Principiul de funcţionare a pompei de caldura

Utilizarea surselor ecologice alternative de energie este în stare să stopeze criza energetică, ce se poate produce în Moldova. În paralel cu identificarea şi valorificarea surselor tradiţionale (gaz, petrol), o direcţie de perspectivă se crede a fi şi utilizarea energiei ce se acumulează în bazinele acvatice, sol, în sursele geotermice, în emisiile tehnologice (aer, apă, ape uzate etc.). Totuşi, temperatura acestor surse fiind mică (0-25⁰C), pentru utilizarea lor eficientă este necesară asigurarea acestei energii a unui nivel mai înalt de temperatură (50-100⁰C). Acest transfer se va realiza cu ajutorul pompelor termice (PT) – maşini refrigerente cu comprimare de vapori.

Principiul de funcţionare a unei pompe termice este asemănător cu funcţionarea frigiderului. Atâta doar că, în cazul frigiderului, căldura este transferată din camera interioară spre peretele posterior, iar în pompa termică căldura se transferă din mediul înconjurător spre sistemul de încălzire.

Energia produsă de pompa termică este alcătuită din următoarele componente: ? de energie termică se colectează din sursele de căldură cu potenţial redus, care au fost enumerate anterior, se adaugă ? energie electrică, folosită pentru funcţionarea compresorului.

Prin ce se face unică această tehnologie? Prin aportul de 1 kW de energie electrică pentru asigurarea funcţionării compresorului, în rezultatul căruia obţinem 4-5kW de energie termică. Vă atenţionăm asupra următorului fapt: „Nu este vorba despre randament, ci despre coeficientul de transformare, care caracterizează eficienţa funcţionării maşinii refrigerente. În rezultatul unui aport de 1 kW de energie electrică, obţinem 4-5 kW, iar în unele cazuri şi mai mult”.

Schematic, pompa termică reprezintă un sistem din trei heliocircuite închise: în primul heliocircuit, cel exterior, circulă generatorul de căldură (agentul termic, care acumulează căldura din mediul înconjurător), în al doilea circulă refrigerentul (o substanţă ce se evaporă, preluând căldură din generatorul de căldură, şi se condensează, degajând căldură spre receptorul de căldură), în al treilea se află receptorul de căldură (apa din sistemele de încălzire şi aprovizionare cu apă caldă a clădirilor).

Heliocircuitul exterior (colectorul) reprezintă o conductă, îngropată în pământ sau pusă în apă, în care circulă lichid anticongelant (antigel).

În al doilea heliocircuit, în care circulă refrigerentul, sunt încorporate schimbătoare de căldură – evaporator şi condensator, precum şi instalaţiile de modificare a presiunii refrigerentului – drosel şi compresor.

Al treilea heliocircuit este circuitul interior, cu alte cuvinte însuşi sistemul de încălzire a clădirii sau însuşi sistemul de aprovizionare cu apă caldă.

Ciclul de lucru. Refrigerentul lichid este presat prin drosel, presiunea lui scade, după care el pătrunde în evaporator, unde începe să fiarbă, luând căldura livrată de colector din mediul înconjurător. Gazul, în care s-a transformat refrigerentul, este absorbit de compresor, este compresat şi,încălzit, este împins în condensator. Condensatorul este partea pompei termice de cedare a căldurii: aici căldura este preluată de apa din sistemul circuitului de încălzire. Gazul se răceşte şi se condensează, fiind supus depresiunii, în ventilul de lărgire, şi revenind în evaporator. După toate acestea ciclul de lucru reîncepe.

O caracteristică avantajoasă a pompei termice o reprezintă posibilitatea de condiţionare a aerului, pentru care sistemul va fi inclus „în direcţie inversă”. Căldura va fi captată de heliocircuitul interior al clădirii şi emanată în sol, în apă sau în aer.

Tabel: Alte surse, aer, sol, apă, condensator, compresor ¼ din energia electrică, clapeta droselului, evaporator.

Pompa termică funcţionează după principiul ciclului Karno, descris pentru prima dată în anul 1824, descrierea sa practică fiind dată, în anul 1825, de către lordul Kelvin.

Saramura* circulă în colector şi absoarbe energie termică din pământ, aer şi apă.

Pompa termică este dotată cu un element schimbător de căldură, numit evaporator. Energia termică trece, în el, din soluţia în refrigerent** (substanţă care, la evaporare, absoarbe căldură). Substanţa respectivă are o temperatură de fierbere mică, ceea ce o face să fiarbă şi să se transforme în gaz.

Presiunea refrigerentului se măreşte cu ajutorul compresorului, ceea ce condiţionează creşterea temperaturii acestuia.

În condensator, refrigerentul redirecţionează energia termică spre sistemul de încălzire a clădirii (la condensare, substanţa emană căldură).

Elementul auxiliar de răcire stoarce energia termică reziduală, refrigerentul fiind convertit în formă lichidă.

În supapa de destindere presiunea scade.

Refrigerentul revine în evaporator şi procesul reîncepe.

* Saramura este o soluţie antigel, de exemplu, pe bază de alcool sau glicol.

** În prezent sunt folosiţi doar agenţi frigorifici ecologici, precum dioxidul de carbon sau hidrocarbura. Iniţial era folosit Freonul.

Tipuri de surse de căldură