pompecaldura.eu

Caldura se consuma natural dintr-o temperatura mai mare la o temperatura mai mica. Pompele de caldura, cu toate acestea, sunt capabile sa forteze fluxul de caldura in cealalta directie, utilizand o unitate relativ mica de energie de inalta calitate (electricitate, combustibil, energie termica de la deseuri). Astfel, pompele de caldura pot transfera caldura de la sursele de caldura din imprejurimile naturale, cum ar fi aerul, solul sau apa, sau din surse artificiale de caldura, cum ar fi deseurilor industriale sau domestice, la o cladire sau la o aplicatie industriala. Pompele de caldura pot fi, de asemenea, utilizate pentru racire. Caldura este apoi transferata in directia opusa, de la cladire se preia caldura care apoi ca este racita si eliberata in mediul inconjurator. Uneori, excesul de caldura de racire este utilizata pentru a raspunde cererii de energie termica simultana.

Pentru transportul de caldura de la o sursa de caldura la un radiator de energie externa este necesara o pompa pentru a conduce caldura. Teoretic, caldura totala distribuita prin pompa de caldura este egala cu caldura extrasa la sursa de caldura plus cantitatea de energie folosita in transport. Pompele de caldura actionate electric pentru incalzirea cladirilor furnizeaza de obicei 100 kWh de energie termica cu doar 20-40 kWh de energie electrica.

Deoarece pompele de caldura consuma mai putina energie primara decat sistemele de incalzire conventionale, acestea sunt o tehnologie importanta pentru reducerea emisiilor de gaze care dauneaza mediului, precum dioxidul de carbon (CO2), dioxidul de sulf (SO2) si oxizii de azot (NOx). Cu toate acestea, impactul general asupra mediului al pompelor de caldura electrice depinde foarte mult de modul in care energia electrica este produsa. De exemplu pompele de caldura actionate de energie electrica primita de la energia hidroelectrica, energia fotovoltaica, energia eoliana sau orice alta energie regenerabila reduc emisiile mai mult decat in cazul in care energia electrica este generata de carbune, petrol sau de gaz.

Cele doua tipuri principale de pompe de caldura
Aproape toate pompele de caldura din prezent in exploatare sunt fie bazate pe o comprimare de vapori fie pe un ciclu de absorbtie. Aceste doua principii vor fi discutate pe scurt in urmatoarele doua sectiuni.

Teoretic, caldura de pompare poate fi atinsa prin mai multe cicluri si procese termodinamice. Acestea includ procesul Stirling si cicluri Vuilleumier, cicluri cu o faza (de exemplu, cu aer, CO2 sau gaze nobile), sisteme de vapori-solizi de absorbtie, sisteme hibride (care combina in special compresia vaporilor si ciclul de absorbtie) si electromagnetice cat si procesele acustice. Unele dintre acestea sunt introduse pe piata sau au ajuns la maturitate tehnica si ar putea deveni semnificative in viitor.


Vaporii de compresie – Vaporizarea - figurile 1 si 2 :

.

.

Marea majoritate a pompelor de caldura lucreaza pe principiul ciclului de compresie de vapori. Principalele componente dintr-un asemenea sistem de pompe de caldura sunt compresorul, valva de expansiune si doua schimbatoare de caldura mentionate in continuare evaporator si condensator. Componentele sunt conectate pentru a forma un circuit inchis, asa cum se arata in figura 1. Un lichid volatil, cunoscut ca fluidul de lucru sau de refrigerare, circula prin cele patru componente.

Intr-un evaporator temperatura fluidului lichid de lucru se pastreaza mai mica decat temperatura din sursa de caldura, provocand astfel caldura sa se transfere de la sursa de caldura spre lichidul de lucru iar fluidul de lucru sa se evapore. Vaporii de la evaporator sunt comprimati pentru o presiune mai mare si implicit pentru o temperature mai mare. Vaporii calzi intra apoi in condensator, in cazul in care se condenseaza si se elibereaza de energia termica utila. In cele din urma, fluidul de lucru este eliberat de presiunea ridicata prin valva de expansiune, intorcandu-se din nou in evaporator. Fluidul de lucru revine astfel la starea sa initiala si din nou reia ciclul incepand din vaporizator. Compresorul este, de obicei, actionat de un motor electric si, uneori, de un motor cu combustie.

•    Un motor electric care sa alimenteze compresorul (a se vedea figura 1) va avea pierderi de energie foarte reduse. Eficienta energetica totala a pompei de caldura depinde foarte mult de eficienta prin care este generata energia electrica. Acest lucru este discutat in detaliu in sectiunea privind Performanta pompei de caldura.
•    Atunci cand compresorul este actionat de un motor diesel sau de gaz (a se vedea figura 2), caldura din apa de racire si din gazele de esapament este utilizata in plus fata de caldura din condensator.
•    Vaporii de compresie din pompele de caldura de tip industrial folosesc adesea lichidul in sine ca fluid de lucru intr-un ciclu deschis. Aceste pompe de caldura sunt in general denumite in continuare recompresia mecanica a vaporilor sau MVRs; detalii mai multe in sectiunea privind Pompele de caldura industriale.


Absorbtia
Absorbtia pompelor de caldura este condusa termic, ceea ce inseamna ca se preia caldura natural si prin energie mecanica furnizata functioneaza intreg ciclul. Absorbtia pompelor de caldura pentru aerul conditionat este facuta adesea pe gaz, in timp ce instalatii industriale sunt de obicei conduse de aburi de inalta presiune sau energie termica a deseurilor.

Sistemele de absorbtie utilizeaza capacitatea lichidelor sau a sarurilor de a absorbi vaporii in fluidul de lucru. Perechile de lucru cel mai des intalnite pentru sistemele de absorbtie sunt:

•    apa (fluid de lucru) si bromura de litiu (absorbant); si
•    amoniacul (fluid de lucru) si apa (absorbant).


Sistemele de absorbtie si de compresie a fluidului de lucru se realizeaza intr-un circuit termic cu o solutie tehnica care consta dintr-un absorbant, o pompa de solutie, un generator si o valva de expansiune asa cum se arata in figura 3. Vaporii de joasa presiune de la evaporator sunt absorbiti in absorbant. Acest proces genereaza caldura. Solutia este pompata la presiuni ridicate si fluidul de lucru (sub forma de vapori) este condensat in condensator.

.

.

Caldura este extrasa din sursa de caldura existenta (aer, apa, sol) intr-un evaporator. Energia termica utila este preluata la o temperatura medie in condensator si in absorber. In generatorul de caldura (schimbatorul de caldura) se dezvolta temperatura inalta si este furnizata circuitului interior si astfel se ruleaza procesul. O cantitate mica de energie electrica este necesara pentru operarea pompei de circulare.

Pentru transformatoarele de caldura care se alimenteaza prin procesele de absorbtie se poate face upgrade la caldura reziduala fara a se impune extragerea dintr-o sursa de caldura externa; la acest lucru se refera sectiunea cu privire la pompele de caldura industriale.