Pompa de caldura este un echipament special conceput pentru transferul de energie din mediul inconjurator (sol, apa, aer) catre sistemul de incalzire, racire si preparare apa calda menajera. Eficienta in functionare a pompelor de caldura este deosebita, obtinandu-se de regula cel putin trei sferturi din energia necesara prin utilizarea de resurse regenerabile, restul fiind energie de actionare cu curent electric.
In aceste conditii, utilizarea pompelor de caldura permite reducerea semnificativa a consumului de energie pentru incalzirea cladirilor si reducerea emisiilor CO2.
Modul de functionare al pompei de caldura corespunde principiului de functionare al unei masini frigorifice (frigider).
In cazul frigiderului, agentul frigorific preia caldura cu ajutorul unui schimbator de caldura (vaporizator), iar prin intermediul unui alt schimbator de caldura (condensator) aceasta este transferata in incapere.
In cazul pompei de caldura, energia termica se extrage din mediul inconjuraor (sol, apa, aer) si se introduce in sistemul de incalzire.
Circuitul agentului frigorific respecta legile fizice: agentul de lucru sub forma lichida atinge punctul de fierbere la o temperatura si presiune scazuta in vaporizator, pe baza caldurii preluate de la sursa (nivelul de temperatura al sursei desi este redus, este totusi mai ridicat decat temperatura de fierbere a agentului frigorific); vaporii rezultati sunt aspirati si comprimati in compresor ceea ce duce la cresterea presiunii si temperaturii agentului frigorific; in continuare, vaporii ajung in condensator unde are loc transferul de caldura catre instalatia de incalzire (temperatura agentului termic este mai redusa decat temperatura de condensare a agentului frigorific), agentul frigorific racindu-se si lichefiindu-se din nou; astfel, energia (caldura) preluata la vaporizator si suplimentar, energia transferata prin comprimare, se elibereaza in condensator si este preluata de agentul termic; circuitul se inchide prin trecerea agentului frigorific printr-un ventil de destindere (laminare) inainte de intrarea in vaporizator, asigurandu-se astfel reducerea presiunii agentului frigorific de la nivelul ridicat din condensator la nivelul scazut necesar la vaporizator pentru reluarea ciclului de transformari termodinamice.
Principiul de functionare al pompelor de caldura sol-apa si apa-apa este asemanator celor aer-apa, diferenta facand-o sursa de energie primara, adica sursa de unde se extrage energia necesara la prepararea agentului termic.
In cazul pompelor de caldura sol-apa sursa de energie termica este solul, iar in cazul pompelor de caldura apa- apa sursa de energie termica este panza freatica. In primul caz, energia din sol se extrage cu ajutorul unor circuite inchise de tevi prin care circula un agent de transfer chimic ( apa+ glicol) in doua moduri: colectori orizontali si sonde verticale. In al doilea caz, energia din panza freatica este transferata catre pompa de caldura prin intermediul unui schimbator de caldura intermediar prin care circula pe partea de primar apa din panza freatica, iar pe partea de secundar un agent termic de transfer (apa+glicol).
Colectori orizontali- Tevile din PE se amplaseaza paralel in sol, la o adancime de 1.2 – 1.5 m. Distanta intre tevi trebuie sa fie intre 0.5-0.10 m. De regula, se realizeaza mai multe circuite, un singur circuit nu trebuie sa depaseasca 100m lungime (altfel ar creste foarte mult pierderile de presiune si ar fi nevoie de pompe cu inaltime de pompare foarte mare).
Vehicularea agentului termic de transfer pe circuitul inchis colectori orizontali- vaporizator pompa de caldura (tur/retur) este asigurata de o pompa de circulatie.
Sonde verticale- Preluarea de caldura din sol se realizeaza cu sonde verticale din PEHD (adancimi intre 50- 150 m) prin care circula agentul de transfer termic. De regula, se monteaza 4 tuburi paralele ( sonda cu tub dublu cu profil in U). Vehicularea agentului de transfer termic pe circuitul inchis sonde verticale- vaporizator pompa de caldura (tur/retur) este asigurata de o pompa de circulatie.
Pompele de caldura sol- apa si apa- apa se caracterizeaza prin coeficienti de performanta foarte buni datorati faptului ca pe parcursul unui sezon, temperatura sursei este aproximativ constanta. Variatia de temperatura pe parcursul sezonului rece in cazul solului este intre 10 grade C ( la inceput) si 0 grade C ( la sfarsitul sezonului rece). In cazul pompelor de caldura apa- apa, panza freatica este ca un acumulator imens de apa cu temperatura constanta pe toata durata anului cuprinsa intre 7 grade C si 12 grade C.
