proiect pompe heat.pdf

7/27/2019 PROIECT POMPE HEAT.pdf

1/143

UNIVERSITATEA TEHNIC DIN CLUJ- NAPOCAFACULTATEA DE MECANICSPECIALIZAREA: Maini i echipamente termice.

PROIECT DE DIPLOM

Instalaia de nclzire i preparare a apei caldemenajere cu ajutorul unei pompe de cldur

pentru o locuin unifamilial

Conductor de proiect: Absolvent:Prof. dr. ing. Mugur Blan Marian Ctlin Moldovan

anul 2005


2/143

Universitatea Tehnic Cluj-Napoca PROIECT DE DIPLOM Pag:2

Abstract

A heat pump is a system designed to provide useful heating and cooling, and its actions

are essentially the same for either process. Instead of creating heat, as does a furnace, the heat

pump transfers heat from one place to another.

In heating season, a liquid refrigerant, such as Freon, is pumped through a coil that is

outside the area to be heated. The refrigerant is cold, so it absorbs heat from the outside air, the

ground, well water, or some other source. It then flows first to a compressor, which raises its

temperature and pressure so that it becomes vapor before it flows to an indoor coil. There thewarmth is radiated or blown into the room or other space to be heated. The refrigerant, having

given up much of its heat, then flows through a valve where its pressure and temperature are

lowered further before it liquefies and is pumped into the outdoor coil to continue the cycle. To

air condition a space, valves reverse the flow so that the refrigerant picks up heat from inside

and discharges it outside. Like furnaces, most heat pumps are controlled by thermostats

Most heat pumps use atmospheric air as their heat source. This presents a problem in

areas where winter temperatures frequently drop below freezing, making it difficult to raise thetemperature and pressure of the refrigerant. For economical heating performance, the delivered

heat should amount to more than twice the heat purchased from the power source. Heat-pump

systems are now being used extensively not only in residences but also in commercial buildings

and schools.


3/143


Cuprins:

Cuprins: ..................................................................................................................................... 1I. Prezentarea imobilului i descrierea amplasamentului .......................................................... 6

II.Determinarea necesarului de cldur ................................................................................... 11II.1. Determinarea estimativ a necesarului de cldur...................................................... 12

II.1.a Stabilirea estimativ a necesarului de cldur n cazul caselor pasive energetic... 12II.1.b Stabilirea estimativ a necesarului de cldur n cazul caselor cu consum energeticredus ................................................................................................................................ 12II.1.c Stabilirea estimativ a necesarului de cldur n cazul caselor noi cu termoizolaie

bun ................................................................................................................................. 12II.2. Calculul necesarului real de cldur ............................................................................ 13

II.2.1 Calculul pierderilor de cldur prin elementele construciei ................................. 13II.2.1.a Determinarea necesarului de cldur pentru nclzirea casei pasive din punct devedere energetic............................................................................................................... 13II.2.1.b Determinarea necesarului de cldur pentru nclzirea casei cu consum energeticredus ................................................................................................................................ 13II.2.1.c Determinarea necesarului de cldur pentru nclzirea caselor noi cutermoizolaie bun ........................................................................................................... 14II.2.2 Determinarea necesarului de cldur pentru aerisirea i ventilarea locuinei........ 14II.2.2.a Determinarea necesarului de cldur pentru aerisire i ventilare pentru case

pasive din punct de vedere energetic............................................................................... 14II.2.2.b Determinarea necesarului de cldur pentru aerisire i ventilare pentru case cuconsum energetic redus ................................................................................................... 14II.2.2.c Determinarea necesarului de cldur pentru aerisire i ventilare pentru case noi

cu termoizolaie bun ...................................................................................................... 14II.2.3Determinarea necesarului de cldur pentru prepararea apei calde menajere ........ 15II.2.4 Determinarea necesarului total de cldur............................................................. 152.2.4.a Determinarea necesarului total de cldur n cazul caselor pasive din punct devedere energetic............................................................................................................... 152.2.4.b Determinarea necesarului total de cldur n cazul caselor cu consum energeticredus ................................................................................................................................ 152.2.4.c Determinarea necesarului total de cldur n cazul caselor noi cu termoizolaie

bun ................................................................................................................................. 15II.3 Compararea rezultatelori alegerea soluiei optime..................................................... 16II.4. Determinarea grosimii stratului de izolaie.................................................................. 17

II.4.a Determinarea grosimii stratului de izolaie pentru pereii exteriori....................... 19II.4.b Determinarea grosimii stratului de izolaie pentru podea...................................... 19II.4.c Determinarea grosimii stratului de izolaie pentru tavan ....................................... 20

II.5 Recalcularea necesarului total de cldur ..................................................................... 20III Pompe de cldur .............................................................................................................. 22

III.1 Rolul pompelor de cldur .......................................................................................... 22III.2 Evoluia utilizrii pompelor de cldur ....................................................................... 26III.3 Surse de cldur........................................................................................................... 27III.4 Principiul de funcionare a unei pompe de cldur ..................................................... 32III.5 Regimuri energetice de funcionare............................................................................. 34III.6 Eficiena termic a pompelor de cldur ..................................................................... 34

III.7 Clasificarea pompelor de cldur ................................................................................ 35III.8 Principii de dimensionare ale pompelor de cldur .................................................... 38


4/143


III.9.1 nclzirea prin pardoseal..................................................................................... 39III.9.2 Prepararea apei calde menajere ............................................................................ 40

III.10 Variante de pompe de cldur ................................................................................... 41III.10.1 Pompa de cldur aer-ap................................................................................... 42III.10.2 Pompa de cldur ap-ap .................................................................................. 43

III.10.3 Pompa de cldur sol-ap cu colectori orizontali............................................... 45III.10.4 Pompa de cldur sol-ap cu sonde.................................................................... 50III. 11 Recomandri privitoare la proiectarea i realizarea instalaiilor de pompe de cldurcu agent intermediar ............................................................................................................ 54

IV.Calculul termic al pompelor de cldur ............................................................................. 55IV.1 Pompe de cldur cu subrcire intern (regenerare) ................................................... 55IV.2.Calculul de alegere al agentului frigorific................................................................... 57IV.3.Calculul termic al pompei de cldur cu agentul frigorific ales ................................. 59

IV.3.a Regimul termic al pompelor de cldur ............................................................... 59IV.3.b Calculul debitului de agent termic secundar ........................................................ 60IV.3.1 Calculul pompei de cldur varianta aer-ap ..................................................... 60

IV.3.1.a Calculul pompei de cldur aer-ap cu subrcire normal................................ 60IV.3.1.b Calculul pompei de cldur aer-ap cu subrcire avansat............................... 60IV.3.2 Calculul pompei de cldur varianta ap-ap .................................................... 61IV.3.2.a Calculul pompei de cldur ap-ap cu subrcire normal ............................... 61IV.3.2.b Calculul pompei de cldur ap-ap cu subrcire avansat .............................. 61IV.3.3 Calculul pompei de cldur varianta sol-ap .................................................... 61IV.3.3.1 Calculul pompei de cldur sol-ap cu colectori orizontali .............................. 61IV.3.3.1.a Calculul pompei de cldur sol-ap cu subrcire normal ............................. 61IV.3.3.1.b Calculul pompei de cldur sol-ap cu subrcire avansat ............................ 61IV.3.3.2 Calculul pompei de cldur sol-ap cu sonde pentru sol .................................. 62IV.3.3.2.a Calculul pompei de cldur sol-ap cu subrcire normal ............................. 62

IV.3.3.2.b Calculul pompei de cldur sol-ap cu subrcire avansat ............................ 624.4 Prezentarea sistematic a rezultatelor............................................................................ 63

V. Analiza tehnico-economic ................................................................................................ 65V.I Analiz comparativ a consumurilori costurilor......................................................... 65V.2 Alegerea variantei pompei de cldur utilizate ............................................................ 79

VI. Calculul de dimensionare i alegere a aparatelor componente ......................................... 81VI.1 Alegerea condensatorului i vaporizatorului.............................................................. 82VI.2 Alegerea compresorului .............................................................................................. 87VI.3Alegerea schimbtorului intern de cldur (regenerativ)............................................. 90VI.4 Alegerea ventilului de laminare termostatic................................................................ 92VI.5 Dimensionarea sondelor.............................................................................................. 94VI.6 Alegerea pompelor de recirculare a agenilor termici................................................. 95VI.7 Calculul vasului de expansiune................................................................................... 97VI.8 Alegerea boilerului pentru prepararea apei calde menajere ........................................ 98VI.9 Alegerea pompei de recirculare a apei calde menajere............................................... 99VI.10 Alegerea electroventilelor ....................................................................................... 100VI.11 Alegerea termostatelor ............................................................................................ 102VI.12 Alegerea presostatelor............................................................................................. 104

VII Schema de automatizare ................................................................................................. 106VII.1 Rolul automatizrii................................................................................................... 106VII.3 Reglarea temperaturii apei calde menajere .............................................................. 110

VII.4 Sistemul automat de protecie pentru evitarea scderii accidentale a presiunii devaporizare .......................................................................................................................... 111VII.5 Reglarea supranclzirii vaporilor............................................................................ 112


5/143


VII.6 Reglarea sarcinii termice a compresorului............................................................... 113VII.7 Oprirea i pornirea pompei de cldur..................................................................... 114

VIII Tema tehnologic .......................................................................................................... 116IX. Prezentarea instalaiei...................................................................................................... 118Bibliografie:........................................................................................................................... 143


6/143


Instalaia de nclzire i preparare a apei caldemenajere, cu ajutorul unei pompe de cldur pentru o

locuin unifamiliar

I. Prezentarea imobilului i descrierea amplasamentului

Imobilul pentru care se va proiecta instalaia de nclzire i preparare a apei calde

menajere este o locuin unifamiliar, n care locuiesc 4 persoane, situat n judeul Cluj.

Locuina este compus din 3 camere, buctrie, baie, hol o cmar i o magazie, avnd

mpreun o suprafa de 154 m . Imobilul nu dispune de nici un sistem de nclzire2

Pereii exteriori -reprezentai cu culoarea gri n schema urmtoare, sunt realizai din

crmid cu o grosime de 25 cm avnd aplicat pe partea exterioar o termoizolaie din

polistiren extrudat. Pe ambele fee ale peretelui se aplica un strat de tencuial de 1 cm.

Pereii interiori -reprezentai cu culoarea roie, sunt realizai din crmid. Pereii care

despart cmara de buctrie i de baie i peretele care desparte magazia de baie au o grosime de

25 cm, ceilali perei interiori avnd o grosime de 20 cm.Podeaua-reprezentat cu galben, este realizat dintr-un strat de 30 cm de beton peste care

se monteaz termoizolaie din polistiren extrudat. Peste izolaie se aplic un parchet de lemn de

brad cu o grosime de 4 cm.

Tavanul realizat din beton armat, avnd o grosime de 20 cm este izolat cu polistiren

extrudat peste care se monteaz scnduri de brad cu o grosime de 3 cm. Pe partea interioar se

aplica un strat de tencuial cu o grosime de 1 cm.

Geamurile i uile care comunic cu exteriorul sunt realizate din termopan .


7/143


Schema locuinei este reprezentat n figura 1.1(figira 1.1.a vedere frontala, figura 1.1.b

vedere din spate, figura 1.1.c dimensiunile casei ).

Dimensiunile camerelor:

nlimea imobilului este de 2,5 m.

Camera I:

- lungime 4,5 m

- laime 3,9 m

- geamuri :-peretele sudic 2x1,2 m

-peretele vestic 1,5x1,2 m

Camera II:

- lungime 5,5 m

- laime 4,5 m

- geamuri :-peretele sudic 2x1,2 m

- peretele estic 2,5x1,2 m

Camera III:

- lungime 5,5 m

- laime 4,5 m

- geamuri :- peretele estic 2,5x1,2 m

Hol:

- lungime 11 m

- lime 1,6 i 2,6 m

- u perete sudic 1,2x2 m

- u perete nordic 1x2 m

Buctrie:

- lungime 5,5 m

- laime 3,7 m

- geamuri :-peretele vestic 1,5x1,2 m

Camar:

- lungime 3 m

- laime 2,4 m

- geamuri :-peretele vestic 1x1m

- u perete sudic 0,8x2 m

Magazie:

- lungime 5,5 m

- laime 4m

- geamuri :-peretele nordic 2x1,2 m

- ua perete estic 1x2 m

Baie:

- lungime 3 m

- laime 2,8 m


8/143


Figura1.1.a Vedere frontal


9/143


Figura 1.1.b Vedere din spate


10/143


Figura 1.1.c Dimensiunile casei


11/143


II.Determinarea necesarului de cldur

Din punct de vedere al consumului de energie casele se mpart n:

- case fr termoizolaie

- case mai vechi fr termoizolaie deosebit

- case cu termoizolaie normal

- case noi cu termoizolaie bun

- case cu consum de energie redus- case pasive din punct de vedere energetic

Datorit potenialului termic redus asigurat de pompele de cldur n continuare se vor

analiza cazurile caselor pasive din punct de vedere energetic, a celor cu consum energetic

redus i asupra celor cu termoizolaie normal.

n cazul pompelor de cldur este foarte important dimensionarea exact, deoarece dac

se aleg aparate prea mari, atunci i costurile de achiziie i exploatare vor fi foarte ridicate.

Se va evita pe ct posibil supradimensionarea instalaiei.


12/143


II.1. Determinarea estimativ a necesarului de cldur

Necesarul de cldur total se mparte n trei componente:

-necesarul de cldur pentru nclzire care este influienat de natura i grosimea izolaiei

-necesarul de cldur pentru prepararea apei calde menajere care este influienat de

numrul de persoane

-necesarul de cldur pentru ventilare i aerisire

II.1.a Stabilirea estimativ a necesarului de cldur n cazul caselor

pasive energetic

.

II.1.b Stabilirea estimativ a necesarului de cldur n cazul caselor

cu consum energetic redus

.

II.1.c Stabilirea estimativ a necesarului de cldur n cazul caselor

noi cu termoizolaie bun

..


13/143


II.2. Calculul necesarului real de cldur

II.2.1 Calculul pierderilor de cldur prin elementele construciei

Metoda de calcul const n adoptarea coeficienilor de schimb de cldur conform

standardelor din Germania dup care se calculeaz grosimea stratului de termoizolaie.

Climatul din Romnia are puternice caracteristici continentale, cu ierni friguroase cnd

temperatura poate scdea pn la -25C sau chiar -30C.Conform STAS-ului SR 1907/1-97, pentru zona Clujului, temperatura exterioar

convenional de calcul t este de -18C.e

Temperatura interioar t i este de 22C pentru camere, baie i buctrie i de 15 C

pentru magazie i cmar.

it

Temperatura podului t este de -11Cpod

Temperatura solului t la 50 cm adncime, adncime la care se afl fundaia

este de -2 C.

sol

II.2.1.a Determinarea necesarului de cldur pentru nclzirea casei pasive dinpunct de vedere energetic

II.2.1.b Determinarea necesarului de cldur pentru nclzirea casei cu consum

energetic redus

..


14/143


II.2.1.c Determinarea necesarului de cldur pentru nclzirea caselor noi cutermoizolaie bun

..

II.2.2 Determinarea necesarului de cldur pentru aerisirea iventilarea locuinei

Necesarul de cldur pentru aerisire i ventilare pentru cazul caselor pasive enrgetic i a

caselor cu consum redus de energie s-a calculat lund n considerare i cldura care se

recupereaz din aerul evacuat.

II.2.2.a Determinarea necesarului de cldur pentru aerisire i ventilare pentru

case pasive din punct de vedere energetic

II.2.2.b Determinarea necesarului de cldur pentru aerisire i ventilare pentrucase cu consum energetic redus

..

II.2.2.c Determinarea necesarului de cldur pentru aerisire i ventilare pentrucase noi cu termoizolaie bun

..


15/143


II.2.3Determinarea necesarului de cldur pentru prepararea apei caldemenajere

Prepararea apei calde menajere presupune alte condiii dect nclzirea deoareceprepararea de ap cald menajer funcioneaz de-a lungul ntregului an cu aproximativ aceleai

solicitri de clduri cu acelai nivel de temperatur.

..

II.2.4 Determinarea necesarului total de cldur

Necesarul total de cldur reprezint suma necesarului de cldur pentru nclzirea

locuinei i a necesarului de cldur pentru prepararea apei calde menajere.

.... mcaaerinctotal QQQQ &&&& ++= [KW] (2.36)

2.2.4.a Determinarea necesarului total de cldur n cazul caselor pasive din

punct de vedere energetic

.... mcaaerinctotal QQQQ &&&& ++= =2,28+2,28+1=5,56 KW (2.37)

2.2.4.b Determinarea necesarului total de cldur n cazul caselor cu consumenergetic redus

.... mcaaerinctotal QQQQ &&&& ++= =3,73+3,73+1=8,46 KW (2.38)

2.2.4.c Determinarea necesarului total de cldur n cazul caselor noi cutermoizolaie bun

.... mcaaerinctotal QQQQ &&&& ++= =5,1+4,08+1=10,18 KW (2,39)


16/143


II.3 Compararea rezultatelori alegerea soluiei optime

Datele obinute prin calcule sunt trecute n tabelul 2.1

Tabelul 2.1 Necesarul de cldur

Necesar

estimativ KW

Necesar

nclzire KW

Necesar

aerisire KW

Necesar

a.c.m. KW

Necesar

total KW

Cas pasiv energetic 4,08 2,28 2,28 1 5,56

Cas consum redus 6,16 3,73 3,73 1 8,46

Cas termoizolaie bun 7,7 5,1 4,08 1 10,18

Diferenele dintre stabilirea estimativ a necesarului total de cldur i necesarul de

cldur total calculat se justific prin climatul mai clduros al Germaniei fa de cel al

Romniei (necesarul de cldur specific este mai mic n Germania fa de cel din Romnia).

Figura 2.1 Variaia necesarului de cldur n funcie de tipul casei

Din figura 2.1 s-au concluzionat urmtoarele: casa cu necesarul de cldur cel mai sczut

este casa pasiv energetic urmat de casa cu consum energetic redus. Datorit grosimii mari a


17/143


termoizolaiei n cazul casei pasive investiiile n izolaie sunt practic duble fa de cele ale

casei cu consum energetic redus. Casa cu termoizolaie bun este cea mai ieftin, dar i

necesarul de cldur este cel mai mare. Cea mai fiabil soluie din punct de vedere economic i

al necesarului de cldur este casa cu consum energetic redus.

n continuare se va trata cazul casei cu consum energeric redus .

II.4. Determinarea grosimii stratului de izolaie

Pentru a reduce pierderile de cldur prin perei acetea vor fi izolai prin aplicarea pe

faa rece a peretelui a unui material termoizolant, material care n cazul nostru va fi polistirenextrudat, n plci fr suprafa lis.

Figura 2.2 a Amplasarea pereilor exteriori Figura 2.2.b Amplasarea pereilor interiori


18/143


Figura 2.2.c Amplasarea tavanului Figura 2.2.d Amplasarea podelei

Figura 2.2.e Amplasarea geamurilori uilor

termopan

Figura 2.2 f Amplasarea termoizolaiei pe

pereii exteriori


19/143


Figura 2.2.g Amplasarea termoizolaiei pe pode

i tavan

Figura 2.2.h Amplasarea parchetului

II.4.a Determinarea grosimii stratului de izolaie pentru pereii exteriori

Zidurile exterioare sunt realizate din crmid avnd o grosime de 25 cm.Pe faa

exterioar se aplic o izolaie din polistiren extrudat. Att pe faa interioar ct i pe cea

exterioar a peretelui se aplic un strat de tencuial cu o grosime de 1cm..

Conform calculelor pe pereii exteriori se va aplica un strat de polistiren extrudat de 15cm

II.4.b Determinarea grosimii stratului de izolaie pentru podea

Podeaua este realizat dintr-un strat de beton de 30 cm peste care se pune un strat de

polistiren extrudat. Peste izolaie se pune parchet de lemn de brad tiat n lungul fibrelor avnd

o grosime de 4 cm.

..

Conform calculelor grosimea stratului de izolaie din podea va fi de 15 cm.


20/143


II.4.c Determinarea grosimii stratului de izolaie pentru tavan

Tavanul este realizat dintr-un strat de bton armat avnd o grosime de 20 cm peste care seaplic o termoizolaie de polistiren extrudat. Pentru a putea fi folosit, podul este podit cu

scnduri de brad cu o grosime de 3 cm.

..

n urma calculelor de mai sus se alege o izolaie de 15 cm.

n tabelul 2.2 s-a prezentat grosimea stratului de termoizolaie (att grosimea calculat ct

i cea aleas) pentru fiecare element al construciei n parte.

Tabel 2.2 Grosimea stratului de termoizolaie

Grosime izolaie [cm] Tavan Perei exteriori Podea

Calculat 15,94 14,95 15,02

Ales 15 15 15

II.5 Recalcularea necesarului total de cldur

Valoarea obinut din calcul pentru grosimea stratului de material termoizolator, s-a

rotunjit la o valoare imediat apropiat standardizati existent n producia de serie, iar apoi se

recalculeaz valoarea coeficientului global real, de transfer termic kr , n vederea determinrii

ptrunderilor reale de cldur prin perei.

Datorit faptului c n urma calculelor rezultatele obinute n cazul pereilor exteriori i a

podelei (14,95 cm respectiv 15,02 cm) sunt foarte apropiate de valoarea standardizat (aleas)

de 15 cm, coeficientul global de schimb de cldur va fi influenat ntr-o foarte mic msur,

rmnnd practic neschimbat.

Situaia ns se schimb n cazul tavanului unde ntre grosimea izolaiei calculate i cea

aleas este o diferen de aproape 1 cm , diferen care va influena pierderile de cldur prin

tavan.


21/143


..

Se observ c n urma schimbrii coeficientului global adoptat cu cel real pierderile de

cldur prin tavan Q a crescut cu 62 W de la 824 la 886 W iar a crescut cu 11W de la

152 la 163 W, n total pierderile de cldur majorndu-se cu 73 W, adic cu 0,07 KW.

tavan&

tavanQ&

Datorit fapului c doar pierderile de cldur prin tavan influenez necesarul total de

cldur pentru locuin, necesarul real de cldur se calculeaz adugnd la necesarul total de

cldur care este de 8,46 KW (din 2.38), valoarea de 0,07KW care reprezint de fapt cu

ct s-au majorat pierderile de cldur prin tavan.

totalQ&

KWQQ totalrealtotal 53,807,046,807,0_ =+=+= && (2.46)

Prin urmare instalaia va fi proiectat ca s asigure o putere de nclzire de 8,5 KW.


22/143


III Pompe de cldur

III.1 Rolul pompelor de cldur

Dintre diferitele forme de energie utilizate, n actuala etep de dezvoltare a tehnicii,

energia termic are ponderea cea mare n balana energetic a unei ri. Datorit acestui fapt, se

depun eforturi susinute pentru gsirea cilor optime de folosire a energiei termice, cu scopul

economisirii resurselor energetice primare de combustibili.

Crizele petroliere din anii 1973 i 1979, mpreun cu discuiile asupra energiei pe care le-

au generat, au determinat o puternic contientizare a problemelor legate de producerea i

utilizarea energiei. Cteva dintre acestea sunt:

- creterea permanent la nivel mondial al consumului de combustibili

- puternica dependen a unor state (n special a celor puternic dezvoltate ) de importul

de energie

- poluarea mediului ambiant datorit emisiilor de substane nocive precum i prin

cldura degajat

Se apreciaz c de la nceputul erei noastre pn n 1990 s-a consumat o cantitate total de

energie echivalent cu 420 miliarde tone combustibil convenional. Aceeai cantitate va fi

onsumat pe perioada 1990-2018, i mai trziu n intervale din ce n ce mai scurte. Aceast

cretere a consumului mondial de energie chiarin condiiile scderii consumului pe cap de

locuitor- se datoreaz n primul rnd puternicii creteri demografice din rile n curs de

dezvoltare.


23/143


n conformitate cu ultimele rezultate ale cercetrilor din domeniul resurselor de energie, se

apreciaz c rezervele disponibile i exploatabile de combustibili fosili sunt echivalente cu 1263

miliarde tone de combustibil convenional. Aceast cantitate este de circa trei ori mai mare

dect cea care va fi consumat ntre 1990-2018.

Din analiza consumului total de energie primar din cadrul Uniunii Europene (din care i

Romnia va face parte din 2007), se poate vedea c aproximativ 82% se face n domeniul

rezidenial i cel industrial. Din acesta 47% sunt utilizate pentru nclzirea locuinelori pentru

producerea cldurii necesare diverselor procese industriale. Se estimeaz c 30% din energia

aferentproceselor industriale se este eliberat la debite i temperaturi care ar permite o

reutilizare a acesteia. Aceasta reprezint 12% din consumul total de energie primar.

n anumite cazuri, de exemplu n scopuri de confort sau n anumite procese tehnologice

energia termic trebuie s aib un potenial termic redus, corespunztor unor temperaturi care

nu depesc 100...150C.

Prin arderea combustibilor clasici,chiar i ai celor inferiori energia termic se obine la

un potenial termic ridicat corespunznd unor temperatui de 1500...2000 C. La acest nivel,

exergia cldurii partea maxim care poate fi transformat n lucru mecanic- are valori

nsemnate, iar utilizarea n scopuri cum ar fi nclzirea apei ntr-un cazan de ap fierbinte

duce la pierderi energetice nsemnate i reducerea eficienei instalaiei.n aceste condiii soluia raional const n principiu din valorificarea imenselor

cantitai de cldur care pot fi preluate de la mediul ambiant. O astfel de solie este utilizarea

pompelor de cldur pentru ncalzire i prepararea apei calde menajere. Pompele de cldura

ofer posibilitai tehnice efective pentru economisirea de energie i reducerea emisiilor de

CO .2

Pompele de cldur ofer premisele tehnologice necesare pentru a folosii eficient energia

solar nmagazinat n ap, sol i aer sub form de cldur ecologic. Ele obin aproximativtrei sferturi din energia necesar pentru nclzire din mediul nconjurtor, iar pentru restul

utilizeaz ca enegie de acionare curentul electric dup cum reiese din figura 3.1.


24/143


Figura 3.1 Schema energetic a pompei de cldur

Utilizarea pe scar larg a surselor regenerative de energie este mpiedicat datorit ne-

economicittii acestora sau a suprafeelor mari necesare. Variaiile zilnice sau sezoniere lanivelul sursei de energie reprezint o piedic suplimentar.

Pompele de cldur ca sisteme de conversie a energiei sunt maini termice care pot

ridica calitatea cldurii da la un nivel sczut de temperatur pn la un nivel ridicat de

temperatur. Ele pot furniza n mod obinuit cldur pn la temperaturi de 120 C.

Pentru nclzirea cldirilor, cldura este necesar la o temperatur ai mic de 90 C ceea

ce nseamn c pompele de cldur pot furniza pentru ntreaga pia din domeniul nclzirii

cldirilor, asta reprezentnt 26 % din consumul total de energie primar. Datorittemperaturilor mai mari de 400 C necesare n industrie pompele de cldur pot furniza nimai

2% din ntregul necesar de cldur.

Funcionarea oricrei instalaii de nclzire produce emisii poluante .De exemplu

cazanul pa combustibil lichid al unei instalaii de nclzire i preparea apei calde menajere

pentru casa unei singure familii produce n medie pa an: 6 kg funingine, 41 kg acid sulfuric,

18 hg monoxid de carbon, 38 kg ozid de azot i 12000 kg dioxid de carbon. Toate aceste

substane prezint ele nsele un pericol pentru mediul ambiant, contribuind totodat la

creterea efectului de ser. n cazul utilizrii energiei electrice i a termoficrii n scopul

nclziri emisiile de substane nocive se deplaseaz ctre centralele termo-electrice sau ctre

centrele de termoficare astfel nct la locul de producere a cldurii nu sunt eliberate noxe

poluante contribuind la scderea polurii aerului n zonele dens populate mai ales n perioada

de iarn.


25/143


Dei majoritatea pompelor de cldur sunt acionate de energie electric, mrindu-se n

acest fel consumul de elctricitate, tot se va reduce consumul total de combustibili fosili atunci

cnd sunt nlocuite sistemele convenionale de nclzire. Modul n care pompele de cldur

vor reduce emisiile poluante depinde de tehnologia pe care o nlocuiesc aceste pompe i de

sursa de enrgie de acionare.

n cazul n care energia de acionare este energie electric , reducerea reducerea depinde

de modul de producere a acesteia. Dac energia electric nu este produs pe baza de

combustibili fosili, se ateapt o reducere foarte puternic. Chiar i atunci cnd energia

electric este produs din combustibili fosili pompele de cldur pot reduce emisiile de

dioxid de carbon cu 30 pn la 50 % n comparaie cu cazanele clasice. Reducerea se

datoreaz faptului c este nevoie de o energie mult mai mic de acionare.

Activitatea de cercetare trebuie orientat n urmtoarele direcii:

- gsirea de noi ageni de lucrucare s posede un potenial minim de distrugere a

ozonului i o contribuie ct mai mic la efectul de ser s nu prezinte toxicitate

sau imflamabilitate

- ridicarea eficienei pompelor de cldur prin utilizarea de noi cicluri de lucru, de

ageni termici de lucru i de componente constructive optimizate

- realizarea de pompe de cldur pentru temperaturi ridicate- determinarea echilibrului optim dintre calitatea echipamentelor (n scopul limitrii

scprilor, a creterii duratei de via i a siguranei) pe de o parte, i timpul de

recuperare a investiiilor pe de alt parte


26/143


III.2 Evoluia utilizrii pompelor de cldurAvnd n vedere faptul c pompele de cldur i extrag o mare parte de energie din

mediul nconjurtor (ap, pmnt, aer) sunt considerate a fi o surs de energie regenerabil n

Elveia, Olanda, Danemarca, Finlanda i Norvegia.

n Uniunea European, pompa de cldur ar putea contribui la onorarea unor

angajamente privind furnizarea unui procent de 12% din consumul intern din consumul intern

de energie din surse regenerabile.

n USA, pompa de cldur este din ce n ce mai folosit iar dezvoltarea acesteia estesusinut de Agenia de Protecie a Mediului nconjurtor din USA.

Acelai lucru se ntmpli n Canada unde Ministerul Resurselor Naturale i ofer tot

sprijinul n acest sens.

n Elveia, pompa de cldur acopera deja 40% din noua pia de desfacere avnd ca

obiectiv atingerea unui procent de 50% pna n 2010. Datorit sprijinului venit din partea

Biroului Federal de Energie, pompa de cldur reprezint subiectul unor campanii stimulative

in continu crestere n lupta impotriva efectului de seri a folosirii energiei regenerative.n Germania, piaa pompelor de cldur a crescut cu 23% ntre 1997 si 1998.

Suedia, deja echipat cu pompe de cldur are ca obiectiv dublarea numrului de pompe

de cldur instalate ajungnd la un numr de 620.000 pn n 2010.


27/143


III.3 Surse de cldur

Dup cum s-a spus n capitolele precedente pompele de cldur obin aproximativ trei

sferturi din energia necesar pentru nclzire din energia solar acumulat n mediul ambiant iar

pentru restul folosesc energia electric. Energia solar este ecologici regenerativ.

n figura 3.2 se prezint distribuia radiaiei solare la nivelul atmosferei i solului astfel:

- 19% este absorbit de vapori, ozon i praf

- 8% este disipat n atmosfer- 4% este absorbit de ctre nori

- 17% este reflectat de ctre nori

- 6 % este reflectat de ctre pmnt

- 46% este absorbit de ctre pmnt

Figura 3.2 Distribuia radiaiei solare

Temperatura surselor naturale ca aerul, solul ,apele freatice i de suprafa variaz n

concordan cu variaia anual a temperaturii cu o atenuare i o defazare n timp mai mare sau

mai mic. Aceasta nseamn c tocmai atunci cnd necesarul de cldur este maxim aven cel

mai mic disponibil de cldur de la sursele naturale.


28/143


Prin urmare sursele naturale care depind n mic msur de temperatura exterioar sunt

cele mai indicate n procesul de alimentare cu cldur al locuinelor.

n figura 3.3 este prezentat variaia medie a temperaturii pentru sol, aeri ap freatic pe

parcursul ntregului an.

Figura 3.3 Variaia temperaturii surselor naturale pe parcursul ntregului an

Se observ c apa freatic (reprezentat cu verde) are temperatura cea mai constant pe

parcursul ntregului an . Solul (reprezentat cu galben nchis) prezint o variaie mai mare de

temperatur fa de ap freatic . Aerul (reprezentat cu galben deschis) prezint cele mai mari

variaii de temperatur pe parcursul ntregului an de aceea nu este recomandat pentru nclzirea

cldirilor.

Pentru utilizarea practic a surselor de energie pe lng o temperatur ct mai constant peparcursul ntregului an mai trebuie respectate urmtoarele criterii:

- disponibilitate suficient

- capacitate ct mai mare de acumulare

- nivelct mai ridicat de temperatur

- regenerare suficient

- captare economic

- timp redus de ateptare- s nu fie coroziv


29/143


Pe lng sursele naturale de energie care reprezint de fapt acumulatori de energie solar

se mai poate utiliza i cldura evacuat din diferite procese tehnologice.

Aerul ambient i cel evacuat din sistemele de climatizare , solul i apa freatic sunt surse

de cldur pentru pompele de cldur de puteri mici, n timp ce apa de mare , lac sau ru, rocile,

apa goetermali apa tehnologic sunt utilizate pentru pompe de cldur de puteri mari.

Aerul ambienteste gratis i disponibil peste tot, reprezentnd cea mai obinuit surs de

cldur pentru pompele de cldur. Acele pompe de cldur care utilizeaz aerul drept surs de

cldur ating ns coeficieni de performan sezonieri cu 10-30% mai redui dect n cazul

utilizrii apei ca surs de cldur. Aceasta se datoreaz n special scderii rapide a randamentului

i puterii odat cu scderea temperaturii exterioare, a diferenei relativ mari de temperatur din

vaporizator i a energiei suplimentare necesare pentru degivrare i pentru funcionarea

ventilatoarelor.

n condiii climatice blnde i umede, pe suprafaa vaporizatorului se acumuleaz ghea,

ceea ce duce la scderea puterii i a randamentului pompei de cldur. Degivrarea bateriilor se

realizeaz prin inversarea ciclului funcional al pompei de cldur sau prin intrarea n funciune a

unei rezistene electrice. n acest mod crete consumul de energie, iar COP-ul total al pompei de

cldur va scdea odat cu creterea frecvenei degivrrilor. Eficiena total poate fi mrit prin

controlul frecvenei cu care se face degivrarea mai degrab dect prin controlul timpului defuncionare.

Utilizarea aerului drept surs de cldur se recomand n special n cazul cldirilor

existente, unde pompele de cldur aer-ap sau aer-aer i pot aduce contribuia la nclzire prin

funcionarea n sistem bivalent, completnd deci nclzirea clasic bazat pe arderea unui

combustibil.

Puterea termic a agregatelor de pompa de cldur funcionnd cu aer ca surs de cldur

este stabilit de ctre constructorul acestora nc din fabric.Pompele de clduraer-ap pot funciona pe perioada ntregului an, ntocmai ca i pompele

de cldur ce extrag cldura din sol sau din apa freatic.

Trebuie ns observat faptul c puterea termic de nclzire a unei astfel de pompe de

cldur variaz foarte mult n funcie de temperatura aerului surs de cldur. Astfel, la nceputul

i sfritul perioadei de nclzire (toamna i primvara), puterea termic de nclzire este mult

mai mare dect n cea mai rece zi a anului i simitor mai mare dect necesarul de cldur al

cldirii(dac pompa de cldur a fost gndit s funcioneze n regim monovalent).


30/143


Din acest motiv , un astfel tip de pomp de cldur trebuie dotat cu un sistem de reglare a

puterii termice livrate consumatorului de cldur.

Aerul evacuatdin sistemele de climatizare reprezint o surs de cldur obinuit pentru

pompele de cldur din cldirile comerciale i rezideniale. Prin recuperarea cldurii din aerul

evacuat, pompele de cldur realizeaz nclzirea apei i/sau a spaiilor. n timpul perioadei de

nclzire sau chiar n decursul ntregului an este necesar funcionarea continu a sistemului de

climatizare-ventilare. Unele tipuri de pompe de cldur sunt astfel proiectate nct s utilizeze

att aer ambiant ct i aer evacuat.

n cazul cldirilor mari, pompele de cldur avnd ca surs de cldur aerul evacuat sunt

de multe ori cuplate cu sisteme de recuperare a cldurii de tipul aer-aer.

Apa freaticprezint o temperatur constant (4-10C) n multe zone. Pentru utilizarea ei

sunt utilizate sisteme nchise sau deschise. n sistemele deschise, apa subteran este pompat ,

rcit i apoi reinjectat ntr-un pu separat sau returnat ctre apa de suprafa. Sistemele de

suprafa trebuiesc proiectate cu mare atenie, pentru evitarea problemelor legate de nghe,

coroziune i colmatare. Sistemele nchise pot fi sisteme cu detent direct (n care agentul termic

de lucru vaporizeaz n interiorul evilor montate subteran), sau sisteme cu agent intermediar.

Sistemele cu agent intermediar prezint n general performane tehnice mai sczute, dar sunt mai

uor de ntreinut. Dezavantajul major al acestor pompe de cldur este costul ridicat al lucrrilorpentru exploatarea sursei de cldur. Exist totodat posibilitatea unor constrngeri suplimentare

generate de legislaia privitoare la protecia stratului de ap freatici la prentmpinarea polurii

solului.

Solulprezint aceleai avantaje ca i apa freatic , i anume are temperaturi medii anuale

ridicate. Cldura este extras cu ajutorul unor onducte ngropate orizontal sau vertical n sol, iar

sistemele pot fi de asemenea cu detent direct sau sisteme cu agent intermediar.

Capacitatea termic a solului depinde de umiditatea acestuia i de condiiile climatice.Datorit extragerii de cldur din sol, temperatura acestuia va scdea n decursul perioadei de

nclzire. n regiunile foarte reci, cea mai mare parte a cldurii este extras sub forma de cldur

latent,atunci cnd solul nghea. Cu toate acestea n timpul perioadei de var, radiaia solar

nclzete solul, iar refacerea potenialului termic este posibil n totalitate.

Solul prezint capacitatea de a nmagazina sezonier cldura provenit de la soare, lucru

care conduce la obinerea unei temperaturi relativ constante a acestei surse de cldur i la

atingerea unor coeficieni sezonieri de performan de valori ridicate.


31/143


Contribuia energiei geotermice adic a acelui flux de cldur ndreptat de la interiorul

ctre exteriorul pmntului- este att de redus nct poate fi neglijat.Rezult deci c energia

extras din sol de ctre acest tip de pompe de cldur provine aproape exclusiv de la soare.

Pompele de cldur pentru cldirile de locuit i care utilizeaz solul drept surs de cldur

sunt astzi executate sub form de instalaii compacte, ce pot fi montate cu uurin n cldire.

Cldura preluat de la sursa de cldur este transportat cu ajutorul unui amestec antigel,

al crui punct de nghe se situeaz la circa -15 C. Prin aceasta se asigur faptul c sonda nu va

nghea n timpul funcionrii. Schema acestui circuit este prezentat n figura 3.4

Figura 3.4 Schema circuitului de antigel

Extragerea cldurii din sol se poate face cu ajutorul unui sistem de evi din material

sintetic, cu o mare suprafa de transfer.

Cldura geotermalpoate fi utilizat ca surs de cldur acolo unde apa freatic este

foarte puin sau lipsete total. Adncimea forajelor atinge 100...200m.

Atunci cnd este necesar o capacitate termic ridicat, forajele se fac nclinat pentru a

cuprinde un volum mai mare se stnc. Acest tip de pomp de cldur este ntotdeauna conectat

la un sistem de agent intermediar realizat din conducte din plastic. Unele dintre pompele de

cldur de acest tip destinate cldirilor comerciale utilizeaz masivul pentru acumularea cldurii

sau a frigului. Costurile ridicate ale operaiunilor de foraj mpiedic ns utilizarea cldurii

geotermale ca surs pentru pompele de cldur domestice.

Apa de ru i de lac este n principiu o surs foarte bun de cldur dar are ca principal

devavantaj o temperatur sczut n timpul iernii (apropiat de 0 C). Din acest motiv

trebuiescluate msuri de siguran pentru a evita nghearea vaporizatorului.

Apa de mare este o surs excelent de clduri este utilizat n special pentru pompe de

cldur de puteri medii i mari. La adncimea de 25-50m, apa de mare are temperatura constant

5-8C, iar formarea ghieii nu mai constituie o problem (Punctul de nghe este la -2 C).


32/143


Se pot folosi att sistemele cu detent direct ct i sistemele cu agent intermediar. Pentru

prentmpinarea coroziunii i a colmatrii cu substane organice trebuiesc luate msuri

constructive speciale n realizarea schimbtoarelor de cldur a pompelori a conductelor.

Apa tehnologic se caracterizeaz prin temperaturi constante i relativ ridicate n tot timpul

anului. Principalele probleme sunt legate de distana pn la utilizatori de variaia fluxului de

cldur transportat. Ca posibile exemple privind sursele de cldur din aceast categorie sunt:

efluenii provenind din canalizare (apa de canalizare tratat i netratat), efluenii industriali,

precum i apa de rcire (pentru condensare) de la procese industriale sau din producerea de

energie electric.

III.4 Principiul de funcionare a unei pompe de cldur

Modul de funcionare al pompei de cldur corespunde modului de funcionare al unui

frigider dup cum se vede i din figura 3.5

Figura 3.5 Funcionarea pompei de cldur


33/143


n cazul frigiderlui, agentul de rcire scoate cldura cu ajutorul vaporizatorului, iar prin

intermediul condensatorului aparatului, aceasta se transfer in ncpere. n cazul pompei de

cldur, cldura se extrage din mediul nconjurtor (sol, ap, aer) i se conduce la sistemul de

nclzire. Circuitul agregatului de rcire se realizaez conform legilor fizicii. Agentul de lucru,

un lichid care atinge punctul de fierbere la o temperatur redus, se conduce ntr-un circuir i

consecutiv se evapor, se comprim, condenseazi se destinde.

n vaporizator se afl agent de lucru lichid la presiune redus. Nivelul de temperatur al

cldurii ecologice din vaporivator este mai ridicat dect domeniul de temperaturi de fierbere

corespunztor presiunii agentului de lucru. Aceast diferen de temperatur conduce la o

transmitere a cldurii ecologice asupre agentului de lucru, iar agentul de lucru fierbe i

vaporizeaz. Cldura necesar se preia de la sursa de cldur.

Vaporii rezultai din agentul de lucru se aspir continuu din vaporizator de ctre compresor

i se comprim. n timpul comprimrii cresc presiunea i temperatura vaporilor.

Vaporii agentului de lucru ajung din compresor n condensator care este nconjurat de

agent termic. Temperatura agentului termic este mai redus dect temperatura e condensare a

agentului de lucru, astfel nct vaporii se rcesc i se lichefiaz din nou. Energia preluat n

vaporizator i suplimentar, energia electric transferat prin comprimare, se elibereaz n

condensator prin condensare i se transfer agentului termic.n continuare se recircul agentul de lucru prin intermediul unui ventil de destindere n

vaporizator. Agentul de lucru trece de la presiunea ridicat a condensatorului la presiunea redus

a vaporizatorului. La intrarea n vaporizator se ating din nou presiunea i temperatura iniial ,

astfel circuitul se nchide.


34/143


III.5 Regimuri energetice de funcionare

Regimul de funcionare al pompelor de cldur se adapteaz sistemului de distribuie de

cldur existent n cldiri.

..

Din punct de vedere tehnic se pot diferenia urmtoarele regimuri de funcionare:

- regim de funcionare monovalent

- regim de funcionare bivalent

- regim de funcionare monoenergetic

III.6 Eficiena termic a pompelor de cldur

Cu o pomp de cldur se poate mri, prin alimentarea cu energie mecanic temperatura

surselor de cldur neutilizabile ca de exemplu aerul, apa freatic sau solul. Pentru a obine un

indice de putere momentan ridicat se tinde s se ajung la puterea minim pe tur de 35C, la

nclzirea prin pardoseal .

Cantitatea mai mare de cldur, cea cu care, de exemplu se alimenteaz o instalaie de

nclzire nu provine nu provine de la energia de acionare a compresorului, ci este n principal

energie solar care se acumuleaz pe cale natural n sol, aer sau ap.

Aceast cantitate poate fi n funcie de tipul acumulatorului de cldur, mai ales de nivelul

de temperatur, de trei pn la cinci ori mai mare dect energia cu care se alimentrez

compresorul.

Raportul dintre energia termic utilizati energia electric de acionare a compresorului

se numete eficien termic instantanee .

=Q /P (3.1)&

unde:

Q este puterea termic cedat de ctre pompa de cldur la un moment dat n KW&

P este puterea electric cu care se alimenteaz pompa de cldur la un moment dat n KW


35/143


Cu ct diferena de temperatur dintre sursa de clduri instalaia de utilizat cldura este

mai mic cu att mai mare (mai bun) este indicele de putere.

Eficiena termic medie anual a instalaiei cu pompe de cldur se calculeaz ca raport

dintre cldura cedat pe timp de un an de ctre instalaia de pompe de clduri puterea electric

absorbit de ctre instalaia de pompe de cldur pe timp de un an (relaia 3.2).

= QWp /W (3.2)

unde:

Q este cantitatea de cldur descrcat de ctre instalaie pe parcursul unui an n KWhWp

W este energia electric cu care se alimenteaz instalaia pe timp de un an n KWh

III.7 Clasificarea pompelor de cldur

Sunt cunoscute mai multe puncte de vedere n conformitate cu care sunt clasificate

instalaiile de pompe de cldur, o clasificare completi riguroas fiind foarte dificil din cauza

numeroaselor tipuri constructive i condiiilor de funcionare.

n funcie de modul de realizare al ciclului de funcionare, precum i de forma energiei de

antrenare exist urmtoarele tipuri de pompe de cldur:

-Pompe de cldur cu comprimare mecanic de vapori sau gaze, prevzute cu compresoare

cu piston, turbocompresoare, compresoare elicoidale antrenate de motoare electrice sau termice.

n cazul acestei pompe de cldur este posibil atingerea unor temperaturi ridicate cu

ajutorul sistemelor n mai multe trepte, dar acestea sunt complexe i necesit investiii mari.

Problema cheie const n gsirea unor fluide capabile s condenseze la temperaturi peste 120C.

Utilizarea amestecurilor non-azeotrope poate contribui la soluionarea problemei i permite chiar

atingerea unei eficiene ridicate.

-Pompe de cldur cu comprimare cinetic, prevzute cu compresoare cu jet (ejectoare) i

care utilizeaz energia cinetic a unui jet de abur. Datorit randamentului foarte sczut al

ejectoarelor i al consumului ridicat de abur de antrenare acest tip de pompe de cldur este din

ce n ce mai puin utilizat.


36/143


-Pompe de cldur cu comprimare termochimic sau cu absorbie care consum energie

termic, electric sau solar. Ele prezint avantajul de a utiliza cldura recuperabil cu un pre

sczut i nu prezint pri mobile n micare

-Pompe de cldur cu compresie-resorbie- se afl nc n stare experimental dar sunt

foarte promitoare deoarece combin avantajele sistemelor cu compresie cu cele ale sistemelor

cu absorbie. Aceste pompe sunt capabile s ating temperaturi ridicate de pn la 180 C i

valori ridicate ale eficienei. Agenii termici de lucru pot fi soluii binare inofensive.

-Pompe de cldur termoelectrice bazate pe efectul Peltier i care consum energie

electric.

Dup puterea instalat pompele de cldur pot fi:

-instalaii mici: folosite pentru prepararea apei calde sunt realizate n combinaie cu

frigiderele avnd o putere de pn la 1 KW.

-instalaii mijlocii: destinate n principal pentru climatizare i nclzire pe ntreaga durat a

anului n locuine relativ mici i birouri. Puterea necesar acionrii este cuprins ntre 2 pn la

20 KW iar puterea termic poate ajunge pn la 100 KW.

-instalaii mari: pentru condiionare i alimentare cu cldur. Aceste instalaii sunt cuplate

de regul cu instalaii de ventilare, de multe ori avnd i sarcin frigorific servind la rcirea unor

spaii de depozitare sau servind patinoare artificiale. Puterea de acionare este cuprins ntrectiva zeci i sute de KW iar puterea termic depete n general 1000 KW.

-instalaii foarte mari: folosite n industria chimic, farmaceutic pentru instalaii de

vaporizare, concentrare, distilare. Puterea termic depete cteva mii de KW i din aceast

cauz sunt acionate numai de compresoare.

n funcie de domeniul de utilizare a pompelor de cldur se pot clasifica n:

-Pompe de cldur utilizate pentru nclzirea i condiionarea aerului n cldiri. Acestepompe de cldur utilizeaz aerul atmosferic ca surs de cldur, fiind recomandabile n

regiunile cu climat temperat.

-Pompe de cldur folosite ca instalaii frigorigice i pentru alimentarea cu cldur. Aceste

pompe de cldur sunt utilizate succesiv pentru rcire n timpul verii i pentru nclzire n timpul

iernii.

-Pompe de cldur folosite ca termocompresoare. Acestea sunt utilizate n domeniul

instalaiilor de distilare, rectificare, congelare, uscare, etc.


37/143


-Pompe de cldur utilizate n industria alimentar ca termocompresoare precum i n

scopuri de condiionare a aerului sau tratare a acestuia n cazul ntreprinderilor de produse

zaharoase, respectiv cel al antrepozitelor frigorifice de carne.

-Pompe de cldur destinate industriei energetice. n acest caz , ele sunt folosite pentru

nclzirea camerelor de comand, sursa de cldur fiind, spre exemplu, apa de rcire a

condensatoarelor sau cldura evacuat de la generatoarele i transformatoarele electrice.

-Pompe de cldur utilizate pentru recuperarea cldurii din resursele energetice secundare.

Se recomand valorificarea prin intermediul pompelor de cldur a caldurii evacuate prin

condensatoarele instalaiilor frigorifice sau a energiei apelor geotermale.

-Pompe de cldur folosite n industria de prelucrare a laptelui acestea sunt utilizate

simultan pentru rcirea laptelui i prepararea apei calde.

Dup felul surselor de cldur utilizatepompele de cldur pot fi:

-aer-aer: au ca surs de cldur aerul atmosferic i folosesc aerul ca agent purttor de

cldur n cldirile n care sunt montate. La acest tip de instalaii inversarea ciclului este deosebit

de uoar astfel n sezonul rece instalaia este utilizat pentru nclzire iar n sezonul cald pentru

condiionare.

-ap-aer: folosesc ca surs de cldur apa de suprafa sau de adncime, apa cald evacuat

din industrie, agentul purttor de cldur fiind aerul.-sol-aer: folosesc ca surs de cldur solul iar agentul purttor de cldur este aerul.

-soare-aer: folosesc ca surs de cldur energia termic provenirt de la soare prin radiaie

iar agentul purttor de cldur este aerul.

-aer-ap: folosesc ca surs de cldur aerul iar ca agent purttor de cldur apa.

-ap-ap: folosesc ca surs de cldur apal iar ca agent purttor de cldur tot apa.

- sol-ap: folosesc ca surs de cldur solul iar ca agent purttor de cldur apa.

-soare-ap: folosesc ca surs de cldur radiaia solar iar ca agent purttor de cldur apa


38/143


III.8 Principii de dimensionare ale pompelor de cldur

Pentru instalaiile noi de pompe de cldur este foarte important s se calculeze foarte

exact sarcina termic pentru nclzire a cldirii n conformitate cu normele tehnice n viguare.

Pompele de cldur monovalente trebuie astfel dimensionate nct s fie capabile s

acopere ntreaga sarcin termic pentru nclzire a cldirii chiari n cea mai rece zi de iarn. n

calculul puterii de nclzire necesare trebuie s se ia n considerare adaosurile suplimentare

necesare pentru ventilare-aerisire i pentru prepararea apei calde menajere.

III.9 Pompe de cldur pentru utilizri casnice

Pompele de cldur pentru nclzirea i rcirea cldirilor pot fi mprite n patru mari

categorii, n raport cu funciile lor:

- Pompe de cldur numai pentru nclzire (acestea realizeaz numai nclzirea spaiilor

i/sau a apei calde menajere).

- Pompe de cldur pentru nclzire i rcire (acestea realizeaz att nclzirea ct i

rcirea spaiilor). Cea mai des ntlnit este pompa de cldur reversibil aer-aer, carepoate funciona fie pentru nclzire, fie pentru rcire. Pompele de cldur de

dimensiuni mari din cldirile comerciale sau administrative utilizeaz apa pentru

distribuia cldurii i a frigului, iar furnizarea acestora se realizeaz simultan.

- Sisteme integrate de pompe de cldur (acestea realizeaz nclzirea i rcirea spaiilor,

nclzirea apei calde menajere i uneori recuperarea cldurii din aerul evacuat).

nclzirea apei menajere se poate face fie numai prin de-supranclzirea vaporilor, fie

prin de-supranclzirea i condensarea vaporilor. Cea de-a doua variant permiteproducerea apei calde menajere atunci cnd nu este necesar nclzirea sau rcirea

spaiilor.

- Pompe de cldur pentru nclzirea apei calde menajere (destinate n totalitate

pregtirii apei calde menajere). Acestea pot fi de tipul aer-ap sau ap-api utilizeaz

ca surs de cldur : aerul din imediata apropiere, aerul evacuat de ctre instalaia de

climatizare cldur de de-supranclzire.


39/143


III.9.1 nclzirea prin pardoseal

n alegerea sistemului de nclzire prin pardoseal exist astzi preri diferite.

Datorit numeroaselor probleme generate de colmaterea cauzat de difuzia oxigenului. n

anii 80 n Germania au fost realizate numeroase sisteme de nclzire, care utilizeaz surse

clasice de cldur (cazane) i folosesc eava ce nu permite difuzia oxigenului. Problemele

apreau ns n acele instalaii de nclzire unde era prelucrat oelul. Aici producea oxigenului

coroziune i conducea la apariia depunerilor sub form de nmol.

Dac instalaia nu conine elemente ce pot fi corodate, nu se formeaz nici depunerile sub

form de nmol. n unele ri europene se utilizeaz de asemenea evi care permit difuzia

oxigenului, darmaterialele sunt rezistente la coroziune i cazanul este protejat prin intercalarea

unui schimbtor de cldur. Aceast experien tehnic a condus i n Germania la utilizarea

evilor din polipropilen, care chiar dac sunt mai scumpe, prezint o foarte bun rezisten la

difuzia oxigenului i compenseaz astfel cheltuielile suplimentare pentru instalaia de nclzire

cu pompa de cldur.O schem a nclzirii prin pardoseal este prezentat n figura 3.6

Figura 3.6 nclzirea prin pardoseal


40/143


Sistemele de nclzire prin pardoseal lucreaz cu temperaturi superficiale sczute chiari

la sarcini termice mici.

.

III.9.2 Prepararea apei calde menajere

Producerea de ap cald menajer prezint alte cerine n comparaie cu producerea

agentului termic pentru nclzirea spaiilor, i anume:

- alimentarea cu ap cald se face pe parcursul ntregului an la debite i temperaturi

aproximativ constante

- nivelul de temperatur solicitat este sensibil mai ridicat dect cel pentru un

sistem modern de nclzire prin pardoseal

.

Mrimea rezervorului-acumulator depinde de consumul de ap cald-menajer. Se

recomand s se renune la un sistem pentru re-circularea apei calde, deoarece consumulsuplimentar de energie pe care inplic nu influieneaz nici mbuntirea confortului, nici

consumul de ap cald. n cazul n care nu se poate renuna la re-circularea acesteia trebuie

limitat la orele de vrf de consum. Un rezervor-acumulator este prezentat n figura 3.7


41/143


Figura 3.7 Rezervor acumulator

III.10 Variante de pompe de cldur


42/143


Pentru nclzirea locuinelori prepararea apei calde menajere cele mai utilizate variante

sunt:

-Pompa de cldur aer-ap

-Pompa de cldur ap-ap

-Pompa de cldur sol-ap - cu colectori orizontali

- cu sonde

III.10.1 Pompa de cldur aer-ap

Pompele de cldur sistem aer-ap se pot utiliza n prezent la fel ca pompele de cldur

sol-ap sau ap-ap pe durata ntregului an.n cldiri construite conform standardelor n vigoare, pompa de cldur sistem aer-ap

poate funciona monovalent sau monoenergetic n combinaie cu o rezisten electric.

Sursa de cldur aerul- este foarte uor de procurat i este disponibil peste tot n cantiti

nelimitate, prin aer se nelege utilizarea aerului din exterior. Nu se accept utilizarea ca surs

de cldur n cldiri de locuit a aerului din interior pentru nclzirea locuinelor. Aceasta se

poate utiliza numai n cazuri speciale, ca de exemplu n cazul utilizrii de cldur recuperat n

firmele de producie i n industrie.n cazul surselor de cldur pentru aer, dimensionarea sursei de cldur se stabilete n

funcie de tipul constructiv i de dimensiunea aparatului. Cantitatea necesar de aer este dirijat

de ctre un ventilator ncorporat n aparat, prin canale de aer ctre vaporizator, care extrage

cldura din aer. Schema unei asemenea instalaii este prezentat n figura 3.8


43/143


Figura 3.8 Pompa de cldur aer-ap

Caracteristic acestei pompe de cldur este faptul c poate funciona foarte uor att n

nclzire n sezonul rece, dari n condiionare n sezonul cald. Datorit temperaturilor sczute

ale aerului n sezonul rece eficiena pompei scade considerabil fa de eficiena pompelor care

felosesc ca surs de cldur solul sau apa.

III.10.2 Pompa de cldur ap-ap

Apa freatic este un bun cumulator pentru cldura solar.

Datorit nivelului de temperatur constant al sursei de cldur, indicele de putere al

pompei de cldur se menine de-a lungul anului ridicat. Din pcate apa freatic nu se gsete n

cantitate suficient n toate zonele i nu are o calitate corespunztoare, dar acolo unde condiiile

permit, merit s se utilizeze acest sistem.


44/143


n cazul apei freatice fr coninut de oxigen, dar cu coninut ridicat de fieri mangan se

nglbenesc puurile.n acest caz apa nu trebuie s vin n contact cu aerul sau trebuie tratat

corespunztor. Pentru a reduce coroziunea vaporizatoarelor acestea trebuie realizate din oel

inoxidabil.

Lacurile i rurile sunt indicate pentru obinerea de cldur, pentru c ele funcioneaz de

asemenea ca acumulatoare de cldur.

Utilizarea apei freatice trebuie aprobat de ctre organele competente (Regia Apelor).

Este recomandabil ca apa freatic s nu fie pompat de la adncimi mai mari de 15 m,

costurile pentru instalaia de foraj ar fi mult prea ridicate. Pentru instalaii industriale sau

instalaii mari se poate fora i la adncimi mai mari. Pentru utilizarea cldurii trebuie realizat un

pu aspirant i un pu absorbant dup cum se vede i n figura 3.9

Figura 3.9 Pompa de cldur ap-ap


45/143


Extracia i recircularea trebuie s se realizeze n direcia de curgere a apei freatice pentru

a evita un aanimit scurtcircuit. ntre extracie (pu cu pomp) i recirculare (pu absorbant)

trebuie s se menin o distan de circa 5m.

III.10.3 Pompa de cldur sol-ap cu colectori orizontali

Solul are proprietetea c poate acumula i menine energia solar pe o perioad mai lung

de timp, ceea ceconduce la un nivel de temperatur al sursei de cldur aproximativ constant

de-a lungul ntregului an i astfel la o funcionare a pompelor de cldur cu indice de putere

momentan ridicat.

Preluarea de cldur din sol se realizeaz prin intermediul tuburilor din material plastic cu

suprafa mare montate n sol ca i n figura 3.10

Figura 3.10 Pompa de cldur sol-ap cu colectori orizontali


46/143


Tuburile din material plastic (PE) se amplaseaz paralel, n sol, la o adncime de

1,2...1,5m i n funcie de diametrul ales al tubului, la o distan de 0,5...0,7m astfel nct pe

fiecare metru ptrat de suprafa de absorbie s fie montat 1,43 pn la 2 m de tub (figura3. 11)

Figura 3.11 Aezarea colectorilor orizontali

Lungimea tuburilor nu trebuie s depeasc o lungime de 100m deoarece n caz contrar

cresc pierderile de presiune.

Capetele tuburilor sunt introduse n colectoare pe turi pe retur, care trebuie amplasate la

un nivel mai ridicat dect tuburile, pentru a se putea aerisi ntregul sistem de tuburi. Fiecare tub

se poate bloca separat.

Apa srat se pompeaz prin tuburile din material plastic cu ajutorul unei pompe de

circulaie, astfel acesta preia cldura acumulat n sol. Prin intermediul pompei de cldur se

utilizeaz cldura pentru nclzirea ncperilor.ngherea temporar a solului n zona din jurul tuburilor de obicei n a doua jumtate a

perioadei de nclzire nu are efecte secundare asupre funcionrii instalaiei i asupra creterii

plantelor. Dar totui nu trebuie plantate plante cu rdcini foarte adnci n jurul tuburilor pentru

ap srat.

Regenerarea solului nclzit se realizeaz ncepnd cu a doua jumtate a perioadei de

nclzire prin radiaie solar precipitaii mai puternice, astfel nct se poate asigura faptul c

pentru perioada urmtoare de inclzire acumulatorul sol este pregtit din nou pentru nclzire.


47/143


Lucrrile de spturi necesare, se realizeaz n cazul construciilor noi fr costuri

suplimentare foarte mari dar n cazul construciilor deja existente, costurile sunt de regul att

de ridicate nct de cele mai multe ori se renun la aceast variant. Spatul anurilor se poate

face mecanizat cu excavatoare dup cum se poate vedea i din figura 3.12 .

Figura 3.12 Sparea anurilor

Cldura din sol determinant pentru preluarea de cldur este energia solar acumulat

care prin radiaie direct prin transfer de cldur din aer sau din precipitaii se transmite solului.

Aceasta este i sursa de cldur care este responsabil de regenerarea relativ rapid a solului

rcit dup o perioad de nclzire.

.

Variaia de temperatur n straturile superioare n funcie de anotimp este prezentat n

figura 3.13 . Imediat ce se coboar sub nivelul de nghe aceste variaii sunt mult mai reduse.


48/143


Figura 3.13 Variaia temperaturii n funcie de adncime i anotimp

Cantitatea de cldur care se poate utiliza i prin aceasta mrimea suprafeei necesare

depinde foarte mult de proprietile termofizice ale solului i de energia radiat adic de

condiiile climatice.

Proprietile termice cum ar fi capacitatea volumetric de cldur i conductibilitatea

termic, depind foarte mult de compoziia i de proprietile solului.

.


49/143


Aceste valori mici ale puterii de extragere a cldurii din sol conduc la suprafee foarte mari

ale colectoarelor dup cum se poate vedea i din figura 3.15

Figura 3.15 Suprafaa mare a colectorului


50/143


III.10.4 Pompa de cldur sol-ap cu sonde

Datorit suprafeei mari necesare pentru montarea colectorilor orizontali pentru sol, este

dificil realizarea chiar i n cazul locuinelor noi din motive de spaiu. n special n oraele

aglomerate, cu suprafee foarte mici spaiul este limitat. Din acest motiv n prezent se monteaz

cu preponderen sonde verticale de cldur pentru sol, care se pot introduce la adncime de 50pn la 150m. O astfel de instalaie este prezentat n figura 3.16

Figura 3.16 Pompa de cldur sol-ap cu sonde


51/143


Se utilizeaz diferite modele tehnice i modaliti de instalare. Sondele sunt fabricate de

obicei din tuburi de polietilen.

De regul se monteaz patru tuburi paralele, (sond cu tub dublu cu profil U). Apa srat

curge n jos din distribuitor n dou tuburi i este recirculat n sus, prin celelalte dou tuburi

spre colector. Toate golurile dintre tuburi se vor umple cu un material termoconductor numit

betonit. O astfel de sond este prezentat n figura 3.17

Figura 3.17 Sonda

Distana dintre dou sonde pentru sol trebuie s fie de 5...6 m.

O alt variant este format din tuburi coaxiale cu un tub interior din material plastic

pentru alimentare i un tub exterior din material plastic pentru recircularea apei srate.


52/143


Sondele de cldur pentru sol se monteaz n funcie de model, cu utilaje de forej

(figura3.18) sau cu utilaje de nfigere prin batere.

Figura 3.18 Instalaii de foraj


53/143


n acele regiuni cu soluri ce pot fi uor forate sondele din polietilen sunt puse n oper cu

ajutorul unor instalaii de foraj cu splare cu ap. Pentru aceasta se utilizeaz o sap de foraj cu

diametrul de cel puin 90mm. Apa este pompat cu mare presiune prin aceast sap de foraj i

aduce la suprafa materialul dislocat. Materialul dislocat este depozitat ntr-o groap n

apropierea forajului. Apa n exces este preluat de la partea superioar a acestei gropi i

reutilizat n procesul de forare. n momentul atingerii adncimii de foraj prevzute se introduce

n gaura de foraj o sond deja pregtit verificat la presiune i plin cu ap. Apoi sonda de

foraj este ridicat i demontat bucat cu bucat. n final gaura forat se umple din nou cu

pmnt. Ca material de umplere se poate folosi betonitul. Dac n timpul forajului au fost

perforate straturile impermeabile, acestea trebuiesc refcute la umplere. Pentru procedeul mai

sus amintit costurile estimate pentru condiii geologice forabile sunt apreciate la 35-40$ pa

fiecare metru de sond.

Aceste costuri sunt ns puternic dependente de structura subsolului i de procedeul de

foraj utilizat.

Pentru aceste tipuri de instalaii este necesar o aprobare de la organele competente.Numeroase instalaii cu pompe pentru sonde de cldur, pentru sol funcioneaz de muli

ani fr a prezenta vreo defeciune i sunt preferate de utilizatori. Conform msurtorilor

efectuate n condiii hidrogeologice bune, mai ales n cazul n care exist ap freatic

curgtoare, este posibil funcionarea monovalent a pompelor de cldur fr rcirea pe timp

ndelungat a solului.

Premisa pentru proiectarea i montarea sondelor de cldur pentru sol o reprezint :

-cunoaterea exact a caracteristicilor solului-modului de aezare a straturilor

-rezistena mecanic a solului

-existena apei subterane, cu stabilirea nivelului acesteia i a direciei de curgere

..


54/143


III. 11 Recomandri privitoare la proiectarea i realizarea instalaiilor depompe de cldur cu agent intermediar

Pompele de cldur cu agent intermediar necesit o proiectare individual, pentru fiecaretip n parte, a instalaiei pentru sursa de cldur. Instalaia pentru sursa de cldur trebuie s fie

ntotdeauna accesibil din partea cldirii.

Pentru extragerea cldurii din sol, criteriul principal l constituie temperatura de utilizare a

cldurii extrase de la sursa de cldur. n acest scop, se pot utiliza urmtoarele sisteme:

- sonde ngropate n pmnt

- schimbtoare de cldur ngropate n pmnt pn la o adncime de 1,2 m

- absorbere pentru montarea n aer liber (numai pentru pompele de cldur bivalente)- absorbere pentru montarea n spaii cu temperatur moderat

- schimbtoare de cldur cu circulaie forat a aerului, montate n aer liber sau n spaii

cu temperatur moderat

- schimbtoare de cldur n ruri i lacuri


55/143


IV.Calculul termic al pompelor de cldur

IV.1 Pompe de cldur cu subrcire intern (regenerare)

n cazul freonilor pentru ameliorarea ciclului frigorific se utilizeaz subrcirea intern

sau regenerarea. O instalaie cu asemenea soluie este prezentat n figura 4.1 iar procesele de

lucru care alctiuesc ciclul cu regenerare sunt redate n diagrama alturat (figura 4.2).

..

Un mare avantaj l reprezint faptul c asigur funcionarea n regim uscat a

compresorului,adic n domeniul vaporilor supranclzii ,fr prezena lichidului n cilindri.

ig 4.1 Schema instalaiei cu subrcire

Intern

Fig 4.2 Diagrama ciclului cu subrcire

regenerativ

Semnificaiile notaiilor din figura 4.1:

V-vaporizatorul instaliei

RG schimbtor de cldur regenerativ

C compresorul instalaiei

K condensatorul instalaieiVL ventil de laminare


56/143


1234-reprezint ciclul termic fr supranclzire a vaporilori subrcire a lichidului

1234-reprezint ciclul termic cu supranclzire a vaporilori subrcire a lichidului

1234-reprezint ciclul termic cu supranclzire a vaporilor i subrcire a lichidului i

schimbtor intern de cldur (regenerativ).

Principiul de funcionare:

n urma cldurii absorbite de la mediul ambiant, agentul frigorific vaporizeaz astfel nct

n punctul 1 ultima pictur de lichid se transform n gaz,urmnd apoi o uoar supranclzire a

vaporilor (de 6C) avnd la ieirea din vaporizatorul V starea 1.

Vaporii intr apoi n schimbtorul intern de cldur RG unde se nclzesc prelund cldur

de la condens avnd la ieirea din regenerator starea 1 urmnd a fi aspirai de ctre compresorul

C .n urma comprimrii vaporii i mresc temperatura i presiunea avnd la ieirea din

compresor starea 2.

n condensatorul K vaporii cedeaz cldura mediului nclzit (n cazul nostru apa) printr-o

rcire a vaporilor refulai de compresor urmat de un proces de condensare, proces nceput n

punctul 3 i ncheiat n punctul 3 dup care are loc o uoar subrcire a lichidului pn n

punctul 3(aproximativ 3C).

n continuare lichidul intr n schimbtorul regenerativ unde se rcete pn la starea 3 princedare de cldur vaporilor ieii din vaporizator dup care intr n ventilul de laminare VL unde

In urma destinderii are loc o scdere de presiune i temperatur ajungnd n punctul 4.Dup

ieirea din ventilul de laminare lichidul intr n vaporizator ncheindu-se astfel ciclul termic.

Calculul termic al ciclului cu regenerare prezint o particularitate specific tuturor

instalaiilor termice cu schimbtoare interne de cldur.Schimbtorul intern de cldur permite

scrierea unei singure ecuaii de bilan termic sub forma

)()( 1133

=

= hhmhhmQRG &&& [KW] (4.1)

unde:

RGQ& reprezint sarcina termic a schimbtorului intern de cldur n KW

m& reprezint debitul de agent frigorific n kg/s

3h reprezint entalpia lichidului la ieirea din schimbtorul intern n KJ/kg

3h reprezint entalpia lichidului la intrarea n schimbtorul intern n KJ/kg


57/143


1h reprezint entalpia vaporilor la ieirea din schimbtorul intern n KJ/kg

1h reprezint entalpia vaporilor la intrarea n schimbtorul intern n KJ/kg

n aceast ecuaie apar dou mrimi necunoscute i anume i . Pentru a putea

efectua calculul termic al ciclului este necesar ca una din cele dou entalpii s fie impus prin

valoarea temperaturii strii respective. Cealalt entalpie va rezulta din ecuaia de bilan termic.

1h

3h

Literatura de specialitate recomand ca temperatura vaporilor supranclzii s fie puin

sub temperatura de condensare iar temperatura lichidului subrcit s fie puin peste

temperatura de vaporizare.

1t

3t

De regul ns, o cretere att de pronunat a temperaturii vaporilor, respectiv o subrcire

att de avansat a condensului necesit suprafee mari de schimb de cldur ale

regeneratorului,deci o investiie iniial mare la realizarea instalaiei.n consecin, din

considerente care in seama n primul rnd de raiuni tehnico-economoce, de cele mai multe ori,

n practic, subrcirea maxim a lichidului este de numai de 5...10 C, iar supranclzirea

vaporilor este de circa 10...20 C.

IV.2.Calculul de alegere al agentului frigorific

Agentul de lucru trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:

- presiunea de vaporizare apropiat de presiunea atmosferici uor superioar acesteia

- presiunea de condensare cat mai redus

- cldura preluat prin vaporizare s fie ct mai mare

- cldura specific n stare lichid s fie ct mai mic

- volum specific al vaporilor ct mai mic

- sa nu fie inflamabili, explozivi sau toxici

- s nu fie poluani


58/143


Utilizarea unor freoni necorespunztori poate duce la scderea eficienei instalaiei sau la

supradimensionarea elementelor componente ale instalaiei ceea ce atrage dup sine creterea

preului de achiziie. Cea mai bun soluie la alegerea freonului este efectuarea unui calcul

comparativ cu ajutorul programului CoolPack.

Interfaa acestui program este prezentat n figura 3.

Rezultatele acestui calculul sunt trecute n tabelul 1

Amestecurile alctuite din diveri ageni frigorifici reprezint o alternativ important a

CFC-urilor i HCFC-urilor care sunt poluani. Producia de CFC a fost sistat n 1996, iar de

HCFC redus cu 35% ncepnd din 2004, urmnd ca n 2020 s fie eliminai complet.

Freonul 407-C este un freon compus din R123a-52%, R125-25% i R32-23%.

Este un freon zeotrop, adic nu vaporizeaz sau condenseaz la temperatur constant care

se folosete n special acolo unde are loc un transfer de cldur fa de un mediu cu temperatur

variabil (de exemplu ctre un agent intermediar n contra-curent).

Figura 3 Calculul instalaiei cu ajutorul programului Coolpack


59/143


Tabel 1 Parametri obinui pentru diferii freoni

[KW] [KW] 0 [bar] k [bar] aV& [m/h] m& [kg/s]

R290 1,75 4,85 4,7 18,9 9,31 0,024R407C 1,83 4,64 4,5 22,3 8,6 0,042

R134a 1,73 4,91 2,92 14,9 12,6 0,046

R600a 1,69 5,02 1,57 7,64 23,8 0,026

R404a 1,92 4,42 6,04 25,7 7,94 0,061

R507a 1,91 4,45 6,2 26,4 7,65 0,062

n urma calculelor se observ c freonii R404a i R507 conduc la o putere consumat de

compresor mai mare. Folosirea freonul R600a duce la o putere a compresorului mai mic dar nu

este recomandat pentru c este inflamabil. Cu toate c folosirea freonul R134a duce la o putere

consumat de compresor mai mic dect freonul R 407-C n continuare am optat pentru R 407-

C deoarece debitul aspirat de compresor este mai mic ceea ce duce la scderea dimensiunilor

compresorului, implicit la scderea preului de achiziie a acestuia.

Avantaj al freonului R407C :este ecologic i nu este inflamabil.

IV.3.Calculul termic al pompei de cldur cu agentul frigorific ales

IV.3.a Regimul termic al pompelor de cldur

nclzirile prin pardoseal sunt nclziri de temperatur joas

..

Datorit suprafaelor mari de schimb de cldur nclzirile prin pardoseal pot funciona cu

aceste temperaturi joase n condiii optime.


60/143


Pentru a mri eficiena termic condensatorul va fi supradimensionat pentru a asigura o

subrcire a condensului. Aceast subrcire poate fi o subrcire uoar de 2...3 C a condensului

sau poate fi o rcire avansat, pn la o temperatur cu 3...4C mai mare dect temperatura apei

de rcire la intrare.

IV.3.b Calculul debitului de agent termic secundar

Cunoscnd necesarul de cldur pentru nclzirea locuinei i prepararea apei calde

menajere,temperatura apei pe tur i pe retur se poate calcula debitul apei destinat nclzirii

locuinei i apei calde menajere.

)(

= wwpapatotal ttcmQ && [KW] (4.2) unde:

..

IV.3.1 Calculul pompei de cldur varianta aer-ap

..

IV.3.1.a Calculul pompei de cldur aer-ap cu subrcire normal

IV.3.1.b Calculul pompei de cldur aer-ap cu subrcire avansat

..


61/143


IV.3.2 Calculul pompei de cldur varianta ap-ap

.

IV.3.2.a Calculul pompei de cldur ap-ap cu subrcire normal

..

IV.3.2.b Calculul pompei de cldur ap-ap cu subrcire avansat

IV.3.3 Calculul pompei de cldur varianta sol-ap

.

IV.3.3.1 Calculul pompei de cldur sol-ap cu colectori orizontali

..

IV.3.3.1.a Calculul pompei de cldur sol-ap cu subrcire normal


62/143


IV.3.3.1.b Calculul pompei de cldur sol-ap cu subrcire avansat

..

IV.3.3.2 Calculul pompei de cldur sol-ap cu sonde pentru sol

.

IV.3.3.2.a Calculul pompei de cldur sol-ap cu subrcire normal

IV.3.3.2.b Calculul pompei de cldur sol-ap cu subrcire avansat


63/143


4.4 Prezentarea sistematic a rezultatelor

Rezultatele obinute n urma calculelor se prezint centralizat n tabelul 4.10

Tabel 4.10 Prezentarea centralizat a rezultatelor obinute n urma calculului

ipul pompei de cldur aer-ap ap-ap sol-ap

colectori

sol-ap

sonde

ipul subrcirii orm av orm av orm av orm av

ebit ap nclzire m [kg/s]apa& ,203 0,203 ,203 0,203 ,203 0,203 ,203 0,203

ebit freon [kg/s]m& ,040 0,038 ,044 0,041 ,043 0,041 ,044 0,041

arcin condensatorQ [KW]K& 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5

arcin vaporizatorQ [KW]0& 5,18 5,41 6,50 6,58 6,25 6,48 6,48 6,57

utere compresor P [KW] 3,26 3,11 2,05 1,92 2,22 2,09 2,11 1,97

arcin regeneratorQ [KW]RG& 0,50 0,49 0,55 0,53 0,54 0,53 0,55 0,53ficien termic [-] 2,60 2,73 4,15 4,43 3,83 4,07 4,03 4,31

andament exergetic ex [-] 0,55 0,58 0,53 0,56 0,55 0,58 0,54 0,58

ebitul agentului care se

cete n vaporizaror [kg/s]

,518 0,541 ,311 0,315 ,348 0,361 ,361 0,366

Att din tabelul 10 ct i din figura 4.31 se observ c pompele de cldur cu subrcireavansat au eficien termic superioara.

O subrcire avansat presupune de fapt o supradimensionare a condensatorului,

supradimensionare care atrage dup sine ridicarea preului de achiziie a pompei de cldur.


64/143


Figura 4.31 Eficiena termic funcie de tipul pompei

Pompa aer-sol datorit eficienei termice sczute nu este recomandat deoarece duce la

preuri de exploatare ridicate.

Din punct de vedera al eficienei termice cea mai bun soluie este varianta ap-ap, daraceast variant presupune existena unei pnze de ap freatice cu un debit ridicat,

vaporizatoarele s fie din oei inoxidabil. n plus utilizarea apei freatice trebuie aprobat de

Regia Apelor.

Varianta sol-ap cu

proiect pompe heat.pdf

Documents