Când cifrele publicitare nu mai respectă legile fizicii
Concluzii pe scurt
Asemenea reclamelor la suplimente alimentare pentru artroză, în care un bătrân care la inceputul reclamei abia se târăște iar după administrarea produsului care face obiectul reclamei, începe brusc să alerge și să sară peste autoturisme aflate în mers, pe piață există reclame la pompe de căldură care promit valori ale coeficientului de performanță (COP) de peste 8, in condiii reale de functionare, afirmații care sfidează legile fizicii de care cu siguranță cei care au publicat anunțul nu au habar.
Care este realitatea ?
La temperaturi exterioare mai mari sau egale cu 13°C, pompele de caldura aer-apa denumite si pompe de caldura de vara, ofera o putere termica mai mare sau egala cu pompele de caldura apa-apa in circuit deschis.
La temperaturi exterioare mai mici de 13°C , pompele de căldură aer‑apă își reduc treptat puterea și eficiența (COP) comparativ cu pompele de caldura apa-apa in circuit deschis de aceeasi putere si nu mai pot asigura necesarul de caldura pentru incalzirea imobilului. Reducerea puterii termice a pompelor de caldura aer-apa la temperaturi exterioare sub 13°C este foarte mult accentuata si de cresterea ciclurilor de dezghetare in care pompa de caldura aer-apa consuma energie termica pentru dezghetare. In aceste conditii, ca sa nu lase imobilul in frig, ca urmare a scaderii drastice a puterii termice, pompa de caldura aer-apa pune in functiune rezistenta electrica din dotare, fapt care genereaza o cresterere de cca 5 ori a consumului de energie electrica. Cu cat temperatura exterioara este mai scazuta, cu atat mai mica este energia termica produsa de pompa de caldura aer-apa si cu atat mai mare este aportul de energie termica produs de pompa de caldura aer-apa cu rezistenta electrica din dotare, cu consecinta cresterii explosive a consumului de energie electrica. De mentionat este faptul ca energia termică produsă cu rezistența electrică este de aproximatov 5 ori mai scumpă decât energia termica produsă de o pompă de căldură apă‑apă in circuit deschis.
Spre deosebire de pompele de caldura aer-apa, pompele de căldură apă‑apă în circuit deschis oferă in permanenta o putere termică maxima, stabilă și constanta cu un coeficient de performanță constant indiferent de temperatura exterioara. Puterea temica pe are o produce o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis, pe toata durata anului este egala cu puterea termica pe care o produce o pompa de caldura aer-apa cand temperatura exterioara este de 13°C. Explicatia consta in faptul ca agentul termic din care pompa de caldura apa-apa in circuit deschis recupereaza energia etrmica respectiv apa din putul forat are in permanenta , pe toata durata anului o temperatura relativ constaanta de 13°C cu variatii vara-iarna sub 1°C
4) Calculul anual realizat pe baza temperaturilor orare reale pentru București indică un consum de energie electrică de aproximativ 4, 142 ori mai mare pentru o pompa de caldura are-apa fata de o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis de aceeasi putere., pentru incalzirea unui imobil.
Concluzii:
- 1). Necesarul de energie termică pentru încălzirea casei, prezentat in diagrama cu culoarea rosie atinge o valoare maxima de 24 kW la o temperatura ambientală de -20°C si acesta este asigurat cu suficienta rezerva de pompa de căldură apa-apa in circuit deschis a carei putere termică si COP sunt constante si acoperitoare indiferent de temperatura ambientală.
- 2) Pompa de caldura aer-apa reușește sa asigure energie termică necesara incalzirii imobilului, pana când temperatura ambientală in scadere atinge valoarea de cca -3°C temperatura la care nu mai poate asigura necesarul de energie termică pentru încălzirea casei si compenseaza diferența cu energia termică produsa cu ajutorul rezistentei electrice din dotare care consumă de 5,12/0,98 = 5, 2 ori mai multă energie electrica decat pompa de căldură apa-apa in circuit deschis.
- 3) Cu cât temperatura ambientală scade sub valoarea de -3°C cu atat mai mica este puterea termică oferita de pompa de căldură aer-apa si in consecinta, pentru completare, devine din ce in ce mai mare aportul de energie termică produsa cu rezistenta electrica, adica o energie termică de 5, 2 ori mai scumpă decat cea produsa de pompa de căldură apa-apa in circuit deschis.
- 4) La o temperatura ambientală de -20°C, din necesarul de 23kW termici pentru încălzirea casei, pompa de caldura aer-apa livrează numai 7,49kW adica 32%, restul de 15, 51 kW adica 68% energie termică fiind livrat cu ajutorul rezistentei electrice din dotare la un preț de 5, 2 ori mai mare față de pompa de căldură apa-apa in circuit deschis.
- 5) Daca se calculeaza consumul de energie electrica folosind media temperaturilor lunare, ceea ce este profund incorect, pentru ca la temperaturile medii lunare care sunt ridicate, aportul energiei electrice consumate de rezistenta din dotarea pompei de caldura aer-apa este minim sau nesemnificativ, atunci rezultatul este acela ca pompa de caldura aer -apa consuma de 1,796 ori mai multa energie electrica decat pompa de caldura apa-apa in circuit deschis pentru inclazirea aceluiasi imobil. Daca insa facem un calcul care tine cont de realitate adica insumam numarul de ore la nivelul orasului bucuresti pentru fiecare temperatura in parte si calculam consumul pompei de caldura aer-apa pentru fiecare astfel de perioada, atunci calculul tine cont de toate perioadele in care rezistenta electrica este activa iar rezultatul dupa ananlizarea celor 8600 de temperaturi orare din fiiserul Epw, arata ca pompa de caldura aer-apa consuma la nivelul unui an de zile in climatul aferent municipiului Bucuresti, o cantitate de energie electrica de 4,142 ori mai mare comparativ cu o pompa de caldura aer-apa in circuit deschis.
Pentru a demonstra cele de mai sus, vom lua în studiu două pompe de căldură dotate cu electrocompresoare identice, tip Copeland destinate utilizari pentru pompele de caldura, deci cu aceeasi putere electrica instalata, una dintre pompele de caldura fiind apa-apa in circuit deschis iar cea de a două aer-apa. Vom presupune ca le vom monta sa incalzeasca fiecare cate o casa, ambele case fiind identice din toate punctele de vedere. Vom vedea cum se comporta fiecare pompa de căldură incepand de la temperaturi ambientale de la 15 grade Celsius in jos, pana la temperaturi ambientale de -25°C.
Pentru analiză, vom utiliza diagrama de funcționare a electrocompresorului pusă la dispoziție de firma constructoare, respectiv Copeland care ne prezintă evoluția coeficientului de performanță si evoluția puterii termice furnizate de compresorul pompei de caldura pentru fiecare situație luată în analiză.
Si…nu vorbim noi…vorbeste fabricantul compresorului: Ts = temperatura sursei de la care pompa de căldură recuperează energia termică; Tv= temperatura de vaporizare a agentului frigorific; Ta= temperatura agentului termic de încălzire a imobilului Tc=Temperatura de condensare a agentului frigorific.
Tabele puse la dispoziție de fabricantul electrocompresorului Copeland ZH45 utilizat pentru pompele de căldură referitoare la capacitatea de încălzire si coeficientul de performanță (COP), sunt următoarele:
Aceste tabele prezintă parametrii de funcționare ai compresorului ZH45 in functie de temperatura de vaporizare si de condensare a agentului frigorific. La pompele de caldura foarte bine proiectate, diferența de temperatura intre sursa de energie din care pompa de căldură extrage energia termică si temperatura de vaporizare este de 4-6°C.Vom lua in calcul o proiectare perfecta unde diferența de temperatura este de 5°C. În acest caz, tabele cu parametrii compresorului vor fi in functie de temperatura sursei. (banda galbenă)
În mod similar, diferența de temperatura intre temperatura de condensare a agentului frigorific si temperatura agentului termic la pompe de căldură foarte bine proiectate este de 3-7°C.Vom lua in analiză o proiectare foarte buna la care aceasta diferența este de 5°C.(banda galbenă)
Deci valorile din benzile albastre sunt valorile fabricantului Copeland unde pe orizontala sunt temperaturile de vaporizare iar pe verticala temperaturile de condensare iar cele din benzile galbene reprezintă pe orizontala temperatura sursei si pe verticala temperatura agentului termic furnizat de pompa de căldură.
In prima simulare vom considera ca cele două imobile dispun de instalație de încălzire in pardoseală, foarte corect executata, caz in care temperatura necesara si suficienta a agentului termic este de 35°C
Din tabelele de mai sus, ne intereseaza zona respectivă, deci capacitatea de încălzire si coeficientul de performanță vor avea valorile din tabelele de mai jos.:
Vedem din cele două tabele faptul ca pentru o temperatura a agentului termic de încălzire de 35°C, temperatura de condensare a agentului frigorific trebuie sa fie de 40°C. Să vedem diferentele uriase de comportament ale celor două tipuri de pompe de căldură, si sa dam cuvântul fabricantului compresorului Copeland care vorbeste prin aceste tabele:
Temperatura sursei pentru pompele de caldura apa-apa in circuit deschis adica a temperaturii apei din pânza freatică, la nivelul primei pânze freatice este de 13°C, cu variații vara-iarna sub 1°C. Deci compresorul pompei de caldura apa-apa va avea in permanent (vedem in tabel) o putere termică livrată sistemului de încălzire a casei de 23, 9kW (obținută prin interpolare) cu o valoare COP= 6, 02. Acest tip de pompa de căldură are insa o pierdere de performanță de 15% datorita consumului energetic al electropompei submersibile deci COP teoretic este de 5, 12. Acești parametri sunt constanti pentru orice temperatura ambientală.
Comportamentul pompelor de caldura aer-apa respective puterea termică si COP vor varia substanțial in functie de temperatura ambientală, astfel:
Cazul 1 Temperatura ambientala = 15 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 25, 5 kW, cu o valoare a COP=6, 33; Pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare = 0
Cazul 2 Temperatura ambientala = 12 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 23, 1 kW, cu o valoare a COP=5, 87 Pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare = 0
Cazul 3 Temperatura ambientala = 10 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 21, 7 kW, cu o valoare a COP=5, 57; Apar pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare deci COP = 5, 54 Puterea termică livrata ținând cont de ciclurile de dezghețare este de 21, 59 kW
Cazul 4 Temperatura ambientala = 5 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 18, 4 kW, cu o valoare a COP=4, 88; Apar pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare deci COP =4, 64 Puterea termică livrata ținând cont de ciclurile de dezghețare este de 17, 48 kW
Cazul 5 Temperatura ambientala = 0 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 15, 55 kW, cu o valoare a COP=4, 25; Apar pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare deci COP =3, 83 Puterea termică livrata ținând cont de ciclurile de dezghețare este de 14, 0 kW
Cazul 6 Temperatura ambientala = -5 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 13, 15 kW, cu o valoare a COP=3, 71; Apar pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare deci COP =3, 41 Puterea termică livrata ținând cont de ciclurile de dezghețare este de 12, 10 kW
Cazul 7 Temperatura ambientala = -10 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 11, 05 kW, cu o valoare a COP=3, 23; Apar pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare deci COP =3, 07 Puterea termică livrata ținând cont de ciclurile de dezghețare este de 10, 50 kW
Cazul 8 Temperatura ambientala = -15 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 9, 22 kW, cu o valoare a COP=2, 82; Apar pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare deci COP =2, 74 Puterea termică livrata ținând cont de ciclurile de dezghețare este de 8, 94 kW
Cazul 9 Temperatura ambientala = -20 grade Celsius. B).Pompa de caldura aer-apa oferă o putere termică de 7, 64 kW, cu o valoare a COP=2, 47; Apar pierderi de COP datorita ciclurilor de dezghețare deci COP =2, 42 Puterea termică livrata ținând cont de ciclurile de dezghețare este de 7, 49 kW
Pentru o temperatura a agentului termic de 55°C, corespunzator unui sistem de incalzire a imobilului cu calorifere, diferenta privind consumul de energie electrica intre o pompa de caldura apa-apa in circuit deschis si o pompa de caldura aer-apa este cu mult mai mare si o vom prezenta intr-un articol care va urma.