Pompa de căldură: cum funcționează și ce tipuri există

Pompa de căldură este un aparat care mută căldura dintr-un loc mai rece într-unul mai cald, folosind energie electrică pentru a acționa un compresor. Vara, frigiderul din bucătărie face exact acest lucru: scoate căldura din interior și o eliberează prin grilajul din spate. O pompă de căldură pentru casă aplică același principiu la scară mare, luând căldura din aerul de afară, din sol sau din apa subterană și livrând-o în calorifere, în pardoseală sau în boilerul de apă caldă.

Pentru că mută căldura în loc să o producă prin ardere, pompa de căldură livrează mai multă energie termică decât consumă electricitate, de obicei de trei-patru ori mai mult. Raportul exact depinde de tipul pompei, de clima locală și, foarte important, de temperatura la care trebuie să încălzească apa din instalație. Mai jos găsești principiul, ciclul pas cu pas, indicatorii de performanță, tipurile și condițiile în care merge bine.

Principiul: căldură mutată, nu produsă

O pompă de căldură funcționează pentru că și aerul rece de iarnă conține energie termică, pe care un agent frigorific o poate absorbi dacă este mai rece decât aerul. Agentul frigorific este un fluid care fierbe la temperaturi foarte scăzute, chiar sub −20 °C la presiune redusă, așa că poate „culege” căldură dintr-un aer de 0 °C sau dintr-un sol de 10 °C.

Bilanțul energetic arată așa:

• energia ambientală, luată gratuit din aer, sol sau apă, reprezintă cea mai mare parte din căldura livrată;
• energia electrică, consumată de compresor, ventilatoare și pompe de circulație, reprezintă restul;
• căldura livrată în casă este suma celor două.

Dacă pompa consumă 1 kWh de electricitate și preia 2,5 kWh din aerul exterior, livrează 3,5 kWh de căldură. Spre comparație, o rezistență electrică, ca la un calorifer electric, transformă 1 kWh de electricitate în exact 1 kWh de căldură.

Ciclul frigorific, pas cu pas

Inima oricărei pompe de căldură este ciclul frigorific, un circuit închis prin care agentul frigorific trece mereu prin aceleași patru etape. Tot ce variază de la un tip la altul este sursa din care se ia căldura și locul în care este livrată.

1. Evaporatorul: agentul frigorific, rece și la presiune joasă, trece printr-un schimbător de căldură în contact cu sursa (aer, apă glicolată din sol sau apă freatică). Absoarbe căldură și se evaporă.
2. Compresorul: vaporii sunt comprimați. Prin comprimare, presiunea și temperatura lor cresc mult, de exemplu la peste 60–70 °C.
3. Condensatorul: vaporii fierbinți cedează căldura apei din instalația de încălzire sau aerului din cameră și se condensează, redevenind lichid.
4. Ventilul de expansiune: lichidul trece printr-o îngustare, presiunea scade brusc, iar agentul se răcește puternic, gata să reia ciclul.

Vara, multe pompe de căldură pot inversa ciclul cu o vană cu patru căi, devenind aparate de răcire: evaporatorul ajunge în casă, iar condensatorul afară. Aerul condiționat obișnuit este, de fapt, o pompă de căldură aer-aer, iar setările care îl fac eficient sunt explicate în ghidul despre aerul condiționat eficient.

COP, SCOP și de ce contează temperatura

Eficiența unei pompe de căldură se exprimă prin COP (coeficient de performanță), adică raportul dintre căldura livrată și energia electrică consumată, măsurat în condiții precise. SCOP (coeficientul sezonier de performanță) este media pe un sezon întreg de încălzire, într-un climat de referință, și este indicatorul mai util pentru comparații.

Cum citești notațiile din fișa tehnică

În fișele tehnice vei găsi notații ca A7/W35 sau A2/W55. Litera A vine de la aer și arată temperatura sursei, iar W vine de la apă și arată temperatura apei livrate în instalație. „A7/W35” înseamnă aer exterior la 7 °C și apă livrată la 35 °C. La sol-apă apare litera B (de la brine, saramura sau apa glicolată din colectori), de exemplu B0/W35.

Regula care decide eficiența

Cu cât diferența dintre temperatura sursei și temperatura livrată este mai mică, cu atât COP-ul este mai mare. De aceea, aceeași pompă are randamente foarte diferite în funcție de instalația din casă.

Încălzirea în pardoseală, care lucrează cu apă de 30–35 °C, este partenerul ideal al unei pompe de căldură. Caloriferele clasice, dimensionate pentru apă de 70 °C, cer temperaturi mai mari, deci randamente mai mici, cu excepția cazului în care casa a fost izolată și caloriferele sunt suficient de mari pentru a încălzi cu apă mai rece.

Sfat: Când compari pompe de căldură, compară SCOP-ul la aceeași temperatură de lucru, de exemplu 35 °C pentru pardoseală sau 55 °C pentru calorifere, și pentru aceeași zonă climatică. Un SCOP la 35 °C nu spune nimic despre o casă cu calorifere vechi la 60 °C.

Tipurile de pompe de căldură după sursă

Pompele de căldură se denumesc după sursa din care iau căldura și după agentul în care o livrează: prima parte a numelui este sursa, a doua este destinația. Astfel, o pompă aer-apă ia căldura din aer și o dă apei din instalație.

Diferențele practice dintre cele mai folosite două variante pentru case, aer-apă și sol-apă, sunt comparate pe larg în articolul despre pompa aer-apă și pompa sol-apă.

Pompa de căldură pentru apă caldă menajeră

Există și boilere cu pompă de căldură integrată, care iau căldura din aerul încăperii în care sunt montate sau din aerul exterior și încălzesc doar apa menajeră. Consumă mult mai puțin decât un boiler electric clasic, dar răcesc ușor încăperea în care stau, așa că se potrivesc în spații tehnice, pivnițe sau garaje. O alternativă pentru apa caldă sunt panourile solare termice.

Pompele hibride

Sistemele hibride combină o pompă de căldură cu o centrală pe gaz sau pe alt combustibil. Pompa lucrează când este eficientă, iar centrala preia sarcina în zilele foarte reci sau când e nevoie de temperaturi mari. Variantă utilă pentru casele vechi, unde caloriferele cer temperaturi ridicate iarna.

Monobloc sau split

O pompă de căldură aer-apă poate fi monobloc, cu tot circuitul frigorific în unitatea exterioară, sau split, cu circuitul frigorific împărțit între o unitate exterioară și una interioară.

• Monobloc: între exterior și casă circulă apă, nu agent frigorific. Montajul nu presupune lucrări la circuitul frigorific, dar țevile de apă de afară trebuie protejate împotriva înghețului.
• Split: între unități circulă agentul frigorific. Montajul cere personal certificat pentru lucrul cu agenți frigorifici, dar nu există apă în exterior care să înghețe.

În ambele variante, unitatea interioară sau modulul hidraulic include pompa de circulație, vasul de expansiune, comanda și, adesea, o rezistență electrică de rezervă.

Agenții frigorifici

Agentul frigorific este fluidul care circulă în ciclu, iar tipul lui influențează eficiența, temperaturile maxime și impactul asupra climei în caz de scurgere. Impactul se exprimă prin GWP (potențialul de încălzire globală), care arată de câte ori încălzește un gaz atmosfera mai mult decât aceeași cantitate de dioxid de carbon.

• R410A: agent mai vechi, cu GWP ridicat, scos treptat din echipamentele noi.
• R32: folosit pe scară largă, cu GWP mai mic decât R410A.
• R290 (propan): agent natural, cu GWP foarte mic, care permite temperaturi de livrare mai mari; este inflamabil, așa că se respectă reguli stricte de amplasare.
• CO₂ (R744): agent natural, folosit mai ales la producția de apă caldă la temperaturi ridicate.

Reglementările europene privind gazele fluorurate restrâng treptat agenții cu GWP mare, motiv pentru care echipamentele noi trec spre agenți cu impact mic. Ce înseamnă potențialul de încălzire al gazelor pentru climă explică articolul despre efectul de seră.

Ce fel de casă se potrivește cu o pompă de căldură

O pompă de căldură funcționează cel mai bine într-o casă cu pierderi de căldură reduse și cu un sistem de încălzire care lucrează la temperatură joasă. Într-o casă neizolată, cu calorifere mici, ea poate funcționa, dar cu randament mai slab și cu consum mare în zilele geroase.

Ce verifici înainte

1. Necesarul de căldură al casei, calculat de un proiectant de instalații, nu estimat după suprafață.
2. Izolația și etanșeitatea: pereți, acoperiș, ferestre. O termografie arată unde se pierde căldura, cum explică articolul despre termografia casei.
3. Sistemul de încălzire: pardoseală, ventiloconvectoare sau calorifere dimensionate pentru temperatură joasă.
4. Locul pentru unitatea exterioară: ferit de dormitoarele vecinilor, cu scurgere pentru apa de condens și acces pentru service.
5. Branșamentul electric: puterea aprobată trebuie să susțină compresorul și eventuala rezistență de rezervă.

Ordinea logică este, de regulă, întâi reducerea pierderilor, apoi alegerea pompei, pentru că o casă izolată are nevoie de o pompă mai mică și o folosește mai eficient. Pașii sunt explicați în ghidul de eficiență energetică acasă. Reglajul de zi cu zi, inclusiv temperatura de confort și programarea, se face ușor cu un termostat inteligent.

Dezghețarea, zgomotul și alte detalii practice

Pompele aer-apă și aer-aer au câteva comportamente normale care îi surprind pe proprietarii noi, iar dacă le cunoști dinainte, le planifici corect.

• Dezghețarea: la temperaturi în jurul lui 0 °C, cu umezeală mare, pe evaporatorul exterior se formează gheață. Pompa inversează scurt ciclul ca s-o topească; vei vedea abur ieșind din unitate, ceea ce este normal.
• Apa de condens: rezultă la fiecare dezghețare și trebuie dirijată, ca să nu formeze gheață pe alei sau lângă fundație.
• Zgomotul: unitatea exterioară are ventilator și compresor; nivelul de zgomot este trecut în fișa tehnică, iar amplasarea departe de ferestrele vecinilor previne conflicte.
• Rezistența de rezervă: intervine la ger puternic sau pentru dezinfecția periodică a boilerului. Dacă pornește des, pompa poate fi subdimensionată sau setată greșit.
• Funcționarea continuă: pompa lucrează cel mai eficient cu temperaturi constante și pe perioade lungi, nu cu porniri și opriri frecvente.

Atenție: Montajul circuitului frigorific, racordarea electrică și umplerea instalației se fac numai de personal autorizat. Agenții frigorifici nu se eliberează în atmosferă, iar cei inflamabili cer distanțe de siguranță față de ferestre, guri de aerisire și surse de aprindere.

O pompă de căldură consumă mai ales iarna, când panourile fotovoltaice produc cel mai puțin, dar combinația rămâne utilă pe ansamblul anului, mai ales dacă pompa încălzește și apă caldă sau răcește vara. Cum se corelează cele două sisteme vezi în ghidul complet despre panourile fotovoltaice.

Ce iei cu tine din acest ghid

Pompa de căldură mută energia din mediu în casă cu ajutorul unui compresor și livrează de mai multe ori mai multă căldură decât electricitatea consumată. Randamentul real depinde de sursă, de climă și mai ales de temperatura la care lucrează instalația de încălzire. Cele mai bune rezultate apar într-o casă izolată, cu încălzire în pardoseală sau calorifere de temperatură joasă.

Ideile principale:

• ciclul frigorific are patru etape: evaporare, comprimare, condensare, destindere;
• SCOP-ul este indicatorul potrivit pentru comparații, la aceeași temperatură de lucru;
• cu cât apa livrată este mai rece, cu atât eficiența este mai mare;
• tipurile principale sunt aer-aer, aer-apă, sol-apă și apă-apă;
• montajul circuitului frigorific cere personal autorizat.