O pompă de căldură folosește energia termică disponibilă în mediul înconjurător pentru încălzirea unei clădiri. În funcție de tipul sistemului, această energie poate fi preluată din aer, sol sau apă și transferată către interior prin intermediul unui circuit frigorific.
Principiul de funcționare al pompei de căldură se bazează, așadar, pe transferul căldurii, nu pe producerea acesteia exclusiv din energie electrică. Electricitatea este utilizată în principal pentru funcționarea compresorului, ventilatorului, pompelor de circulație și a sistemelor de control.
Indiferent dacă vorbim despre o pompă de căldură aer-apă, aer-aer, sol-apă sau apă-apă, principiul de bază rămâne similar. Diferențele apar în special la sursa din care este preluată energia termică și la modul în care aceasta este transferată către clădire.
Principiul de funcționare al pompei de căldură pe scurt
O pompă de căldură preia energia termică dintr-o sursă externă, precum aerul, solul sau apa, și o transferă către sistemul de încălzire. Acest proces este realizat cu ajutorul unui agent frigorific care circulă între evaporator, compresor, condensator și ventilul de expansiune.
Chiar și atunci când temperatura exterioară este scăzută, aerul, solul sau apa conțin energie termică ce poate fi valorificată, în limitele de funcționare ale echipamentului.
Pentru a înțelege mai bine principiul de funcționare al unei pompe de căldură, trebuie urmărit ciclul frigorific și rolul fiecărei componente.
1. Evaporatorul preia energia termică
Procesul începe la evaporator. Energia termică disponibilă în sursa utilizată de sistem este transferată către agentul frigorific.
Agentul frigorific are proprietăți care îi permit să se evapore la temperaturi scăzute. Pe măsură ce absoarbe căldura, acesta trece din stare lichidă în stare gazoasă.
2. Compresorul crește presiunea și temperatura
Agentul frigorific în stare gazoasă ajunge la compresor. Prin comprimare, presiunea și temperatura acestuia cresc.
Compresorul este una dintre componentele care necesită energie electrică pentru funcționare și are un rol esențial în realizarea transferului termic.
3. Condensatorul transferă căldura către sistemul de încălzire
Agentul frigorific ajuns la o temperatură ridicată trece prin condensator, unde cedează energia termică acumulată.
În cazul unei pompe de căldură aer-apă, sol-apă sau apă-apă, această energie este transferată către apa din circuitul de încălzire. În cazul sistemelor aer-aer, căldura este transferată către aerul din interior.
Pe măsură ce cedează energia termică, agentul frigorific condensează și revine în stare lichidă.
4. Ventilul de expansiune reduce presiunea
Agentul frigorific trece apoi prin ventilul de expansiune, unde presiunea și temperatura acestuia scad.
În această stare, agentul frigorific poate reveni la evaporator pentru a prelua din nou energie termică, iar ciclul se repetă atât timp cât sistemul trebuie să furnizeze căldură.
De ce poate pompa de căldură furniza mai multă energie termică decât energia electrică utilizată?
Pompa de căldură nu transformă exclusiv electricitatea în căldură. Energia electrică este folosită pentru funcționarea sistemului, în timp ce o parte importantă din energia termică furnizată este preluată din mediul exterior.
Din acest motiv, performanța unei pompe de căldură este exprimată frecvent prin COP, coeficientul de performanță.
De exemplu, un COP de 4 înseamnă că, în anumite condiții de funcționare, sistemul poate furniza aproximativ 4 kWh de energie termică pentru 1 kWh de energie electrică utilizată. Diferența nu reprezintă energie produsă din nimic, ci energia termică preluată din mediul exterior și transferată către clădire.
COP-ul nu este însă o valoare constantă. Temperatura sursei, temperatura necesară în instalația de încălzire și regimul de funcționare influențează eficiența reală a echipamentului.
Pentru evaluarea eficienței pe o perioadă mai lungă este utilizat și SCOP-ul, care reflectă performanța sezonieră și oferă o imagine mai relevantă asupra funcționării sistemului pe parcursul sezonului de încălzire.
Pompă de căldură aer-apă: principiu de funcționare
O pompă de căldură aer-apă preia energia termică din aerul exterior și o transferă către apa care circulă prin instalația de încălzire.
Unitatea exterioară aspiră aerul și îl direcționează prin evaporator. Agentul frigorific preia energia termică disponibilă, iar compresorul crește ulterior presiunea și temperatura acestuia. La nivelul condensatorului, energia este transferată către circuitul de apă al instalației.
Apa încălzită poate fi utilizată pentru încălzire prin pardoseală, ventiloconvectoare sau radiatoare, dacă instalația și echipamentul sunt dimensionate corespunzător. În funcție de configurația sistemului, pompa de căldură poate fi utilizată și pentru prepararea apei calde menajere.
Temperatura exterioară influențează funcționarea unei pompe de căldură aer-apă. Pe măsură ce temperatura aerului scade, diferența de temperatură pe care sistemul trebuie să o depășească devine mai mare, ceea ce poate influența eficiența.
Pompă de căldură aer-aer: principiu de funcționare
În cazul unei pompe de căldură aer-aer, sursa de energie este tot aerul exterior, însă căldura este transferată direct către aerul din interiorul clădirii.
Sistemul nu utilizează un circuit hidraulic pentru distribuirea căldurii. Unitatea exterioară preia energia din aer, iar după parcurgerea ciclului frigorific aceasta este cedată aerului interior prin intermediul unității sau unităților interioare.
Sistemele aer-aer reversibile pot funcționa și pentru răcire. În acest caz, procesul este inversat: energia termică este preluată din interiorul clădirii și evacuată către exterior.
Pompă de căldură sol-apă: principiu de funcționare
O pompă de căldură sol-apă utilizează energia termică disponibilă în sol. Captarea poate fi realizată, în funcție de proiect, prin colectoare orizontale amplasate în teren sau prin sonde verticale.
Energia preluată din sol ajunge la circuitul pompei de căldură și este transferată ulterior către apa din instalația de încălzire.
Unul dintre avantajele acestei surse este faptul că temperatura solului este mai stabilă decât temperatura aerului exterior. Implementarea presupune însă realizarea sistemului de captare și trebuie analizată în funcție de caracteristicile terenului, spațiul disponibil și necesarul termic al clădirii.
Pompă de căldură apă-apă: principiu de funcționare
O pompă de căldură apă-apă utilizează apa drept sursă de energie termică. În funcție de proiect și de condițiile locale, sursa poate fi reprezentată, de exemplu, de apa subterană.
Energia termică preluată din apă este transferată agentului frigorific, după care ciclul continuă prin compresie și condensare. La condensator, căldura este transferată către apa din circuitul de încălzire al clădirii.
Un sistem apă-apă necesită existența unei surse corespunzătoare și o analiză tehnică a condițiilor disponibile la locație. Din acest motiv, posibilitatea implementării trebuie verificată individual pentru fiecare proiect.
Care este diferența dintre pompele de căldură aer-aer, aer-apă, sol-apă și apă-apă?
Deși toate aceste sisteme folosesc același principiu general de transfer al energiei termice, sursa de căldură și modul de distribuire sunt diferite.
| Tip pompă de căldură | Sursa de energie | Transferul energiei către clădire |
| Aer-aer | Aer exterior | Aer interior |
| Aer-apă | Aer exterior | Circuit de apă |
| Sol-apă | Sol | Circuit de apă |
| Apă-apă | Apă | Circuit de apă |
Prin urmare, alegerea nu trebuie făcută doar în funcție de eficiența declarată a echipamentului. Contează caracteristicile clădirii, necesarul termic, instalația de încălzire, condițiile existente la locație și posibilitățile de implementare.
Cum funcționează pompa de căldură atunci când afară este frig?
O întrebare frecventă este dacă pompa de căldură mai poate prelua energie atunci când temperatura exterioară este scăzută.
Aerul conține energie termică și la temperaturi sub 0°C. O pompă de căldură aer-apă proiectată pentru funcționarea la temperaturi negative poate continua să extragă această energie, atât timp cât temperatura se află în domeniul de funcționare specificat pentru echipamentul respectiv.
Totuși, temperatura exterioară influențează performanța. Cu cât diferența dintre temperatura sursei și temperatura necesară în instalația de încălzire este mai mare, cu atât sistemul trebuie să depună mai mult efort pentru realizarea transferului termic.
În cazul pompelor de căldură care utilizează aerul exterior poate apărea și formarea gheții pe schimbătorul de căldură. Echipamentul poate realiza periodic un ciclu de degivrare pentru îndepărtarea acesteia și menținerea funcționării corespunzătoare.
De ce temperatura din instalația de încălzire influențează eficiența?
Nu doar temperatura exterioară contează. Un factor important este și temperatura apei pe care pompa de căldură trebuie să o furnizeze instalației.
În general, cu cât temperatura necesară pe tur este mai redusă, cu atât condițiile de funcționare sunt mai favorabile pentru pompa de căldură. Din acest motiv, sistemele de încălzire prin pardoseală sunt frecvent asociate cu pompele de căldură.
Acest lucru nu înseamnă că o pompă de căldură nu poate funcționa cu radiatoare. Compatibilitatea depinde de necesarul termic al clădirii, dimensionarea radiatoarelor, temperatura necesară pe tur și caracteristicile pompei de căldură.
Pompa de căldură poate funcționa și pentru răcire?
Da, anumite pompe de căldură sunt reversibile și pot fi utilizate atât pentru încălzire, cât și pentru răcire.
În regim de răcire, ciclul este inversat. Sistemul preia energia termică din interiorul clădirii și o transferă către mediul exterior.
Posibilitatea și modul de realizare a răcirii depind atât de echipament, cât și de instalația interioară. Ventiloconvectoarele, de exemplu, pot fi utilizate pentru distribuirea energiei termice atât în regim de încălzire, cât și de răcire, dacă sistemul este proiectat corespunzător.
Ce influențează eficiența unei pompe de căldură?
Principiul de funcționare este același, însă performanța obținută în practică depinde de întregul sistem.
Printre factorii importanți se numără temperatura sursei de energie, temperatura necesară în circuitul de încălzire, dimensionarea pompei de căldură, necesarul termic al clădirii, izolația și modul de utilizare.
Din acest motiv, două pompe de căldură cu specificații similare pot avea rezultate diferite dacă sunt instalate în clădiri cu necesar termic și sisteme de distribuție diferite.
De ce este importantă dimensionarea corectă a pompei de căldură?
O pompă de căldură nu ar trebui aleasă exclusiv în funcție de suprafața locuinței. Două clădiri cu aceeași suprafață pot avea pierderi de căldură foarte diferite în funcție de izolație, ferestre, geometrie, temperatura interioară dorită și condițiile climatice.
Dimensionarea trebuie să țină cont de necesarul termic real al clădirii și de caracteristicile sistemului de distribuție.
Un echipament ales și configurat corespunzător poate funcționa mai eficient și poate menține mai ușor condițiile de confort pentru care a fost proiectat sistemul.
Pentru alegerea unei soluții potrivite, echipa Hextech poate analiza caracteristicile clădirii, necesarul termic și configurația instalației pentru a determina tipul și dimensionarea corespunzătoare a pompei de căldură.
Întrebări frecvente despre principiul de funcționare al pompelor de căldură
Care este principiul de funcționare al unei pompe de căldură?
Pompa de căldură preia energie termică din aer, sol sau apă și o transferă către clădire prin intermediul unui circuit frigorific. Procesul implică evaporarea, comprimarea, condensarea și expansiunea agentului frigorific.
Pompa de căldură produce sau transferă căldură?
Pompa de căldură transferă energia termică disponibilă în mediul exterior către clădire. Energia electrică este utilizată pentru funcționarea componentelor sistemului, în special a compresorului.
Pompa de căldură funcționează la temperaturi negative?
Da, modelele proiectate pentru acest regim pot funcționa și atunci când temperatura exterioară este sub 0°C, în limitele specificate de producător. Eficiența și capacitatea sistemului pot varia odată cu temperatura exterioară.
Ce înseamnă COP la o pompă de căldură?
COP reprezintă raportul dintre energia termică furnizată și energia electrică utilizată în anumite condiții de funcționare. De exemplu, un COP de 4 corespunde furnizării a aproximativ 4 kWh de energie termică pentru 1 kWh de energie electrică utilizată în condițiile respective.
Care este diferența dintre COP și SCOP?
COP descrie performanța într-un anumit punct sau în anumite condiții de testare, în timp ce SCOP este un indicator sezonier și ia în considerare funcționarea pe o perioadă mai lungă.
Pompa de căldură aer-apă poate funcționa cu radiatoare?
Da, în anumite configurații. Compatibilitatea depinde de temperatura de tur necesară, dimensionarea radiatoarelor, pierderile de căldură ale clădirii și caracteristicile pompei de căldură.
Pompa de căldură poate prepara și apă caldă menajeră?
Multe sisteme de tip aer-apă, sol-apă sau apă-apă pot fi configurate și pentru prepararea apei calde menajere, prin utilizarea unui boiler compatibil cu instalația.