Structura unei pompe de căldură este compusă din trei componente, cu care funcționează sistemul pompei de căldură:
Sursa de căldură
Sursa de căldură (aer, pământ, apă subterană), din care se extrage energia din mediu.
Pompa de căldură
Pompa de căldură utilizează căldura extrasă din mediu prin intermediul tehnologiei pompei de căldură.
Distribuție și stocare
Sistemul de distribuție și stocare a căldurii distribuie sau stochează căldura în spațiile de locuit.
În interiorul pompei de căldură, un principiu tehnic constând din patru etape rulează continuu într-un proces în buclă închisă. În ciclul repetat al pompei de căldură, evaporarea, compresia, lichefierea și expansiunea unui agent frigorific au loc pentru a genera energie de încălzire.
Agentul frigorific lichid absoarbe energia termică din mediu și trebuie ridicat la un nivel de temperatură care poate fi utilizat de sistemul de încălzire. Acest lucru se face folosind puțină energie electrică. Cu cât diferența de temperatură dintre sursa de energie și căldura utilă necesară este mai mare, cu atât trebuie aplicată mai multă putere de antrenare electrică.
Să aruncăm o privire mai atentă la principiul pompei de căldură:
Principiu
Cele patru etape de funcționare
Evaporare
La așa-numitul evaporator, căldura din mediu este transferată în circuitul pompei de căldură. Un agent frigorific este responsabil pentru absorbția și transportul energiei termice. Absoarbe căldura mediului în stare lichidă, determinând-o să se evapore și să devină gazoasă.
Reprezintă schimbătorul de căldură, în care agentul frigorific lichid, aflat la presiune joasă, intră în contact cu sursa de energie (aer exterior, apă subterană sau sol). În această etapă, agentul frigorific absoarbe căldura chiar și de la temperaturi negative (de ex. -5 °C) și se evaporă, transformându-se în vapori de joasă presiune.
Este, practic, locul unde se „colectează” energia din mediul natural.
Compresie
Într-un compresor cu curent, numit compresor, agentul frigorific gazos este comprimat, crescând foarte mult presiunea și temperatura.
De asemenea, puteți observa această parte a principiului de funcționare al unei pompe de căldură într-o pompă de aer pentru bicicletă, care se încălzește atunci când pompați aer. De aici și termenul „pompare” în legătură cu o pompă de căldură.
Vaporii de agent frigorific din evaporator sunt aspirați de compresor. Compresorul îi comprimă, ridicându-le presiunea și temperatura. Aceasta este singura componentă care consumă energie electrică în mod semnificativ. Rezultatul: vapori de agent frigorific la temperatură ridicată, pregătiți să cedeze căldură.
Lichefiere
În a treia etapă, agentul frigorific comprimat și încălzit își transferă căldura circuitului de încălzire, astfel încât să se răcească și să devină din nou lichid.
Acest lucru se întâmplă la așa-numitul condensator cu ajutorul unui schimbător de căldură. Căldura este apoi stocată în rezervorul de apă caldă și tampon al pompei de căldură.
Aici, vaporii de agent frigorific cu temperatură ridicată intră în contact cu agentul termic al clădirii (apă pentru încălzire/răcire, aer pentru climatizare). În timpul schimbului de căldură, agentul frigorific cedează energia termică către circuitul de încălzire. În acest proces, el trece din starea de vapori în stare lichidă (condensare). Este componenta în care căldura ajunge efectiv la consumator.
Depresurizare
În etapa finală, presiunea agentului frigorific lichid este redusă din nou într-o supapă de expansiune sau de declanșare, făcându-l să se răcească în continuare până când atinge temperatura inițială.
Ciclul pompei de căldură poate începe din nou. Poate ați observat că lichidele se răcesc atunci când sunt presurizate și presiunea este redusă în cazul cutiilor de pulverizare. Cutia devine vizibil rece când pulverizați o perioadă mai lungă de timp.
După condensare, agentul frigorific lichid are presiune ridicată. Ventilul de expansiune îl lasă să treacă printr-o duză îngustă, unde presiunea și temperatura lui scad brusc. Acum agentul frigorific este pregătit să reintre în evaporator, pentru a începe un nou ciclu.
O pompă de căldură își desfășoară activitatea într-un ciclu continuu, repetitiv, care seamănă foarte mult cu ceea ce face un frigider, dar în sens invers. Totul începe în evaporator, acolo unde agentul frigorific, aflat la o temperatură foarte joasă, intră în contact cu sursa de energie din mediul înconjurător – aerul, apa sau solul. Chiar și atunci când afară sunt temperaturi negative, acest agent este capabil să absoarbă căldura, deoarece are un punct de fierbere foarte scăzut. În urma acestui schimb, lichidul frigorific se evaporă, transformându-se în vapori reci, dar încărcați cu energie termică.
Acești vapori pătrund apoi în compresor, componenta care poate fi privită ca „motorul” pompei de căldură. Compresorul aspiră vaporii și îi comprimă, iar prin acest proces presiunea și temperatura lor cresc considerabil. Astfel, agentul frigorific iese din compresor sub formă de vapori fierbinți, la presiune ridicată, pregătit să transfere energia acumulată.
Urmează etapa de condensare. Vaporii fierbinți trec prin condensator, unde întâlnesc agentul termic din clădire – apa din instalația de încălzire sau aerul care trebuie climatizat. În acest schimb, agentul frigorific cedează căldura acumulată și, în timp ce oferă energie utilă pentru încălzire, se răcește și trece din nou în stare lichidă. Este momentul în care energia extrasă din mediul exterior ajunge efectiv la consumatori.
În final, agentul frigorific lichid, aflat încă la presiune înaltă, trece prin supapa de expansiune. Aici, presiunea și temperatura lui scad brusc, pregătindu-l să intre din nou în evaporator și să înceapă un nou ciclu de absorbție a căldurii.
Astfel, printr-o succesiune continuă de evaporare, comprimare, condensare și expansiune, pompa de căldură reușește să transfere energia termică dintr-un mediu rece într-unul cald, oferind o soluție eficientă și sustenabilă pentru încălzirea și răcirea clădirilor.
Verificare
Întrebări de recapitulare
- Care sunt cele trei componente principale ale sistemului pompei de căldură?
- Ce se întâmplă cu agentul frigorific în evaporator?
- De ce compresorul este componenta cu consum electric semnificativ?
- Unde ajunge căldura utilă în etapa de lichefiere/condensare?
- Care este rolul supapei de expansiune?