solutii moderne de utilizare a energiilor neconventionale la pre par area apei calde de consum

Universitatea Tehnica GHEORGHE ASACHI, Iasi, Facultatea de Constructii si InstalatiiConf. Dr. Ing. Victoria COTOROBAI, Solutii moderne de utilizare a energiilor regenerabile in instalatiile functionale din cladiri-Note de curs_master audit energetic

SOLUTII MODERNE DE UTILIZARE A ENERGIILOR REGENERABILE

IN INSTALATIILE FUNCTIONALE DIN CLADIRI.

1.Contextul energetic, economic, social, politic si tehnologic in care se defasoara cercetarea.

1.1.Argumente pentru dezvoltarea cercatarii in domeniu.Resursele de combustibili fosili sunt limitate si distribuite inegal: Petrol- 45 ani: (63,6-Orientul Mijlociu); Gaze- 63 ani: (38,7-Rusia; 33,9-Orientul Mijlociu); Carbune-218 ani: (22,5-Rusia; 25,4-America de Nord; 21,8-China);Resursele de uraniu limitate( la mai putin de 71 ani) si distribuite inegalCererea de consum creste iar aceasta conduce la un orizont de epuizare a resurselor energetice fosile foarte apropiat (Daca consumul anual creste cu un procent de 2%, procent previzionat, atuci rezervele mondiale de combustibili fosili se vor epuiza in circa 100 ani -Fig. 1)

Degajarile de dioxid de carbon afecteaza patura de ozon Masuri de reducere a degajarilor la 25% pana in 2050 (impuse prin normele europene). Schimbarile climatice globale au modificat structura consumurilor de energie. Variatia temperaturii suprafetei terestre in viitorul apropiat este foarte mare, una dintre cauzele cresterii alarmante a acesteia fiid degajarile de CO2 (fig. 2.)Continutul de noxe din aerul atmosferic ridicat

Fig. 1. Previzionarea evolutiei consumului de energie. (sursa: Jean-Marc Jancovici-2006)


1.2.Masuri ce se impun

In vederea evitarii consecintelor negative majore care pot aparea ca urmare a reducerii drastice a resurselor de energie s-au promovat, la scara mondiala, europeana si la nivelul diferitelor state masuri de dezvoltare durabila in diferite directii de dezvoltate, directii corelate cu structura consumului (fig.3).

Dintre masurile cele mai importante mentionam:

Masuri care privesc cladirile si consumul de energie al acestora, in vederea cresterii performantelor energetice ale acestora (promovarea directivei europeane privind eficacitatea energetica a cladirilor si promovarea normelor europene care sa puna in practice prevederile directivei europene precum si a normelor nationale care sa includa particularitatile in statelor respective).

Fig.2. Estimarea variatiei temperaturii la suprafata solului pe perioada 1000-2100 (sursa: Jean-Marc Jancovici, 2006)

Fig. 3. Repartitia consumului mondial de energie pe sectoare (sursa: Word Resources Institut 2003)


Masuri care privesc dezvoltarea tehnologiilor de valorificare a surselor de energie regenerabile. Recent, organizatiile europene implicate in domeniul energiilor regenerabiele (EGEC, EPIA, ESTIF, EUBIA, EUREC, EWEA) au publicat o declaratie de intentie privind initierea unei directive europene referitoare la promovarea energiilor regenerabile, care sa permita ca la nivelul anului 2002 circa 25% din cosumul de energie sa fie furnizat de resurse regenerabile)Masuri care privesc prospectarea unor noi surse de energie. (energiile de tip inalt, fusiunea la rece, energia gravitationala, ...)Masuri care privesc transportul si consumurile de energie in acest sectorIn sectorul constructiilor, la nivelul cladirilor si al sistemelor de utilitati necesare se

impun urmatoarele masuri:Reducerea la minimum a consumurilor de energie (in procesul de conceptie si in exploatare).In aces scop s-au promovat diferite programe de cercetare si studii care sa permita fundamentarea unei legislatii responsabile in acest domeniu (programele MINIENERGIE, MINIENERGIE –PLUS, NEGAWAT, PASSIVEHAUSE...)Asigurarea unui nivel de confort ridicat (higrotermic, visual, psihologic…), simultan cu masurile de reducere aconsumurilorAsigurarea unei dezvoltari durabile

1.3.Directii de cercetare.

Directiile de cercetare vizate urmaresc sa raspunda masurilor ce se impun pentru asigurarea resuselor energetice necesare unei dezvoltari durabile in contextul epuizarii rapide a resurselor conventionale.

In cadrul strategiilor de dezvoltare durabila, in cadrul directiilor de cercetare fixate si asumate prin platforma europeana de cercetare in domeniul constructiilor precum si in cadrul programelor cadru de cercetare europeana s-au fixat principalele directii de cercetare in domeniu.

In cele ce urmeaza ne vom fixa asupra directiilor care intereseaza in mod direct cladirile si sistemele de utilitati aferente, deoarece este domeniul care in Europa inregistreaza cel mai mare consum de energie.

Printre directiile de cercetare fixate amintim:Cercetari privind cresterea performantelor anvelopei: termoizolatii performante, materiale de constructii cu schimbare de faza, ferestre performante, conformare geometrica si structurala adecvataCercetari privind cresterea performantelor sistemelor de producere, transport si distributie a energiei: managementul integrat al utilitatilor, domotica, gestiune sisteme utilitati, automatizari si reglaje performante, revizuirea si reformularea structurala a sistemelor si nu in ultimul rand reabilitarea si modernizarea sistemelor.Cercetari privind dezvoltarea sistemelor de integrare a resurselor de energie regenerativa1, curata si a altor surse de energie.O imagine sugestiva a directiilor de cercetare in domeniul cladirilor este prezentata in

fig. 4.

1 de exemplu investitiile pentru implementarea energiilor solare cor creste cu 5 miliarde de euro anual


Fig.4. Directiile de cercetare in domeniul cladirilor.

Turbina eolianaSursa de producerea energiei electrice

Camera web inteligentaRecunoastere situatii de risc

Supraveghere copii

BateriiStocheaza energia produsa cu pilelede

combustibil, turbinele eoliene, panourile solare

Turbina eolianaSursa de producerea energiei electrice

Congelator inteligent

Afiseaza continutul si propune meniul in corelatie cu dieta

utilizatorului

Robot domesticTransporta gunoiul, ...

Oglinda inteligenta

Senzori prezenta

Materiale performante

Senzori biologici

Sistem de gestiune

centralizat

Put canadian (schimbator caldura sol-aer: incalzeste/raceste aerul)

Panouri solare hibride (fotovoltaice-termice)

Surse de producere a energiei electrice si termice

Bazin recuperare

apa ploaie

Vitraje solareServesc la producerea de apa calda si electricitate

Put energeticSistem de Stocaj al caldurii sau frigului.

Un amestec de apa+glicol circula prin

conducte preluind caldura (iarna) sau

frigul (vara) din sol.

Planseu incalzitor

Ferestre multifunctionaleCu auto-curatire,

depoluare, difuzie optima a

luminii

Cos ventilareCamera web inteligenta

Pentru identificare situatii de risc


2.Stadiul actual al cercetarii in domeniu.

In prezent, asistam la o diversificare, extindere si intensificare a cercetarilor in scopul reducerii consumurilor de energie fara precedent.Cercetarile realizate au vizat:

Imbunatatirea eficacitatii energetice a anvelopeiModernizarea si cresterea performantelor energetice ale sistemelor de generare a energiei, transport si distributie care utilizeaza combustibili clasici, precum si a componentelor acestora.Cresterea performantelor sistemelor de valorificare a energiilor regenerabile si a componentelor acestora si respectiv cresterea competivitatii economice a cestora in raport cu sistemele traditionale.Conceperea si dezvoltarea unor sisteme integrate performante de cogenerare a energiei.Dezvoltarea unor softuri specializate de simulare a comportamentului sistemelor pentru a putea concepe siteme optimale si respectiv pentru aputea previziona efectele si consecintele utilizarii acestora pe o perioada cat mai lunga de timp.In cele ce urmeaza vom trece succint in revista stadiul cercetarilor in domeniul utilizarii

sistemelor de utilitati care valorifica energiile regenerabile, in cel al modernizarii sistemelor de management a sistemelor de utilitati precum si in cel al simularii comportamentului sistemelor.

2.1.Stadiul cercetarilor.

Cercetarile dezvoltate in domeniu au vizat dezvoltarea echipamentelor, tehnologiilor si structura sistemelor de valorificare a energiilor regenerabile.

In categoria energiilor regenerabile sunt incluse:Energia solaraEnergia geotermalaEnergia eolianaEnergia mareelor...Energia generata prin arderea biomasei

Functie de scopul in care se utilizeaza energia regenerativa sistemele dezvoltate sunt:Pentru producerea de energie electrica Centrale eoliene Centrale hidroelectrice si Centrale fotovoltaicePentru producerea de energie termica sau climatizare Sisteme de generare a energiei termice care utilizeaza biomasa Sisteme de generare a energiei termice care utilizeaza soarele

incalzire solara a aerului (activa si pasiva) incalzire solara a apei

Sisteme de generare a energiei termice cu pompe de caldura Sisteme de exploatare a energiei mareelor, curentilor de apa, valurilor....


Cercetarile realizate pana in prezent au urmarit:Cresterea performantelor sistemelor de conversie a energei transport a energiei acumulare a energiei distributie a energieidezvoltarea solutiilor integrate de utilizare a mai multor tipuri de energiedezvoltarea sistemelor de control-reglaj si respectiv a celor de adaptare la variatia parametrilor resurselor precum si la variatia exigentelor utilizatorilor

In cele ce urmeaza vom prezenta pe scurt stadiul cercetarilor realizate pana in prezent pentru principalele sisteme de valorificare activa a resurselor regenerabile si anume a celor pentru:

producerea de energie termica sau climatizare cu ajutorul energiei solare

incalzire solara a aerului (activa si pasiva) incalzire solara a apei

cu ajutorul pompelor de caldura care valorifica energia geotermala sau cea deseuSisteme de generare a energiei electrice cu celule fotovoltaiceSisteme integrate de cogenerare

2.1.1.Sisteme de producere a energiei solare termice


2.1.1.Sisteme/Instalaţii solare de preparare a apei calde de consum.

Instalaţiile solare de preparare a apei calde de consum fac parte din primele utilizări ale energiei solare.

În prezent, acestea au căpătat o dezvoltare considerabilă datorită faptului că energia solară este o energie curată, nepoluantă, a cărei utilizare conduce la diminuarea emisiilor de gaze cu efect de seră.

De la primele încercări şi până în prezent, soluţiile de alcătuire, respectiv schemele funcţional - constructive au evoluat foarte mult şi sunt încă într-o continuă evoluţie.

Producătorii de echipamente, stimulaţi de noile standarde referitoare la clădirile cu consum redus de energie sau chiar cele cu energie pozitivă, au dezvoltat o gamă variată de produse destinate preparării apei calde.

Acestea pot deservi: clădiri de locuit individuale sau colective, clădiri de cazare clădiri social-culturale piscine...

Schemele funcţional - constructive se alcătuiesc astfel încât să răspundă în mod optim la o serie întreagă de criterii, particularităţi şi exigenţe ale utilizatorilor, clădirilor deservite, amplasamentului. Dintre acestea o importanţă deosebită o prezintă: necesarul de apă caldă, caracteristicile amplasamentului, caracteristicile climei de calcul, soluţiile de alimentare cu energie termică ale clădirilor deservite, echipamentele şi sistemele de control şi reglaj disponibile, resursele financiare.

În principiu, schema unei instalaţii solare de preparare a apei calde de consum are următoarea structură figura 1.:

sub-ansamblul de captare: captatorul solar sau circuitul solar, alcătuit din captatorul solar, reţeaua de agent primar, vanele asociate, şi respectiv echipamentele de asigurare a unei bune circulaţii a agentului primar

sub-ansamblul de transfer: schimbătorul de căldură de tip regenerativ sau cu acumulare sub-ansamblul de stocaj: rezervorul de acumulare şi sau boilerul sub-ansamblul de adaos: centrală termică, rezistenţă electrică, agent termic preparat în altă

sursă sub-ansamblul de distribuţie: reţeaua de distribuţie

Fig. 1.

ReglajReglaj

Sub-ansamblude

distribuţie

Sub-ansamblude

distribuţie

Sub-ansamblude

captare

Sub-ansamblude

captare

Sub-ansamblude

transfer

Sub-ansamblude

transfer

Sub-ansamblu

destocaj

Sub-ansamblu

destocaj

Fig. 8. Schemă alcăture preparator solar cu circulaţie directă

Fig. 8. Schemă alcăture preparator solar cu circulaţie directă


Unele dintre componentele/sub-ansamblurile enunţate anterior pot lipsi (sub-ansamblul de transfer şi/sau sub-ansamblul de stocaj, sub-ansamblul de adaos) în timp ce altele nu pot lipsi (sub-ansamblul de captare, sub-ansamblul de distribuţie).

Clasificarea schemelor instalaţiilor solare uzuale de preparare apei calde de consum se poate face după următoarele criterii: după numărul de circuite se disting:

instalaţii solare cu un singur circuit, sau circuit direct (fig. 2) instalaţii solare cu două sau mai multe circuite(fig. 3)

după modul de circulaţie a apei se disting: instalaţii solare cu circulaţie gravitaţională (fig. 2), instalaţii solare cu circulaţie forţată a agenţilor termici (fig. 3, 4)

după proporţia de asigurare cu apă caldă de consum a consumatorilor distingem: instalaţii solare cu asigurare totală, din resurse solare instalaţii solare cu asigurare parţială din sursele solare şi sursă de adaos (fig. 4)

după modul de preparare se disting: instalaţii solare cu preparare instantanee instalaţii solare cu semi-acumulare sau acumulare

după numărul de consumatorii deserviţi: instalaţii solare individuale instalaţii solare colective

după funcţiunile realizate: instalaţii solare de preparare a apei calde de consum instalaţii solare de preparare a apei calde de consum şi de preparare a agentului de încălzire instalaţii solare de preparare apă caldă de consum, agent încălzire, agent răcire

Fig. 2.

ApometruApometru

Clapetă sens unicClapetă sens unic Apă rece

Adaos

h


Fig. 3.

Fig. 4.

1.Preparatoare solare individuale de apă caldă de consum.

ApometruApometru

Clapetă sens unicClapetă sens unic Apă rece

t1= 10 C

Pompă circulaţie agent primarPompă circulaţie agent primar

apometruapometruClapetă sens unicClapetă sens unic

Apă rece

t1= 10 C


Pentru clădirile de locuit individuale au fost concepute diferite scheme de preparatoare solare de apă caldă, dependente în principiu de condiţiile climatice ale sitului în care urmează a fi integrate.Printre soluţiile cele mai utilizate se pot menţiona:

1.1.Preparator solar de apă caldă cu autostocare. Principiul de alcătuire al acestuia este foarte vechi. Practic este alcătuit dintr-un rezervor izolat

termic, cu o suprafaţă interioară absorbantă şi acoperit cu o suprafaţă transparentă (fig. 5.). Pe parcursul perioadei de însorire temperatura din rezervor creşte. Pentru a evita diminuarea temperaturii apei în timpul nopţii suprafaţa absorbantă este de tip selectiv.

O altă versiune a acestor tipuri de preparatoare, sunt cele care în lipsa suprafeţei absorbante selective sunt dotate cu o suprafaţă transparentă dublă, sau de un dispozitiv de acoperire a preparatorului în afara orelor de însorire. Acest din urmă tip este recomandat pentru regiunile unde nu există pericolul de îngheţ, sau unde temperatura exterioară pe parcursul nopţii este relativ ridicată (peste zero grade) .

1.2. Preparator solar de apă caldă cu termosifon. Acest preparator este alcătuit dintr-un captator solar şi dintr-un rezervor de acumulare situat

deasupra acestuia (fig. 6.). sub efectul radiaţiei solare, apa din captator se încălzeşte şi în consecinţă îşi diminuează densitatea şi se ridică prin circuitul existent, fiind înlocuită de apa mult mai rece din rezervor. Poziţia rezervorului trebuie să fie obligatoriu deasupra captatorului.

principiu

Vedere generală

Fig. 5. Preparator solar de apă caldă cu autostocare

principiu

Vedere generală

Fig. 6. Preparator solar de apă caldă cu termosifon


Sistemul prezintă trei mari avantaje: nu posedă pompe şi sisteme de reglaj şi nu necesită racordul la sistemul electric. Riscul de apariţie a diverse disfuncţionalităţi este mult redusPrincipalele inconveniente ale acestui sistem sunt: Poziţia rezervorului în raport cu captatorul limitează mult posibilităţile de instalare ale

acestui tip de sistem Prezintă risc de îngheţ, care poate fi diminuat, dar nu eliminat, prin utilizarea unui

schimbător de căldurăPerformanţele sistemului sunt dependente de caracteristicile lor, ale locului şi de condiţiile de

instalare .Modelarea matematică a unui sistem solar de preparare a apei în termosifon este destul de

complexă, motiv pentru care, în practică s-au realizat diferite studii care să permită caracterizarea unui astfel de sistem.

Se disting două tipuri: monobloc şi cu elemente separate.1.2.1. Preparator solar monobloc de apă caldă cu termosifon

Este cel mai utilizat tip deoarece prezintă facilităţi deosebite de montaj. Rezervorul este alipit captatorului şi dispus orizontal. Suprafaţa captatoarelor poate varia între 2 şi 6 m 2 iar volum rezervorului între 100 şi 600 l. Pentru implementarea preparatoarele de capacitate mai mare este necesară verificarea structurii de rezistenţă. 1.2.1. Preparator solar de apă caldă cu termosifon cu elemente separate.În acest caz captatorul nu mai este alipit de rezervor, cele două elemente fiind disociate, permiţând o mai bună integrare arhitectonică a componentelor, captatorul fiind plasat obligatoriu în exterior, în timp ce rezervorul poate fi amplasat şi în interior (fig. 7.). la acest sistem, acumulatorul trebuie să fie amplasat în mod obligatoriu la o cotă superioară captatorului, iar funcţionarea este cu atât mai bună cu cât diferenţa este mai mare. De asemenea, reţeaua de distribuţie trebuie să introducă pierderi de sarcină cât mai mici.

1.3. Preparator solar de apă caldă cu circulaţie forţată.

La acest tip de preparator circulaţia agentului solar se realizează cu ajutorul unei pompe. În această situaţie, poziţia relativă a rezervorului faţă de captator nu mai este obligatorie. Schema de alcătuire poate fi realizată în mai multe moduri, rezultând în acest caz mai multe tipuri distincte şi anume:

Sistem direct Sistem cu schimbător de căldură Sistem vidanjabil.

1.3.1. Sistem direct.Se utilizează în general în regiunile unde nu există risc de îngheţ, sau unde utilizarea este

sezonieră (case de vacanşă, campinguri, ...Din acest motiv, partea exterioară a sistemului trebuie sa poata fi golită în mod obligatoriu.

Fig.7. Preparator solar de apă caldă cu termosifon (doc. Tecsol)


Elementele componente În schema de alcătuire a

unui astfel de preparator intră (fig.8):

Unul sau mai multe captatoare solare

Un rezervor de stocaj Un sistem de alimentare a

rezervorului prevăzut cu vană de îchidere sau grup de securitate şi după caz o clapetă antiretur, o supapă de detentă, un filtru.

Un ansamblu hidraulic alcătuit din pompa de circulaţie, conducte de circulaţie, clapetă antiretur şi vane de izolare.

Un regulator diferenţial de temperatură, prevăzut cu sondele asociate.Principiul funcţionalDacă, sub efectul radiaţiilor solare , sondele de temoeratură, situate în captator înregistrează

o temperatură superioară celei din rezervorul de stocaj, regulatorul comandă pornirea pompei.Când temperatura în captator este egală cu cea din rezervorul de stocare se comandă întreruperea

circulaţiei. Ciclul se repetă în această manieră. Pentru evitarea supraîncălzirii apei din rezervorul de acumulare, acesta poate fi echipat cu un

sistem de securitate care să întrerupă funcţionarea pompei în momentul în care temperatura apei din rezervorul de stocaj a depăşit o anumită valoare critică, valoarea prescrisă.

1.3.2. Sistem cu schimbător.Este tipul de preparator

solar de apă caldă cu elemente separate care se utilizează cel mai mult în Europa. Partea exterioară a instalaţiei este protejată împotriva gerului, prin utilizarea unui fluid caloporteur special (fig.9).

Elemente constitutive.În schema de alcătuire a unui

astfel de preparator intră în principiu componentele preparatorului descris anterior la care se mai adaugă (fig.9):

Un boiler (schimbător de căldură în interiorul rezervorului de stocaj)

Un sistem circuit primar captator schimbător de caldură

Un vas de expansiune

Pompă circulaţie

Robinet sferic, normal deschis

Vană de echilibrare

Clapetă antiretur

Supapă automată de aerisire

filtru

Reductor de presiune

Supapă de securitate

Sondă de temperatură

Regulator diferenţial de temperatură

Intrare apă rece

Ieşire apă caldă

Reze

rvo

r acum

ula

re

Boiler

Fig. 9. Schemă alcătuire preparator solar cu schimbător

Intrare apă rece

Ieşire

apă caldă

Vas de expansiune




Regulator diferenţial de

temperatură

Pompă circulaţie

Robinet sferic,

normal deschis


Clapetă antiretur

Supapă automată

de aerisire

filtru


O supapa de securitate pentru evitarea creşterii presiunii peste valoarea prescrisă. Un ansamblu hidraulic alcătuit din pompa de circulaţie, conducte de circulaţie, clapetă antiretur şi vane de izolare.

Fluidul caloportor trebuie agreat de Ministerul sănătăţii. Se utilizează în general mono-propilen-glicol.

Principiul funcţionalEste similar cu cel al preparatorului fără schimbător.

1.3.3. Sistem vidanjabil.Se utilizează în special în

ţările în care nu se permite utilizarea antigelului. Sistemul permite golirea părţii exterioare a acestuia în momentul în care temperatura din captator scade sub valoarea temperaturii din boiler (fig. ).Dispozitivul necesită realizarea unor condiţii de funcţionare şi anume:

Poziţia captatorului trebuie să fie superioară poziţiei boilerului

Reţeaua exterioară nu trebuie sa prezinte puncte joase, suscceptibile de îngheţ

Principalele inconveniente pentru aceste tipuri de preparatoare sunt: Necesită pompe de circulaţie cu sarcină hidraulică respectiv putere superioară sistemelor cu

capacităţi similare dar cu funcţionare cu antigel. Prezintă un nivel de zgomot superior sistemelor precedente Realizarea instalaţiei trebuie făcută cu mare atenţie, pentru a permite golirea.Avantajele acestui preparator sunt: Lipsa fluidului antigel reduce costurile de exploatare Supraîncălzirea captatorului nu afectează calitatea fluidului caloportor, care nu are antigel,

ceea ce permite un reglaj economic, de oprire a pompei la atingerea temperaturii maxime în boiler.

Sistemul este recomandat la deservirea şcolilor.

Fig.10. Schemă alcătuire preparator solar cu schimbător vitanjabil

Pompă circulaţie



Clapetă antiretur


filtru

Vas de expansiune





Ieşire

apă caldăBoiler

Intrare apă rece

Parte de instalaţie ce poate fi supusa la ger

Partea interioară a instalaţiei

Intrare apă rece

Parte de instalaţie ce poate fi supusa la ger

Partea interioară a instalaţiei

Pompă circulaţie



Clapetă antiretur


filtru

Vas de expansiune





Ieşire

apă caldă

Boiler

Aport electric

Fig.11. Schemă alcătuire preparator solar cu schimbător şi rezistenţă electrică înglobată


1.4. Sisteme cu sursă de adaos.În climatul temperat şi pentru utilităţile cu funcţionare continuă este absolut necesară

prezenţa sursei de adaos. Aceasta poate fi de natură:

electrică; hidraulică, cu agent termic preparat cu ajutorul altor surse (centrală termică, pompă de

căldură, ...)Sursa de adaosul de energie poate debita direct în boiler , în situaţia boilerelor multienergie sau

poate debita într-un boiler sau acumulator special destinat.

1.4.1.Sisteme cu sursă de adaos integrată în boiler.

Sursa de adaos debitează în general în partea superioară a boilerului. Daca sursa este electrică şi funcţionează în mod continuu, atunci cele două treimi inferioare

ale boilerului sunt destinate schimbului de caldură dintre agentul solar şi apă, în timp ce partea superioară este destinată schimbului de căldură rezistenţă electrică-apă.

Dacă sursa este electrică şi funcţionarea este aservită perioadelor de tarifare redusă, atunci rezistenţa trebuie amplasată în partea centrală.

Dispozitivul de alimentare al rezistenţei electrice trebuie legat la un dispozitiv de aservire tarifară care să permită realizarea a trei moduri funcţionale: funcţionare automată, în perioada cu terif redus;funcţionare forţată cu recirculare, în perioadele de oprire.

Gabaritul instalaţiilor este în general bine determinat astfel încât să permită deservirea locuinţelor, pe nivele de confort solicitate.

1.Sisteme cu sursă de adaos hidraulică integrată în boiler.

Este recomandat în situaţiile în care clădirea este echipată cu centrală termică. În general funcţionarea sursei de adaos este continuă

Există de asemenea şi sisteme care prezintă şi surse de adaos electrice şi surse de adaos hidraulice, sisteme care utilizează de fapt sursa hidraulică în timpul perioadei de încălzire iar sursa electrică în afara perioadei de încălzire.1.Sisteme cu sursă de adaos externă.

Fig. 12. Schemă alcătuire preparator solar cu schimbător şi sursă hidraulică de adaos

Pompă circulaţie



Clapetă antiretur


filtru

Vas de expansiune




Regulator diferenţial de

temperatură

Ieşire

apă caldă

Sursa hidraulica adaoh

Schibbător solar

centrală

Intrare apa rece


Se recomandă a fi utilizat în special în cazul reabilitărilor când sursa de adaos există şi este în stare bună.

2.Instalaţii solare de preparare a apei calde de consum pentru clădiri colective.Sunt instalaţii solare de capacitate mai mare decât preparatoarele individuale.În general sunt instalaţii cu sursă de adaos.Pot fi concepute de manieră centralizată sau descentralizată atât pe partea de solar cât şi pe partea de adaos.La conceperea acestor sisteme, este foarte importantă cunoaşterea cât mai exactă a debitelor

de apă caldă precum şi a graficului de consum.Schemele principiale de alcătuire a acestor categorii de instalaţii sunt:

2.1.Schema cu schimbător de căldură primar extern, şi aport de energie termică preparată centralizat, separat

Aceasta schemă (fig 13. ) hidraulică se recomandă cu precădere pentru instalaţiile de producere a apei calde de consum aferente blocurilor de locuinţe.

Caracteristicile acestei configuraţii sunt:

Un schimbător de căldură extern rezervorului solar. Este cea mai bună soluţie pentru debite mari, şi permite o întreţinere uşoară

Un rezervor specific pentru agentul solar şi un rezervor colectiv specific debitelor preluate din sursa de aport

Sursa de aport poate fi de tip electric, hidraulic sau ambele tipuri. Robinetul de amestec se găseşte la ieşirea din rezervorul de vârf, Menţinerea temperaturii apei calde distribuite se asigură cu ajutorul sursei de aport.

Fig. 13.


Pompa de circulaţie de pe circuitul secundar este aservită circuitului primar. 2.2.Schema cu schimbător de căldură primar extern, şi aport de energie termică preparată centralizat, integrat

Schema (fig. 14.) se recomandă numai instalaţiilor colective de preparare a apei calde de consum de mică capacitate (mai mici de 20 m²), precum şi în cazul instalaţiilor de preparare a apei calde de consum aferente locuinţelor individuale în cazul unui nivel de confort sporit.

Caracteristicile acestei configuraţii sunt: Un schimbător de căldură extern rezevorului solar. Este cea mai bună soluţie pentru debite mari, şi permite o

întreţinere uşoară Un rezervor unic pentru agentul solar şi pentru debitele preluate din sursa de aport Sursa de aport poate fi de tip electric sau hidraulic. Robinetul de amestec se găseşte la ieşirea din rezervorul de vârf, Menţinerea temperaturii apei calde distribuite se asigură cu ajutorul sursei de aport.Pompa de circulaţie de pe circuitul secundar este aservită circuitului primar.

Această configuraţie poate fi transformata, in cazul in care lungimea traseului de distribuţie este mai mica de 6 m, in schemă cu distribuţie directă, fără recirculare, caz în care debitul pompei de pe bucla de recirculare este 0.

Fig. 14


2.3.Schema cu schimbător de căldură primar intern, şi aport de energie termică preparată centralizat, separat

Schema (fig, 15.) permite evitarea schimbătorului de căldură extern. Caracteristicile acestei configuraţii sunt:

Un schimbător de căldură intern rezervorului solar. Este cea mai bună soluţie pentru debite mari, şi permite o întreţinere uşoară

Un rezervor specific pentru agentul solar şi unul pentru debitele preluate din sursa de aport Sursa de aport poate fi de tip electric, hidraulic sau ambele tipuri. Robinetul de amestec se găseşte la ieşirea din rezervorul de vârf, Menţinerea temperaturii apei calde distribuite se asigură cu ajutorul sursei de aport.

2.4.Instalaţie de preparare a apei calde cu schimbător primar intern şi sursă de ados cu

prepare independentă, centralizată.

Schema ( fig. 16.) se recomandă în zonele calde.

Fig. 15.

Fig. 16


Caracteristicile acestei configuraţii sunt: Nu există schimbător de căldură intern rezervorului solar. Un rezervor specific pentru agentul solar şi unul pentru debitele preluate din sursa de aport Sursa de aport poate fi de tip electric, hidraulic sau ambele tipuri. Robinetul de amestec se găseşte la ieşirea din rezervorul de vârf, Menţinerea temperaturii apei calde distribuite se asigură cu ajutorul sursei de aport. Această configuraţie poate fi transformata, in cazul in care lungimea traseului de distribuţie este mai mica de

6 m, in schemă cu distribuţie directă, fără recirculare, caz în care debitul pompei de pe bucla de recirculare este 0.

2.5.Instalaţie de preparare a apei calde fără schimbător de căldura primar, cu acumulator şi sursă de adaos cu prepare independentă, instantanee.

În această configurare a instalaţiei (fig. 17.) sursa de vărf funcţionează în mod instantaneud. In consecinţă nu este nevoie de rezervor de stocaj ci numai de rezervor solar. Un schimbător de căldură extern rezervorului solar. Un rezervor pentru agentul solar Sursa de aport poate fi de tip electric sau hidraulic. Robinetul de amestec se găseşte la ieşirea din rezervorul de vârf, Menţinerea temperaturii apei calde distribuite se asigură cu ajutorul sursei de aport. Această configuraţie poate fi transformata, in cazul in care lungimea traseului de distribuţie este mai mica de


2.6.Instalatie cu descărcarea stocului solar

Fig. 17.


Această schema (fig. 18.) este o varianta a configuratiei 1. deosebirea: o pompă de circulaţie permite descarcarea din rezervorul solar în rezervorul de varf. Un schimbător de căldură extern rezervorului solar. Un rezervor pentru agentul solar si unul pentru sursa de aport. Sursa de aport poate fi de tip electric, hidraulic sau mixt. Robinetul de amestec se găseşte la ieşirea din rezervorul de vârf, Menţinerea temperaturii apei calde distribuite se asigură cu ajutorul sursei de aport. Această configuraţie poate fi transformata, in cazul in care lungimea traseului de distribuţie este mai mica de


pompa de pe secundar este aservita celei de pe primar. O pompa suplimentara permite descarcarea din rezervorul solar in cel de varf. Aceasta este pusa in funcţiune

cand temperatura din partea superioara a rezervorului solar este mai mare decat cea din partea inferioara a rezervorului de varf, deci cand nu este consum de apa. Schema permite utilizarea eficienta a captatorilor solari, cu returul la o temperatura mai mica.

2.1.1.2. Siteme de cogenerare apă calda de consum-energie termică incălzire.

Planşeu solar direct.

Tehnica planşeului solar direct (PSD) constituie in prezent una dintre cele mai interesante aplicaţii ale energiei solare pentru încălzirea locuinţelor unifamiliare.

Planşeul solar direct este elementul de planşeu care asigură simultan funcţiunile de stocaj de energie şi de distribuţie de energie, spre deosebire de instalaţiile de încălzire solare tradiţionale, în care fluidul caloportor primar este încălzit în cadrul captatorului solar, utilizat pentru încălzirea agentului secundar în cadrul unui boiler, care are rol şi de acumulator de energie, după care este introdus într-un circuit clasic de încălzire cu apă caldă de consum.

Sistemul prezintă, în comparaţie cu sistemul clasic, o seama de avantaje, printre care merită menţionate, costul de investiţie mult mai redus precum şi spaţiu ocupat redus.

Sistemul a fost dezvoltat în diverse soluţii, mai mult sau mai puţin performante. Unele soluţii permit cogenerarea de energie termică pentru procesul de încălzire, precum şi apă caldă de consum, cu ajutorul captatorilor integraţi direct în acoperiş. De asemenea există soluţii echipate cu sisteme

Fig. 18.


de control-reglaj care permit optimizarea procesului de producere agent încălzire-apă caldă de consum.

Pentru creşterea performanţelor de exploatare, sistemele planşeu termic solar direct, ca de altfel majoritatea sistemelor care exploatează resursele solare, sunt concepute cu ajutorul softurilor specializate, care permit dimensionarea optimală, în raport cu caracteristicile de climă, necesarul solicitat şi particularităţile anvelopei deservite.

CAPTATOARE SOLARE

PLANŞEU INCALZITOR

APA RECE

SPRE SURSA DE ADAOS APA CALDA DE CONSUM

pompeRegulator

Fig. 19.


Un astfel de soft a fost dezvoltat de Centrul de Cercetări Ştiinţifice şi Tehnice în domeniul Construcţiilor din Franţa (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment)- CSTB.

Softul este construit pe baza unei metode de calcul care permite:

Stabilirea intensităţii radiaţiei solare pe un plan înclinat la un unghi oarecare, cu considerarea efectelor de umbrire generate de elementele înconjurătoare (masca) ; Stabilirea valorii coeficientului pierderilor globale de căldură pe baza mai multor metode (simplificate sau detaliate) Determinarea necesarului de căldură pentru o clădire neechipată cu sisteme solare; Alegerea şi conceperea acoperişului solar; Evaluarea economiilor realizate prin intermediul utilizării planşeului solar; Determinarea necesarului de căldură pentru prepararea apei calde de consum la o clădire neechipată cu sisteme solare; Stabilirea cantităţii procentuale de apă caldă de consum posibil a fi preparată cu ajutorul energiei solare; Evaluarea economiilor realizate prin intermediul preparării apei calde cu ajutorul planşeului solar determinarea coeficientului de cuplaj evaluarea economiilor posibil a fi realizate în cazul utilizării sistemelor cuplate evaluarea coeficientului energiei injectate stabilirea necesarului de energie de adaos, pentru încălzire şi preparare apă caldă de consum, în

cazul utilizării planşeelor solare directe

PLANŞEU INCALZITOR

APA AMESTECATAAPA RECE

APA AMESTECATA

CENTRALĂ


determinarea randamentelor sistemelor de adaos de energie pentru încălzire;

determinarea randamentelor sistemelor de adaos de energie pentru prepararea apei calde de consum;

estimarea economiilor realizate cu sistemul de încălzire, de preparare apă caldă de consum şi/sau respectiv cu sistemele cuplate.

Sistem de cogenerare apa calda de consum, energie termica cu panori solare si centrala termica ca sursa de adaos

Sistemele dezvoltate au urmarit exploatarea la maximum a energiei solare, posibilitatea de adaptare eficienta a sistemului la cererea de consum si puterea termica necesara.

s-au dezvoltat diferite scheme: cu boiler combinat, cu boiler multienergie cu boiler si schimbator de caldura, cu schimbator de caldura si rezervoare de adaos

Sistem de cogenerare apa calda de consum, energie termica cu panori solare si pompe de caldura

Aceste sisteme s-au dezvoltat in special dupa 1990, ca urmare a masurilor de reducere a consumurilor energetice impuse.Sistemul poate prezenta autonomie energetica.

Cercetarile in acest domeniu af fost dezvoltate: in scopul gasirii parametrilor optimi de

functionare si a controlului functionarii in acest sens.

In scopul adaptarii corecte la cererea de consum si clima de calcul.

Prezentam in continuare trei scheme caracteristice oferite de firma Wiessmann.


2.1.2.Sisteme de producere a energiei termice cu ajutorul pompelor de caldura care valorifica energia geotermala sau cea deseu.

2.1.2.1.Pompe de caldura. Baze teoretice. Principii. Tipuri caracteristice.

Descoperirea pompelor de caldura poate fi fixata in timp la inceputul secolului XX odata cu inventarea frigiderului, dezvoltarea acestora precum si integrarea in sistemele de producere a energiei pentru cladiri fiind realizata de catre elvetieni, imediat dupa cel de-al doile razboi mondial iar in prezent asistam la o preocupare intensa a specialistilor pentru cresterea performantelor acestora.

Destinatia unei pompe de caldura se regaseste in insasi denumirea acesteia, adica pompeaza caldura.Mai exact, aceasta extrage caldura dintr-un mediu rece pentru a o transfera unui alt mediu pe care-l incalzeste. Aceste

medii sunt cunoscute sub denumirea de sursa rece si respectiv sursa calda. La baza functionarii acestora stau diverse principii de functionare. Se disting din acest punct de vedere : pompe de caldura cu compresie mecanica pompe de caldura cu absorbtie

Principiul de de functionare al pompelor de caldura cu compresie mecanica

Pentru preluarea energiei din mediul rece si cedarea acesteia mediului cald se utilizeaza un fluid (lichid sau gaz) care prezinta particularitatea de a-si schimba faza odata cu modificarea presiunii. Lichidul are tendinta de a fierbe cand scade presiune iar gazul are tendinta de a se condesa cand creste presiunea. Paradoxal, lichidul fierbe la temperaturi negative, producand simultan un frig intens iar condensarea gazelor este insotita de o degajare de caldura importanta. Energia necesara pentru functionarea sistemului este cea transferata compresorului pentru cresterea presiunii gazului, fiind relativ scazuta in comparatie cu energia generata.

Transferul de caldura se realizeaza intre: un corp cu temperatura mai joasa (de exemplu temperatura mediului ambiant - aer, apa, sol) pe care il

vom numi sursa rece ( si care ajunge in vaporizator); un corp cu temperatura mai mica decit a sursei reci numit agent frigorific ( acesta conform principiului

enuntat poate prelua caldura sursei reci); un corp care va trebui sa primeasca , de la agentul frigorific, caldura ( in condensator ), numit agent

termic; La baza principiului de functionare a PDC concureaza o serie de fenomene si legi ale fizicii, dintre care

enumeram: Principiul al II lea al termodinamicii: "Caldura nu poate trece niciodata de la sine de la un corp cu

temperatura mai joasa la unul cu temperatura mai inalta " ( enuntul lui Clausius)

Fig.1. Schema de principiu a pompei termice


In secolul al- XIX - lea, cunoscutul fizician J. Watt a descoperit ca un gaz care este comprimat degaja caldura si invers, daca este destins - absoarbe caldura!

Agentul frigorific, pe linga faptul ca are un punct de fierbere foarte scazut (cca -2 º C) are si proprietatea de a acumula energie transfomindu-se din stare lichida in stare gazoasa si poate usor ceda aceasta caldura revenind la starea lichida initiala.

In momentul cind agentul frigorific devine gaz prin preluarea caldurii sursei reci, acesta este introdus intr-un compresor (doar gazele se pot comprima - lichidele sunt incompresibile) iar in timpul compresiei (asa cum stim deja ) temperatura agentului frigorific creste cu citeva zeci de grade, suficient sa ajunga la o temperatura mai mare decat a agentului termic si sa-i poata ceda acestuia cadura .

Dupa ce agentul frigorific cedeaza energia agentului termic, revine treptat la starea initiala (lichida) si este trecut printr-un ventil de expansiune unde pierde presiunea acumulata in compresor

Din acest moment ciclul se repeta iar pompa de caldura "pompeaza" caldura dinspre sursa rece spre agentul termic - bineinteles prin intermediul agentului frigorific si cu aportul compresorului.

Practic pompa termică cu compresie mecanica transformă energia mecanică (electrică) în energie termică doar într-o măsură redusă, cca 25%…33%. Energia mecanică este obţinută cu ajutorul unui electromotor alimentat de la reţeua de electrică, sau cu un motor diesel.

Principiul de bază al pompei termice este acelaşi cu cel al instalaţiilor frigorifice, sau al celor de condiţionare a aerului, însă temperaturile între care lucrează diferă de cele caracteristice acestor instalaţii.

Interschimbarea rolurilor vaporizatorului cu condensatorul prin intermediul unei vane cu patru căi, permite utilizarea pompei termice în sezonul cald pentru condiţionarea aerului aşa cum se arată în Fig.2.

Fig.2.Trecerea de la regimul de vară (răcire) la cel de iarnă (încălzire) se face prin simpla repoziţionare a vanei inversoare cu patru căi.


În acest caz disiparea căldurii evacuate din clădire are loc prin intermediul unui turn de răcire. De regulă termenul de pompă termică este rezervat instalaţiilor destinate încălzirii spaţiilor sau preparării acm, însă funcţionarea lor permite şi utilizarea ca instalaţii de răcire/condiţionare a aerului, ceea ce le sporeşte gradul de utilizare reducându-le timpul de amortizare.

Agenti frigorifici recomandatiIn functionarea unei PDC agentul frigorific joaca un rol esential. In clipa de fata freonul, considerat ne-ecologic a fost

inlocuit cu agenti frigorifici ecologici. Ca refrigerenţi se folosesc în ultimii ani amestecuri azeotrope de hidrocarburi fluorurate HFC.Utilizarea diferitilor agenti frigorifici este in corelatie cu destinatia pompelor:

R-134a, R-152a, R-404A, R-407C, R-410A (pompe termice destinate încălzirii) R-134a, R-410A, R-407C (sisteme centralizate de condiţionare a aerului) R-410A, R-407C (sisteme unitare de condiţionare a aerului).

Hidrofluorocarburile neconţinînd clor au un potenţial nul de distrugere a stratului de ozon (ODP) însă se dovedesc periculoase din punctul de vedere al încălzirii globale (GWP). Ca urmare revin în atenţia producătorilor de pompe termice hidrocarburile (de exemplu pentanul, propanul) şi amoniacul, dar şi bioxidul de carbon şi apa [2]. Acestea se gasesc si sub forma libera in natura si de aceea pot fi considerate ecologice.

Coeficientul de performanta.Ciclul dupa care functioneaza o pompa de caldura cu comprimare de vapori actionata electric (prescurtat PDC) este ciclul

Carnot inversat. Diagrama T-S a Ciclului Carnot inversat si ideal este prezentata in fig. 3. unde : 4 -1 > vaporizare ;2 - 3 > condensare ; 3 - 4 > expansiune

Fig. 3. diagrama T-S a ciclului CARNOT inversat si ideal


Daca se noteaza cu :T=temperatura corpului care primeste caldura (agentul termic) Tu= temperatura corpului din care se extrage caldura (sursa rece) e=coeficient de eficienta dupa Carnot T-Tu = diferenta de temperatura intre corpul cald si corpul rece (temperatura exprimata in grade absolute Kelvin) Atunci se defineste prin coeficient de performanta :COP=e = T/T-Tu Suprafata a = energia preluata din mediul inconjurator Suprafata b = energia consumata de compreseor a+ b = energia totala cedata agentului termic s = entropia (continutul de energie la o stare data) Diagrama T-S prezentata mai sus este pur teoretica. In natura nu exista procese ideale. Datorita pierderilor termice, mecanice, electrice valoarea e-ului este mult mai scazuta in realitate.

Coeficientul de performanta real (cop) depinde de ecartul de temperatura dintre sursa rece si agentul termic.

In concluzie daca dorim o eficienta maxima , atunci diferanta intre sursa rece (apa, aer, sol) si agentul termic trebuie sa fie cat mai mica.

In aceste conditii sisteme de distributie a caldurii cu temperaturi coborate (30-40ºC : incalzire in pardoseala, in pereti, ventiloconvectoare) sunt cele mai indicate.

Bibliografia germana indica temperaturile sursei reci si ale celei calde cu notatii de genul W10/W35, EO/W35, LO/W50, BO/W35, etc.).

Putem conchide, pe baza celor prezentate mai sus, ca eficienta unei PDC creste o data cu scaderea diferentei de temperatura intre sursa rece si agentul termic.

Valoarea COP- lui definit mai sus este o valoare momentana ( intodeuna supraunitara ). Pentru a putea stabili un COP cat mai apropiat de relitate se ia in calcul o perioada mai lunga ( de ex. un an ) si se stabileste un COP anual, care este evident diferit de cel momentan (de obicei la calcularea lui se tine cont de toate consumurile auxiliare, cum ar fi pompele de extractie, recirculare, etc).

Producatorii si furnizorii profesionisti de PDC indica acest COP in specificatiile tehnice precizand automat si ecartul de temperatura.

Coeficientul de performanta al PDC pentru regimul de racire (climatizare de vara) este denumit si EER - eficienta energetica de racire.

Fig. 4. variatia COP functie de ecartul de

temperatura sursa rece-sursa calda.


In acest regim PDC urmeaza Ciclul Carnot normal, PDC "transformandu-se" intr-un veritabil frigider. Intamplator prescurtarile "COP" ( coefficient of performance ) si "EER" ( energetic efficiency of refrigeration ) corespund cu prescurtarile folosite in limba engleza si va fi foarte usor sa recunoastem acesti coeficienti in literatura de specialitate sau specificatii tehnice scrise in aceasta limba!

Valoarea EER are o importanta deosebita la dimensionarea PDC reversibile deoarece necesarul de racire este mai mare decat necesarul de incalzire si in aceasta situatie puterea compresorului va fi data de necesarul de racire.

In momentul de fata PDC foarte performante au un COP cuprins in general intre 3.5-5.5 si in mod exceptional depasesc aceste valori.

Un exemplu in acest sens sunt anumite PDC fabricate de firma austriaca NEURA cu o conceptie cu totul speciala, care ajung in treapta de functionare "ECO" la COP ce se apropie de cifra 8 .

Regimul de functionare al PDC.

Tehnologia actuala permite functionarea fara ajutorul altor surse de caldura a multor pompe de caldura cu compresie mecanica PDC. Exista situatii in care se impune si functionarea impreuna sau alternativ cu alte surse.

Regimurile de functionare posibile sunt (fig.5.): momovalent ( PDC serveste numai ca sursa de incalzire -

purtator energetic: energia electrica) ; bivalent - paralel (se foloseste o PDC simultan cu o alta sursa

de caldura) In cazul ca sursa ce functioneaza in paralel cu PDC foloseste energia electrica, atunci vorbim despre un sistem bivalent - paralel monoenergetic;

bivalent - alternativ (in aceasta situatie functioneaza sau PDC

sau cealalta sursa de incalzire); bivalent - partial - paralel; In actiunea de conceptie a sistemelor care utilizeaza pompele de

caldura, respectiv la dimensionarea acestora prezinta o importanta majora considerarea corecta a regimurilor de functionare deoarece:

prin supradimensionare se maresc costurile de investitii si se genereaza o functionare defectuoasa a pompei ajungindu-se la porniri si opriri mai dese si implicit la uzura prematura a echipamentului.

Prin subdimensionare se mareste timpului de functionare cu aceleasi efecte de uzura a componentelor.

Clasificarea PDC dupa sursa rece si agentul termic: Fig. 5. Regimuri de functionare (sursa www.Kelvin.pdc)

Fig.6. Evoluţia anuală a temperaturii în straturile din sol aflate în vecinătatea suprafeţei pământului (pentru o temperatură medie anuală a aerului de 8…9 0C). [6]


PDC sol-apa ( sursa rece- solul, agent termic- apa) -in aceasta categorie includem si PDC cu vaporizare directa. PDC apa-apa (sursa rece- apa, agent termic- apa); PDC aer-apa (sursa rece- aerul, agent termic- apa) PDC sol-aer, PDC apa-aer PDC aer-aerSursele de căldură

Solul PDC sol-apa este o PDC foarte raspandita comparativ cu cea apa-apa si are ca "sursa rece" caldura solara acumulata in

straturile superioare ale Pamantului. Practica a aratat si teoria a confirmat, ca incepind de la o anumita distanta in sol (cca15m), temperatura ramane relativ constanta (cu fiecare 30m in adincime temperatura creste doar cu cca un grad Celsius) (fig. 6.). Acest urias potential energetic aflat la mii de km adancime nu face obiectul folosirii PDC. Caldura necesara functionarii acestora se extrage doar din straturile superioare (care sunt incalzite, de fapt, de la Soare) si, temperatura la care se folosesc PDC sol apa este intre cca. 8º C si 30º C .

Din această categorie largă fac parte pompele termice care utilizează [4]. solul (GCHP) acestea fiind cu cu buclă închisă denumite şi geotermale (GHP) apele freatice (GWHP), cu buclă deschisă apele de suprafaţă (SWHP) straturile de mare adancime

Captarea "sursei reci" la PDC SOL- APA se poate face : cu captatoare plane - ingropate la cca 1-1.5 m (se mai pot folosi captatoare sub forma de spirala sau kunette) cu sonde de adancime - ce pot ajunge de la 50 la 100m (in cazuri speciale pot ajunge si la 250m) cu vaporizare directa dispusa in captatoare plane din cupru Sistemele de captare din sol mai sunt numite si sisteme cu "bucla

inchisa".pdc cu schimbatoare de caldura sol-apa plane

Se utilizeaza numai in situatia in care dispunem de spatiu suficient in jurul obiectivului pe care dorim sa-l incalzim cu o PDC.

Puterea specifica de extragere a caldurii din sol este cuprinsa intre10W/mp si 50W/mp (sol uscat necompactat 10W/mp ; sol compact umed 20-30W/mp; sol ud nisip si pietris 40W/mp ).

Fig. 7.


Schimbatorul de caldura SOL-APA esterealizat din polietilena. Circuitul se ingroapa la 1-1.5m in sol, suprafata de pamint superioara captatoarelor putind fi cultivata. Pentru a se evita givrarea sistemului circuitul captatoarelor este umplut cu solutie antigel (glicol) Avantajele sistemului: fiabil, simplu de realizat, investitie relativ mica, COP relativ ridicat. Dezavantajul principal al sistemului este necesarul ridicat de spatiu si faptul ca nu poate fi amplasat pe orice sol. Pentru cresterea performantelor acestui sistem

s-a propus utilizarea apei de ploaie pentru mentinerea in stare umeda a solului in care este inglobat schimbatorul (SISTEMUL AqaGeo-Kollektor utilizat la PDC cu captatoare plane STIEBEL-ELTRON) (fig. 8.)

Sistemul este relativ simplu si este compus dintr-o folie impermeabila ce este amplasata sub captatoarele plane si un sistem subteran controlat de distribuie a apei pluviale deasupra schimbatorului. Prin folosirea acestui sistem se poate realiza o captare foarte eficienta a caldurii pamantului de pana la 40W/mp ajungandu-se la micsorarea suprafetei de captare cu pana la 70% a captatoarelor plane. Sistemul influenteaza pozitiv vegetatia aflata deasupra.

Amplasarea colectorilor de sol sub forma unor colaci elicoidali reduce suprafaţa de teren necesară însă trebuie avut în vedere că aceeaşi cantitate de energie termică este extrasă de pe o suprafaţa mai redusă ceea ce poate avea consecinţe asupra orizontului de îngheţ, pe termen mediu şi lung.

Întrucât aceste sisteme cu buclă închisă sunt destinate să lucreze şi la temperaturi negative fluidul de transfer termic este un amestec de apă cu 20% propilen glicol, avînd punctul de îngheţ la -7,8

Fig. 8

Fig.9. Fig.10.


0C; chiar dacă acest amestec reduce într-o oarecare măsură eficenţa instalaţiei condiţiile de funcţionare îl impun. Pentru a evita îngheţarea amstecului temperatura apei freatice va trebui să fie cu aproximativ 5…6 0C mai caldă, adică de cca –2 0C. De altfel scăderea temperaturii apei din sol atrage după sine înrăutăţirea performanţelor şi a eficienţei pompei termice: o scădere a temperaturii de la –1 0C la –6,5 0C conduce la o scădere a performanţei pompei termice cu 15%. În mod simetric, în perioada de funcţionare în regim de răcire o creştere a temperaturii de la 21 la 32 0C va reduce performanţa instalaţiei cu cca 9%, iar a eficienţei cu 25%.

pdc cu sonde de adincime (SAU verticale)

Se recomanda cand nu se dispune de spatiu suficient in jurul constructiei. Forajele se pot executa pina la 250m. In general sondele de adincime se foreaza la100m iar in cazul ca nu sunt

conditii la 50m. Puterea de extragere a caldurii cu sonde de adancime:


sedimente uscate: 30W/ml ardezie basalt 55W/ml piatra densa cu conductibilitate termica ridicata: 80W/ml sol cu circulatie puternica a apei freatice: 100W/ml Distanta dintre sonde este de minim 5m.

Puterea termică extrasă printr-un puţ se recomanda a fi de cca 7 …10, 5 kW. În fiecare puţ se introduce o conductă în formă de buclă U. Aceste bucle sunt conectate la conductele de colectare-distribuire plasate orizontal în şanţuri şi care fac

Fig. 10.

Fig .11.


legătura cu pompa termică amplasată în clădire. Conform normelor în vigoare (ISO-13256) temperatura standard a fluidului din buclele de colectare este pentru încălzire de 0 0C iar pentru răcire de 25 0C.

Adâncimea de forare depinde de puterea termică a pompei termice (fig.11).Pompele termice frecvent întâlnite pe piaţă sunt în gama de puteri 10…30 kW, fiind însă în continuă extindere.

Preţurile de achiziţie a pompelor termice scad odată cu creşterea puterii acestora ( o pompă termică de 1,7 kW costă aproximativ 1000 $, iar una de 5 kW revine la un preţ cuprins între 2000 şi 3000 $, însă la puteri ce depăşesc 10 kW preţul poate ajunge la 4000…5000 $). Dacă supradimensionarea pompei termice conduce la funcţionarea ciclică exagerată a acesteia, subdimensionarea sa atrage consumuri suplimentare de combustibil pentru sistemul de încălzire auxiliar; acesta din urmă trebuie dimensionat cu atenţie avînd în vedere temperatura medie a aerului din timpul iernii.

Folosirea PDC in cooperare cu izvoare geotermale de mare adancime, ce au temperaturi de mii de grade C ( aceste izvoare numindu-se si" izvoare de roca fierbinte") este posibila doar dupa ce acestea din urma au pierdut potentialul si au ajuns la temperaturi compatibile cu functionarea unei PDC.

Schema de principiu a unei instalatii de recuperare a caldurii din straturile de mare adancime (roca fierbinte) ale Pamantului si transformarea ei in energie electrica si energie termica de incalzire.Sistemul cu sonde verticale are acelasi principiu la baza cu cel al captatoarelor plane.

Ca avantaje: fiabilitate ridicata, nu ocupa spatiu mare, COP ridicat (avind in vedere ca "sursa rece" este mai" calda" ca in cazul captatoatrelor plane), nu necesita aprobari speciale de mediu.

Dezavantaje: investitie mai mare, necesita utilaje speciale, personal bine pregatit in executia lucrarii. Sistemele cu PDC sol-apa care utilizeaza distributia caldurii si frigului in pereti printr-o retea de vase capilare, reuseste sa

realizeze racirea pasiva (SISTEMUL KAPITHERM-fig. 13.).

Fig .12.


pdc cu vaporizare directa

La sistemul cu vaporizare directa nu mai exista un circuit separat de captare, circuitul agentului frigorific avind rolul de circuit de captare, fiind ingropat direct in sol, devenind captatorul "sursei reci".

Acest circuit "direct" este realizat din teava de cupru fara suduri si cu un manson de protectie din polietilena. Circuitul se ingroapa la cca. 1-1.5m si se aseaza pe un pat de nisip.

Avantajele sistemului sunt: COP foarte ridicat, fiabilitate mai mare fata de sistemul cu captatoare plane, se micsoreaza suprafata ocupata de captatoare fata de sistemul cu captatoare plane.

Dezavantaje: este limitata plaja de putere (pana la 30-50kW).

Fig. 14


La dimensionare se tine cont de calitatea solului. Un sistem cu totul original si cu avantaje suplimentare in functionare, este sistemul NEURA care are un schimbator de

caldura intermediar, un sistem electronic de reglare a turatiei compresorului functie de sarcina, iar agentul frigorific R407C este inlocuit cu gaz lichefiat (propan).

Prin dimensionarea adecvata a compresorului se obtine un sistem cu performanta foarte ridicata si cu un inalt grad de fiabilitate. O consecinta directa a acestor avantaje este reducerea spatiului necesar captarii cu cca 15-20% si implicit marirea plajei de putere. Functionarea lina a compresorului mareste substantial durata de functionare si duce la cresterea randamentului PDC. Aceste sisteme depasesc orice asteptari ajungand la un COP aproape de 7 cu functionarea in regim de turatie redusa si ecart minim de temperatura.

Un avantaj major al sistemului NEURA este si faptul ca PDC este amplasata in exteriorul casei intr-o cutie speciala din fibra. Nu ocupa spatiu, nu produce zgomot.

pompa de caldura apa – apa (Sistemele geoexchange)

Sistemul apa-apa este numit si sistem de captare cu bucla deschisa. Apa freatică este extrasă printr-un puţ forat în sol în vederera utilizării

sale la încălzire, respectiv la răcire. Apa freatică provine din spaţiile goale existente în straturile geologice neconsolidate (nisip şi pietriş) precum şi din cele consolidate (gresie şi rocă vulcanică). Viteza de curgere a apei prin vaporizator nu trebuie sa depaseasca 0.8m/s

Unitatea geologică capabilă să furnizeze, printr-un puţ, suficientă apă freatică pentru scopuri practice, denumită acvifer este alimentată continu cu apa din precipitaţii, sau cu cea de suprafaţă. Fisurile existente în rocă formează un sistem de comunicare prin care circulă apa freatică permiţînd reîncărcarea acviferului pe măsură ce puţul este exploatat în vederea producţiei de apă.

Variaţiile de temperatură de la suprafaţa solului influenţează temperatura apei freatice până la adâncimi de cca 10 m Fig.6.

La adâncimi cuprinse între 10 m şi 20 m temperatura apei freatice rămâne relativ constantă la valori cu 1 la 2 0C mai ridicate decât temperatura medie anuală [7]. Gradientul geotermal care apare la adîncimi mai mari, către centrul pământului, face să crească temperatura solului cu 1 0C la fiecare 35 m.

Puţurile forate cu un diametru de 150 mm sau mai mare pot fi autosusţinute, avînd o adâncime de 500 m sau chiar mai mult. Pentru aplicaţii rezidenţiale este suficient un singur puţ cu adîncime de cca 215 m comparativ cu aplicaţiile comerciale

Fig. 15

Fig. 13. SISTEMUL KAPITHERM


în care sunt necesare două puţuri cu adîncime de 450 m. Partea superioară a puţului care nu pătrunde în rocă este căptuşită cu tuburi de oţel perforate, pentru a permite pătrunderea apei în puţ.

Forarea puţurilor se face cu tehnologia tradiţională, Pentru evitarea surpării puţului în timpul forării se pot injecta lichide cu densitate mare precum cele polimerice. Acestea sunt recuperate de la suprafaţa solului după ce deversează.

Poate realiza cel mai ridicat COP. Un astfel de sistem apa-apa poate ajunge usor la un COP=5 si chiar il poate depasi. Poate furniza puteri mari (mii de kW), pe o singura unitate sau cupland mai multe unitati de putere mai mica.

Deoarece performanta sistemului depinde de o seama intraga de factori, s-au impus o serie intreaga de norme : calitatea apei: apa potabila; apa extrasa din straturile freatice trebuie reinjectata in sol (putul de injectie trebuie sa fie amplasat la min. 15m

in aval fata de directia de curgere a apei in panza freatica) pentru fiecare kW termic instalat este necesar un volum minim de apa de 160litri/ora, adica 0.16mc/ora (la min

8 º C), debitul trebuind asigurat in orice moment de putul de extractie;. Proiectele destinate aplicaţiilor rezidenţiale sunt concepute să extragă 35 kW/puţ (Standing Column Well, SCW), în timp

ce la aplicaţiile comerciale ating valori de 246 kW/puţ. De regulă, producţia de apă a unui astfel de acvifer este mai mică de 40 l/min. Producţii mai mari se pot obţine în cazul unor puţuri ce au fost forate în zona unei fracturi mai mari, sau în locaţii în care acviferul are în subsolul său materiale compozite neconsolidate, precum nisip şi/sau pietriş. Pentru aplicaţii rezidenţiale sunt necesare debite de 11…15 l/min, iar pentru cele comerciale valorile pot ajunge la 19…39 l/min. Productivitatea unui astfel de puţ depinde de mai mulţi factori, precum transmisivitatea acviferului, grosimea sa şi proiectul puţului.

Un proiect bine întocmit va furniza un debit de apă suficient din acvifer, evitînd insă perforaţii prea mari în tuburile de consolidare a puţului, precum şi o sită cu ochiuri exagerate care va favoriza pătrunderea în puţ de materiale care vor distruge pompa de apă, sau sistemul geotermal. Construcţia sistemelor geotermale implică în mod necesar proiectarea de către un inginer hidrogeolog pe baza informaţiilor geologice specifice inclusiv a testelor zonei respective O abordare integrată a întregului sistem bazată pe analiza sa multidisciplinară va aduce nemijlocit şi economii de energie.

Sistemele geotermale cu pompe termice sunt cele mai eficiente energetic, nepoluante pentru mediul înconjurător şi eficiente din punct de vedere al costurilor, conform statisticilor efectuate de organizaţii de specialitate precum Agenţia de Protecţie a Mediului (EPA) din SUA. Sistemele geotermale de pompe termice de tip buclă deschisă oferă eficienţe energetice comparabile cu cele de tip buclă închisă însă la costuri substanţial mai reduse. Acest tip de stocare/exploatare a energiei termice în acvifere este în continuă extindere, mai ales că pe această cale nu se mai degajă bioxid de carbon în atmosferă.

O caracteristică a sistemelor geotermale de pompe termice este investiţia iniţială relativ mare comparativ cu alte sisteme convenţionale destinate încălzirii şi răcirii. La preţul pompei termice se adaugă cel de forare care variază în funcţie de


condiţiile geografic şi de cele subterane fiind cuprins între 40 şi 45 Euro, respectiv 120…160 RON pentru fiecare metru forat. Din acest motiv se dovedesc mai economice puţurile de tip SCV comparativ cu puţurile duble de producţie respectiv reinjecţie, Fig.8.a. Datorită economiei de energie aceste sisteme se amortizează în doi până la zece ani, după care cheltuielile de întreţinere şi cele legate de energie devin mult mai reduse comparativ cu cele aferente sistemelor convenţionale de încălzire şi condiţionare a aerului evitându-se totodată degajarea unor cantităţi importante de gaze cu efect de seră.

PDC apa-apa are un rol deosebit de important in industrie sau in exploatarea la maximum a izvoarelor geotermale. Apele reziduale sau apele geotermale cu temp. maxime de 28-30 º C pot fi cu succes valorificate. In cazul apelor geotermale izvorul poate fi multiplicat prin folosirea in cascada a mai multor PDC. Evident se va tine cont de calitatea apei, acest impediment putind fi evitat prin folosirea unor schimbatoare de caldura adecvate (anticorosive).

PDC apa-apa poate fi utilizata si prin exploatarea apei din lacuri, fluvii, ape de tunel, baraje (care au temperaturi > 8 º C). Si in aceste situatii calitatea apei fiind esentiala. Folosirea unor filtre corespunzatoare poate rezolva cu succes acest impediment.

In cazul utilizarii PDC apa-apa este bine de stiut ca se poate folosi apa extrasa din sol la racirea directa (pasiva)a spatiilor. Costurile de exploatare ale unui astfel de sistem sunt neglijabile (doar pompa de extragere a apei din put si pompele de recirculare). Exista, totusi si sisteme care fac exceptie.

Sistemul KAPITHERM prezentat anterior poate fi cu usurinta adaptat si la PDC apa-apa si cu sistem de distributie de joasa temperatura normal (podea, pereti, ventiloconvectoare).

Sistemul cu turatie variabila tip ECO de la NEURA este aplicat si la PDC apa-apa.

PDC AER-APA

Sistemele cu aer sunt utilizate rar, la sistemele de incalzire in general, datorita eficientei scazute a agentului termic aerul. Sistemele

PDC aer-apa cu modulul de aer in interior

PDC aer-apa cu modulul de aer in exterior




reprezentative sunt cele cunoscute sub denumirea generica de "aer conditionat" sunt de fapt PDC aer-aer iar COP-ul lor este sub 3).

Pompele termice având ca sursă de căldură aerul ambiant nu sunt eficiente în domeniul temperaturilor ambiante apropiate de punctul de îngheţ al apei: pe de o parte depunerea de zăpadă/gheaţă pe vaporizator impune degivrarea sa periodică (la 30, 60, sau 90 de minute,

în funcţie de climat şi umiditatera atmosferică) cu implicaţii directe asupra coeficientului de performanţă; în al doilea rînd în zonele climatice caracterizate de temperaturi scăzute ale aerului ambiant aceste pompe nu mai pot

funiza căldură în condiţii cât-de-cât eficiente tocmai în sezonul rece, adică tocmai atunci cînd ar trebui să asigure măcar o parte a căldurii necesare confortului. Pompele termice sunt economice din punct de vedere funcţional dacă coeficientul de performanţă, COP este mai mare

decît 2,5; de aceea utilizarea acestora sub temperaturi exterioare de 0 0C nu este convenabilă, impunînd intrarea în funcţiune a unei surse de căldură auxiliare. În vederea utilizării într-o măsură mai redusă a surselor auxilare de energie (de exemplu rezistenţe electrice) prezintă interes coborârea temperaturii punctului de echilibru, ceea ce se poate realiza fie prin îmbunătăţirea performanţei termice a anvelopei clădirii, fie prin alegerea unei pompe termice de capacitate mai mare decît cea rezultată din sarcina de răcire. Însă o supradimensionare a capacităţii de răcire va determina, în perioada caldă a anului, o funcţionare ciclică excesivă cu consecinţe în disconfortul de temperatură şi în nivelul de umiditate şi care va conduce la scoaterea prematură din uz a pompei termice. Perioada de amortizare a pompelor termice având ca sursă de căldură aerul este de 2 până la 7 ani.

Dezavantajul major al sistemului este faptul ca nu poate functiona monovalent la temperaturi foarte scazute (incepand de la cca.-15ºC).

Aceste PDC pot functiona bivalent- paralel monoenergetic prin folosirea unei rezistente electrice care intra in functiune la temperaturi foarte scazute ( sub -15º C). Datorita acestui fapt puterea de incalzire este limitata.

Cu toate ca PDC aer – apa are cel mai scazut COP dintre toate PDC la care facem referire, ea este, alaturi de PDC sol-apa, una dintre cele mai vandute PDC din Europa. Este utilizata atat la sistemele de preparare a apei calde menajere cat si la incalzire.


Prin cuplarea cu panourile solare a unei PDC aer- apa se realizeaza un sistem ultraeficient de producere a apei calde menajere si chiar si pentru incalzirea pe timp de iarna.

Sistemul aer- apa-poate fi utilizat pe scara mare si la incalzirea piscinelor: PDC aer-apa se poate ingloba in sisteme de improspatare si racier a aerului din anumite incaperi in paralel cu producerea

apei calde menajere. Exista o larga varietate de modele de PDC aer- apa combinate cu sisteme de aerisire si ventilatie. Aceste sisteme se preteaza in special la dotarea caselor cu consum scazut de energie (case eficiente) sau la utilarea caselor passive (in interiorul site-ului veti gasi referiri la aceste constructii).

Punctul de echilibru defineşte temperatura de la care devine necesară utilizarea unei surse suplimetare de căldură. La pompele termice avînd ca sursă de căldură aerul punctul de echilibru se situează în domeniul valorilor negative, dar apropiate de zero Celsius.

Apele de suprafaţă

Cea mai ieftină soluţie ce se poate adopta pentru amplasarea circuitului de conducte colectoare este imersarea acestuia în apa acumulată sub forma unui iaz, sau unui lac mai ales dacă este situat în apropierea clădirii. În timpul verii instalaţia va lucra pentru climatizare “deversând” în lac cca 1% din aportul solar maxim, iar în timpul iernii va prelua din apa acestuia aproximativ 6,6 W/m2. Ca urmare a faptului că densitatea maximă a apei corespunde temperaturii de 4 0C la fundul lacurilor apa nu îngheaţă niciodată fiind întotdeauna cu 2,8 la 5,6 0C mai caldă decît cea de la suprafaţă. Aceasta înlătură necesitatea utilizării propilen glicolului din conductele colectoare.Conductele colectoare sunt realizate cel mai frecvent din polietilenă, polibutilenă sau polietilenă de densitate ridicată PE 3408. Conductele din cupru folosite cu succes (datorită conductivităţii termice mult superioare sunt suficiente lungimi de trei-patru ori mai scurte comparativ cu cele din plastic) nu au însă durabilitatea celor din PE 3408 sau polibutilenă. Apele reziduale de la spălătorii, fabrici, sau de la condensatoarele răcite cu apă ale instalaţiilor frigorifice sau de condiţionare a aerului se dovedesc atrăgătoare din punctul de vedere al temperaturii, respectiv al coeficientului de performanţă, însă tratarea ei înaintea utilizării este preferabilă chiar dacă în cazul unei proiectări adecvate se poate renunţa la aceasta.

-Scheme de pompe de caldura cu valorificarea diferitelor resurse energetice.


Pentru cresterea performantelor pompelor de caldura s-au dezvoltat diferite structuri de alcatuire a acestora, cu sisteme de control eficiente si diferite scheme de integrare in sisteme complexe de valorificare a energiilor regenerabile.

In figura alaturata este prezentata schema de principiu pentru un sistem hibrid cu PDC si panouri solare numit PDC solara.

In anexa 1 unt prezentate o serie de scheme.In cadrul unei teze de doctorat care a avut ca subiect

studiul schemelor de pompe de caldura de tip standard, realizata la GENEVA2 s-au prezentat rezultatele analizei realizata pe cazuri reale.

Realizarea unui sistem hibrid de producere a energiei termice solare cu producerea energie termice cu pompa de caldura si prepararea apei calde este sustinuta de urmatoarele argumente :• energia solara termica nu permite deservirea continua a solicitarilor de incalzire/racire ale unei cladiri decat prin intermediul unui stocaj termic, oneros si dificil de realizat. Combinatrea unei pompe de caldura cu o instalatie solara este in acest caz o masura de crestere a eficientei unui sistem de valorificare a energiilor regenerabile.• combinarea unei pompe de caldura cu o instalatie solara permite diminuarea sarcinii termice a pompei de caldura, respectiv lungimea circuitelor si lucrarilor de realizare a acestora.

In conceptia schemei trebuie sa se tina cont de urmatoarele aspecte.• evitarea amestecului de temperatura ridicata si joasa, deoarece incalzirea apei la temperatura ridicata are drept consecinta negativa scaderea COP pompa caldura.• respectarea separatiei producere apa calda sanitara-incalzire cladire atat pentru circuitul solar cat si pentru cel al pompei de caldura. • prelevarea energiei pentru incalzire din partea inferioara a boilerului. • integrarea stocajului pentru incalzire in boilerul de apa calda.

2Michael KRAUS, Optimizarea sistemelor hibride de producere a energiei termice solare si cu pompe de caldura, Geneva , 2003

Fig. Sistem integrat de incalzire/racire si preparare a.c.c.Sursa: OKO ENERGY SYSTEMS


•punerea la punct a unui sistem de reglalj care sa tina cont de toti parametri de interes. Schema prezentata mai sus prezinta o functionare eficienta si prezinta avantajele :

Respecta nivelu de temperaturiSimplifica la maximum schema generalaSuprima functionarea organelor inutile.

PARTICULARITATI ALE UTILIZARII POMPELOR DE CALDURA IN DOMENIUL INSTALATIILOR PENTRU CONSTRUCTII.

Distribuţia căldurii în clădire şi temperaturile aferente

La pompele termice cu puteri cuprinse în gama 7… 45 kW frecvent întîlnite în diverse instalaţii rezidenţiale temperaturile cele


mai convenabile din circuitul încălzit de condensator se situează între 35 °C şi 55 °C. În aceste condiţii se utilizează sistemele de încălzire de joasă temperatură îngropate în pardosealA. Apa este răcită în sezonul cald la valori cuprinse în intervalul 4,5…13 0C, iar în sezonul rece este încălzită la 46…52 0C. La prepararea apei calde de consum sunt de regulă necesare temperaturi de acelaşi ordin de mărime; prin urmare, pentru evitarea pericolului legat de contaminarea cu bacteria legionella, dar şi pentru utilizarea sistemelor de încălzire mai vechi, care lucrau cu temperaturi peste 55 0C, se pot îmbunătăţi performanţele pompelor termice prin utilizare ciclului cu economizor sau prin injecţie de vapori. Pentru obtinerea unor temperaturi mai mari de 55 0C mergind pina la 650C utilizind ca agenti termodinamici R404A, respectiv R407C este necesara o comprimare mai accentuata (un raport de comprimare mai mare) ceea ce conduce la ridicarea temperaturii in compresor la valori care afecteaza ungerea acestuia. Pentru a evita acest neajuns este convenabila injectia de vapori reci in compresor. Aceste soluţii impun utilizarea compresoarelor cu priză intermediară, care deocamdată nu sunt larg accesibile pe piaţă. Chiar dacă sistemul prezintă o complexitate sporită, elemente suplimentare în schemă şi costuri mai mari, totuşi beneficiile obţinute cu ajutorul ciclului cu economizor (flexibilitatea de descărcare, capacitate de dezumidificare sporită, şi funcţionare mai bună) vor promova această nouă tehnologie în viitor.

Consumul de energie şi degajările de gaze cu efect de seră

Eficienţa ridicată a sistemelor GHP conduce la reducerea energiei consumate în vederea asigurării confortului termic. Adesea energia necesară pompei termice este produsă prin arderea unui combustibil fosil şi prin urmare eficienţa crescută a acesteia va implica un consum mai mic de resurse epuizabile. Costurile cu energia pot fi mai mici decât cele ale altor sisteme de încălzire convenţionale mai ales cele electrice, sau cu combustibil lichid. Trebuie ţinut seama şi de faptul că introducerea unei pompe termice va creşte consumul de energie electrică şi va scădea cheltuielile cu combustibilul gazos .


a) b)Fig. Pompele termice realizează economii importante de energie întrucât acoperă cca 2/3 din necesarul de energie termică din căldura preluată din sol (a). Însă costurile anuale legate de energia consumată depind în mare măsură de

condiţiile climatice (zona geografică) şi de tipul de energie utilizată pentru încălzirea convenţională (b).

Conform Environmental Protection Agency (EPA) pompele termice geotermale pot reduce consumul de energie cu pînă la 44% comparativ cu pompele termice avînd ca izvor de căldură aerul şi cu pînă la 72% comparativ cu încălzirea bazată pe rezistenţe electrice caracteristică instalaţiilor convenţionale de condiţionare a aerului. În cazul utilizării pardoselii radiante se pot obţine economii ce pot atinge 30% comparativ cu caloriferele clasice.Pompele termice contribuie la protecţia mediului înconjurător prin reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, ca urmare a utilizării mai eficiente a energiei înscriindu-se prin aceasta în măsurile ce vizează limitarea schimbărilor climatice.

Fig. . Degajările de noxe, în speţă a bioxidului de carbon, reprezintă un criteriu de mare importanţă în alegerea tipului de instalaţie pentru încălzire/răcire.

Concluzii

Comoditatea de instalare a pompelor termice având ca sursă de căldură aerul a făcut ca acestea să se extindă iniţial cel mai repede însă cele de sol (GW) au o flexibilitate mai mare: nu depind de variaţiile temperaturii ambiante, nu necesită degivrarea, au o eficienţă sezonieră mai mare.


Durata de viaţă a pompelor termice este considerată a fi de 15…20 ani. Unii producători indică chiar o perioadă de 25 de ani. Elementul critic este compresorul care poate funcţiona fără defecţiuni 5 până la 10 ani. Unii producători oferă garanţii de 1 an pentru compresorInstalarea pompelor termice geotermale reprezintă un proces complex în care sarcina termică a clădirii trebuie adaptată la cea a pompei, iar cuplarea acesteia la sistemul de colectare din sol joacă de asemenea un rol important. Întregul sistem trebuie să corespundă cu precizie atît sarcinii de încălzire cât şi celei de răcire şi dezumidificare. De aceea coordonarea celor trei tipuri de lucrări, anume cele legate de instalarea în sol a elementelor de colectare, apoi alegerea, amplasarea şi instalarea pompei termice propriu-zise şi în final sistemul de distribuţie din clădire constituie un imperativ fără de care succesul proiectului nu poate fi asigurat. Eventualele informaţii existente referitoare la puţuri din zonă trebuie verificate pe teren. Amortizarea investiţiei pentru pompele termice, conform unui studiu efectuat în SUA este cuprinsă între 8 ani (bibliotecă publică, clădiri publice) şi 6,5 ani (casa unifamilială). Reducerea cheltuielilor pentru încălzire/răcire, precum şi a degajărilor de bioxid de carbon constituie premizele extinderii în viitor a instalării şi utilizării pompelor termice în contextul schimbărilor climatice tot mai evidente, dar şi a epuizării resurselor de combustibili fosili.

solutii moderne de utilizare a energiilor neconventionale la pre par area apei calde de consum

Documents