ghid mdrt res in cladiri vol 1

GHID PRIVIND UTILIZAREA SURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE LA CLADIRILE NOI SI EXISTENTE

1

GHID PRIVIND UTILIZAREA SURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE LA

CLADIRILE NOI SI EXISTENTE

Contract nr. 459/21.04.2010 Beneficiar: Ministerul Dezvoltarii regionale si Turismului Executant: Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti


2

CUPRINS Pag.

Capitolul 1. Analiza termodinamica a pompelor de caldura 5 1.1. Principiul de funcionare al pompelor de cldur 5 1.2. Ageni termici de lucru utilizai in pompele de cldur 8 1.3. Clasificarea pompelor de cldur 12 1.4. Cicluri de funcionare ale pompelor de cldur 14 1.5. Utilizarea pompelor de cldur la climatizarea spaiilor 19 1.6. Construcia pompelor de cldur 28

Capitolul 2. Notiuni esentiale pentru implementarea in Romania 31 a Directivelor Europene referitoare la cladiri

2.1.Directiva 2009/28/CE: 23 aprilie 2009 privind promovarea utilizarii energiei din 31 surse regenerabile;

2.1.1. Definitii 31 2.1.2. Obiective nationale globale obligatorii si masuri privind utilizarea energiei din 32

surse regenerabile 2.1.3. Planuri nationale de actiune in domeniul energiei regenerabile 32 2.1.4. Calculul ponderii energiei din surse regenerabile 34 2.1.5. Contabilizarea energiei obtinute din surse regenerabile cu ajutorul pompelor 34

de caldura 2.1.6. Proceduri administrative, reglementari si coduri 34 2.1.7. Informare si formare 35

2.2.Directiva 2010/31/CE: 18 iunie 2010 privind performanta energetica a cladirilor 35 2.2.1. Definitii 35 2.2.2. Studiul de fezabilitate 35 2.2.3. Cladiri al caror consum de energie este aroape egal cu zero 38 (NZEB Nearly Zero Energy Buildings)

Capitolul 3. Studiul de fezabilitate privind implementarea in cladiri a pompelor de caldura 39 3.1. Relatia Cladire Mediu exterior 42 3.2. Relatia Cladire Sistem tehnic interior 53

3.2.1. Cererea de caldura a cladirii 53 3.2.2. Alegerea pompelor de caldura 58 3.2.3. Cererea de frig a cladirii 70 3.2.4. Echiparea HVAC interioara a cladirii 71 3.2.4.1. Instalarea pompelor de caldura Apa-Apa 71 3.2.4.2. Instalarea pompelor de caldura Apa-Aer 75

3.3. Relatia intre Sistemul tehnic interior al cladirii si Sistemul sau tehnic exterior 82 3.3.1. Circuitul geotermal deschis bazat pe panzele freatice ale pamantului 82 3.3.2. Circuitul geotermal inchis realizat orizontal 86 3.3.3. Circuitul geotermal inchis realizat vertical 87 3.4. Productia de energie regenerabila pe locatie 95 3.4.1. Stadiul European 95 3.4.2. Stabilirea Valorilor Qutilizabil factor pentru Romania 98 3.5. Fezabilitatea tehnica, economica si de mediu 102


3

3.6. Concluzii referitoare la studiul de fezabilitate 105

Capitolul 4. Solutii pentru utilizarea energiei solare 106 4.1. Instalatii solare termice 106 4.1.1. Noiuni fundamentale privind energia solar radiant 106 4.1.2.Componentele sistemelor solare termice 114 4.1.3.Clasificarea sistemelor solar-termice 121 4.1.4. Instalatii solare pentru preparare de apa calda menajera 124 4.1.4.1. Instalatii solare de mici dimensiuni care funcioneaz 125 pe principiul de termosifon (gravitaional) 4.1.4.2. Instalatii solare cu circulatie fortata 126 4.1.5.Instalatii solare pentru incalzirea spatiilor 131 4.1.6. Instalatii solare pentru producerea de apa calda menajera 133

si incalzirea spatiilor (sisteme solare combinate) 4.1.7. Calculul sarcinii termice a captatorilor solari 139 4.1.8. Calculul de dimensionare a boilerelor pentru prepararea apei calde 140 4.1.9. Instalatii solare pentru nclzirea apei din piscine 141 4.2. Sisteme de rcire care utilizeaz energia solar 144 4.2.1.Rcirea cldirilor cu sisteme ce folosesc subsane desicante 145

n ciclu deschis de tip Dessicant Cooling 4.2.2. Cuplarea sistemului de climatizare Dessicant Cooling cu panouri solare 147 4.2.3. Calculul parametrilor de stare ai aerului umed 149 4.2.4. Recomandri privind utilizarea sistemelor de rcire care 157

utilizeaz energia solar

Capitolul 5. Soluii complexe pentru diferite destinaii de cldiri, cu diferite utiliti 160 5.1.Scheme tip de sisteme de incalzire utilizand surse regenerabile 160 5.1.1. Sistemul danez cu denumirea Schimbtor de cldur ntre bucla 160

colectoare i bucla de nclzire 5.1.2. Sistemul francez Sistemul avansat de nclzire solar prin pardoseal 161 5.1.3. Sistemul elveian Rezervor pentru nclzire cu dou schimbtoare de 162

cldur pentru apa cald menajer 5.1.4. Sistem elvetian Rezervor pentru apa cald menajer n rezervorul 163

de nclzire al incintei 5.1.5. Sistemul scandinav nclzirea incintei cu schimbtor de 165

cldur pentru ap cald i boiler extern auxiliar 5.1.6. Sistemul suedez Sistem de nclzire a incintei cu schimbtor de 166

cldur pentru apa cald menajer i avnd boiler auxiliar. 5.1.7. Sistemul austriac Dou rezervoare 167 5.1.8. Sistemul german Dou stratificatoare ntr-un rezervor pentru nclzirea 168

incintei cu un schimbtor de cldur auxiliar pentru producerea apei calde menajere


4

5.2. Sistemele de distribuie a caldurii din cladirile care 169 utilizeaza pompe de cldur

5.2.1. Pompe de caldura cuplate cu pardoseala radianta - automatizare o zona. 169 5.2.2. Pompe de caldura culpate cu pardoseala radianta automatizare 169

pe fiecare incapere. 5.2.3.Pompa de caldura cuplata cu pardoseala radianta intr-o zona si 170

ventiloconvectoare in alta zona 5.2.4. Pompa de caldura cuplata cu pardoseala radianta in 171

mai multe zone cu automatizare separata varianta 1 5.2.5.Pompa de caldura cuplata cu pardoseala radianta in mai multe 172

zone cu automatizare separata varianta 2 5.2.6. Sistemele de distributie a caldurii din cladirile care utilizeaza 173

pompe de cldur

Capitolul 6. Elemente de calcul economic privind implementarea soluiilor 186 6.1. Instalatii solar-termice 186

Capitolul 7. Bibliografie 189


5

1. Analiza termodinamic a pompelor de cldur

1.1 Principiul de funcionare al pompelor de cldur

Pompa de cldur este o maina termic ce preia o cantitate de cldur de la o surs de temperatur sczut i cedeaz o cantitate de cldur unei alte surse de temperatur mai ridicat, consumnd pentru aceasta o anumit cantitate de energie. Energia consumat poate fi de natur mecanic, electric, termic sau solar.

Principiul de funcionare a pompei de cldur a fost enunat nc din anul 1852 de ctre William Thomson (lord Kelvin). Acest principiu este identic cu cel al instalaiilor frigorifice, cu diferena c ciclul de funcionare al pompei de cldur este situat deasupra nivelului de temperatur al mediului ambiant.

n figura 1.1 se prezinta principiul de funcionare al masinii termice de forta (motor termic) si al masinilor termice de lucru (pompe de cldur si masini frigorifice).

Figura 1.1. Principiul de funcionare al masinii termice de forta (motor termic) si al masinilor termice de lucru (pompe de cldur si masini frigorifice).

Se numete surs de cldur (sau termostat) un sistem cu capacitatea termic infinit, care poate ceda sau primi cldur fr ca temperatura acestuia s se modifice. Din punctul de vedere al pompei de caldura, sursele de cldur ntre care lucreaz aceasta sunt:


6

- izvorul de cldur - care cedeaz cldur pompei de cldur; - puul de cldur (sau puul termic) - reprezentat practic de consumatorul de cldur ctre care

pompa de cldur cedeaz cldur.

Eficiena unei pompe de cldur, functionnd n regim staionar i n anumite condiii de temperatur se definete ca fiind raportul dintre cantitatea de cldur cedat consumatorului - pe care o vom nota cuQk - i energia W consumat n acest scop. Notaia utilizat n termodinamica tehnic pentru aceasta marime este PC - pentru a face distincia fa de eficiena unei maini frigorifice (notat cu MF). n ultimul timp, n locul noiunii de eficiena a pompei de cldur se utilizeaz foarte des sinonimul coeficient de performan, care se noteaz cu iniialele cuvintelor din limba englez - COP (Coefficient of Performance).

WQ

COP k= (1.1)

Pentru acele pompe de cldur antrenate de motoare termice sau de alte surse de cldur motrice, eficiena n funcionare a pompei de cldur este exprimata ca raportul dintre fluxul de cldur livrat de ctre pompa de cldur k si puterea primar P furnizat pompei de cldur. Acest raport este abreviat de obicei tot cu iniialele cuvintelor din limba englez: PER - Primary Energy Ratio. Puterea primar furnizat pompei de cldur este egal cu produsul dintre puterea calorific superioar a combustibilului i debitul de combustibil consumat.

combcs

k

mPPER

= (1.2)

n cazul pompelor de cldur antrenate de electromotor PER poate fi calculat prin inmultirea COP-ului cu randamentul de producere a energiei electrice el.

elCOPPER = (1.3) COP-ul i PER-ul sunt strns dependente de diferena de temperatur dintre temperatura sursei de cldur i temperatura cu care este livrat fluxul de cldur de catre pompa de cldur. Aceast diferen de temperatur este numit n limba englez temperature lift. COP-ul unei pompe de cldur funcionnd dup un ciclu ideal depinde numai de temperatura de condensare i de diferena dintre temperatura de condensare i temperatura de vaporizare.

Eficiena n funcionare a unei pompe de cldur n timpul unui sezon de utilizare poart denumirea de factor sezonier de performan (Seasonal Performance Factor - in limba englez) si este abreviat SPF. Acesta se definete ca fiind raportul dintre cantitatea total de cldur livrat de ctre pompa de cldur i cantitatea total de energie furnizat pompei de cldur n decursul acestui interval de timp. Acesta ia n considerare urmatoarele mrimi: - necesarul variabil de energie pentru nclzire sau rcire; - temperatura variabil a sursei de cldur de temperatur sczut i a sursei de cldur de temperatur ridicat; - necesarul de energie pentru alte scopuri (degivrare, pompare).


7

Factorul sezonier de performan poate fi utilizat pentru realizarea de comparaii tehnico-economice cu sisteme convenionale de nclzire (de exemplu cazane), referitor la economiile de energie primar i la reducerea emisiilor de bioxid de carbon. Pentru evaluarea pompelor de cldur cu comprimare mecanic acionate de electromotor este necesar luarea n considerare ale randamentelor globale ale centralei termo-electrice (n cazul producerii numai de energie electric) sau ale centralei electrice de termoficare (n cazul producerii combinate de energie electric i cldur). Din punct de vedere al analizei energetice, cnd se discuta despre implementarea unei instalaii tip pomp de cldur se pot analiza trei sisteme distincte:

- sistemul pomp de cldur; - sistemul cldirii unde este montat pompa de cldur; - sistemul energetic global.

n Figura 1.2 se prezint modul de abordare n cadrul unei analize energetice.

Figura 1.2. Schem de analiz energetic a sistemelor implicate

n cadrul analizei sistemului format de cldire se iau n considerare: tipul cldirii, fluxurile de cldur provenite din interior si consumul de ap cald menajer. Pentru analiza sistemului global se iau n considerare: clima, precum i utilizarea eficient a combustibilului.


8

1.2. Ageni termici de lucru utilizai in pompele de cldur

1.2.1. Ageni termici de lucru utilizai in pompele de cldur cu comprimare mecanic

Alegerea agentului termic de lucru se face n functie de proprietile sale termodinamice, termofizice, tehnologice, economice, ecologice i de securitate.

Proprietatile termodinamice necesare agentilor termici de lucru sunt: temperatura normala de vaporizare ct mai sczut; asigurarea unei funcionari la o presiune mai mare dect cea atmosferic; presiunea de saturaie corespunztoare presiunii de condensare sa fie n domeniul uzual tehnic; cldura latent de vaporizare ct mai mare; volumul specific al vaporilor aspirai de compresor s fie ct mai mic; temperatura de supranclzire a vaporilor refulai de compresor, trebuie sa fie ct mai mic; raportul de comprimare ct mai cobort pentru a asigura eficiena instalaiei; asigurarea unei utilizri pe un domeniu de temperaturi cat mai extins.

Principalele proprieti termofizice i tehnologice necesare agentilor termici de lucru sunt: coeficienii de transfer de cldur prin conducie i convecie mari; vscozitatea dinamica mica pentru asigurarea unor pierderi de sarcina ct mai mici i deci

consumuri energetice mici; comportamentul corespunztor fizico-chimic al agentului termic de lucru n contact cu diversele

materiale din care pot fi confecionate echipamentele din construcia instalaiei frigorifice.

n ceea ce privete cerinele ecologice si de securitate, agenii termici de lucru trebuie s-si aduc un aport cat mai mic la distrugerea stratului de ozon stratosferic i la nclzirea global (prin efectul de ser). Deoarece marea majoritate a agentilor termici de lucru utilizati in pompele de caldura sunt utilizati de asemenea si in masinile frigorifice, se foloseste in mod uzual si denumirea de agenti frigorifici.

Dintre agenii frigorifici naturali cel mai utilizat este amoniacul, un gaz incolor cu un miros caracteristic. Acesta are bune proprieti termodinamice i de transfer de cldur, este ecologic, ns este toxic, explozibil i inflamabil la concentraii volumice n aer de 1528 %.

Un alt agent frigorific natural este bioxidul de carbon, CO2 care este un agent ecologic, ieftin, ce ofer un transfer de cldur bun n vaporizator i nu prezint pericol asupra produselor (nu este toxic, fr miros, fr culoare). Freonii sunt ageni frigorifici utilizai pe scar larg n tehnica frigului avnd volume masice mai reduse ca ale amoniacului fapt care duce la dimensiuni mai mici ale conductelor, sunt inodori. Freonii fr clor (HFC) nu sunt toxici, iar freonii fr hidrogen (CFC) nu sunt inflamabili sau explozivi. Ca dezavantaj principal este faptul c majoritatea nu sunt ageni frigorifici ecologici; astfel toi au efect de sera i marea majoritate atac stratul de ozon. n funcie de influenta pe care o au asupra ozonului stratosferic freonii se clasific n trei tipuri:


9

a. CFC- urile: Clorofluorocarburi ce au efectul cel mai distructiv asupra ozonului datorit prezenei clorului i fluorului i au fost interzii la nivel internaional. Spre exemplu: R11, R12;

b. HCFC urile: Hidroclorofluorocarburi care au o aciune mai redus distructiv datorit prezentei hidrogenului n molecule, considerai ageni frigorifici de tranziie. De exemplu: R22, R123;

c. HFC urile: Hidrofluorocarburi sunt inofensivi fa de ozon (neavnd nici Cl, nici Br), dar au totui efect de ser, sunt considerai ageni frigorifici de medie i lung durat. Cei mai importani sunt: R134a, R404A, R407C, R410A.

n Figura 1.3, este prezentat sugestiv, direcia indicat pe plan internaional n care trebuie s se ndrepte pe viitor toi cei ce se ocup cu proiectarea, executarea i exploatarea sistemelor frigorifice i anume utilizarea cu precadere a agenilor frigorifici naturali.

Figura 1.3. Direcia de urmat n utilizarea agenilor frigorifici

1.2.2 Ageni termici de lucru utilizai la pompele de cldur cu absorbie

Agenii termici de lucru pentru mainile termice bazate pe fenomenul absorbiei sunt de obicei soluii alctuite din dou sau mai multe substane. n cadrul soluiei, una dintre substane este mai uor volatil - i reprezinta absorbitul, iar cealalt substan este mai greu volatile si se numeste absorbant - din cauz c poate absorbi cu uurin vaporii substanei mai uor volatile.

Alegerea agenilor termici de lucru pentru mainile termice bazate pe fenomenul absorbiei este deosebit de important, deoarece influeneaz foarte mult performanele acestui tip de maini. Agenii termici de lucru trebuie s ndeplineasc - att la nivelul absorbitului, ct i la nivelul absorbantului - o serie de condiii.

Criteriile pentru agenii termici de lucru ai mainilor termice cu comprimare mecanic de vapori sunt valabile i pentru substanele mai volatile din componena soluiilor pe care se bazeaz funcionarea

HCFC R22

CFC R12,R11

HFC R134a R404A

Agenti frigorifici naturali

Apa,NH3, CO2

Agenti frigorifici de tranzitie

Ag. frig. de medie si lunga durata


10

mainilor termice cu absorbie. Ordonarea cerinelor este foarte mult dependent de condiiile de funcionare ale instalaiei.

De exemplu, pentru o instalaie de mici dimensiuni care funcioneaz continuu i este montat undeva n exterior, toxicitatea agentului frigorific nu mai constituie o problem att de important, deoarece cantitatea de agent termic de lucru este redus, iar pericolul reprezentat de eventualele pierderi este de asemenea limitat.

Principalele cerine ale agentilor termici pentru pompele de caldura cu absorbtie sunt urmtoarele:

- s nu fie inflamabili, explozivi sau toxici; - s posede o presiune de vapori cat mai scazuta; - s existe o diferen ct mai mare ntre temperaturile de vaporizare ale componenilor, cu scopul evitrii rectificrii vaporilor. n cazul sistemelor cu absorbie, rectificarea are un efect negativ asupra coeficientului de performan. - s fie inactivi chimic fa de metale; - s fie ieftini; - s aib cldura specific redus; - s aib o conductivitate termic ridicat.

Numrul substanelor chimice care pot fi utilizate ca absorbani este simitor mai mare dect acela al agenilor frigorifici. Proprietile lor nu pot fi apreciate att de uor numai dup modul de construcie al moleculei. Compatibilitatea absorbantului se determin n mod experimental i este limitat numai la acel agent termic de lucru pentru care sunt ndeplinite condiiile:

- stabilitate chimic; - capacitate ridicat de absorbie; - solubilitate ct mai ridicat; - stare de agregare solid n mod constant (pentru maini cu absorbie uscate, cu funcionare

periodic) sau stare de agregare lichid n mod constant (pentru maini cu funcionare continu); - entalpie de dizolvare scazut, de preferin negativ.

Ca substane absorbante se recomand: - n special sruri i soluii de sruri (pentru agenii frigorifici ap, amoniac i metilamin); - ap - din cauza caracterului sau puternic polar; - acizii i bazele anorganice; - substanele organice chimic stabile, care au un punct de fierbere ridicat; - metalele - pentru hidrogen ca agent termic de lucru;

Cele doua perechi de substane cu utilizarea cea mai larg n instalaiile frigorifice cu absorbie sunt NH3-H2O si H2O-LiBr, pentru care proprietaile generale sunt date in Tabelul 1.1. unde:

- h- entalpia masica, [kJ/kg]; - T- diferenta de temperatur, [K]; - cp- cldura specific la presiune constant, [kJ/kgK]; - - densitatea, [kg/m3]; - - conductivitatea termic, [W/mK].


11

Tabel 1.1- Proprietaile fizice ale soluiilor NH3-H2O si H2O-LiBr

AMESTEC h0 la 0 C Tb la 20 C cp la

50 C la 20 C la 25 C

H2O-LiBr 2500 1165 1.04 2.45 4.17 2.14 0.998 1.53 0.602 0.447

NH3-H2O 1260 133 0.37 1.04 4.59 4.17 0.831 0.998 0.538 0.602

Amoniacul este usor solubil n ap: la temperatura de 0 C, se dizolv 90,7 g amoniac n 100 ml de ap, soluie cu un miros nteptor i cu reacie alcalin. Amoniacul sub form de gaz ntr-un amestec ntre 15,5-30 % cu aerul este exploziv.

La contactul cu suprafee cu o temperatur de peste 630 C, amoniacul se descompune n ap i azot, reacie de descompunere care este catalizat prin prezena unui metal, care coboar temperatura de descompunere de la 630 C la 300 C. Gazul de amoniac are aciune caustic n contact cu suprafeele umede, fiind iritant al pielii, mucoaselor cilor respiratorii, digestive sau ochilor. O concentraie de 0,5% n aerul inspirat produce n timp de 30-60 de minute moartea.

Amoniacul se gaseste n atmosfer in stare de vapori, formndu-se la descompunerea materiei organice. Pentru utilizarea n diferite instalaii amoniacul este produs pe cale artifcial n stare de vapori, fiind apoi supus unei presiuni suficient de mare cu scopul de a-l aduce n stare lichid, pentru o mai buna distribuie. n stare gazoas amoniacul este mai uor dect aerul i doar n cazul unor concentraii foarte mari putem vorbi de un pericol de aprindere.

Acest agent frigorific, are urmatoarele avantaje: - are bune proprietai termodinamice de transfer de cldur. Temperatura de vaporizare este t0= -

33.4 0C, presiunea de condensare nu depaete valoarea pC= 14-16 bar (pentru condiiile de clim temperat), cldura latent de vaporizare mare, r =1200 kJ/kg i coeficieni de transfer de cldur prin conducie i convecie mari;

- usurina detectrii scprilor de agent frigorific datorit detectarii mirosului nteptor de la 5 ppm;

- este un agent ecologic avnd ambele criterii ODP=0, ct i GWP=0; - fiind de dou ori mai uor ca aerul, vaporii de amoniac scpai de instalaii se ridic n

atmosfer, i n decurs de cteva zile se descompun; - este ieftin i se produce n ara noastr; - nu reacioneaz cu oelul sau cu materialele plastice i este nemiscibil cu uleiul.

Dintre dezavantajele utilizrii acestui agent frigorific, trebuie menionate urmatoarele: - este toxic, explozibil si inflamabil; - de la valori de la 25 ppm apare efectul sufocant asupra omului, iar o doza de 30.000 ppm este

mortal;


12

- n prezena apei atac zincul, cuprul i aliajele acestora (alama, bronz), din acest motiv conductele i echipamentele utilizate n instalaiile frigorifice cu amoniac sunt realizate din oel;

- are un exponent adiabatic mare, fapt care conduce la temperaturi ridicate de suprancalzire a vaporilor comprimai i la o putere de comprimare ridicat.

Bromura de litiu este o sare cu urmatoarele proprietai fizice:

- temperatura de topire este de 552 C, iar temperatura de fierbere este 1265 C. n stare solid se prezint sub forma unei pudre albe, iar n stare lichid, este un lichid incolor;

- solubilitatea n ap este de 145 g/100 mL (4C) i 254 g/100 mL (90C); - are o densitate = 3.464 g/cm3; - are puternice proprietati higroscopice, avnd capacitatea de a absorbi mari cantitai de vapori de

ap.

1.3. Clasificarea pompelor de cldur

Principalele criterii dupa care se poate face clasificarea pompelor de cldur sunt:

- modul de realizare a ciclului de funcionare i forma de energie de antrenare utilizat; - natura surselor de cldur ntre care lucreaz pompa de cldur considerat.

Dup modul de realizare a ciclului de funcionare, pompele de caldura se clasifica in: - Pompe de cldur cu comprimare mecanic de vapori sau gaze, prevzute cu compresoare (cu

piston, turbocompresoare, compresoare elicoidale, etc.) antrenate de motoare electrice sau termice (motor Otto, Diesel sau cu turbin cu gaze);

- Pompe de cldur cu comprimare cinetic, prevazute cu compresoare cu jet (ejectoare) i care utilizeaz energia cinetic a unui jet de abur. Datorit randamentelor foarte sczute ale ejectoarelor i al consumului ridicat de abur de antrenare, acest tip de pompe de cldur este din ce n ce mai putin utilizat;

- Pompe de cldur cu comprimare termochimic sau cu absorbie, care consum energie termic, electric sau solar. Acestea pot fi:

Pompe de caldura cu absorbie de tipul I (temperatura sursei ctre care se cedeaz cldura are valoarea maxima de circa 100 C, ceea ce limiteaz utilizarea lor n aplicaiile de temperatur ridicat);

Pompe de cldur cu absorbie de tipul II (denumite i transformatoare de cldur), pot atinge temperaturi ridicate (de pn la 150 C), dar realizeaz diferene mici de temperatur (de circa 40 C), ceea ce determin aceleai probleme la nivelul sursei ca n cazul pompelor de cldur cu recomprimare de vapori i ciclu deschis. O a doua restricie const n aceea c fluxul de cldur provenit de la sursa de cldur motrice trebuie sa fie mai mare decat fluxul de cldur cedat sursei calde. Ele prezint avantajul de a utiliza cldura recuperabil cu un pre scazut (cel putin atunci cand nu sunt acionate prin arderea directa a unui combustibil) i nu posed pari constructive n micare (mobile);

- Pompele de cldur cu compresie-resorbie - sunt deosebit de promitoare, deoarece combin avantajele sistemelor cu compresie cu cele ale sistemelor cu absorbie. Aceste pompe de cldur


13

sunt capabile s ating temperaturi ridicate (de pn la 180C), simultan cu diferene ridicate de temperatur i valori ridicate ale COP-ului. Agenii termici de lucru utilizai pot fi soluii binare inofensive;

- Pompe de cldur termoelectrice - bazate pe efectul Peltier (consuma energie electric) . n funcie de natura surselor de cldur ntre care lucreaz pompa de cldur considerat, tipurile de pompe de cldur sunt prezentate n Tabelul 1.2:

Tabelul 1.2. Tipuri de pompe de cldur funcie de natura surselor de cldur Sursa de caldura de

temperatura scazuta

Sursa de caldura de temperatura ridicata

Denumirea pompei

de caldura

Apa Apa

Aerul

P.C. apa - apa

P.C. apa - aer

Aerul Apa

Aerul

P.C. aer - apa

P.C. aer - aer

Solul Apa

Aerul

P.C. sol - apa

P.C. sol - aer

n Figura 1.4 sunt prezentate diferite tipuri de pompe de cldur disponibile pe piaa.

Figura 1.4 Pompe de cldur disponibile pe piaa


14

1.4. Cicluri de funcionare ale pompelor de cldur

1.4.1. Cicluri de funcionare ale pompelor de cldur cu comprimare mecanic

Schema de funcionare a unei pompe cu comprimare mecanic de vapori este prezentat n Figura 1.5. Vaporii de agent frigorific produi n echipamentul numit vaporizator pe seama primirii cldurii de la sursa de caldura de temperatura scazuta (izvorul de cldur), intr n compresorul instalaiei unde sunt comprimai, ca urmare presiunea crescnd pn la valoarea presiunii din condensator.

n condensator vaporii condenseaz pe baza cedrii cldurii catre sursa de caldura de temperatura ridicata, apoi lichidul este laminat pentru scderea presiunii, intr n vaporizator i circuitul se reia.

Figura 1.5. Schema de funcionare a unei pompe de cldur cu comprimare mecanic de vapori O pomp de cldur cu rolul de nclzire a spaiilor n sezonul rece i de rcire a spaiilor n sezonul cald se numete pomp de caldura reversibil.

Ciclul prezentat de mai sus este parcurs de agentul frigorific, fie n sens orar, fie n sens antiorar, n funcie de anotimp, acest lucru fiind posibil printr-o van de inversare a ciclului.

n Figura 1.6 este prezentat funcionarea pentru anotimpul rece. Cldura este preluat de ctre aerul interior al spaiului climatizat n vaporizator i este cedat apei de rcire n condensator.

n Figura 1.7 se prezint funcionarea n anotimpul cald, cnd cldura este preluat de la circuitul de ap din vaporizator i apoi cedat spaiului interior prin condensator.

Deci, ca o concluzie, echipamentul care are rolul de vaporizator n anotimpul cald, se comport ca un condensator n anotimpul rece, i invers.


15

Figura 1.6. Funcionarea pompei de cldur n anotimpul rece

Figura 1.7. Funcionarea pompei de cldur n anotimpul cald

Reprezentarea proceselor se face n diagrama presiune- entalpie specific, expus n Figura 1.8. n aceast diagram, domeniile de lichid i vapori sunt separate de curbele de saturaie a lichidului i vaporilor. Aceste curbe se unesc n punctul critic i formeaz clopotul de vaporizare.

n interiorul clopotului de vaporizare se gasete un amestec bifazic de lichid i vapori.


16

Figura 1.8. Diagrama presiune- entalpie specific

n Figura 3.9 sunt reprezentate procesele specifice unei pompe de cldur n diagram. Procesele de vaporizare A- B i de condensare E- F sunt reprezentate n domeniul bifazic prin linii orizontale deoarece se desfoar la temperatur i presiune constant.

Procesul ideal de comprimare C- D este un proces adiabatic, care se desfoar la entropie constant.

Laminarea G- A lichidului nainte de intrarea n vaporizator este un proces izentalpic.

Prin segmentele B- C i F- G se reprezint procesele care au loc ntr-un schimbtor de cldur intermediar, care se monteaz n cadrul instalaiilor de puteri medii i mari. n interiorul acestui schimbtorul de caldura are loc o supranclzire a vaporilor de agent frigorific pe seama cldurii cedate de ctre agentul frigorific lichid, nainte de laminare.

Figura 1.9. Procesele termodinamice specifice din pompa de cldur cu comprimare mecanica de vapori


17

1.4.2 Cicluri de funcionare ale pompelor de cldur cu absorbie

Aceste tipuri de instalaii funcioneaz cu un compresor termic, denumit de unii i compresor termochimic, constituit dintr-un ansamblu de utilaje, alcatuit din: generator de vapori, coloan de distilare rectificare i absorbitor. Masinile termice cu absorbie folosesc soluii binare din care unul din componeni este agentul frigorific. Procesele care au loc ntr-o astfel de main sunt descrise n cele ce urmeaz. Vaporii rezultai din vaporizator la presiunea de vaporizare, ca urmare a rcirii unui alt fluid, sunt absorbii n echipamentul absorbitor de ctre soluia srac n agent frigorific provenit din generatorul de vapori al instalaiei. Prin absorbie soluia srac se imbogaete n agent frigorific. Reacia de absorbie (dizolvare) este o reacie exoterm i cldura ce se degaj trebuie s fie evacuat printr-un agent de rcire, ap sau aer, pentru ca procesul de absorbie s fie continuu i cu aceeai intensitate. Soluia bogat rezultat este preluat de ctre pompa de circulaie i refulat la o presiune ridicat, teoretic presiunea de condensare, n generatorul de vapori. n generatorul de vapori soluia fierbe, ca urmare a folosirii unui agent de nclzire. Acest agent de incalzire poate fi ap cald sau abur provenite de la o instalaie cu panouri solare, n contextul utilizarii surselor de cldur regenerabile. Vaporii rezultai pleac spre condensatorul instalaiei, iar soluia srac n agentul frigorific se rentoarce in absorbitor, laminndu-se de la presiunea de condensare pn la presiunea de vaporizare. Vaporii condenseaz n condensator, lichidul rezultat fiind laminat i apoi procesul se reia n vaporizator. Procesele de vaporizare i condensare n maina frigorific cu absorbie difer fa de cele din maina cu compresie, prin aceea c ele se desfoar la presiune constant, dar la temperatur variabil, aa cum arata termodinamica soluiilor binare. n general, pentru instalaiile de puteri mari n cadrul schemei de lucru se pot implementa i alte echipamente cum ar fi:

- Un schimbtor de cldur cu dublu rol sau economizor de agent frigorific , poziionat ntre condensator i ventilul de laminare, pe o parte, i ntre vaporizator i absorbitor, pe de alt parte. Expresia cu dublu rol se refer la cele dou procese care au loc, i anume, subracirea lichiului i suprancalzirea vaporilor. Rolul principal este subracirea agentului frigorific lichid rezultat din condensator, cu avantajul creterii puterii frigorifice masice;

- ntre absorbitor i generatorul de vapori se poate introduce un schimbtor de cldur, cu rol de economizor de soluie, care are rolul de a prelua cldura de la soluia srac n agent frigorific, de temperatur ridicat, provenit de la partea inferioara a generatorului de vapori i a o ceda soluiei bogate n agent frigorific rezultat n urma procesului de absorbie.

Solutia bogat este ncalzit n economizor astfel nct, n generatorul de vapori, va scdea semnificativ consumul de energie. Va rmne de furnizat energia termic necesar nclzirii pn la starea de saturaie i fierberii soluiei. Pe de alt parte, soluia srac n agent frigorific (de temperatur ridicat) se racete nainte de ptrunderea n absorbitor. Astfel, scade considerabil debitul necesar de ap de rcire, ntruct, n acest caz, trebuie evacuat doar cldura procesului de absorbie, nu i cea necesar rcirii soluiei.


18

n Figura 1.10 se prezint ciclul de funcionare al unei masini termice cu absorbie ntr-o treapt.

Figura 1.10. Ciclul de funcionare al unei masini termice cu absorbie ntr-o treapt

Necesitatea obinerii unor eficiene mai bune ale mainilor termice cu absorbie a dus la dezvoltarea mainilor cu dou trepte de absorbie. Diferena fa de mainile cu o treapt de absorbie const n prezena a dou condensatoare i a dou generatoare. n Figura 1.11 este prezentat ciclul de funcionare al unei astfel de masini. Generatorul de nalt temperatur utilizeaz abur dintr-o surs exterioar pentru fierberea soluiei bogate n agent frigorific. Vaporii rezultai condenseaz i sunt utilizai pentru a livra cldur generatorului de temperatur joas.

Figura 1.11. Ciclul de funcionare al unei masini termice cu absorbie n dou trepte

Aceste tipuri de maini pot fi utilizate n aplicaii unde aburul de nalt presiune este deja disponibil, cum ar fi cazul nclzirii districtuale. La realizarea mainilor termice cu absorbie n dou trepte sunt necesare materiale speciale, datorit coroziunii ridicate, i, de asemenea, schimbtoare de cldur de suprafee mai mari. Se pot realiza si maini termice cu trei trepte de absorbie, pentru care insa numarul de utilaje este mai mare, iar investitia initiala devine astfel mai importanta. n Figura 1.12 este prezentat ciclul termodinamic de functionare al acestui tip de masina termica.


19

Vaporii de agent frigorific provenii din generatoarele de nalt i medie temperatur condenseaz, cednd cldura generatorului de temperatur joas. Sistemele n trei trepte de absorbie ofer eficiene termice egale cu cele ale chillerelor alimentate cu energie electric.

Coeficienii de performan pentru mainile termice cu absorbie ntr-o treapt sunt cuprini n intervalul 0,6 ... 0,8 fa de valoarea ideal de 1,0, iar pentru mainile n dou trepte de absorbie au valori de aproximativ 1,0 din valoarea ideal de 2,0.

Figura 1.12 Ciclul de funcionare al unei masini termice cu absorbie n trei trepte

1.5. Utilizarea pompelor de cldur la climatizarea spaiilor

1.5.1. Situaia in Europa

n acest capitol sunt analizate pompele de cldur cu absorbie utilizate la climatizarea spaiilor, ntruct acestea pot fi acionate de surse regenerabile de energie, cum ar fi energia solar sau energia geotermal.

n urma studiului efectuat asupra instalaiilor frigorifice cu absorbie, utiliznd energia solar existente, a rezultat (conform proiectului SOLAIR, ncheiat recent) faptul c rcirea cldirilor se realizeaz ntr-un procent covritor cu instalaii frigorifice cu compresie mecanic, ce au un consum important de energie. ncepnd cu anul 2004, a nceput s se dezvolte i piaa de maini frigorifice cu absorbie. Din cladirile ce utilizeaz sisteme cu absorbie, n prezent, cele mai multe sunt cldirile comerciale, urmate de cldirile de birouri i cele rezidentiale.

n cadrul proiectului SOLAIR se estimeaz c, n prezent, numrul instalaiilor solare cu absorbie de dimensiuni mici ar fi cuprins intre 400- 500.


20

Figura 1.13. Situaia instalaiilor frigorifice cu absorbie utiliznd energie solar, pentru climatizare, n anul 2004

Din Figura 1.14, unde se prezint o evoluie n timp a instalrii acestor tipuri de maini frigorifice, n funcie de puterea frigorific,se poate observa o cretere important a instalrii mainilor de puteri mici destinate climatizrii spaiilor.

Figura 1.14. Evoluia recent a instalrii mainilor solare cu absorbie

Cel mai ntlnit cuplu de substane n instalaiile cu absorbie este bromura de litiu- apa. Ideea de utilizare a cuplului amoniac- apa n instalaii pentru climatizare este relativ nou, aceasta soluie fiind utilizat pn acum, n special pentru instalaii de racire industrial, cu scopul obinerii de temperaturi inferioare valorii de 0 C. Pe site-ul proiectului SOLAIR, www.solair-project.eu sunt date exemple de instalaii frigorifice cu absorbie pentru climatizare implementate cu succes n diferite locaii din Europa. Pe lng SOLAIR, un alt proiect important este MEDISCO - MEDiterranean food and agro- Industry applications of Solar Cooling technologies. Acest proiect este condus de Universitatea Politehnica din Milan, Italia i are ca scop utilizarea instalaiilor cu absorbie cu solutie hidroamoniacal, acionate de energie solar, in procese de racire din industria agro-alimentara. Mai multe detalii se pot obine pe site-ul ce corespunde acestui proiect, www.medisco.org . n anul 2009 s-a ncheiat proiectul Solar Cooling by Absorption in Tertiary Sector, condus de Universitatea din Sevillia i finanat de Corporaia Tehnologic din Andaluzia, Spania. Scopul


21

proiectului, care a i fost atins, a fost demonstrarea potenialului energiei solare din zona respectiv, pentru a acoperi partial necesarul de frig i de cldur pentru cladiri din sectorul teriar. S-a utilizat un chiller n dou trepte de absorbie, cu bromur de litiu- ap, iar captatorii solari folosii au fost de tip parabolic. Din cele prezentate mai sus se observ n ultimii ani un interes din ce n ce mai mare pentru utilizarea energiei solare n scopul climatizrii, sau rcirii unor fluide. Acest lucru este posibil prin vehicularea unui agent nclzit n circuitul de panouri solare printr-un chiller cu absorbie, rezultnd apa rece, utilizat apoi pentru climatizarea aerului sau pentru preluarea cldurii de la un agent secundar ntr-un schimbtor de cldur. Este de ateptat ca n urmatorii ani s se implementeze tot mai multe instalaii de acest tip, dat fiind impactul foarte scazut al acestora asupra mediului.

1.5.2. Scheme de lucru ale pompelor de cldur cu absorbie pentru climatizare

Dintre mainile termice cu absorbtie disponibile pe piata se poate observa c numarul productorilor de maini termice cu absorbie cu BrLi- Ap este mult mai mare dect al celor care produc maini termice cu absorbtie cu amoniac. n Figura 1.15 se prezint mainile termice cu absorbie ntlnite pe pia, n funcie de productor i de puterea frigorific, iar in Figura 1.16 se prezint mainile termice cu absorbtie realizate de diversi productori.

Figura 1.15. Maini termice cu absorbie n funcie de ageni frigorifici, putere termic i productor


22

Figura 1.16. Maini cu absorbie cu soluie amoniac-ap- firme Pink,ABB si soluie ap- bromur de litiu- firme Phnix, Rotartica.

Exis mai multe posibilitai de implementare n cadrul sistemelor de climatizare.

1.5.2.1 Schema de lucru a mainii cu absorbie hidroamoniacal ce funcioneaz dup ciclu GAX

Ciclul GAX reprezint o modalitate elegant i eficient de obinere a unor performane termodinamice ridicate cu o schem de funcionare care se aseamn foarte mult cu o main ntr-o singur treapt. Termenul GAX reprezint o abreviere a cuvintelor din limba englez Generator Absorber eXchange i semnific schimbul de cldur dintre generatorul de vapori i absorbitor. Acest termen este foarte ntlnit n literatura de specialitate. Schema de funcionare este prezentata n Figura 1.17.

Figura 1.17. Schema mainii cu absorbie funcionnd dup ciclul GAX

Ciclul GAX poate fi considerat un ciclu cu dublu efect, deoarece o parte din cldura produs n absorbitor este utilizat pentru nclzirea generatorului de vapori.


23

Astfel, soluia bogat rezultat n absorbitor este recirculat n ultima parte a acestui echipament pentru a prelua cldura rezultat n urma procesului exoterm de absorbie. Efectul benefic consta n faptul c soluia bogat va fi prenclzit nainte de intrarea n generatorul de vapori, i astfel va scdea puterea necesar n acest echipament. Ca o consecin, va rezulta o eficien mai bun pentru ciclul GAX, n comparaie cu ciclurile clasice de absorbie.

1.5.2.2 Schema de lucru a unei maini termice cu absorbie n soluie amoniac- ap

n Figura 1.18 este prezentat schema de lucru pentru o instalaie cu absorbie tip ROBUR.

Figura 1.18. Schema de lucru pentru maina termic ROBUR

Particularitatea acestei scheme este reprezentat de echipamentul numit preabsorbitor. Fierberea soluiei bogate in amoniac are loc in generatorul de vapori al instalatiei pe baza cldurii cedate de flcara produs de un arztor functionnd pe baz de gaze naturale. n generatorul de vapori ajunge i refluxul lichid de amoniac i apa din deflegmator. ntruct amoniacul are punctul de fierbere mult mai sczut dect al apei, se vor degaja vaporii de amoniac din soluie precum i o cantitate mai mic de vapori de ap, i va rezulta o soluie srac n amoniac. Vaporii vor ajunge n deflegmator sau rectificator unde va avea loc procesul de mbogaire cu amoniac, prin condensarea vaporilor de ap pe serpentina acestui schimbtor de cldur. Vor rezulta vapori de amoniac de concentraie ridicat. n continuare vaporii de amoniac intra n condensatorul instalaiei unde condenseaz cednd cldura latent aerului exterior prin intermediul unui ventilator. Lichidul intra ntr-un schimbtor de cldur tip eava n eava, unde se va rci pe baza cldurii sensibile cedate vaporilor reci de amoniac cu care circul n contracurent, i apoi va suferi un proces de laminare ntr-o diafragm, cu scopul de a fi adus la valoarea presiunii din vaporizator. n vaporizatorul instalaiei, condensul preia cldura de la apa de rcire i pe baza acestei clduri vaporizeaz, rezultnd vapori reci de amoniac. Aceti vapori se vor nclzi prelund cldura de la condens, i apoi vor fi trimii n preabsorbitorul instalaiei.


24

Din generatorul de vapori, soluia srac n amoniac este laminat printr-o diafragm, cu scopul scderii presiunii pn la valoarea din preabsorbitor, i apoi este pulverizat peste vaporii de amoniac n acest echipament. Soluia rezultat prebogat va fi introdus prin doua circuite n absorbitorul instalaiei rcit cu aer pentru o mai buna distribuie i va rezulta soluie bogat n amoniac. Soluia bogat va fi stocat ntr-un rezervor tampon de unde se va alimenta pompa de soluie bogat. Dup refularea pompei, soluia va fi trecut prin serpentina deflegmatorului instalaiei i apoi prin serpentina preabsorbitorului, rezultnd n final o soluie bogat n amoniac. 1.5.2.3 Scheme de lucru ale maininilor frigorifice cu absorbie n soluie bromur de litiu- ap

n Figura 1.19 este prezentat schema de lucru pentru o instalaie cu absorbie tip CARRIER.

Figura 1.19. Schema de lucru pentru maina termic cu absorbtie CARRIER

Pentru masina termica prezentat, seciunea de fierbere este format dintr-un generator de joas temperatur i un generator de temperatur nalt. Vaporii de agent frigorific sunt utilizai pentru nclzirea soluiei de bromur de litiu-ap din generatorul de joas temperatur unde presiunea, deci i temperatura punctului de fierbere sunt mai sczute.

Vaporii de agent frigorific produi de generatorul de joas temperatur sunt condensai n condensatorul masinii, iar vaporii produi de generatorul de nalt temperatur condenseaz cednd cldura soluiei intermediare de bromur de litiu- ap n evile interioare din generatorul de joas temperatur. Cele dou cantiti de condens se amestec n condensatorul instalaiei nainte de intrarea n vaporizator.


25

Maina frigorific tip Carrier Sanyo mbuntete ciclul clasic de absorbie n dou trepte prin prezena unor schimbtoare de cldur suplimentare, cu rol de economizoare, pentru a recupera din energia disponibil i a mri COP-ul instalaiei. La ieirea din absorbitor, soluia srac n agent frigorific trece prin schimbtorul de cldur de joas temperatur unde se nclzete pe seama cldurii cedate de soluia concentrat. Apoi, soluia srac trece prin schimbtorul de cldur de temperatur nalt unde este nclzit n continuare, de ctre soluia intermediar. Pe de alt parte, datorit rcirii soluiei bogate n agent frigorific n procesul descris mai sus, se realizeaz o mai bun absorbie n absorbitorul masinii.

Ciclul acestei maini termice cu absorbie se realizeaz n vacuum, astfel soluia de bromur de litiu- ap poate fierbe la temperaturi sczute.

n Figura 1.20 se prezint ciclul unei maini termice cu absorbie de producie YAZAKI, cu generatorul prevzut pentru a fi acionat cu ap nclzit ntr-un sistem solar.

Figura 1.20. Schema de lucru pentru maina frigorific YAZAKI

Aceast main este pus n funciune de apa cald provenit de la un circuit de captatori solari, cu rol de agent de nclzire, avnd temperatura cuprins ntre 60 ... 95 C. Apa de rcire preia cldura de la absorbitorul i condensatorul instalaiei i apoi este vehiculat printr-un turn de rcire. n generatorul de vapori ajunge soluia bogat n ap, iar cu ajutorul apei calde incalzite solar, aceasta fierbe, degajandu-se vapori de ap. Vaporii ajung n condensatorul instalaiei, sunt condensai, laminai pn la presiunea sczut din grupul vaporizator-absorbitor, i apoi vaporizeaz la temperatur sczut n vaporizatorul instalaiei. n acest proces condensul preia cldura latent de vaporizare a apei de la circuitul de ap rcit. Vaporii de ap rezultai sunt absorbii n soluia srac n ap provenit din generatorul de vapori, i care a fost rcit n prealabil ntr-un schimbtor de cldur. n urma procesului de absorbie care are loc n absorbitor rezult soluie bogat n ap, care este pompat prin


26

schimbtorul de cldur, unde se prenclzete, i apoi este trimis n generatorul de vapori unde circuitul se reia.

1.5.2.4 Schema clasic de implementare a mainilor frigorifice cu absorbie pentru climatizarea spaiilor cu ajutorul enegiei solare n Figura 1.21 se prezint schema clasic de lucru pentru climatizarea spaiilor. Primul pas, atunci cnd se dorete implementarea unui sistem de climatizare a unei cldiri, este evaluarea necesarului de rcire. n funcie de acest necesar se va determina puterea mainii frigorifice, i se vor alege mainile frigorifice potrivite. Mainile cu absorbie utilizate n scopul climatizrii spaiilor au generatorul de vapori alimentat cu ap fierbinte provenit dintr-un rezervor de acumulare. Apa din rezervor este nclzit bivalent, att de un circuit cu panouri solare ct i de un circuit secundar de nclzire care este reprezentat de un cazan alimentat cu combustibil lichid sau gazos. Suprafaa ocupat de captatorii solari se determin n funcie de intensitatea radiaiei solare din zona unde este montat instalaia si de parametrii de lucru ai mainii frigorifice cu absorbie. Schimbul de cldur ntre apa din rezervor i amestecul din circuitul solar- cel mai des ap cu etilenglicol- se realizeaz ntr-un schimbtor de cldur cu placi. Apa rece produs n vaporizatoarele instalaiilor cu absorbie este trimis n unitaile de climatizare de la diferitele niveluri ale cldirii. Apa de rcire a condensatoarelor circul ntr-un sistem cu turn de racire. Datorit pierderilor mari de agent prin evaporare este necesar o legtur pentru completarea periodic a apei de rcire. Pentru cazurile n care presiunea crete prea mult, n cadrul instalaiei se prevede un vas de expansiune nchis.

Figura 1.21. Schema de principiu a unei instalaii de climatizare utiliznd energie solar


27

1.5.2.5 Schema de lucru pentru acumularea energiei solare n sol

Atunci cnd nivelul de temperatur al agentului termic din captatoarele solare scade sub 40oC sau este n exces este posibil acumularea energiei solare n sol.

Un sistem de climatizare cu surs geotermal este echilibrat atunci cand necesarul de cldur i cel de rcire sunt aproximativ aceleai. n Romania acest lucru se ntmpl n zonele de cmpie. Pentru zonele deluroase i de munte necesarul de nclzire este mai mare decat cel de rcire. Acest lucru duce la dimensionarea schimbatorului de cldur cu pmntul dup sarcina de iarn, rezultnd un schimbtor de cldur supradimensionat. n cursul sezonului de nclzire va extrage mai mult cldur din pmnt dect va ceda n cursul sezonului de rcire. Un sistem termic pentru acumularea energiei solare n sol ajut la echilibrarea ntregului sistem HVAC cu surs geotermal. Schimbtorul de cldur se va dimensiona dup sarcina de rcire iar diferena dintre sarcina de nclzire i cea de rcire va fi suplinit cu ajutorul energiei solare. Sistemul termic analizat reprezint, n esen, un cuplaj dintre un sistem solar (captatoare + boiler bivalent) i un sistem geotermal. Cuplajul se realizeaz la nivelul unui schimbtor de cldur cu placi. Schema sistemului analizat este prezentat n Figura 1.22 .

Figura 1.22. Sistem pentru acumularea energiei solare n sol

n urma studiilor efectuate a rezultat faptul c din energia termic produs de captatorii solari aproximativ jumtate o reprezint energia termic de foarte joasa entalpie sau energie termic excedentar scopului de preparare al apei calde de consum (pe timpul verii). Acest procent este foarte ridicat i el afecteaz n mod negativ performana energetic a captatoarelor solare folosite actualmente numai n scopul de nclzire i preparare al apei calde de consum.


28

ntr-o aplicaie HVAC de cuplare energetic a dou surse regenerabile de energie, una solar, iar cealalt geotermal, performana energetic a sursei termice solare crete. n ceea ce privete sursa geotermal aportul termic adus de sursa solar, acesta reprezint 10- 15% din energia extras din pmnt pe timpul sezonului rece al anului. Acest lucru permite meninerea unui coeficient de performan sezonier ridicat al pompelor de caldur avnd ca surs pmntul. Avantajele mai sus enumerate cresc interesul acordat actualmente aplicaiilor de tip geo-solar.

1.6. Construcia pompelor de cldur

1.6.1 Compresoare mecanice

Compresoarele au rolul de a comprima vaporii de agent frigorific, aciune care are ca rezultat creterea presiunii acestora, pn la valoarea presiunii din condensator.

Din punct de vedere al funcionrii compresoarele mecanice se mpart n:

- Compresoare volumice - cu piston cu micare rectilinie, cu piston rotativ, orbitale (tip scroll), cu palete, cu urub (simplu urub mono-screw, dublu urub twin screw);

- Compresoare dinamice compresoarele centrifugale (turbocompresoarele). Din punct de vedere al modului de etaneizare compresoarele mecanice se mpart n:

- Compresoare deschise; - Compresoare semi-ermetice; - Compresoare ermetice (capsulate) .

n Figura 1.23 sunt prezentate principalele tipuri de compresoare utilizate la pompele de cldur cu comprimare mecanic.

Figura 1.23. Tipuri de compresoare utilizate la pompele de cldur

1.6.2 Condensatoarele i vaporizatoarele frigorifice

n condensatorul unei pompe de cldur se cedeaz cldura ctre un agent secundar. Acest agent secundar poate fi aer, ap sau o alt soluie.


29

Pentru cazurile n care cldura este cedat aerului, se vor utiliza baterii de evi cu aripioare, prin evi urmnd s circule agentul frigorific, iar rolul aripioarelor fiind de intensificare a transferului de cldur.

n cazul n care cldura este cedat apei se vor utiliza schimbtoare de cldur multitubulare n care apa circul n interiorul evilor iar agentul frigorific condenseaz la exteriorul acestora. Se utilizeaz din ce n ce mai mult i schimbtoare de cldur cu plci, la care agentul frigorific circul pe o parte a plcii iar apa pe cealalt parte, datorit compactitaii acestora i a coeficientului ridicat de transfer de cldur.

Aceleai tipuri de schimbtoare de cldur se utilizeaz i pentru vaporizatoare, diferena fiind c n vaporizator aerul sau apa sunt rcite pe baza vaporizrii agentului frigorific.

n Figura 1.24 sunt prezentate principalele tipuri de schimbtoare de cldur ce ndeplinesc rolul de vaporizator.

Figura 1.24. Vaporizatoare cu evi i aripioare, multitubular i cu plci

1.6.3. Robinetul de laminare

Rolul robinetului de laminare este acela de a scdea presiunea agentului frigorific n stare lichid de la presiunea de condensare la presiunea de vaporizare. Un astfel de robinet este prezentat n Figura 1.25.


30

Figura 1.25. Robinet de laminare

1.6.4 Vana de inversare a ciclului

Pentru pompele de cldur reversibile un element foarte important al ciclului este vana de inversare. Cu ajutorul acestei vane se modific sensul de circulaie al agentului frigorific n funcie de anotimp. Astfel, echipamentul care ndeplinete rolul de vaporizator n sezonul cald va deveni condensator n sezonul rece.

n Figura 1.26 se prezinta o van de inversare a ciclului.

Figura 1.26. Van de inversare a ciclului

ghid mdrt res in cladiri vol 1

Documents