Beneficiile utilizării pompelor de căldură cu apă

Pompele de căldură cu apă se dovedesc a fi mai eficiente din punct de vedere energetic decât sistemele alternative pentru clădirile comerciale.Naveen Halbhavi, PE, ClimateMaster Inc., Oklahoma City

Obiective de invatare:

• Analizați pompele de căldură din sursă de apă și comparați-le cu sistemele alternative.

• Examinați modul în care pompele de căldură cu apă pot reduce consumul de energie al clădirii.

• Implementați un sistem de pompă de căldură cu apă pentru a satisface cererea simultană de încălzire și răcire.

Primul cod energetic comercial a fost promulgat în 1975 cuASHRAE Standard 90-1975: Conservarea energiei în proiectarea clădirilor noi.De atunci, eforturile ulterioare au condus la standarde de eficiență energetică mai stricte, așa cum se arată în Figura 1.

O adoptare completă și uniformă a acestor coduri energetice ar fi dus la o reducere de aproximativ 50% a consumului normal de energie între 1975 și 2012. În realitate, consumul total de energie pe metru pătrat în clădirile comerciale a scăzut de la 114 kBtu/mp în 1979 la 79,9 kBtu/sqft în 2012 — o scădere de 30%.

Deși aceasta este o realizare semnificativă, adoptarea și aplicarea standardelor de către diferite state nu a fost uniformă, iar clădirile continuă să reprezinte un procent mare din consumul de energie în SUA. Administrația SUA pentru Informații Energetice, clădirile comerciale au consumat 7 cvadrilioane Btu de energie.În plus, HVAC reprezintă 44% din cererea de energie a clădirilor comerciale, așa cum se arată în Figura 2. Aceasta include încălzirea spațiului, ventilația și răcirea, dar exclude refrigerarea.

Pompe de căldură comerciale

O pompă de căldură este un circuit de refrigerare care poate răci spațiile pe vreme caldă și încălzi spațiile pe vreme rece.Cu o pompă de căldură, puteți răci sau încălzi un spațiu folosind doar electricitate.Prin nearderea combustibilului pentru încălzire, ca într-un cuptor central tradițional, se elimină riscul de inflamabilitate.

Pompele de căldură disponibile comercial pot fi clasificate în două tipuri mari:

• O sursă de aer sau o pompă de căldură răcită cu aer

• O pompă de căldură cu sursă de apă (WSHP).

O pompă de căldură cu sursă de aer sau răcită cu aer este un tip de pompă de căldură care funcționează prin respingerea căldurii în aerul exterior în timpul verii sau prin absorbția căldurii din aerul exterior în timpul iernii.Un WSHP este un tip de pompă de căldură care funcționează prin respingerea căldurii către un sistem de conducte de apă (sau bucla de apă) în timpul verii sau prin absorbția căldurii din aceeași buclă de apă în timpul iernii.Dacă sunt instalate mai multe unități de WSHP, toate pot fi deservite de un sistem comun de buclă de apă (sau antet).

Avantajele pompelor de căldură cu apă

Pentru WSHP, deoarece căldura este transferată printr-un schimbător de căldură într-o conductă care transportă apă, funcționarea este mai silențioasă și amprenta sistemului este mai mică, deoarece apa este mai eficientă la evacuarea căldurii decât aerul.Într-un sistem cu sursă de aer, coeficientul limitator de transfer de căldură este pe partea aerului, iar coeficienții tipici de transfer de căldură cu convecție forțată pe partea aerului sunt în intervalul de la 25 la 250 W/m² K. În schimb, coeficientul de transfer termic prin convecție forțată pe partea apei este între 50 și 20.000 W/m² K. Acest lucru face ca echipamentele WSHP să fie mai eficiente și mai mici ca dimensiuni decât pompele de căldură cu sursă de aer.

Unitățile tradiționale cu sursă de aer pot necesita ca fiecare unitate de tratare a aerului să aibă o unitate de condensare separată.Pentru un sistem mare, cu mai multe unități, care este obișnuit într-o clădire comercială, ar fi necesare mai multe unități de condensare care nu numai că sunt zgomotoase, dar prezintă și o provocare de instalat, deoarece necesită mult spațiu liber.Cu o instalație WSHP cu mai multe unități, schimbul de căldură poate fi realizat cu un singur turn central de răcire prin evaporare sau un răcitor uscat situat pe sol sau pe acoperiș.Unitățile WSHP pot fi amplasate în tavane coborâte sau ascunse departe de spațiile ocupate din încăperile mecanice sau dulapurile utilitare.Amplasarea unităților în tavan, aproape de punctul de utilizare, duce, de asemenea, la mai puține conducte și la un consum mai mic de energie a ventilatorului.Consumul de energie al ventilatorului poate fi printre cele mai mari componente energetice ale unui sistem HVAC, iar un design general bun al sistemului va încerca să-l minimizeze.

WSHP-urile oferă, de asemenea, unele dintre cele mai înalte eficiențe din industria HVAC. ASHRAE stabilește cerințele minime de eficiență pentru WSHP să fie mai mari decât pompele de căldură și sistemele VRF tradiționale răcite cu aer.Tabelele 1 și 2 prezintă valorile de eficiență pentru unitățile cele mai direct comparabile și sunt derivate din ASHRAE 90.1-2013: Standard energetic pentru clădiri, cu excepția clădirilor rezidențiale joase.Această comparație arată că WSHP-urile îndeplinesc cele mai înalte cerințe privind raportul minim de eficiență energetică (EER) și coeficientul de performanță (COP).

WSHP-urile sunt, de asemenea, mai eficiente la încălzire în comparație cu aparatele de aer condiționat din cuptor.Într-o unitate de cuptor, randamentul maxim pentru încălzire prin arderea gazelor naturale este de aproximativ 95% (pentru un COP de 0,95);căldura electrică este de 100% (COP = 1,0).Cu o pompă de căldură cu sursă de apă în modul de încălzire, nu numai că este extrasă și utilizată energia termică din bucla de apă, dar și căldura de compresie din circuitul de agent frigorific este captată și utilizată ca sursă de încălzire.Datorită acestei capacități de a extrage căldură dintr-o sursă de căldură (adică, bucla de apă) și de a folosi căldura de compresie, WSHP poate furniza cu ușurință 4 până la 6 unități de încălzire pentru fiecare unitate de energie consumată.În mod clar, acesta este un sistem mai eficient.