Clever Heating Solutions
Capitolul 3
Interviu B - Interviu cu Prof. Christer Harrysson
Creșterea utilizării sistemelor de încălzire de joasă temperatură

  • Pompă de căldură şi centrală în condensaţie > Ambele surse de încălzire sunt soluţii eficiente pentru sistemele de încălzire de joasă temperatură în clădirile moderne şi bine izolate
  • Eficienţă în generare de căldură > Ambele surse de încălzire sunt potrivite şi pentru radiatoarele de joasă temperatură
  • Modernizarea energetică a clădirilor > Clădirile încălzite cu sisteme de radiatoare de joasă temperatură consumă energie totală mai puţină decât clădirile cu încălzire prin pardoseală
  • Îmbunătăţirea eficienţei energetice a clădirilor vechi reprezintă o soluţie eficientă de economisire a energiei

 

Pompă de căldură

Datorită necesarului termic scăzut de încălzire, confortul din case și birouri poate fi menţinut astăzi cu mai puţină energie. Ceea ce face ca pompa de căldură să fie un element ideal într-un sistem modern de încălzire. Temperatura la câţiva metri sub pământ este relativ constantă de-a lungul anului, în jur de 10oC. Pompele de căldură geotermale profită de acest aspect, cu ajutorul unui circuit de conducte - circuit vertical în pământ - îngropat la 100-150 m sub pământ sau circuit orizontal mai aproape de suprafaţă. În general, un mix de apă - etanol este pompat în acest circuit, unde are loc schimbul de căldură înainte ca lichidul încălzit să se întoarcă în pompă și de aici în sistemul de încălzire. Pompele de căldură aer-apă pot fi de asemenea o bună alternativă. Acestea pot folosi aerul din exterior și/sau aerul evacuat din sistemele de ventilaţie ca sursă de energie.

 

Centrală în condensaţie

Cele mai multe centrale au o singură cameră de combustieinclusă în circuitul din schimbătorul de căldură pe unde trece gazul fierbinte. Acest gaz va fi evacuat prin conducta din partea superioară a centralei, având o temperatură de 200oC. Centralele în condensaţie, pe de altă parte, permit mai întâi ridicarea căldurii prin primul schimbător de căldură, unde în partea superioară gazul este redirecţionat către un al doilea schimbător de căldură.

În centralele în condensaţie, combustibilul (ulei sau gaz) este încins pentru a încălzi apa într-un circuit de ţevi, care poate include și radiatoarele din imobil. Când combustibilul este încins, aburul este un produs secundar al procesului de combustie și acest abur este condensat obţinându-se apa caldă. Din acest circuit al apei se obţine agent termic și căldură, înainte de întoarcerea apei în circuit (Fig. 3.2). Deși poate fi folosit atât ulei cât și gaz, gazul este mai eficient pentru că evacuarea apei calde într-un sistem pe gaz se realizează la 57oC, în timp ce într-un sistem pe ulei apa nu este evacuată decât la 47oC. Un alt avantaj al sistemului pe gaz este reprezentat de volumul mai mare de apă.

Toate centralele în condensaţie economisesc o cantitate importantă de combustibil consumat: gazul evacuat are în jur de 50oC, în comparaţie cu centralele tradiţionale unde gazul nefolosit este evacuat la 200oC.

Ambele surse de încălzire sunt soluţii eficiente pentru sistemele de încălzire de joasă temperatură

Ambele surse de încălzire în clădiri moderne și izolate sunt metode eficiente pentru sistemele de încălzire de joasă temperatură, fiind ideale pentru radiatoare, care pot fi folosite cu orice sursă de încălzire, inclusiv energie regenerabilă.

Eficienţă în generare de căldură

Centralele în condensaţie pot funcţiona în versiune cu condensare când temperatura apei alimentate către reţeaua de încălzire rămâne sub 55oC. Creșterea eficienţei, comparativ cu centrala standard, este de aproximativ 6% pentru ulei și de circa 11% pentru gaz. (Sursa: ASUE 2006). Acesta este un motiv temeinic pentru proiectarea radiatoarelor pentru sistemele de încălzire de joasă temperatură.

Pompele de căldură funcţionează perfect şi cu radiatoare de joasă temperatură

Pompele de căldură sunt de cele mai multe ori folosite pentru încălzirea prin pardoseală, dar ele funcţionează perfect și cu radiatoare de joasă temperatură. Norma EN 14511-2 prezintă o metodă simplă de calculare a factorului de performanţă sezonieră, SPF, luând în considerare doar temperatura apei alimentate pentru sistemul de încălzire. Acest sistem de calcul oferă valori destul de corecte ale SPF pentru încălzirea prin pardoseală, unde diferenţele de temperatură între apa alimentată și apa emisă sunt de regulă mici, mai puţin de 5K. Această metodă simplificată nu se aplică și sistemelor de încălzire cu radiatoare, unde diferenţa de temperatură dintre apa alimentată și cea emisă este mai mare. Pentru acest calcul, norma EN 14511-2 indică o altă metodă care ia în considerare și temperatura apei emise. Strâns legat de factorul de performanţă sezonieră este coeficientul anual de performanţă, care descrie eficienţa unei pompe de căldură, perioada sezonieră fiind în acest caz perioada unui an.

Observaţii: Energia primară necesară unei centrale în condensaţie
folosind energie solară pentru încălzire este similară cu cea a unei
singure pompe de încălzire cu apă.
Sursa: ZVSHK, Wasser Wärme, Luft, Ausgabe 2009/2010

Fig. 3.4 Tabel de valori al coeficientului de performanţă anuală pentru diferite temperaturi ale apei, pentru producerea de apă caldă menajeră plus încălzire, apă caldă menajeră și doar încălzire. Sunt prezentate și temperaturile rezultate prin condensare. Imobilul de referinţă este o casă unifamilială modernă din Munchen, echipată cu pompă de căldură electrică. Valorile coeficientului de performanţă sunt verificate în laborator (Bosch 2009).

Fig. 3.4
Coeficient de performanţă anuală

Coeficient de performanţă anuală

Coeficient de performanţă anuală = cantitatea de căldură furnizată de pompa de
căldură împărţită la energia necesară pentru acest proces pe o perioadă de un an

Temperaturi
proiectate		 Temperatura
de condensare		 Coeficient de
performanţă anuală
pentru apă caldă
menajeră și încălzire		 Coeficient de
performanţă
anuală doar
pentru încălzire
70/55/20 62,4 2,8 3,0
55/45/20 49,2 3,2 3,6
60/40/20 49,0 3,2 3,6
50/40/20 44,0 3,3 3,8
45/35/20 38,8 3,5 4,1
50/30/20 38,7 3,5 4,1
40/30/20 33,7 3,6 4,4
35/28/20 30,2 3,8 4,6

Pompă de căldură electrică. Valori calculate pentru imobilul de referinţă

Este mult mai eficient să foloseşti temperaturi joase pentru radiatoare atunci când sursa de încălzire este reprezentată de pompa de căldură

Rezultatele arată că este foarte avantajos să folosești radiatoare de joasă temperatură, atunci când generatorul de încălzire este o pompă de căldură. Pentru casele mici, pompele de căldură sunt folosite pentru producerea de apă caldă menajeră. Comparând valorile coeficientului de performanţă anuală pentru producerea apei menajere în combinaţie cu încălzirea, se poate observa că temperatura apei într-un sistem de joasă temperatură (45/35) determină o eficienţă a pompei de căldură cu 10% mai mare decât într-un sistem de 55/45. Diferenţa dintre sistemul de 45/35 și sistemul de 40/30 pentru încălzirea prin pardoseală este de circa 3% și 9% în comparaţie cu sistemul de 35/28. 9%.

Modernizarea energetică a clădirilor

Clădirile încălzite cu sisteme de radiatoare de joasă temperatură consumă energie totală mai puţină decât clădirile cu încălzire prin pardoseală

Îmbunătăţirea eficienţei energetice a clădirilor vechi este o soluţie mai eficientă de economisire a energiei

Pe scurt, clădirile încălzite cu sisteme de radiatoare de joasă temperatură consumă energie totală mai puţină decât clădirile încălzite cu sisteme de încălzire prin pardoseală, chiar și folosind pompa de căldură ca generator de energie. Diferenţele dintre valorile coeficientului de performanţă anuală sunt compensate de eficienţa energetică mai mare a radiatoarelor de joasă temperatură.

Clădirile, în special cele rezidenţiale, se află în prezent într-o spirală a consumului de energie. Energia folosită de clădiri reprezintă cel mai mare segment consumator de energie din Europa. În mod normal activitatea de economisire a energiei ar trebui să se concentreze pe reducerea energiei folosite în clădiri. Interesant totuși, clădirile moderne (noi sau complet renovate) nu constituie adevărata  roblemă în materie de consum de energie. Dacă luăm totalul clădirilor existente în Germania, spre exemplu, numărul clădirilor noi construite după 1982 reprezintă 23% din total, la nivelul ţării, dar consumă numai 5% din energia pentru încălzire. Cu alte cuvinte, îmbunătăţirea eficienţei energetice pentru clădirile vechi ar fi o metodă mai eficientă pentru a economisi mai multă energie.

Balanţa totală de energie a unei clădiri este reprezentată de fluxurile înspre interior şi spre exterior ale clădirii

Balanţa totală de energie a unei clădiri este reprezentată de fluxurile înspre interior și spre exterior ale clădirii. Eventuala energie folosită pentru răcire nu este inclusă în aceste cifre. Fluxurile de energie ale clădirii din exemplu pot fi definite așa cum urmează:

Aceste cifre sunt exemple ale valorilor pentru clădirile cu mai multe etaje, unde necesarul de energie pentru încălzirea interiorului, inclusiv pierderi de transmisie și ventilaţie, se situează în jurul valorii de 240 KWh/m2a. Pentru a face o aproximare pentru alte tipuri de imobile, ar trebui să luăm în considerare următorii factori: dimensiunea suprafeţelor, coeficientul de transfer termic și media fluxului aerului prin ventilaţie. Spre exemplu, o casă cu un singur etaj are mai multe pierderi prin acoperiș și la nivelul solului decât o clădire cu mai multe etaje.

Necesarul de căldură din interior și necesarul energetic aferent

Putem face o corelaţie între necesarul de căldură din interior, kWh/m2a, și necesarul energetic aferent, W/m2, în baza cifrelor statistice existente pentru cerinţele energetice pentru diferite perioade de timp.

Să considerăm ca referinţă o clădire cu mai multe etaje renovată și să recalculăm. Necesarul energetic iniţial poate fi calculat conform graficului din Fig. 3.9 la un necesar de căldură în interior de 240 kWh/m2a. Necesarul energetic este de aproximativ 120 W/m2. Structura de rezistenţă a clădirii și izolaţia vor fi îmbunătăţite. Noile valori ale coeficientului de transfer termic ale elementelor clădirii vor fi:

- Pereţi exteriori
 U = 0,24 W/m2K
- Ferestre și spaţii exterioare U = 1,3 W/m2K
- Acoperiș U = 0,16 W/m2K
- Nivelul solului U = 0,5 W/m2K
  Uw = 0,40 W/m2K

 

Dacă suprafeţele din clădire nu se schimbă și fluxul de aer prin ventilaţie rămâne de asemenea la fel, putem determina influenţa pe care o are izolaţia îmbunătăţită. Pierderile de transmisie vor fi reduse cu 31%, unde aria de calcul pentru coeficientul de transfer termic de Uw=1.3 W/m2K scade la Uw=0.40W/m2K. Prin urmare, ventilaţia rămâne neschimbată și reducerea totală a pierderilor de căldură va fi de 44.3%.

Observaţii: Acest tip de proiect de îmbunătăţire a izolaţiei pe suprafeţe mari este determinat mai ales de necesitatea unor ferestre mai bune și a unei faţade mai atractive sau de dorinţa unui confort termic sporit și unui climat interior mai plăcut.

Noile valori ale pierderilor de căldură vor fi:

- Ventilaţie și infiltraţie 65,1 %
- Pereţi exteriori 11,4 %
- Ferestre și spaţii exterioare 16,1 %
- Acoperiș 3,6%
- total 4,4%
  total 100%

 

Necesarul energetic va fi cu 44,3% mai mic decât iniţial. Noul necesar energetic este de circa 67 W/m2, și așa cum se vede în z Fig. 3.9 necesarul de căldură aferent este de aproximativ 100 kWh/m2a.

Interviu C - Interviu cu Prof. Dr. Jarek Karnitski