1Diagrama pentru propan Fig5.2.2 Diagrama pentru R407C
5.3Calculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta
aer-apă
În tabelul 5.3.1a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.3.1a
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 -32 1,24 393,29 0,179 1,83 1
1’ -27 1,24 397,81 0,184 1,84 -
2 79 18,81 468,32 - 1,84 -
3 43 18,81 260,62 - - -
4 -32 1,24 260,62 - - -
În tabelul 5.3.1 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C cu subrăcire avansată.
- 48 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Tabelul 5.3.1
În tabelul 5.3.2a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu propan fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.3.2a
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 -32 1,55 438,66 0,279 1,82 1
1’ -27 1,55 446,28 0,281 1,85 -
2 62,8 16,33 561,30 - 1,85 -
3 43 16,33 217,16 - 0,782 -
4 -32 1,55 217,16 - - -
În tabelul 5.3.2 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu propan cu subrăcire avansată.
Tabelul5.3.2
- 49 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 -32 1,26 393,93 0,177 1,83 1
1’ -27 1,26 397,81 0,181 1,87 -
1’’ -22 1,26 401,69 0,185 1,86 -
2 82 18,63 472,43 0,015 1,86 -
3 48 18,63 278,93 0,001 1,26 0
3’ 43 18,63 269,89 - 1,233 -
3’’ 41,4 18,63 266 0,001 1,22 -
4 -32 18,63 266 0,071 1,291 0,47
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Tabelul 5.3.3a reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa de căldură folosită fără subrăcire avansată.
Tabelul5.3.3a
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 2,66 2,7
cop 2,90 2,76
[kw] 5,3 5,258
[kg/s] 0,023 0,038
Tabelul 5.3.3 reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa de căldură folosită cu subrăcire avansată.
Tabelul5.3.3
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 2,634 2,78
Cop [-] 3,022 2,86
[kw] 5,326 5,18
[kg/s] 0,022 0,039
- 50 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 -32 1,51 536,7 0,283 2,42 1
1’ -27 1,51 544,5 0,29 2,45 -
1’’ -22 1,51 553,17 0,298 2,488 -
2 70,65 16,47 671,92 0,031 2,488 -
3 48 16,47 328,67 0,0022 1,425 0
3’ 43 16,47 313,07 0,00215 1,376 -
3’’ 39,8 16,47 304,4 0,0021 1,348 -
4 -32 1,51 304,4 0,123 1,455 0,436
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig5.3.1 Diagrama pentru R407C Fig5.3.2 Diagrama pentru propan
5.4Calculul sistemului de încălzire utilizând pompa de căldură în varianta cu
vaporizare directă în sol
În tabelul 5.4.1 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C cu subrăcire avansată.
Tabelul 5.4.1
În tabelul 5.4.1a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu R407C fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.4.1a
stare T P H V [m S X
- 51 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 5 5,39 415,9 0,044 1,78 1
1’ 10 5,39 420,42 0,045 1,802 -
1’’ 15 5,39 424,94 0,046 1,817 -
2 69,21 18,63 457,25 0,013 1,817 -
3 48 18,63 278,93 0,001 1,26 0
3’ 43 18,63 269,89 - 1,23 -
3’’ 40,9 18,63 265,37 0,001 1,218 -
4 5 5,39 265,37 0,011 1,236 0,287
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
[c] [bar] [kj/kg] [kj/kgK] [kg/kg]
1 5 5,42 416,32 0,044 1,78 1
1’ 10 5,42 420,88 0,045 1,80 -
2 64,7 18,81 452,48 - 1,80 -
3 43 18,81 260,62 - - -
4 5 5,42 260,62 - - -
În tabelul 5.4.2 sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu propan cu subrăcire avansată.
Tabelul 5.4.2
În tabelul 5.4.2a sunt prezentaţi parametrii principalelor stări caracteristice ale ciclului pompei
de căldură care funcţionează cu propan fără subrăcire avansată.
Tabelul 5.4.2a
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
- 52 -
stareT
[c]
P
[bar]
H
[kj/kg]V [m
S
[kj/kgK]
X
[kg/kg]
1 5 5,48 578,32 0,083 2,360 1
1’ 10 5,48 587,84 0,0857 2,39 -
1’’ 15 5,48 597,38 0,0881 2,427 -
2 62,16 16,47 651,98 0,0299 2,427 -
3 48 16,47 329,54 0,0022 1,42 0
3’ 43 16,47 313,07 0,0021 1,376 -
3’’ 39,42 16,47 303,53 0,0021 1,34 -
4 5 5,48 303,53 0,022 1,37 0,248
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
1 5 5,552 481,86 0,084 1,765 1
1’ 10 5,552 490,92 0,086 1,797 -
2 54,87 16,33 543,33 - 1,797 -
3 43 16,33 217,16 - 0,782 -
4 5 5,552 217,16 - - -
Tabelul 5.4.3 reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa de căldură folosită cu subrăcire avansată
Tabelul 5.4.3
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 1,282 1,373
Cop [-] 6,207 5,799
[kw] 6,678 6,587
[kg/s] 0,023 0,042
Tabelul 5.4.3a reprezintă rezultatele calculului sistemului de încălzire în funcţie de agentul şi
pompa de căldură folosită fără subrăcire avansat
Tabelul5.4.3a
Agentul folosit propan R407C
Pc [kw] 1,279 1,31
Cop [-] 5,64 5,3
[kw] 6,681 6,649
[kg/s] 0,024 0,041
- 53 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig5.4.1 Diagrama pentru propan Fig5.4.2 Diagrama pentru R407C
6.Analiza comparativa tehnico-economica si alegerea solutiei optime
Tabelul 6.1 reprezintă eficienţa frigorifică a pompelor de căldură studiate
Tabelul 6.1
Varianta de pompă de
căldură
Eficienţa în funcţie de agentul termic (cop)
propan R407C
Cu subrăcire
avansată
Fără
subrăcire
avansată
Cu subrăcire
avansată
Fără
subrăcire
avansată
Apă-apă 5,76 4,2 5,39 4,03
Aer-apă 3,022 2,9 2,86 2,76
Sol-apă cu colectori liniari 4,93 4,2 4,88 4,1
Sol-apă cu sonde 6,207 5,63 5,79 5,3
Vaporizare directă în sol 6,207 5,65 5,79 5,5
- 54 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.6.1 Eficienţa pompei în funcţie de tipul acesteia
Fig.6.2 Eficienţa pompei în funcţie de tipul acesteia
- 55 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Pompa aer-sol datorită eficienţei termice scăzute nu este recomandată deoarece duce la
preţuri de exploatare ridicate .Varianta sol-apă cu colectori orizontali necesită o suprafaţă mare
a colectorului în jur de 400 m² şi are şi o eficienţă termică mai scăzută ,varianta apă-apă are o
eficienţa mai scăzută faţă de variantele cu vaporizare directă în sol şi sol-apă cu sonde deci iasă
din calcul.
Varianta sol-apă cu sonde şi cu vaporizare directă în sol sunt cele mai recomandate
variante deoarece au o eficienţă ridicată .
În alegerea variantei de pompă de căldură care va fi folosită în încălzirea locuinţei pe lângă
factorul economic mai trebuie ţinut cont şi de o serie de factori de altă natură cum sunt:
dimensiunile grădinii locuinţei, existenţa unei pânze freatice cu un debit ridicat,
cunoaşterea compoziţiei solului, tipul solului, modul de dispunere a straturilor de
roci etc.
Am ales pompa de căldură cu vaporizare directă în sol ,prezentată în figura 6.3, pentru că
nu necesită un circuit secundar de agent ca şi varianta de pompă de căldură cu sonde care are
nevoie de antigel ca să preia căldura din sol, deci în acest caz avem nevoie de o pompă şi o reţea
de ţevi în plus faţa de pompa cu vaporizare directă în sol.
Fig.6.3 Pompa de căldură cu vaporizare directă
În tabelul 6.2 sunt prezentate datele tehnice ale pompei alese
- 56 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Tabelul 6.2
SuPRO Therma
7 DS
Capacitate termică la W10/W35 [kW] 7,98
Capacitate de răcire la W10/W35 [kW] 6,47
Puterea instalată la W10/W35 [kW] 1,51
Cifra de eficienţă W10/W35 5,30
Intesi curentului în timpul fucţionării la W10/W35 [A] 3,80
Nr. Regiştrii vaporizator direct [Stück] 4
Cantitate agent frigotehnic Propan R290 [kg] 2 bis 2,5
Intesitatea maximă[A] 8,3
Curentul la pornire (*1) [A] 36
Siguranţa la alimentare 20 träge
Tensiunea [V] 3 x 400
Frecvenţa [Hz] 50
Turaţia compresorului [s^-1] 2950
Debit volumic al compresorului la 2900s^-1 [m³/h] 8,10
Cantitate ulei în compresor [ltr] 1,00
Racord aspiraţie [mm] 19,20
Racord refulare [mm] 12,80
Înălţimea de construcţie a compresorului [mm] 412
Greutatea compresorului [kg] 28,50
Dimensiuni pompa de căldură L/l/Î [mm] 1060/620/ 1040
Greutate pompa de căldură [kg]
Dimensiuni panou de comandă L/l/Î [mm] 560/160/530
7.Calculul de dimensionare şi alegere a aparatelor componente
- 57 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Una dintre cele mai importante activităţi în proiectarea instalaţiilor de
încălzire este reprezentată de calculul sau alegerea componentelor instalaţiei. Importanţa
acestei etape provine din faptul că aparatele proiectate sau alese pentru a face parte din
instalaţie sunt cele care trebuie să asigure în timpul funcţionării acesteia, temperatura
interioară şi temperatura apei calde menajere solicitate de beneficiar.
Elementele de alegere sau proiectare a componentelor instalaţiilor de încălzire
provin din calculul termic al instalaţiei, de unde rezultă următoarele:
- Schimburile energetice:
- Sarcini termice ale schimbătoarelor de căldură;
- Puterile de comprimare;
- Debitele masice şi volumice de agent frigorific şi agenţi secundari (aer, apă,
agenţi intermediari, etc.);
- Regimul termic al schimbătoarelor de căldură (temperaturile de intrare şi ieşire în
şi din schimbătoarele de căldură);
- Presiunile de lucru ale agentului frigorific şi ale agenţilor secundari;
- Valorile parametrilor termodinamici în stările caracteristice ale ciclului de
lucru, care reprezintă stări de intrate sau ieşire în şi din aparatele instalaţiei.
Alegerea corectă a aparatelor componente are o mare importanţă asupra
funcţionării instalaţiei. O alegere supradimensionată sau subdimensionată a aparatelor
componente ar duce la scăderea eficienţei instalaţiei şi la creşterea cheltuielilor pentru
exploatare.
7.1 Alegerea vaporizatorului şi a condensatorului
Schimbătoarele de căldură clasice tip multitubulare necesită o suprafaţă mare de
schimb de căldură ceea ce ar duce la gabarite mari ale pompelor de căldură. Pentru a scăpa
de acest dezavantaj, condensatorul este de tipul schimbătorului cu plăci brazate.
Schimbătoarele de căldură cu plăci brazate sunt realizate din oţel inoxidabil asamblate
prin lipire cu ajutorul unui aliaj pe bază de cupru în cuptoare sub vid după cum se poate vedea şi
din figura 7.1.1
- 58 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Figura 7.1.1 Realizarea schimbătoarelor cu plăci brazate
- 59 -
Figura 7.1.2 . Realizarea schimbătoarelor cu
plăci brazate
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Condensatorul este un schimbător de căldură cu plăci brazate tip Sl-IT10-15-TLA-
LIQUID.
Vaporizatorul este îngropat în pământ si este făcut din ţevi de cupru acoperite cu un
anticoroziv. Adâncimea de îngropare a vaporizatorului este aproximativ 1,3 metri distanţa de
aşezare dintre spire fiind de 60-80 de cm.
Calculul de dimensionare al vaporizatorului:
2 kw corespund la 75 de metri de ţeavă de 12 (date luate din documentaţia firmei Oeko-
Therm)
m (7.1)
Fig7.1.3 Ţeava de cupru cu izolaţie anticorozivă
În figurile 7.1.4,7.1.5,7.1.6 este prezentat modul de aranjare al ţevilor vaporizatorului.
- 60 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.1.4modul de aranjar al tevilor vaporizatorului
Fig7.1.5Dispunerea ţevilor unui vaporizator
- 61 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.1.6Acoperirea ţevilor
7.2Încalzirea în pardoseala
În alegerea sistemului de încălzire prin pardoseală există astăzi păreri diferite.
Datorită numeroaselor probleme generate de colmaterea cauzată de difuzia oxigenului. În anii
’80 în Germania au fost realizate numeroase sisteme de încălzire, care utilizează surse
clasice de căldură (cazane) şi folosesc ţeava ce nu permite difuzia oxigenului.
Problemele apăreau însă în acele instalaţii de încălzire unde era prelucrat oţelul. Aici
producea oxigenului coroziune şi conducea la apariţia depunerilor sub formă de nămol.
Dacă instalaţia nu conţine elemente ce pot fi corodate, nu se formează nici depunerile sub
formă de nămol. În unele ţări europene se utilizează de asemenea ţevi care permit
difuzia oxigenului, dar materialele sunt rezistente la coroziune şi cazanul este protejat prin
intercalarea unui schimbător de căldură. Această experienţă tehnică a condus şi în
Germania la utilizarea ţevilor din polipropilenă, care chiar dacă sunt mai scumpe, prezintă
o foarte bună rezistenţă la difuzia oxigenului şi compensează astfel cheltuielile
suplimentare pentru instalaţia de încălzire cu pompa de căldură.O schemă a încălzirii prin
pardoseală este prezentată în figura 7.2.1
- 62 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.2.1 Modul de aşezare al ţevilor pentru încălzirea în pardoseală
Sistemele de încălzire prin pardoseală lucrează cu temperaturi superficiale scăzute chiar şi
la sarcini termice mici.
7.3Calculul de alegere al compresorului
În alegerea compresorului, la fel ca şi în cazul alegerii vaporizatoarelor şi
condensatoarelor un criteriu important l-a reprezentat dimensiunile de gabarit. Din această cauză
nu s-a optat pentru un compresor cu piston ci la unul cu spirale.
- 63 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.3.1 Compresor cu spirală
Modul de funcţionare al acestor tipuri de compresoare este ilustrat în figura 7.3.2
Figura 7.3.2 Principiul de funcţionare al compresorului cu spirală
Fazele funcţionării:
-aspiraţia 1: în timpul deplasării spiralei inferioare se formează două zone prin care sunt
aspiraţi vaporii de agent frigorific până în momentul în care cele două zone se închid
-comprimarea 2 şi 3 : mişcarea spiralei antrenează vaporii spre zona centrală, iar
volumul ocupat de vapori se reduce treptat ceea ce produce comprimarea acestora.
-refularea 4 : vaporii comprimaţi sunt evacuaţi prin orificiul din zona centrală.
- 64 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Se observă că în timpul funcţionării cele trei faze se desfăşoară simultan,
simetric şi continuu, ceea ce reprezintă o caracteristică a acestui tip de compresor, care va
fi supus unei variaţii de cuplu mai redusă decât în cazul compresorului cu piston. Compresorul
nu necesită supape, fiind suficientă o simplă clapetă unisens, care împiedică reîntoarcerea
vaporilor refulaţi. Raportul de comprimare este fix iar coeficientul de debit este foarte bun
pentru că nu există spaţiu mort.
Alegerea compresorului se face în funcţie de debitul de agent frigorific aspirat.
Calculul acestui debit se face cu relaţiile următoare:
(7.3.1)
(7.3.2)
(7.3.3)
(7.3.4)
(7.3.5)
(7.3.6)
(7.3.7)
În tabelul 7.3.1 sunt prezentate valorile debitelor volumice si a coeficientului de debit ,în
funcţie de acestea am ales în continuare compresorul pentru pompa de căldură.
Tabelul7.3.1
[m3/s] [m3/h] [-]
0,0051 18,62 0,65
- 65 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Notatiile utilizate reprezinta :
m0 –spaţiu mort relativ
- coeficient de debit
np- indicele transformării politropice
pk - cresterea presiunii înaintea începerii procesului de refulare
p0 - scăderea presiunii înaintea începerii procesului de aspiraţie
-debitul volumic efectiv
-debitul volumic teoretic
-debitul volumic teoretic orar
Fig7.3.3 Diagrama de alegere a compresorului
De la firma germană Bitzer, pe baza diagramei 7.3.3 se alege un compresor ES622 cu
un debit de 20 m³/h.
7.4Alegerea schimbătorului intern de căldură
Schimbătorul intern de căldură are rolul de a permite încălzirea vaporilor de agent
frigorific aspiraţi de compresor pe baza răcirii lichidului, mărindu-se astfel eficienţa
- 66 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
pompei de căldură. Schimbătorul intern de căldură este un schimbător tip tub în tub.
Astfel de schimbătoare sunt prezentate în figura 7.4.1.
Fig.7.4.1Schimbatoare interne de căldură
Alegerea schimbătorului regenerativ de căldură se face pe baza produsului relaţiei 7.4.3.
(7.4.1)
(7.4.2)
(7.4.3)
Tabelul 7.4.1
- 67 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
[w/c] [ c] [kw]
7,62 28,704 0,219
Pe baza acestui produs de la firma daneză Danfoss se alege din tabelul 7.4.2
schimbătorul regenerativ HE 4.0 .
Tabelul7.4.2
Desenul de execuţie al acestui schimbător regenerativ este prezentat în figura 7.4.2.
Figura 7.4.2 Desenul de execuţie al schimbătorului regenerativ
7.5Alegere ventilului de laminare termostatic
- 68 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Ventilele de laminare termostatice sunt echipamente sunt elemente specifice
instalaţiilor frigorifice destinate reglării automate a gradului de supraîncălzire a
vaporilor care părăsesc vaporizatorul. Alegerea ventilului de laminare termostatic se
face în funcţie de o serie de parametri cum sunt: tipul agentului frigorific, presiunea de
lucru, sarcina termică a vaporizatorului, temperatura de evaporare şi valoarea punctului
MOP. Ventilele de laminare tip MOP protejează instalaţia împotriva creşterii presiunii de
aspiraţie.
Din catalogul firmei daneze Danfoss prezentat în tabelul 7.5.1se alege pentru propan
un ventil de laminare termostatic tip TX/TEX2-1.5 care poate fi folosit pentru o sarcină
termică a vaporizatorului de până la 10 KW.
Pentru o reglare cât mai exactă a gradului de supraîncălzire bulbul ventilului de
laminare termostatic trebuie montat pe conducta de ieşire din vaporizator analog intervalul
dintre orele 1 şi 4 pe cadranul unui ceas.
Tabelul 7.5.1 Catalog pentru ventile de laminare termostatice
- 69 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig7.5.1 Ventile de laminare termostatice TEX2
Fig7.5.2 Desenul de execuţie al ventilelor de laminare
- 70 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
7.6Alegerea pompei de recirculare a agentului termic
Alegerea pompelor se face în funcţie de debitul volumic de lichid vehiculat de pompă
şi de înălţimea de pompare.
Debitul de agent termic vehiculat se face cu ajutorul relaţiei 7.6.2
Calculul debitului volumic de agent termic secundar (apa)
(7.6.1)
(7.6.2)
unde:
-debitul de agent secundar
cp - căldura specifică a agentului secundar
-puterea condensatorului
-căderea de temperatura pe condensator
D-debitul orar de agent secundar
-densitatea agentului secundar
Tabelul7.6.1
[kg/s] D [m3/h]
0.91 0.686
De la firma Grundfos am ales pompa UPS 40-50FB 250
Caracteristica Pompei este prezentată în figura 7.6.2 iar în figura 7.6.1 este prezentat
desenul de execuţie al acestei pompe.
- 71 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.6.1 Pompa de recirculare
Fig.7.6.2 Caracteristica pompei de recirculare
7.7Alegerea boilerului pentru prepararea apei calde menajere
- 72 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Alegerea boilerului pentru apă caldă menajeră s-a făcut în funcţie de numărul de
persoane care lucrează în imobilul cu birouri şi în funcţie de necesarul de apă caldă menajeră
calculat la capitolul 2.
Firma Viessmann recomandă ca în cazul în care prepararea apei calde cu ajutorul pompelor de
căldură nu se face instantaneu ci cu un rezervor de acumulare să se folosească un boiler
Vitocell L-300.. Câteva din caracteristicile acestui tip de boiler sunt :capacitatea de 350 litri,
izolaţie de mare eficienţa care reduc simţitor pierderile de căldură, încălzirea întregului volum de
apă prin serpentina boilerului care ajunge până la baza acestuia, prepararea rapidă a apei calde
menajere, este realizat din oţel inoxidabil, prezintă doi anozi din magneziu împotriva coroziunii
şi o rezistenţă electrică.
Prezentarea acestui boiler s-a făcut în figura7.7.1 În figura 7.7.2 este prezentat desenul de
execuţie
Fig.7.7.1 Boiler Vitocell L300
- 73 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.7.2 Desenul de execuţie al boilerului
7.8Alegerea pompelor de recirculare a apei calde menajere
Firma Viessmann, firma producătoare a boilerului recomandă să se utilizeze ca
pompă de recirculare o pompă Grundfos UP25-40.
Caracteristicile acestei pompe sunt redate în figura 7.8.1
Fig.7.8.1 Caracteristica pompei
7.9Alegerea electroventilelor
- 74 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Electroventilele sunt aparate de automatizare care închid sau deschid un circuit atunci când
primesc o comandă de la un termostat sau presostat. În figura 7.9.1 sunt prezentate
electroventilele produse de firma Danfoss.
Fig.7.9.1 Electroventile
Alegerea acestor electroventile se face în funcţie de debitul de agent vehiculat.
Din catalogul firmei Danfos prezentat în figura 7.9.2 pentru încălzire pe baza relaţiei 7.6.2 se
alege câte un electroventil MEV 80-2 atât pentru circuitul de încălzire a apei calde menajere
cât şi pentru circuitul de încălzire al imobilului.
- 75 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.9.2 Catalog de electroventile Danfoss
Desenul de execuţie al acestui electroventil este prezentat în figura 7.9.3
Fig.7.9.3 Desenul de execuţie al electroventilului
7.10Alegerea termostatelor
- 76 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Termostatele închid sau deschid circuite electrice de comandă, în funcţie de
valoarea temperaturii reglate, care este detectată prin intermediul unul bulb, sau un element
termosensibil conectat la un burduf elastic. Principiul de funcţionare al termostatelor este
prezentat în figura 7.10.1.
Fig.7.10.1 Principiul de funcţionare al unui termostat
Traductorul de temperatură este reprezentat de bulbul 29, legat prin tubul
capilar 28 de burduful elastic 23. În bulb se găseşte agent frigorific lichid în echilibru cu
vapori, iar presiunea din bulb este proporţională cu temperatura. Astfel, variaţia
temperaturii controlate de termostat este transformată în variaţia unei presiuni, care
acţionează asupra burdufului elastic. Mecanismul termostatului cuprinde tija principală
15, care este acţionată de burduful elastic şi de resortul principal 12. Tensiunea
resortului poate fi reglată cu ajutorul şurubului de reglaj 44, acţionat prin intermediul
butonului 5. Sub acţiunea diferenţei de forţă datorate presiunii din bulb şi cea datorată
resortului principal, tija termostatului se poate deplasa, modificând poziţia contactelor 16.
Alegerea termostatelor se realizează ţinând seama de tipul aplicaţiei în care vor fi
utilizate,deci de funcţiile pe care trebuie să le îndeplinească. În figura 7,.22 sunt
prezentate domeniile de utilizare a termostatelor tip KP de la firma Danfoss
- 77 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.10.2 Domeniile de funcţionare ale termostatelor
Din figura 7.10.2 se alege pentru reglarea temperaturii interioare un termostat KP 69 iar
pentru reglarea temperaturii apei calde menajere din boiler un termostat KP 79.
7.11Alegerea presostatelor
Presostatele închid sau deschid circuite electrice de comandă, în funcţie de valoarea
presiunii reglate, care este detectată prin intermediul unui burduf elastic. Principiul de
- 78 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
funcţionare a unui presostat este prezentat în figura 7.11.1.
Fig.7.11.1 Principiu de funcţionare al unui presostat
Presiunea care trebuie reglată, acţionează prin intermediul racordului 27 şi al
burdufului elastic 23, asupra tijei principale 15. Valoarea de referinţă a presiunii controlate,
este materializată cu ajutorul resortului principal 12, care acţionează asupra tijei 15, în
sens opus. Valoarea presiunii de referinţă, la care presostatul acţionează este reglată cu
ajutorul şurubului de reglaj 44.
Presostatele pot fi utilizate atât pentru reglarea presiunii joase (de vaporizare) cât şi
pentru reglarea presiunii de condensare, corespunzător presostatele fiind numite presostate de
joasă presiune sau de înaltă presiune.
Selecţia presostatelor din cataloagele firmelor producătoare se realizează în funcţie
de nivelul presiunii pe care trebuie să o controleze. În figura 7.11.2 sunt prezentate
domeniile de utilizare a presostatelor KP ale firmei Danfoss.
- 79 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.7.11.2 Domenii de funcţionare ale presostatelor
Din tabelul din figura 7.11.2 pentru reglarea presiunii de vaporizare s-a ales de la firma
daneză Danfoss un presostat KP2 iar pentru reglarea presiunii de condensare un presostat KP
5A.
8.Schema de automatizare
- 80 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.8.1 Schema de automatizare a instalaţiei
Problema principală a automatizării instalaţiilor de încălzire este menţinerea temperaturii
mediului încălzit la valoarea prescrisă, în condiţii acceptabile, din punct de vedere economic
şi tehnologic, de funcţionare a instalaţiei de încălzire.
Instalaţiile de încălzire consumă energie, pentru producerea efectului util. Eficienţa
sistemelor de încălzire depinde de cantitatea de energie consumată în vederea realizării
efectului util. Aceasta la rândul ei depinde de condiţiile în care se desfăşoară procesele
din această instalaţie dar şi de cantitatea şi calitatea informaţiilor despre sistem, precum şi de
modul în care informaţiile sunt preluate şi folosite.
Una din problemele fundamentale ale încălzirii este reducerea consumurilor energetice, iar
acest obiectiv se poate atinge numai în condiţiile în care funcţionarea instalaţiei şi a
componentelor acesteia este automatizată.
Menţinerea temperaturii constante la valoarea prescrisă a mediului încălzit trebuie
realizată indiferent de variaţia temperaturii externe Unul din cei mai importanţi factori
externi, care schimbă condiţiile interne de funcţionare a instalaţiei este necesarul de căldură.
Instalaţiile de încălzire se proiectează să poată asigura necesarul de căldură nominal, în cele mai
grele condiţii externe de funcţionare, previzibile pentru acea instalaţie.
Regimul staţionar nominal de funcţionare a instalaţiei este caracterizat de egalitatea
dintre puterea termică a instalaţiei şi necesarul total de căldură.
- 81 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Atâta timp cât instalaţia funcţionează în regimul nominal, nu este necesar nici un
sistem de reglare şi automatizare a acesteia.
În timpul funcţionării instalaţiei aceasta va funcţiona însă extrem de rar în condiţiile
nominale, prevăzute la funcţionare.Astfel pot fi menţionate cel puţin două tipuri de elementa
care determină funcţionarea în condiţii diferite de cele nominale:
-Necesarul de căldură pe care trebuie să îl asigure instalaţia este variabil în timp
-Condiţiile externe de lucru sunt caracterizate de fluctuaţii mari atât diurne cât mai ales
sezoniere, iar modificarea condiţiilor externe determină modificarea condiţiilor interne
de funcţionare a instalaţiei.
Se poate spune că în general reglarea temperaturii mediului încălzit se realizează prin
reglarea diferitelor componente ale instalaţiei astfel încât puterea termică a instalaţiei să fie
în permanenţă egală cu necesarul de căldura.
8.1 Reglarea temperaturii interioare
- 82 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Menţinerea temperaturii interioare la valoarea de 21 ºC se realizează prin intermediul
unui termostat ,şi un electroventil montat pe circuitul de încălzire în pardoseală iar termostatul în
una din încăperi .
Termostatul sesizează modificarea temperaturii din cameră şi acţionează asupra unui
electroventil montat pe circuitul de încălzire prin pardoseală închizându-l sau deschizându-l
în funcţie de modul de variaţie al temperaturii interioare. Dacă temperatura interioară
creşte termostatul închide ventilul electromagmetic iar dacă temperatura scade termostatul
deschide ventilul elecromagnetic permiţând astfel vehicularea unui debit mai mare de
agent termic secundar prin instalaţia de încălzire prin pardoseală. Reglarea temperaturii
interioare este prezentată în figura 8.1.1.
Fig.8.1.1 Reglarea temperaturii interioare
Electroventilele pot să realizeze o reglare continuă a debitului de agent termic secundar
pentru că în funcţie de temperatura din cameră detectată de traductorul de
temperatură, regulatorul comandă coborârea sau urcarea organului de închidere a
robinetului, ceea ce determină scăderea sau creşterea secţiunii de curgere în funcţie de
necesităţi.
8.2.Reglarea temperaturii apei calde menajere
Reglarea temperaturii apei calde menajere se realizează prin intermediul unui termostat
montat pe boiler fig.8.2,1.- 83 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.8.2.1.Reglarea temperaturii apei calde menajere
Termostatul este reglat să asigure o temperatură a apei din boiler de 45ºC.
Când temperatura apei calde menajere începe să scadă, termostatul acţionează
asupra pompei (figura 8.2.1) montată pe circuitul de agent termic secundar deschizând-o şi
porneşte alimentarea cu energie electrică a rezistenţei . Când temperatura apei din boiler
atinge temperatura de 45ºC, termostatul închide electroventilul şi opreşte alimentarea cu
energie a pompei de recirculare a apei din boiler, acesta urmând a fi deschis când
temperatura apei calde menajere începe să scadă.
8.3 Reglarea supraîncălzirii vaporilor de agent termic primar (propan)
Reglarea supraîncălzirii vaporilor se face cu ajutorul ventilului de laminare termostatic
prezentat în figura 8.3.1
- 84 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.8.3.1 Reglarea supraîncălzirii vaporilor
Dacă diferenţa dintre temperatura de vaporizare, măsurată la intrarea în vaporizator şi
temperatura vaporilor la ieşirea din vaporizator, scade atunci presiunea din bulbul
montat pe ieşirea din vaporizator scade şi reduce secţiunea de curgere prin ventil.
Dacă diferenţa dintre cele două temperaturi, care măsoară gradul de supraîncălzire
devine prea mare, corespunzător unui necesar de frig mai mare decât puterea frigorifică
a vaporizatorului, atunci ventilul termostatic determină creşterea secţiunii de curgere prin
ventilul de laminare. Corespunzător va creşte debitul masic de lichid care alimentează
vaporizatorul, iar acest debit măreşte puterea frigorifică a vaporizatorului, şi se supraîncălzeşte
mai greu. Când diferenţa dintre temperatura de vaporizare şi temperatura vaporilor la
ieşirea din vaporizator, este prea mare ventilul electromagnetic opreşte alimentarea cu agent a
vaporizatorului.
8.4 Reglarea sarcinii termice a compresorului
Reglarea sarcinii termice a compresorului reprezintă soluţia la problema fundamentală a
automatizării instalaţiei de încălzire, şi anume realizarea unei permanente corelaţii
intre necesarul de căldură şi puterea termică a instalaţiei, în condiţii acceptabile din punct de
vedere tehnic, economic, tehnologic şi energetic.
- 85 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Sarcina frigorifică a compresorului depinde direct proporţional de turaţia arborelui
acestuia. Modificarea turaţiei compresorului se poate realiza prin utilizarea unui motor
de antrenare a compresorului asincron cu mai multe trepte de turaţie.
Dacă se doreşte o reglare mai precisă a turaţiei, se pot utiliza un redresor cuplat cu un
motor de curent continuu sau un convertizor de frecvenţă cuplat cu un motor de
curent alternativ. Când necesarul de căldură scade, temperatura de condensare creşte
deoarece agentul termic secundar nu mai poate să preia căldura degajată în urma
condensării. Crescând temperatura de condensare creşte şi presiunea de condensare , creştere
de presiune sesizată de presostatul montat pe conducta de refulare (figura7.4). Presostatul
comandă un convertizor de frecvenţă care determină scăderea turaţiei arborelui
compresorului. Când presiunea de condensare scade, acelaşi presostat acţionează asupra
convertizorului de frecvenţă determinând creşterea turaţiei arborelui.
O altă metodă de reglare a puterii compresorului este prezentată în continuare.
Ea constă în realizarea unui circuit de scurtcircuitare (by pass) între conducta de refulare
şi de aspiraţie a compresorului ca în figura 8.4.1.
Fig.8.4.1 Reglarea sarcinii termice a compresorului
Între conducta de refulare 2 şi cea de aspiraţie 8 a compresorului 1 se montrează ventilul
de reglare 4 acţionat de regulatorul de presiune de aspiraţie 5. Acest sistem de reglare a
puterii frigorifice este prevăzut şi cu un regulator al temperaturii de refulare 3 care
acţionează asupra ventilului de injecţie 6, ce realizează o legătură între conducta de
lichid 7 şi conducta de aspiraţie. Când necesarul de căldură scade, presostatul 5
sesizează creşterea presiunii de condensare şi deschide treptat ventilul de by-pass 4.
Astfel o parte din vaporii refulaţi de compresor se vor întoarce în conducta de aspiraţie
ceea ce determină o scădere a presiunii de condensare. Datorită faptului că pe timp de vară - 86 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
necesarul de căldură este redus deoarece se prepară doar apă caldă menajeră utilizarea
acestei metode de reglare a puterii compresorului nu este rentabilă deoarece duce la
cheltuieli de exploatare ridicate.
O altă metodă de reglare a puterii instalaţiei este utilizarea a două compresoare legate
în paralel. În anotimpul rece funcţionează ambele compresoare iar în anotimpul cald se
sistează funcţionarea unui compresor. Nici această soluţie nu este rentabilă din punct de
vedere economic deoarece preţul de achiziţie al celui de-al doilea compresor este ridicat.
Fig.8..4.2 reprezintă automatizarea pentru oprirea si pornirea compresorului cu un presostat de
joasa presiune ,oprirea si pornirea compresorului corespunzând cu oprirea si pornirea
pompei de căldură.
Fig.8.4.2 Oprirea şi pornirea compresorului
8.5 Pornirea si oprirea pompelor de căldură
Când una din temperaturile reglate a scăzut (s-a deschis electroventilul de pe circuitul
de agent termic secundar) termostatul comandă deschiderea electroventilului de pe intrarea în
vaporizatorul pompei de căldură. Deschizându-se electroventilul, agentul frigorific intră în
vaporizator şi vaporizează, în urma vaporizării presiunea de pe aspiraţia compresorului
- 87 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
creşte. Creşterea presiunii de vaporizare este sesizată de presostatul de pe conducta de aspiraţie
care determină pornirea compresorului.
Când necesarul de căldură pentru instalaţie este zero (temperaturile din camere şi din
boiler au atins valorile prestabilite) şi compresorul funcţionează la turaţia
minimă termostatele determină închiderea electroventilului de pe intrarea vaporizatorului
pompei de căldură. Compresorul aspiră în continuare vapori creând o depresiune în
vaporizator . Scăderea presiunii este sesizată de presostatul de joasă presiune care opreşte
instalaţia. Oprirea directă a compresorului la atingerea valorilor de temperatură
prescrise pune mari probleme la pornire, când compresorul aspiră şi lichidul care nu a
apucat să vaporizeze producând aşa numitele lovituri hidraulice.
Fig.8.5 Schema de functionare a instalaţiei
9.Tema tehnologică
La tema tehnologică s-a ales tehnologia de fabricaţie a piesei de legătură a
racordurilor schimbătoarelor de căldură cu plăci. Pentru fabricarea acestor piese se foloseşte
ţeavă de cupru de 20x10 mm.
Itinerarul tehnologic de execuţie al acestei piese este prezentat in Plansa nr.1.
- 88 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
10. Tema economică
Am luat în calcul cinci tipuri de pompe de căldură si o centrală pe gaz, calculele sau făcut pentru
un necesar de 7,16 Kw cu următoarea formulă:
(10.1)
unde:
c- preţul de cost estimativ
Pc- puterea compresorului
- 89 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
P- pretul unui kw de energie electrică sau gaz metan în cazul centralei pe gaz
Tabelul 10.1
Sursa de energie folosită Preţul de cost
Gaz metan 0,40 [$/m3]
Curent electric 0.16 [$/kw]
Rezultatele obţinute sunt prezentate în tabelul 10.2
Costuri estimative de exploatare exprimate în [$]
Interv
alele
de
calcul
Pompe de căldură
Centrală
pe gaz
Vaporiz
are
directă
Apă-
apă
Aer-
apă
Sol-apa
cu
captatori
plani
Sol-apă
cu sonde
Pe zi 2,461 2,65 5,057 3,099 2,46 3,362
Pe
lună73,84 79,488 151,71 92,966 73,84 100,863
- 90 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.10.1 Diagrama estimativă a costurilor de exploatare
11.Prezentarea instalaţiei
- 91 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.1 Vedere laterală
Fig.11.2Vedere frontală
- 92 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.3 Vedere laterală
Fig.11.4 vedere de sus
- 93 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.5 Pompa de căldură
Fig11.6 Compresorul pompei de căldură
- 94 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.7 Condensatorul pompei de căldură
Fig.11.8 Schimbătorul intern regenerativ de căldură
- 95 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.9 Ventilul de laminare termostatic
Fig.11.10Vaporizatorul pompei de căldură
- 96 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.11Prezentare instalaţie de încălzire şi apă caldă menajeră
Fig.11.12 Instalaţia de încălzire a apei calde
- 97 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.13 Boiler
Fig.11.14 Serpentină si rezistenţa electrică din boiler
- 98 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.15 Pompa de recirculare a apei calde menajere
Fig.11.16 Instalaţia de apă caldă
- 99 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.17 Sistemul de încălzire al imobilului
Fig.11.18 Vas de expansiune
- 100 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig. 11.19 Pompa de recirculare a agentului termic secundar
Fig. 11.20 Distribuitorul de agent termic
- 101 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.21 Aerisitorul instalaţiei de încălzire
Fig.11.22 Instalaţia de încălzire în pardoseală
- 102 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Fig.11.23 Amplasarea instalaţiei de reîmprospătare a aerului viciat
Fig.11.24 Instalaţia de reîmprospătare a aerului viciat
- 103 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
12. Norme specifice de securitate a muncii pentru lucrări
de instalaţii de încălzire
Pentru executarea lucrărilor efectuate în vederea realizării instalaţiei termice aferente
locuinţei unifamiliale considerate este necesară respectarea Instructiunilor proprii de
securitate si sanatate in munca pentru lucrări de instalaţii de încălzire, care sunt obligatorii
pentru toate activităţile cu acest profil. Acestea sunt prevăzute de Legea nr. 319/2006 şi
de H.G.1425/2006.
Reglementarea măsurilor de securitate a muncii în cadrul normelor specifice de
securitate a muncii, vizând global desfăşurarea uneia sau mai multor activităţi în condiţii de
securitate, se realizează prin tratarea tuturor aspectelor de securitate a muncii la nivelul
fiecărui element al sistemului.
Prevederile sistemului naţional de reglementări normative pentru realizarea securităţii
muncii constituie alături de celelalte reglementări juridice referitoare la sănătatea
şi securitatea în muncă, baza pentru activitatea de concepţie şi proiectare a echipamentelor
de muncă şi tehnologiilor, autorizarea funcţionării unităţilor, instruirea salariaţiilor cu privire
la securitateamuncii,cercetarea accidentelor de munca si stabilirea cauzelor şi
responsabilităţilor, controlul şi autocontrolul de protecţie a muncii precum şi fundamentarea
programului de protecţie a muncii..
Lucrarile ce trebuie executate vor fi facute numai de personal calificat cu instructajul de
securitate si sanatate in munca la zi.
Lucrarile nu vor incepe decat dupa obtinerea tuturor avizelor si acordurile stabilite prin
certificatul de urbanism.
Dupa executia lucrarii se face spalarea instalatiei, proba de etanseitate la 5 bari, proba de
dilatare contractare si proba de functionare a instalatiei.
Masuri de protectie si paza contra incendiilor
Se vor respecta in totalitate prevederile normativelor, reglementarilor in vigoare
referitoare la protectia la foc a constructiilor si instalatiilor aferente;
Normativ de siguranta la foc a constructiilor P118/99;
L307 /2006 privind prevenirea si stingerea incendiilor ;
O 163/2007-Norme generale psi ;
Normativ PSI pe durata executarii executiei lucrarilor de constructii si instalatii aferente
acestora – C 300/94.
- 104 -
Instalatia de incalzire si de preparare a apei calde menajere cu ajutorul unei pompe de caldura pentru un imobil
Bibliografie
[1] Radcenco V. Instalaţii de pompe de căldură Edit Tehnică Bucureşti 1985
[2] Popa B. Termotehnică,maşini şi instalaţii termice Edit Didactică şi pedagogică
Bucureşti 1971
[3] Bălan M, Pleşa A. Instalaţii frigorifice Construcţie, funcţionare şi calcul. Cluj Napoca 2002.
[5] Gavriliuc R. Pompe de căldură de la teorie la practică Edit Matrix Buc. 1999
[6] www.danfoss.com
[7] www.vissman.de
[8] www.vissman.com
[9] www.oekoterm.com
[10] www.ochsner.ro
[11] www.pompedecaldura2005.ro
- 105 -