Răspunsul este simplu. Două treimi din costul întreținerii unei case este legat de încălzirea acesteia. Astfel, folosind o sursă de căldură ieftină, putem asigura facturi mici. Iar popularitatea crescândă a pompelor de căldură și concurența companiilor care le produc reduc costul acestor dispozitive.
Cum funcționează pompa
Pompa de căldură își extrage energia liberă din mediul natural: pământ, apă subterană și aer - acestea sunt sursele inferioare de căldură. Apoi îl transformă în căldură de încălzire și îl furnizează sistemului de încălzire centrală de acasă (sursă de căldură superioară). Cu toate acestea, în timpul funcționării, consumă energie electrică, care este utilizată pentru acționarea compresorului, adică elementul principal care pompează energia termică.
Principiul pompei de căldură este similar cu cel al unui frigider. Se bazează pe utilizarea proprietăților unui fluid special - așa-numitul mediu de lucru care, în timp ce circulă în instalația internă a pompei, suferă modificări periodice de fază. Când primește căldura livrată pompei (de la sol, apă sau aer), se evaporă și se transformă în gaz. Acest gaz este comprimat de un compresor, care își ridică temperatura și presiunea. Apoi se răcește și se condensează. În timpul condensului, se degajă cantități mari de căldură, care pot fi utilizate pentru încălzirea sistemelor de încălzire centrală. După expansiune și eliberare de căldură, mediul de lucru trece în faza lichidă și întregul proces începe din nou.
Avertizare! Dacă intenționăm să încălzim casa cu o pompă de căldură, nu trebuie să construim un coș de fum sau să oferim spațiu pentru un depozit de combustibil.
Ce este mai bine - sol, apă sau aer.
Când alegeți o pompă de căldură, ar trebui să alegeți tipul sursei de căldură. Ține cont, printre altele, de factori precum: zona climatică în care se află casa noastră, dimensiunea parcelei, nivelul și compoziția chimică a apelor subterane, nevoia de căldură a casei și capacitățile financiare ale investitorului.
Sol. Energia din sol poate fi colectată printr-un schimbător orizontal sau vertical (sonde la sol). Sunt țevi de plastic îngropate (de obicei polietilenă PE) prin care curge un amestec de apă și glicol, numit saramură. Colectează căldura de la sol și o transportă la evaporatorul pompei de căldură.
Colector de sol. Atunci când alegeți un colector orizontal, conductele sunt așezate orizontal la o adâncime de 1,2-1,5 m sub nivelul solului. Buclele individuale, identice, nu trebuie să depășească 100 m lungime. În caz contrar, rezistența la curgere ar fi prea mare. Distanța dintre bucle depinde de diametrul cablurilor și este de obicei între 50 și 100 cm. O astfel de distanță garantează o recepție uniformă a căldurii de la sol.
Proprietățile de acumulare ale solului depind de conținutul și structura sa de umiditate. Acestea vor fi cu atât mai mari, cu cât este mai saturată cu apă, cu atât conține mai multe minerale și cu atât mai mică este porozitatea. Prin urmare, solul argilos și umed (recepția căldurii pe 1 m2 este de 25-35 W / m2) este mai bună decât uscată, nisipoasă (doar 10-15 W / m2). Un colector orizontal de sol este relativ ieftin de implementat, dar necesită o parcela de dimensiuni suficiente.
Exemplu. Pentru o pompă de căldură cu o putere de încălzire de 10 kW și un randament mediu de extracție a căldurii de la sol de 25 W / m2, suprafața necesară pentru așezarea unui colector de sol va fi de aproximativ 340 m2.
Sonde la sol. Acestea sunt fântâni, de obicei până la o adâncime de 100 m. Pentru a le putea fora, investitorul trebuie să obțină o autorizație de la Biroul de Gospodărire a Apelor. Dacă sunt necesare altele mai adânci (peste 100 m), acesta ar trebui aprobat de autoritatea minieră.
Cel mai adesea, după realizarea primei foraje, puteți determina cu exactitate tipul și structura solului. Apoi, pe această bază, se verifică dacă lungimea proiectată a sondei va fi suficientă sau dacă va fi necesar să se foreze un puț mai adânc. Numărul și adâncimea găurilor de foraj depind de necesarul de căldură al clădirii. Se presupune că de la un metru al colectorului este posibil să se obțină 50-55 W de putere termică. Avantajul fără îndoială al colectorului vertical este că se poate potrivi chiar și pe un mic teren. Execuția sa este însă mai scumpă decât cea orizontală.
Exemplu. Pentru a putea instala o pompă de căldură cu o capacitate de încălzire de 10 kW, presupunând o capacitate medie de 50 W / m lungime a sondei, vor fi necesare două sonde la sol (două găuri) - fiecare 85 m adâncime
. Această metodă de consum de energie este extrem de eficientă datorită temperaturii relativ ridicate a apelor subterane - la nivelul de 7-12 ° C, chiar și iarna.
Apa subterană este preluată din puțul de extragere și pompată la evaporatorul pompei de căldură. Apoi apa răcită este evacuată în puțul de absorbție - sau în puțul de evacuare.
Un astfel de sistem funcționează corect și fără defecțiuni, cu condiția să existe acces la apă cu o compoziție chimică adecvată. Cu toate acestea, se întâmplă adesea ca apa să-și schimbe compoziția în timp (conținutul de fier sau mangan crește peste nivelul admis). Acest lucru poate deteriora evaporatorul pompei. Prin urmare, pentru a-l proteja, se folosește un schimbător de căldură intermediar suplimentar.
O altă dificultate legată de obținerea căldurii din apele subterane este necesitatea de a găsi un acvifer cu o capacitate suficient de mare - aproximativ 210 l pe oră pentru fiecare kilowat de putere de încălzire.
Exemplu. O pompă de căldură de 10 kW trebuie să aibă un debit minim de apă subterană de aproximativ 2100 l / h.
În aer liber. Este cel mai ieftin de instalat (nu necesită costul realizării unei surse de căldură a solului) și cea mai accesibilă sursă de energie.
Cel mai adesea, întreaga pompă de căldură este plasată în afara casei. În primul rând, aerul este aspirat printr-o conductă, apoi căldura conținută în acesta este colectată în evaporator și, în final, este transportată din nou afară. Pompele moderne de căldură pot genera căldură chiar și la o temperatură exterioară de -20 ° C. Cu toate acestea, în astfel de condiții, cererea totală de căldură pentru încălzirea spațiului nu este acoperită. Va fi necesar să reîncălziți apa de încălzire la temperatura necesară, de exemplu printr-un încălzitor electric sau un șemineu.
Parametri importanți
La selectarea și compararea pompelor de căldură, folosim parametrii furnizați de producători. Acestea sunt de obicei puterea de încălzire și factorul de eficiență.
Puterea de încălzire. În mod ideal, puterea pompei de căldură ar trebui definită de proiectantul sistemului de încălzire. Cu toate acestea, este posibil să se estimeze inițial dimensiunea acesteia pe baza cererii de căldură unitară a clădirii și să o înmulțească cu suprafața casei. În termeni simplificați, este:
- 40 W / m2 - într-o casă cu consum redus de energie,
- 50 W / m2 - într-o casă cu izolație termică mai bună decât cea cerută în standarde,
- 70 W / m2 - într-o casă cu izolație termică bună,
- 120 W / m2 - în case mai vechi, mai puțin izolate.
Exemplu. Pentru o casă unifamilială cu o suprafață încălzită de 180 m2 cu o izolație termică bună, cererea de căldură va fi de 180 m2 × 70 W / m2 = 12,600 W = 12,6 kW.
Dacă pompa de căldură va încălzi și apa menajeră, puterea acesteia poate fi mărită cu aproximativ 0,25 kW per locuitor. Astfel, atunci când patru persoane folosesc apă caldă în casă, puterea pompei de căldură va crește cu 1 kW.
Unii profesioniști cred că pompa de căldură poate fi „subdimensionată”. Prin urmare, aleg o putere mai mică a dispozitivului decât cea necesară de casă pentru căldură, presupunând în prealabil că puterea lipsă în timpul înghețurilor severe va fi suplimentată de o sursă de căldură suplimentară, de exemplu un încălzitor electric. Din păcate, acest lucru va duce, din păcate, la creșterea costurilor de încălzire.
În plus, o pompă de căldură cu o putere mai mică va funcționa fără întrerupere, împovărând semnificativ sursa de căldură inferioară (colectoare orizontale sau sonde la sol), pentru care funcționarea intermitentă este cu siguranță mai benefică - promovează o regenerare mai rapidă a sursei de căldură.
Astfel, puterea de încălzire a unei pompe de căldură care extrage energie din pământ sau din apele subterane ar trebui să corespundă cererii de căldură a clădirii.
Doar pompa de aer este proiectată cu mai puțină putere decât rezultă din calcule - pentru 70-80% din necesarul de căldură al casei. O pompă selectată la 100% nu numai că ar fi foarte scumpă, dar ar funcționa și neeconomic. Prin urmare, se presupune că în timpul înghețurilor severe, puterea lipsă va fi înlocuită de un încălzitor electric.
POLIŢIST (coeficient de performanță). Este folosit pentru a evalua eficiența pompei de căldură. Exprimă raportul dintre puterea de încălzire a pompei de căldură și cantitatea de energie electrică pe care o consumă. Dacă parametrii instalației sunt selectați corect, COP atinge o valoare de 4. Aceasta înseamnă că pentru fiecare kilowatt-oră de energie electrică furnizată, putem obține 4 kWh de energie termică.
Coeficientul COP fluctuează semnificativ datorită schimbării condițiilor de funcționare ale pompei de căldură. Valoarea sa depinde în primul rând de temperatura sursei de căldură și de temperatura apei de încălzire la ieșirea din pompa de căldură. Prin urmare, atunci când alegeți o sursă de top, cel mai bine este să optați pentru sisteme cu o temperatură scăzută a apei, cum ar fi încălzirea prin pardoseală.
Exemplu. Să calculăm costul a 1 kWh de căldură pentru încălzire, dacă producătorul a specificat eficiența pompei la COP = 4.
Plătind 0,15 PLN pentru 1 kWh de energie electrică, primim 4 kWh de căldură pentru încălzire. Astfel, 1 kWh de căldură pentru încălzire ne costă aproximativ 0,19 PLN.
Avertizare! La evaluarea costurilor reale de încălzire, se ia în considerare și coeficientul de performanță al instalației COPIN. Determină raportul dintre căldura de încălzire furnizată și consumul de energie electrică al tuturor dispozitivelor care funcționează în sistem: pompe de căldură, pompe de circulație și încălzitor electric. Prin urmare, valoarea sa este mai mică decât COP-ul pompei de căldură în sine.
Care sunt costurile de funcționare? Vom
analiza legitimitatea utilizării unei pompe de căldură pe baza unei case specifice. Vom prezenta pompa de căldură selectată, valorile COP obținute în lunile individuale și costurile suportate pentru încălzirea casei și a apei menajere.
Ipoteze. Analiza a fost efectuată pentru o casă unifamilială cu o suprafață de aproximativ 200 m2 situată lângă Opole. Patru oameni locuiesc în ea.
- Cererea de căldură calculată este de 11,3 kW.
- Singura sursă de căldură care alimentează sistemul de încălzire centrală este o pompă de căldură cu o capacitate de încălzire de 10,8 kW. Prinde energie din sol printr-un schimbător de căldură vertical la sol - sonde la sol. Au fost realizate două găuri, fiecare cu o adâncime de 91 m.
- Producătorul a declarat coeficientul de performanță COP la 4,5, iar consumul de energie electrică a fost de 2,4 kW.
- Temperatura maximă a apei de încălzire este de 55 ° C. Instalația utilizează un rezervor de acumulare a căldurii cu o capacitate de 600 l.
- La încălzirea apei menajere, pompa de căldură este susținută de un încălzitor electric plasat într-un încălzitor de 300 l.
- A fost instalat un contor de energie electrică cu două tarife.
Rezultate. Cantitatea de căldură furnizată de pompa de căldură a fost determinată pe baza citirilor contorului de căldură instalat în casă. Pe de altă parte, consumul de energie electrică al tuturor dispozitivelor care funcționează în instalație (pompă de căldură, pompe de circulație și încălzitor electric) a fost citit din citirea contorului de energie electrică.
- Costul încălzirii locuinței și a apei menajere în perioada 1 septembrie 2006 - 1 septembrie 2007 s-a ridicat la 1076 brute. În această perioadă, consumul de energie electrică a fost:
- în tariful zilnic de 178,9 kWh,
- în tariful de noapte 4094,3 kWh.
- În sezonul de încălzire 2007/2008, cheltuielile cu energia electrică au fost înregistrate în luni individuale (a se vedea tabelul de mai jos). După adăugarea acestor valori, costul total al încălzirii locuinței și a apei menajere sa ridicat la 1.160 brute.
S-a observat că mai mult de 70% din căldura necesară pentru încălzire este preluată de la sol, iar ponderea electricității nu depășește 30%. Pompa de căldură funcționează de obicei între 7 și 10 ore pe zi (de asemenea, la temperaturi exterioare până la -10 ° C). Un timp de funcționare atât de scurt este posibil datorită izolației termice foarte bune a întregii case și utilizării proprietăților de acumulare a căldurii prin încălzirea prin pardoseală și utilizării unui rezervor tampon de apă de încălzire de mare capacitate. În plus, astfel de costuri de funcționare scăzute sunt influențate și de faptul că pompa de căldură funcționează și consumă energie electrică numai la tariful mai mic de noapte (între orele 13:00 - 15:00 și 22:00 - 06:00).Pe de altă parte, pauzele lungi în funcționarea pompei de căldură în timpul zilei conduc la o regenerare mai rapidă a solului.
Costurile estimate pentru încălzirea acestei case cu alte surse de căldură (gaz, petrol, combustibil solid sau electricitate) sunt prezentate în tabelul de mai sus. Prețurile la combustibil din martie 2008 au fost utilizate pentru a le dezvolta.
Pentru cine este recomandat
Pompa de căldură poate fi instalată atât în case noi, cât și în case modernizate. Este recomandat în special ca alternativă la încălzirea cu păcură sau gaz lichid.
De asemenea, merită luată în considerare această soluție atunci când costul conectării la gazul natural este foarte mare (datorită distanței considerabile față de rețeaua de gaze). Pompa de căldură funcționează cel mai bine în case eficiente din punct de vedere energetic, cu cerere redusă de căldură. Cu cât clădirea este mai caldă, cu atât costurile de încălzire sunt mai mici și cu atât instalația va fi mai ieftină (achiziționarea unei pompe cu mai multă putere este mai scumpă).
După cum se știe, eficiența unei pompe de căldură și, prin urmare, costurile sale de funcționare, depind în mare măsură de diferența de temperatură dintre sursa superioară și cea inferioară. Pentru a minimiza această diferență într-o casă care va fi încălzită de o pompă de căldură, ar trebui utilizat un sistem de încălzire la temperatură scăzută, adică încălzire prin pardoseală.
Deși pompa de căldură poate funcționa și cu radiatoare, pentru ca un astfel de sistem să funcționeze relativ eficient, temperatura apei la alimentarea lor nu trebuie să depășească 50-55 ° C (în încălzirea tradițională este de obicei 75 ° C). Aceasta implică creșterea dimensiunii acestora (trebuie să aibă o putere adecvată pentru a asigura temperatura din încăpere dorită de utilizator). Și dacă acest lucru nu este posibil, ar trebui proiectate mai multe radiatoare dintr-o cameră dată, în loc de una, ceea ce, desigur, crește costul sistemului.
Nu se poate spune că o pompă de căldură este o soluție bună pentru orice. Aplicarea sa singură nu garantează costuri mici de încălzire a locuințelor. Trebuie numărat individual pentru fiecare clădire. Cu toate acestea, nu există nicio îndoială că odată cu creșterea prețurilor la combustibil, încălzirea cu pompe va deveni din ce în ce mai profitabilă.
Tipuri de pompe de căldură
În funcție de tipul sursei de căldură (prima parte din numele pompei) și presupunând că sistemul de încălzire din casă va fi din apă (respectiv a doua parte a numelui), pompele de căldură pot fi împărțite în:
- apă saramură - iau energie din sol printr-un mediu intermediar (saramură) și readuceți-l la sistemul de încălzire centrală;
- apă-apă - preiau energie din apa subterană și o transferă la sistemul de încălzire;
- aer-apă - energia este colectată din aer și apoi transferată la sistemul de încălzire.
Nu numai pentru încălzire
Pompele de căldură nu sunt folosite doar pentru a vă încălzi casa. De asemenea, pot pregăti apă fierbinte sau pot răci clădirea vara.
Apa fierbinte. Este adesea preparat într-o pâlnie separată, a cărei capacitate variază de obicei de la 300 la 500 l. Cu toate acestea, instalarea unui astfel de container separat și mare necesită spațiu. De aceea, tot mai multe companii oferă dispozitive compacte în care pompa și rezervorul de stocare au o carcasă comună.
Răcire. Poate fi implementat în două moduri. În primul, modul în care funcționează pompa de căldură este inversat, astfel încât să acționeze ca un frigider. Al doilea folosește temperatura scăzută a apei subterane sau subterane pentru a răci încăperile, de exemplu cu încălzire prin pardoseală.
