Dimensionarea pompei de căldură: o pompă inverter se alege să lucreze la jumătate de putere
Prima pastilă: spațiul dintre lamele. A doua: când mașina decide să degivreze. Al treilea lucru de întrebat înainte de a cumpăra este cât de mare este pompa de căldură față de clădire. Pare întrebarea cea mai simplă și este cea la care se greșește cel mai mult, pentru că o pompă de căldură inverter nu se alege ca o centrală.
01
Puterea maximă se decide pe ziua cea mai rece a zonei
Fiecare localitate are o temperatură exterioară de proiect: cea mai scăzută temperatură luată în calcul la dimensionarea instalației. În Italia o stabilește o normă, provincie cu provincie: în zonele alpine se ajunge la -15 grade, în câmpie este în jur de -5, în sud și pe coaste se merge spre +2. Fiecare zonă are numărul ei, iar proiectantul îl cunoaște. Norma europeană a pompelor de căldură raționează la fel, cu trei climate: rece, cu referință Helsinki, -22 de grade; mediu, Strasbourg, -10; cald, Atena, +2. La acea temperatură mașina trebuie să acopere tot necesarul clădirii lucrând la putere maximă. Nu înainte: o mașină care ajunge la maxim deja la zero grade este mică pentru acea zonă.
02
Restul iernii lucrează la jumătate
Ziua de proiect vine câteva zile pe an. Cele mai multe ore de iarnă, în câmpie, sunt între 2 și 10 grade, adesea cu soare: clădirea cere jumătate din căldură sau mai puțin. O pompă de căldură inverter nu pornește și nu se oprește ca o centrală: reduce turația compresorului și urmărește necesarul. Dimensionată bine, petrece cea mai mare parte a iernii în jurul jumătății de putere, iar în anotimpurile de tranziție coboară la minim fără să se oprească. Așa se evită pornirile și opririle continue.
03
Invertorul: de ce cel din carbură de siliciu randează mai mult
Invertorul este piesa care transformă curentul de la rețea în curent cu frecvență variabilă, care învârte compresorul la viteza potrivită. O face pornind și oprind tranzistoare de putere de mii de ori pe secundă. De fiecare dată când un tranzistor comută, și în fiecare clipă în care conduce, o parte din curent devine căldură în loc să ajungă la motor. Căldura aceea este energie plătită și pierdută, și trebuie și evacuată din electronică, altfel componentele se încălzesc și se uzează.
Ani de zile tranzistoarele invertoarelor au fost IGBT-urile, din siliciu. Sunt robuste și ieftine, dar au două limite. Când conduc au un prag de tensiune fix care se plătește și la curent mic: tocmai la jumătate de putere, unde pompa de căldură petrece aproape toată iarna, pragul acela cântărește proporțional mai mult. Și comută încet, deci se încălzesc la fiecare trecere și nu pot fi puse să lucreze repede.
Tranzistoarele din carbură de siliciu (SiC) nu au pragul fix: se comportă ca o rezistență foarte mică și la curent mic pierd foarte puțin. Și comută într-o fracțiune din timp, cu o fracțiune din căldură. Mai puțină disipare termică înseamnă trei lucruri practice. Mai multă energie la compresor pentru aceiași kWh luați de la contor, deci COP mai mare, mai ales la sarcină parțială. O electronică ce lucrează mai rece, iar o componentă electronică ce lucrează rece durează mai mult. Și posibilitatea de a comuta mai repede, ceea ce dă motorului un curent mai curat, cu pierderi mai mici și mai puțin zgomot în compresor.
Puțina căldură care rămâne, în mașinile noastre, nu are nevoie de un ventilator al ei: radiatorul invertorului stă în compartimentul bateriei, în fluxul de aer al ventilatorului mașinii, care îl răcește în timp ce își face treaba obișnuită. Niciun tablou închis, niciun ventilator mic care consumă și se strică. Pe mașinile noastre rezidențiale invertorul este din carbură de siliciu.
04
Jumătatea de putere este punctul de randament maxim
La jumătate de putere compresorul se învârte încet, iar schimbătoarele sunt mari față de căldura pe care trebuie să o mute: schimbătorul exterior se răcește puțin, cel interior se încălzește puțin, compresorul lucrează cu cea mai mică diferență de temperatură posibilă. Este punctul de randament maxim. La sarcină plină randamentul scade, la minim la fel. Aici revine prima pastilă: ceea ce la mașinile noastre este de două ori mai mare decât la o mașină de import este schimbătorul, nu compresorul. Compresorul este cel potrivit pentru sarcină; schimbătorul mare îi permite să lucreze cu diferențe mici de temperatură. În aceste condiții mașinile noastre lucrează cu COP tipice modelelor geotermale, deși iau căldura din aer.
05
Prea mică, prea mare
O mașină subdimensionată lucrează mereu la maxim: consumă mai mult pentru că stă mereu în punctul de randament cel mai slab, răcește mai mult bateria exterioară, deci face mai multă brumă și mai multe degivrări, iar în zilele reci nu ajunge la temperatură. O mașină supradimensionată face invers: lucrează mereu la minim și, când și minimul e prea mult, se oprește și repornește continuu. Fiecare pornire costă compresorul mai mult decât ore de mers regulat: durata de viață a unui compresor se numără în cicluri de pornire și oprire, așa cum la o mașină contează kilometrii, dar și pornirile la rece. Mărimea corectă este una singură: cea care în ziua de proiect a zonei lucrează la maxim și în restul iernii la jumătate.
06
Este treabă de proiectant
Dimensionarea pornește de la sarcina termică a clădirii: pierderi prin pereți, acoperiș și ferestre, schimburi de aer, temperatura de proiect a localității. Pentru o hală ordinul de mărime al vârfului se calculează în wați pe metru cub, nu pe metru pătrat, pentru că o hală înaltă de șapte metri are de trei ori mai mult aer decât o casă cu aceeași amprentă: de la 10-15 W/m³ pentru o clădire nouă sau renovată cu panouri groase, la 18-25 pentru una construită între 2000 și 2015, la 30-45 pentru un prefabricat din anii ’80 și ’90 fără izolație; ceva în plus dacă porțile se deschid des sau lipsește destratificatorul care trimite aerul cald în jos. Este doar prima estimare: mașina se alege apoi din tabelele ei de putere la temperatura de proiect. Nu se face din ochi, nu se face „o mărime în plus de siguranță”, iar puterea centralei care era înainte nu este o referință. Un proiectant are nevoie de câteva ore și își asumă răspunderea calculului: este partea instalației care costă cel mai puțin și care decide consumurile următorilor douăzeci de ani.
07
Cum se verifică, înainte de a cumpăra
- cereți calculul sarcinii termice, cu temperatura de proiect a localității scrisă pe el;
- întrebați la ce procent din puterea maximă va lucra mașina la 7 grade afară, condiția cea mai frecventă a iernii: răspunsul corect este în jur de jumătate;
- întrebați puterea minimă la care mașina poate modula fără să se oprească.
Fișele tehnice ale pompelor noastre de căldură aer-apă și ale Kita Air pentru hale industriale dau puterea la diferitele temperaturi exterioare.
08
Întrebări frecvente
Cum se dimensionează o pompă de căldură cu inverter?
După temperatura exterioară de calcul a zonei: la acea temperatură trebuie să acopere tot necesarul la putere maximă, iar restul iernii să lucreze în jurul jumătății de putere.
De ce o pompă de căldură prea mare consumă mai mult?
Lucrează mereu la minim și, când chiar și minimul e prea mult, se oprește și pornește continuu. Fiecare pornire costă compresorul mai mult decât ore de funcționare uniformă.
La ce putere lucrează o pompă de căldură cea mai mare parte a iernii?
Bine dimensionată, în jurul jumătății de putere: la câmpie majoritatea orelor de iarnă sunt între 2 și 10 °C. La jumătate de putere schimbătoarele sunt mari față de căldura de mutat, iar acolo mașina randează cel mai bine.
Ce schimbă un inverter cu carbură de siliciu?
Pierde mai puțină energie în căldură, mai ales la sarcină parțială: la compresor ajunge mai multă energie pentru aceiași kWh, COP-ul crește, iar electronica lucrează mai rece și durează mai mult. Mașinile noastre rezidențiale au inverter cu carbură de siliciu.
Vezi și: Termostat pentru pompa de căldură: pardoseală, ventiloconvectoare și camere cu un singur control · Puterea nominală și puterea utilă: cât încălzește o pompă de căldură când e frig · Cât consumă o pompă de căldură: pe zi, pe an și pe putere, cu cifrele din fișele tehnice · COP-ul pompei de căldură: ce este, cum se măsoară și de ce în ceață nu mai e același · Întreținerea pompei de căldură: ce trebuie făcut, cât de des, ce este obligatoriu și cât durează · Pompa de căldură iarna: până la ce temperatură funcționează sub zero, la -20 și -25 °C? · Montajul pompei de căldură: unde o pui, ce trebuie și cum se face, pas cu pas · Durata de viață a unei pompe de căldură: câți ani merge, ce se uzează și ce o face să dureze mai mult
Următoarea pastilă: de ce o pompă de căldură nu este o centrală și trebuie să lucreze fără să se oprească, și ce este HCC: citește aici.
