Pompe De Caldura Artur

Pompe De Caldura

TEMA DE PROIECT

Sa se proiecteze pompa de caldura care deserveste o locuinta unifamiliala, cunoscand urmatoarele date de proiectare :



Necesarul de caldura: Qk =4+15=19 kW;



Agenti frigorifici recomandati: R134a, R22, R407C, R410A;



Tipul pompei de caldura : sol-apa cu colectori verticali;



Instalatia functioneaza intr-o singura treapta de comprimare

Artur Craciun

Page 1

Pompe De Caldura

1.Generalitati

Pompele de caldura sunt produse relativ noi pe piata romaneasca dar foarte cunoscute si folosite in tarile din vestul Europei mai ales in tarile Scandinave. Chiar si pe aceste piete produsul este relativ nou dar in ultimii ani pompele de caldura au devenit foarte populare. In Suedia, de exemplu, mai mult de 80% din imobile, avand cele mai diverse destinatii - vile, apartamente, scoli, gradinite, primarii, sedii de banci si in special hoteluri - sunt incalzite cu pompe de caldura. Cu toate ca investitiile de inceput sunt mari, comparativ cu o centrala pe gaze sau lemne, tot mai multi proprietari de case, vile sau cladiri opteaza pentru aceasta forma de incalzire si producere a apei calde menajere datorita in primul rand costurilor scazute de intretinere si functionare. De fapt pompele de caldura produc de 3-5 ori mai multa energie decat consuma. La prima vedere aceasta suna ca un hocus pocus dar adevarul este ca pompele de caldura preiau energia existenta in mediul inconjurator chiar si la temperaturi scazute. Aceasta energie este procesata de pompa termica si este livrata in instalatia de incalzire la o temperatura de 45-55 grade Celsius. In fapt, pentru fiecare kilowat de energie electrica absorbit de compresorul pompei de la reteaua electrica, pompa livreaza in medie intre 4 si 5,5 kilowati energie termica. Din acestia, energia pe care clientul o plateste este cea necesara functionarii compresorului din instalatia pompei de caldura, adica numai cca ¼ din energia termica livrata de pompa de caldura.Cum este posibil acet lucru ? Foarte simplu. Diferenta de ¾ din valoarea energiei termice livrata de pompa de caldura este absorbita de aceasta din mediu (aer, apa, sol, etc) si este gratis. Partile componente principale ale unei pompe de caldura sunt urmatoarele: un condensator, un ventil de expasiune (laminare), un vaporizator, un compresor si tevi din cupru prin care curge agentul frigorific de transport al caldurii. Acest agent frigorific actioneaza intr-un sistem inchis de conducte, ceea ce inseamna ca agentul nu are nici un fel de contact cu mediul inconjurator. Agentii frigorifici cei mai folositi de producatorii suedezi sunt agenti frigorifici fara clor (dupa noile reguli UE) care au o influenta negativa scazuta asupra mediului. Cel mai utilizat este R134a, un agent stabil care nu uzeaza foarte mult compresorul dar care fiind compus din molecule mici necesita un compresor cu capacitate mai mare (deci costuri ceva mai mari). Se mai utilizeaza agentii din grupa glimer (un amestec de mai multe gaze care au temperaturi diferite de vaporizare) R 407C si R 410 A care lucreaza la presiuni si temperaturi mai ridicate decat R134a dar nu au nevoie de un compresor de capacitate mare. Incepand din anul 2002 in Suedia (si implicit in intreaga Europa inclusiv in Romania) este interzisa folosirea agentilor frigorifici care contin clor (tip R12, sau R502) si este interzisa completarea instalatiilor cu agent frigorific R22. Agentii folositi in pompele de caldura au proprietatea ca se vaporizeaza (fierb) la temperaturi foarte scazute (ex: R134a la fierbe la temperatura de -26°C iar R410A fierbe la temperatura de –40°C). Artur Craciun

Page 2

Pompe De Caldura

Principiul de functionare al pompelor de caldura este acelasi cu al oricarei masini frigorifice dar inversat, in sensul ca daca in cazul frigiderului vaporizatorul se afla in frigider si condensatorul in spatele frigiderului, in cazul pompelor termice, caldura condensatorului este transferata sistemului de incalzire in timp ce temperatura scazuta a vaporizatorului nu este folosita pe timp de iarna. In schimb, temperatura scazuta obtinuta in vaporizator poate fi folosita pe timp de vara pentru climatizarea cladirilor, in felul acesta pompa de caldura poate fi folosita atat pentru caldura cat si pentru climatizare. Producatorii de pompe de caldura chiar indica folosirea climatizarii pe timp de vara pentru ca prin climatizare se introduce in pamant caldura preluata de pompa din cladiri, aceasta inmagazinandu-se pentru iarna cu consecinta cresterii eficientei pompei de caldura. Comparativ, daca se calculeaza costurile de instalare necesare unei pompe de caldura care functioneaza atat pe incalzire cat si pe climatizare atunci aceste costuri sunt comparabile cu cele necesare pentru instalarea unei centrale termice performante si a unui chiller pentru incalzirea apei calde menajere plus o instalatie de conditionare pentru perioada de vara. (cu mentiunea ca instalatiile de aer conditionat clasice nu se pot considera instalatii de climatizare deoarece acestea nu pot mentine o temperatura constanta in cladiri ci numai racesc aerul instantaneu). In alta ordine de idei pompele de caldura economisesc intre 50-80% din costurile de incalzire.

Artur Craciun

Page 3

Pompe De Caldura

Pentru functionare, pompa de caldura are nevoie de o sursa de caldura de la care vaporizatorul sa preia energia termica pentru procesat.In cazul nostru sursa de caldura poate fi un put forat in pamant la adancimi de 40 –150 de m , un sant sapat la o adancime de peste 1,2 m , apa de pe fundul unui lac sau rau, caldura de pe returul unui proces tehnologic sau sistem de incalzire (instalatii mai mari), apa din panza freatica sau caldura latenta de condensatie a vaporilor de apa din mediul inconjurator. Avand in vedere temperatura scazuta de vaporizare a agentului frigorific mentionat mai sus (-40°C) pentru o functionare optima a compresorului, temperatura sursei de caldura poate fi cuprinsa intre 0 si 10 °C. Pentru a asigura necesarul de caldura pentru o casa si pentru a achizitiona exact pompa de care este nevoie, trebuie ca acest necesar de caldura sa fie calculat in mod riguros. In functie de necesarul de energie, se calculeaza lungimea furtunului de plastic care trebuie ingropat la o adancime de peste 1,2 m si o distanta intre spire de min 1,5m. (in cazul ca serpuirile furtunului sunt prea apropriate, exista riscul ca lichidul din furtun sa fure energie de la spirele mai apropiate si acestea sa inghete). In furtun se foloseste un amestec de apa si etilenglicol pentru a evita riscul inghetarii. Lichidul din furtun care preia energia inmagazinata in pamant sau apa, o transfera agentului frigorific (tip R134a R407C sau R410A) din vaporizator (care este de fapt un tip de schimbator de caldura in placi ). In consecinta, acesta se vaporizeaza trecand astfel din stare lichida in stare gazoasa. Lichidul din furtun isi continua drumul ciclic in circuitul inchis preluand in continuare energie din pamant. Agentul refrigerant aflat in stare gazoasa in pompa de caldura trece mai departe in compresor unde, prin comprimare, ajunge la o temperatura de cca 75-100 grade Celsius. Agentul frigorific in stare gazoasa trece mai departe in condensator (tot un tip de schimbator de caldura) unde cedeaza energia termica, apei din circuitul inchis al sistemului de incalzire al imobilului. (sistem de incalzire care poate fi cu calorifere, ventiloconvectoare sau incalzire prin pereti sau pardoseala). De asemenea o alta parte a energiei este preluata de apa cu destinatie menajera din rezervorul de tip acumulator. Temperatura apei menajere si a celei din calorifer/pardoseala se mentine constanta in jurul valorii de 50 – 55°C/30-35°C. Artur Craciun

Page 4

Pompe De Caldura La asfel de temperaturi ale apei din calorifer/pardoseala, temperatura din casa se poate mentine in jurul valorii de 22-25°C. In cazul in care temperatura exterioara scade sub –15° C pompa de caldura este ajutata de rezistentele electrice care pot intra in componenta instalatiei de automatizare. Din studiile efectuate pe ultimii 100 de ani, rezulta ca pe teritoriul Romaniei (in medie) sunt maximum 9 zile pe an cu temperaturi sub – 15 ° C.Pentru zilele respective, instalatia de automatizare, va comanda functionarea rezistentelor electrice, care vor asigura suplimentul necesar de caldura, de la cca 40-42 ° C cat genereaza pompa de caldura atunci ctnd temperatura mediului este sub – 15 ° C, pana la temperatura normala de 55 ° C. Foarte important este faptul ca aceste mentiuni sunt valabile numai in cazul incalzirii cu batranele si perimatele calorifere, care in materie de instalatii de incalzire ale secolului XXI, pot fi comparate, extrapoland in domeniul circulatiei auto, cu niste carute pe autostrada. In comparatie cu sistemele de incalzire utilizate in UE, care sunt preponderent instalatii de incalzire in pereti sau pardoseala ori instalatii cu ventiloconvectoare, utilizarea caloriferelor aduce urmatoarele dezavantaje: -Au un randament de incalzire extrem de scazut, datorita suprafetei radiante mici - Realizeaza o incazire puternic neuniforma a incaperii, cu diferente de temperatura, in cadrul aceleiasi camere de pana la 4 ° C -Genereaza imobilizare de gabarit, de obicei sub ferestre - Au un aspect inestetic care se accentueaza prin murdarire si pigmentare si sunt greu de spalat, fapt care necesita revopsire -Sunt adevarate colectoar de praf greu de curatat interspatial Sunt generatoare de curenti puternici de aer si praf, datorita diferentei mari de temperatura intre calorifer si incinta. -Necesita temperaturi mari ale agentului termic, datorita suprafetei radiante mici si genereaza implicit pierderi termice de transport mari. -In general fiind executate din otel, sunt supuse unui proces rapid de coroziune. In contraponderea acestor dezavantaje majore, incalzirea cu calorifere nu ofera nici un avantaj tehnic.

Artur Craciun

Page 5

Pompe De Caldura

Utilizarea sitemelor moderne de incalzire, prin pereti, prin pardoseala sau cu ventiloconvectoare, elimina toate aceste dezavantaje, si odata cu ele dispare si necesitatea ca la temperaturi ale mediului sub – 15 °C, pompa de caldura sa fie “ajutata” de rezistentele electrice. Sistemele de incalzire cu capilare, avand diametrul de 8 mm, extrem de usor de incorpotat atat in tencuiala tavanului, ori a peretilor sau in sapa pardoselei, (cum rezulta din fig.), realizeaza o incalzireuniforma, in toata incaperea, indiferent de varianta utilizata, cu o temperatura agentului termic de numai 7- 10 ° C mai mare decat temperatura dorita in camera , fapt care face ca temperatura de 55° C, oferita de pompa termica sa fie atat de mare, incat sistemul de automatizare al instalatiei de incalzire, va recircula cea mai mare parte a agentului termic. Cu astfel de instalatii de incalzire, se pot realiza in imobile temperaturile dorite (daca este cazul, chiar 35-38 ° C - pentru sauna). Un aspect deloc de neglijat este ca acelasi sistem de incalzire cu pompa termica realizeaza pe timpul verii si conditionarea incaperilor, la temperaturi prestabilite. La o privire rapida aceasta conditionare ar putea fi asemanata de necunoscatori, cu aceea realizata de instalatiile clasice de conditionare. In fapt este cu totul altceva si acest lucru a fost constatat de persoane care au facut imprudenta sa adoarma in serile de vara fierbinte cu instalatia clasica de conditionare deschisa.Singura directie ulterioara a fost spitalul.Spre deosebire de aceste instalatii, care in fapt nu sunt instalatii de conditionare ci numai instalatii de racire (deoarece a conditiona inseamna a respecta anumite conditii, deci a controla), instalatiile cu pompe termice realizeaza o conditionare reala a incaperii in sensul ca mentin in camera o temperatura prestabilita, indiferent de variatiile de temperatura ale mediului exterior. În aplicații din domeniul climatizării, o pompă de căldură se referă în mod normal la un dispozitiv de vaporitare-condensare care include o supapă dublu-sens și schimbătoare de căldură optimizate, astfel încât direcția fluxului de căldură poate fi inversat. Prin intermediul supapei se selectează direcția pe care circula agentul refrigerant pe parcursul unui ciclu și prin urmare, pompa de căldură poate furniza unei clădiri fie încălzire fie răcire. În climatele mai reci setarea implicită a supapei este de încălzire, în timp ce setarea implicită în climatele calde este de răcire. Pentru că cele două schimbătoare de căldură, condensator și vaporizator, trebuie să schimbe între ele funcțiile, ele sunt optimizate pentru a efectua în mod corespunzător în ambele moduri. Ca atare, eficiența unei pompe de căldură reversibilă este de obicei ușor mai mică decât cea a două mașini separate optimizate pentru un singur proces. Artur Craciun

Page 6

Pompe De Caldura În aplicațiile de instalații sanitare, o pompa de caldură este uneori utilizată pentru incălzirea sau preîncălzirea apei pentru piscine sau încălzitoare de apă menajeră. În aplicatii oarecum rare, ambele capacități atât de extracție cât și de adăugare de căldură pot fi utile și de obicei rezultă în utilizarea foarte eficientă a energiei de intrare. De exemplu, atunci când un aparat de aer condiționat folosit pentru răcire poate fi adaptat la un aparat pentru încălzirea apei, o singură pompă de căldură poate sluji la două scopuri utile. Din păcate, aceste situații sunt rare din cauza cererii semnificativ diferite pentru profile de încălzire și răcire.

Tipuri de Pompe de Caldura Cele două tipuri principale de pompe de căldură sunt pompe de căldură cu compresie și pompe de de căldură cu absorbție. Pompe de căldură cu compresie întotdeauna funcționează pe energie mecanică (prin energie electrică), în timp ce pompele de căldură cu absorbție pot rula și pe căldură ca sursă de energie (prin intermediul de energie electrică sau combustibili). O serie de surse au fost folosite ca surse de căldură pentru încălzirea clădirilor private și administrative: 



pompe de căldură pe sursă de aer (extrag căldura din aerul exterior) 

pompe de căldură aer-aer (transferă energie termică aerului din interior)



pompe de căldură aer-apă (transferă energie termică unui rezervor de apă)

pompe de căldură geotermale (extrag căldura din sol sau din surse similare) 



pompe de căldură geotermale-aer (transfer de energie termică către aerul din interior) 

pompe de căldură sol-aer de (solul este sursă de căldură)



pompe de căldură rocă-aer de (roca este sursă de căldură)



pompe de căldură apă-aer (corp de apă ca sursă de căldură)

pompe de căldură geotermale-apa (transferă caldură unui rezervor de apă) 

pompe de căldură sol-apă (solul este sursă de căldură)



pompe de căldură roca-apă (roca este sursă de căldură)



pompe de căldură apă-apă (corp de apă ca sursă de căldură)

Avantajele utilizarii pompelor de caldura:



Economii mari realizate fatã de orice alt sistem clasic;



Reduc cu 50 - 80% costurile la încãlzire si rãcire;



Protejarea resurselor naturale si a mediului (nu polueazã);

Artur Craciun

Page 7

Pompe De Caldura 

Echipamente silentioase;



Nu este necesarã utilizarea cosurilor de fum;



Nu folosesc flacãra deschisã neexistând pericol de explozie;



Folosesc agenti frigorifici ecologici;



Nu necesitã personal de exploatare, functionând complet automatizat;



Fiabilitate ridicatã;



Perioada de functionare este de 25 ani.

Pompe de Caldura Sol – Apa Scoarta terestra prezinta cea mai mare captare de energie, din radiatii solare si din precipitatii, la o adincime de pina la 15 m. In general, catre straturile interioare ale pamintului se transfera putina caldura. Aceasta sursa de caldura este exploatata folosind colectoare orizontale la nivelul solului, confectionate din tevi de plastic dde inalta calitate. Principiul de functionare pompe de caldura sol-apa Principiul de functionare al acestor pompe de caldura sol-apa este asemanator celor aerapa, diferenta fiind in sursa de energie primara, adica sursa de unde se sustrage energia necesara la prepararea agentului termic. Aceste pompe de caldura sol-apa, denumite si pompe de caldura geotermale – adica utilizind energia termica inmagazinata in sol- colecteaza energia din sol cu ajutorul unor circuite inchise de tevi in care circula un agent de transfer termic (apa + glycol). Acest lichid se pompeaza prin aceste circuite de tevi in sol la temperatura de -5ºC. Lichidul, parcurgind traseul de tevi dispuse in sol, se incalzeste la cca. 10ºC- 15ºC. Energia termica acumulata se va transfera pompei de caldura prin schimbatorul de caldura de pe partea rece a pompei de caldura, energie care se va folosii la prepararea agentului termic. In timpul cedarii energiei catre schimbatorul de caldura a pompei de caldura, lichidul din tevi se va racii din nou la -5ºC, astfel colectarea energiei incepe din nou. Circuitul inchis de tevi se poate introduce in pamint in plan orizontal (colectoare geotermale orizontale), sau in plan vertical ( sonde geotermale). Alegerea solutiei optime se face pe baza posibilitatilor de la fata locului. In cazul in care avem la dispozitie suprafata de teren necesara, unde sa amplasam colectoare geotermale orizontale, este recomandabil sa optam pentru aceasta solutie, in caz contrar insa va trebuii sa optam pentru sonde geotermale verticale. Pompa de caldura sol-apa este aceeasi pentru ambele variante de amplasare a colectoarelor geotermale. O alta foarte importanta proprietate a pompelor de caldura sol-apa este aceea ca au capacitatea de a racii ( climatiza ) casa pe timpul verii. Acest lucru se poate realiza in doua variante, si anume prin racire pasiva si prin racire activa. In cazul racirii caldura este preluata din incaperi de catre sistemele de distributie a energiei din pereti, tavan sau ventiloconvectoare si transferata in pamint. Functia de racire pasiva Artur Craciun

Page 8

Pompe De Caldura este efectuata numai de solul colector sau de catre legatura la pamant. Functia de racire activa transforma pompa de caldura sol-apa intr-un frigider. Cu un kit de racire montat pentru a inversa ciclul de functionare al pompei de caldura, este posibila generarea unei capacitati neintrerupte, chiar la temperaturi joase. In ambele cazuri se apeleaza la o unitate de monitorizare a punctului de roua, pentru a nu se produce condens pe suprafetele de transfer termic. In timp ce frigiderele au fost apreciate de decenii ca un produs gata de utilizare in toate locuintele, pompele de caldura sunt proiectate individual, iar sistemul complet este realizat dintr-o serie intreaga de componente.

Artur Craciun

Page 9

Pompe De Caldura

Pompele de caldura pot functiona si in modul reversibil: in timp ce climatizeaza locuinta produc apa calda fara un consum suplimentar de energie electrica. Pompele de caldura sol-apa au un coeficient de performanta ridicat,pentru fiecare 1KW de energie electrica consumata produc 4.1-4.6 KW energie termica pentru incalzirea locuintei. Pompele de caldura sol-apa extrag o mare parte a necesarului de energie calorica din energia solara stocata in sol.Suprafata necesara a colectorului depinde de capacitatea de incalzire a pompei de caldura. Amplasarea in plan vertical O parte din caldura regasita la nivelele superioare ale scoartei pamintului este generata din interiorul acestuia. Pentru a utiliza aceasta sursa de caldura se instaleaza sonde de caldura geotermale in gauri forate la adincimi intre 10- 200 m in pamint. Adincimea puturilor forate depinde atat de structura geologica a solului cat si de necesarul de caldura al cladirii. Numarul sondelor este determinat de doi factori, si anume de proprietatile termice ale cladirilor ( pierderi de energie termica, izolatie, si necesarul energetic), precum si de componenta solului. Este usor de inteles ca acel coeficient de transfer termic in cazul solului uscat, stincos difera fata de solul umed si argilos. Analizind situatii extreme, o sonda poate furniza energie termica intr-o cantitate de 20 W/m si 80 W/m, care in cazul cel mai nefavorabil poate sa insemnne si un numar de 4 ori mai mare de sonde, fata de situatia favorabila. Din acest motiv e bine de facut o analiza geologica a terenului. Sondele se vor amplasa la o distanta minima de 7-8 m intre ele, insa distanta recomandata intre sonde este de 10 m. Astfel se evita racirea excesiva a sondelor si implicit oprirea sistemului. O intrebare frecventa , dar si o abordare gresita, este ca se crede ca prin adincimi mari se urmareste atingerea temperaturilor mai ridicate. Asta este numai in parte obiectivul propus, in aceasta zona (100-120 m) crestera de temperatura fiind de doar 2-5°C. Prin foraje mai adinci in primul rind se urmareste cresterea suprafetei de transfer termic al sondei, ceea ce in situatii optime duce le reducerea numarului sondelor necesare. Amplasarea in plan orizontal Reteaua de tevi de obicei se aseaza la o adincime de 1,5 m in sol. Si in acest caz, ca si la sondelle verticale, o importanta mare are componenta solului. In functie de asta reteaua de tevi se va intinde pe o suprafata de 2-4 ori mai mare decit suprafata ce trebuie incalzita. Se poate observa ca la aceasta solutie vom avea nevoie de un teren considerabil mai mare pentru colectoare. Aceasta solutie se poate deci lua in consideratie numai la case noi. In caz ca suprafata si implicit lungimea colectorului nu va fi suficient de mare, circuitul se va racii excesiv, ce duce la oprirea instalatiei.Distanta intre tevi in nici un caz nu poate fi mai mic de 0,5-0,8 m.

Artur Craciun

Page 10

Pompe De Caldura Amplasarea tevilor se poate face in mai multe feluri, prin saparea de santuri, sau prin totala decopertare a suprafetei necesare, la o adincime corespunzatoare. Extractia aproximativa de caldura se situeaza intre 15 si 30 W/m². Colectorii orizontali din sol au avantajul de a fi usor de instalat in timp ce casa este in constructie. Montajul se face doar intr-un teren pe care nu se va construii nimic, altfel solul nu va putea absorbii caldura. Avind in vedere ca solul in apropierea colectoarelor va deveni mai rece, trebuie sa tinem cont de asta la amenajarile din curte sau gradina. In zonele unde sunt amplasate colectoare in sol, este recomandabil sa nu plantam plante cu radacina lunga. La amplasarea orizontala trebuie sa avem grija ca lungimea buclelor colectoarelor sa fie egale, ca randamentul sistemului sa nu aiba de suferit. In ambele cazuri de amplasare, caminele ce vor adaposti colector-distribuitoarele, trebuie sa fie atit de mari ca personalul de instalare sa poata lucra nestingherit. Daca acest camin se construieste pe un teren umed, acesta se va izola temeinic.

Artur Craciun

Page 11

Pompe De Caldura

2.CALCULUL REGIMULUI TERMIC AL POMPEI DE CALDURA

2.1.Calculul regimului termic pentru vaporizatorul pompei de caldura

Temperatura agentului intermediar la intrarea in vaporizator in cazul colectorilor verticali, la adancimi de peste 20m, temperatura solului poate fi considerata tsol = 10⁰C .

twe = tsol + Δttot ;

Δttot C = (8….12) ⁰C

twe = 10 – 8 = 2⁰ C twi = twe +Δtw ; Δtw = (3….6) ⁰C twi =0+5 = 5⁰C

Diferenta totala de temperatura pe vaporizator Δttot 0, utilizata este : Δttot 0 = (8….12)⁰ C

Temperatura de vaporizare t0 a agentului frigorific, se calculeaza cu expresia:

t0 = twi - Δttot 0 => t0 = 5 – 8 = - 3⁰ C Temperatura de supraincalzire: Artur Craciun

tsi = t0 +Δtsi ; Δtsi = 6⁰ C

tsi = 3⁰ C Page 12

Pompe De Caldura

Fig.2.1.1 a. Schema combinata a regimurilor termice din colectori si vaporizator b. Schema regimului termic particular pentru collector vertical si pentru vaporizator;

2.2. Calculul regimului termic al condensatorului pompei de caldura Se considera temperatura medie a pardoselii tmp = 25⁰C

tr = tmp + ( 2…3 ) ⁰C => tr = 25+2 = 27⁰ C tt = tmp + ( 5…9 ) ⁰C => tt = 25 + 5= 30⁰C tk = tr+ ( 6…12 ) ⁰C => tk1 = 27 + 8 = 35⁰C sau tk = tt+ ( 3…6 ) ⁰C => tk2 = 30 + 5 = 35⁰C

Artur Craciun

Page 13

Pompe De Caldura

Fig. 2.2.1 a.Regimuri termice pentru serpentinele sistemului de incalzire si pentu condensator; b. Regimuri termice particulare pentru serpentinele sistemului de incalzire si pentu condensator;

Artur Craciun

Page 14

Pompe De Caldura Calculul pompei de caldura sol-apa pentru R134A cu ajutorul programului CoolPack

Artur Craciun

Page 15

Pompe De Caldura Calculul pompei de caldura sol-apa pentru R22 cu ajutorul programului CoolPack

Artur Craciun

Page 16

Pompe De Caldura Calculul pompei de caldura sol-apa pentru R407C cu ajutorul programului CoolPack

Artur Craciun

Page 17

Pompe De Caldura Calculul pompei de caldura sol-apa pentru R410A cu ajutorul programului CoolPack

Artur Craciun

Page 18

Pompe De Caldura Am analizat patru tipuri de agenti frigorifici, freonii R134a, R22, R407C, si R410A fara a tine seama de regenerare interna.

Agentul de lucru trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii : a ) presiunea de vaporizare sa fie apropiata de presiunea atmosferica si usor superioara acesteia; b) presiunea de condensare cat mai redusa; c) caldura preluata din vaporizare sa fie cat mai mare; d)

caldura specifica in stare lichida sa fie cat mai mica;

e)

volumul specific al vaporilor cat mai mic;

f)

sa nu fie inflamabili, explozivi sau toxici.

Din programul CoolPack s-au obtinut urmatoarele date caracteristice ale freonilor recomandati (tabelul 2.1): Agentul t0[0C] p0[bar] frigorific

tk[0C]

pk[bar]

m [kg/s]

VS[m3/h] VD[m3/h]

η iz

P [kW]

t2[0C]

COP

R134a

-3

2.6233

35

8.8682

0.1777

51.81

64.76

0.7

6.843

54.8

4.036

R22

-3

4.5070

35

13.5479

0.1645

32.45

40.56

0.7

6.879

71.6

4.017

R407C

-3

5.0774

35

15.2445

0.158

34.90

43.63

0.7

7.017

63.1

3.919

410A

-3

7.2927

35

21.3117

0.1567

21.68

27.1

0.7

7.136

66.7

3.825

Artur Craciun

Page 19

Pompe De Caldura In urma acestui studiu am oscilat intre freonul R134a si R407C, plecand de la premiza ca presiunile de vaporizare cele mai mici sunt ale celor doi agenti, dar dupa celelalte caracteristici : - presiunea de condensare cea mai mica o are R134a, - cea mai mica puterea necesara compresorului este tot pentru acelasi agent - eficienta termica (COP) cea mai buna este tot pentru freonul R134a . Deci am ales freonul R134a.

Fig. 2.2.6 Reprezentarea procesului de comprimare adiabatic si real, in diagram lgp-h

Avand in vedere ca ireversibilitatile mentionate anterior, duc la cresterea lucrului mecanic necesar functionarii compresorului, pentru a se putea acoperi pierderile mentionate, se poate defini randamentul isentropic ηs:

η

,

unde : - lt –lucrul mecanic necesar functionarii teoretice (izentropice); - lr – lucrul mecanic necesar functionarii reale.

Artur Craciun

Page 20

Pompe De Caldura Valorile uzuale ale randamentului izentropic sunt : ηs = 0.6…0.8. Vom adopta: ηs = 0.7. Din tabele, diagrame sau din calculatorul Coolpack am gasit : t2t = 44,776 ⁰C si h2t = 427.27 kJ/kg, de unde rezulta:

kJ/kg

Puterea reala Pr, necesara pentru functionarea compresorului in conditii reale se calculeaza cu expresia: ̇ lr = h2r –h1 = 440.90- 395.46= 45.44 kJ/kg Pr =0. 0.1777· 45,44 = 8,074 kW

In urma calculelor si a analizei diagramei si a calculatorului ciclului Coolpack am obtinut urmatoarele date (tabel 2.2):

Starea

t[⁰ C ]

p [ bar ]

h[kJ/kg ]

s[kJ/kg K]

v[m3/kg]

x[-]

1

-3

2.6233

395.46

1.723

0.076

1

2(2t)

44.776

8.8682

427.27

1.723

0.02506

-

2`(2r)

57.35

8.8682

440,90

1,788

0,02685

-

3

35

8.8682

248.75

1.16

0.00086

0

3`

33

8.8682

245,82

1,156

0,00085

-

4

-3

2.6233

196,04

0.98

0.00077

0.23

1’

3

2.6233

400.88

1.743

0.07898

-

Artur Craciun

Page 21

Pompe De Caldura In tabelul 2.2 am specificat toate punctele caracteristice ciclului de incalzire cu agentul R134a , din studiul amanuntit a diagramei CoolPack ( Anexe)

3. ALEGEREA COMPONENTELOR (APARATELOR) POMPEI DE CALDURA

3.1. Alegerea compresorului Analizand mai multe cataloage de produse am hotarat sa utilizez in proiectul meu un compresoar de tipul ZBH45KJE-TFD avand o putere de 8.99 kW si avand urmatoarele caracteristici determinate din fisa tehnica a agregatului (anexe)

Domeniul de functionare a unui compressor Copeland Scroll pentru R134a

Artur Craciun

Page 22

Pompe De Caldura

3.2. Alegerea Condensatorului

La pompele de caldura actuale , indiferent de tipul sursei de caldura , condensatoarele destinate incalzirii apei, denumite si condensatoare racite cu apa, sunt din punct de vedere constructiv, schimbatoare de caldura cu placi, brazate. Alegerea condensatorului s-a realizat prin cautarea in mai multe cataloage si site-uri specializate. Am ales urmatorul model de schimbator de caldura : C15CG, a carui carateristici sunt mentionate in fisa tehnica (anexe)

3.3. Alegerea vaporizatorului frigorific Constructia vaporizatorului de la pompele de caldura sol-apa este realizata sub forma unui schimbator de caldura cu placi, brazate. Am ales in acest caz vaporizatorul CH20BG, avand urmatoarele caracteristici, din fisa tehnica (anexe)

Artur Craciun

Page 23

Pompe De Caldura

3.4 Alegerea ventilului de laminare Dupa analizarea unor cataloage cu ventile de laminare, am ales ventilul de laminare TX6-M15. Proiect: Muresan Refrigerant:

Daniel

R134a

Temp de evap:

T o:

-3 2.62

°C

°C

Pc=

35 8.87

Tsub:

2

Po= Temp de cond:

Tc:

Subracire lichid: Temp lichid:

Tliquid:

Caderea de pres/valva:

33 6.2

Cap de racire a sistemului:

Q0:

Pierderi de pres:

bara

bara K °C bar

27.6

kW

0.00

bar

Tip TX6

Artur Craciun

Tip TX6 M05 TX6 M15

Tip TX6 R134a

cu MOP

fara MOP

TX6 - M17

TX6 - M07

63.9

TX6 - M16

TX6 - M06

49.0

TX6 - M15

TX6 - M05

33.1

TX6 - M14

TX6 - M04

26.1

TX6 - M13

TX6 - M03

18.7

TX6 - M12

TX6 - M02

10.5

TX3 - M39

TX3 - M29

16.8

TX3 - M38

TX3 - M28

12.3

TX3 - M37

TX3 - M27

10.4

TX3 - M36

TX3 - M26

8.4

TX3 - M35

TX3 - M25

6.2

TX3 - M34

TX3 - M24

4.1

TX3 - M33

TX3 - M23

2.8

TX3 - M32

TX3 - M22

1.8

-

-

Tip TX3 egalizator ext

(Linia de lichid, filtrul desh, solenoidul, vizorul, distrib, vaporizatorul)

Alegerea dvoastra:

Capacitatea max a valvei de exp in cond date (Kw)

Cod produs:

MOP

801 566

-

801 574

+14

°C

Page 24

-

Pompe De Caldura

Fig.3.4.1. Ventil de laminare TX6-M15

Dupa alegerea componentelor de baza am realizat schema functionala a pompei de caldura cu aparatele continute si prezentarea ei din diferite pozitii (anexe)

Schema de functionare a pompei de caldura

Artur Craciun

Page 25

Pompe De Caldura Referinte : [1]. www.termo.utcluj/instruire/ [2]. www.termo.utcluj/diploma/incalzire_birouri_pc.pdf; [3]. www.metacor-europe.com; [4]. www.talentums.ro/images/pompe_caldura/pomp_buderus; [5]. www.gea-phe.com/usa; [6]. www.flatplateselect.com; [7]. www.danfos.com; [8]. www.emersonclimate.en.

Artur Craciun

Page 26