INSTALATIE DE INCALZIRE CARE UTILIZEAZA POMPA DE CALDURA CU SURSA TERMICA PAMANTUL INSTALATII EXECUTATE LA : Scoala din localitatea Potigrafu, comuna Gorgota, jud. Prahova Scoala din localitatea Picior de munte , comuna Dragodana, jud. Dimbovita
SITUATIA EXISTENTA Incalzirea spatiilor se realiza prin intermediul sobelor alimentate cu lemn. Aceasta solutie este ineficienta din punct de vedere al randamentului termic, produce poluare si creaza disconfort. Mai mult, este necesar personal care sa supravegheze aprinderea si stingerea focului cat si manipularea unei importante cantitati de cenusa rezultata ca urmare a arderii combustibilului lemnos. Incalzirea nu se face uniform iar costurile de aprovizionare cu lemn de foc sunt foarte mari si datorita distantei mari fata de sursa. Avand in vedere aceasta situatie, ca urmare a unui program guvernamental care prevedea realizarea de instalatii de incalzire cu ajutorul energiilor neconventionale pentru 10 scoli de pe teritoriul Romaniei, ELSACO a evaluat situatia existenta si a propus solutia de proiectare a instalatiei exterioare si interioare de incalzire care utilizeaza pompe de caldura,achizitionarea echipamentelor, utilajelor si materialelor necesare,executarea forajelor si a sapaturilor necesare, montarea echipamentelor si punerea in functiune a instalatiilor.
AVANTAJELE UTILIZARII POMPELOR DE CALDURA: -
Investitia initiala se amortizeaza intr-un interval de 3..5 ani, daca se scad costurile aferente utilizarii unui sistem clasic de incalzire. Datorita modului corespunzator de instalare, nu este nevoie de intretinere, facandu-se economii substantiale la costurile de exploatare Vara costurile de reduc cu peste 90% iar primavara si toamna cu cel putin 60% cu conditia ca izolatia cladirii sa fie bine executata.
-
Se utilizeaza numai echipamente silentioase care nu perturba activitatea scolara Nu este necesara utilizarea cosurilor de fum Nu se utilizeaza flacara deschisa, riscul de incendii sau explozii fiind eliminat, avand in vedere si specificul obiectivului Reducerea poluarii si evitarea efectului de sera, cauzat in mod special de emisia dioxidului de carbon.
SOLUTIA PROPUSA Ca urmare a examinarii si evaluarii oportunitatilor oferite de locatia obiectivului, solutia propusa consta in utilizarea de
pompe de caldura de tip apa-apa, datorita existentei panzei freatice necesare pentru extragerea energiei solare inmagazinate de apa .
Principiul de functionare al pompelor de caldura:
In timpul functionarii PDC exista: un corp cu temperatura mai joasa (de exemplu temperatura mediului ambiant - aer, apa, sol) pe care il vom numi sursa rece ( si care ajunge in vaporizator); un corp cu temperatura mai mica decit a sursei reci numit agent frigorific ( acesta conform principiului enuntat poate prelua caldura sursei reci); un corp care va trebui sa primeasca , de la agentul frigorific, caldura ( in condensator ), numit agent termic; Agentul frigorific, pe linga faptul ca are un punct de fierbere foarte scazut (cca -2 º C) are si proprietatea de a acumula energie transfomindu-se din stare lichida in stare gazoasa si poate usor ceda aceasta caldura revenind la starea lichida initiala. In momentul cind agentul frigorific devine gaz prin preluarea caldurii sursei reci, acesta este introdus intr-un compresor (doar gazele se pot comprima - lichidele sunt incompresibile) iar in timpul compresiei (asa cum stim deja ) temperatura agentului frigorific creste cu citeva zeci de grade, suficient sa ajunga la o temperatura mai mare decat a agentului termic si sa-i poata ceda acestuia cadura . Dupa ce agentul frigorific cedeaza energia agentului termic, revine treptat la starea initiala (lichida) si este trecut printr-un ventil de expansiune unde pierde presiunea acumulata in compresor Din acest moment ciclul se repeta iar pompa de caldura "pompeaza" caldura dinspre sursa rece spre agentul termic - bineinteles prin intermediul agentului frigorific si cu aportul compresorului .
In vederea executarii instalatiei de incalzire cu pompa de caldura, s-au asigurat urmatoarele: 1. SURSA RECE ( sursa primara): - S-a obtinut prin forarea cu mijloace proprii a doua puturi, unul de admisie si unul de restitutie, ambele amplasate la o adancime de 70 m. Puturile au fost echipate cu o pompa de productie Grundfos tip SP 14 A pentru extragerea respectiv restitutia apei utilizate in circuit. Apa extrasa intra in pompa de caldura. 2. POMPA DE CALDURA este instalata in “Camera tehnica� - Apa rece ( sursa primara) intra in pompa de caldura. Agentul frigorific preia energia inmagazinata in sursa primara ( apa din put), se transforma din stare lichida in stare gazoasa prin fierbere si cedeaza caldura in sistemul de incalzire.Ciclul se repeta - Incalzirea se realizeaza prin intermediul caloriferelor, intr-un circuit conventional.
Instalatia pompei de caldura consta in urmatoarele elemente de baza : Pompa de caldura apa -apa Vitocal 300 43 kw Grup de siguranta Vitogas Boiler Vitocell-B 100 CVB 300 L Senzor de temperatura boiler CRV-Puffer VC VT 1500 litri Distribuitor / Colector DN 65 Schimbator S8A-IT10-58-TLA Tablou comanda si automatizari Pompa circulatie cu debit variabil Wilo Stratos 40 Pompe de circulatie agent termic Wilo Top S 25/7 Pompa boiler Wilo Top S 25/5
2 buc 2 buc 1 buc 1 buc 1 buc 1 buc 2 buc 1 buc 1 buc 4 buc 1 buc
Descrierea functionarii instalatiei:
Pompa submersibila Grunfos SP 14 A extrage apa din panza freatica, ea intrand in Camera Tehnica prin intermediul unui contor GWS 40, care masoara debitul, temperatura de intrare a apei, temperatura de iesire si energia extrasa din apa, prin intermediul integratorului CF 55. Apoi apa din panza freatica intra in 2 schimbatoare de caldura Sondex, care au menirea de a proteja schimbatoarele pompelor de caldura, de apa dura si de impuritatile din aceasta. Schimbatoarele de caldura Sondex sunt montate in serie pentru a spori eficienta schimbului de caldura. Pe cealalta parte, in contact cu schimbatoarele Sondex intra agentul Tyfocor, care preia caldura din panza de apa freatica si o duce cu ajutorul pompei Wilo Top S 25-7 in schimbatoarele pompelor de caldura Viessmann Vitocall 300. In pompa de caldura este un agent frigorific care la 2 grd vaporizeaza. El preia cele 8 – 10 grade ramase dupa trecerea prin schimbatoarele anterioare Sondex, vaporizeaza si intra in compresorul pompei de caldura, care marindu-i presiunea foarte mult ii creste si temperatura, ajungand de la 8 grade la circa 70 grade C. pe cealalta parte a circuitului pompei de caldura, acest agent “spaland” schimbatorul de caldura dinspre instalatia termica a scolii, cedeaza energia acestuia, ramanand in instalatia de incalzire tur o temperatura de 50 – 55 grd C. Aceasta energie este contorizata de un contor Actaris cu un integrator CF 55, care masoara aceeasi parametri ca si contorul de la intrare, putandu-se astfel determina exact COP-ul instalatiei, facand raportul cu energia electrica consumata. Cedand energia, agentul din pompa de caldura se raceste si trecand printr-un ventil de expansiune, revine la starea de lichid de dinainte de preluarea a energiei dinspre panza freatica. Apoi ciclul de repeta. Intreg sistemul este monitorizat prin GPRS, cu data logere, care masoara la un interval de 15 minute, neincetat, temperatura in toate incaperile, valorile acesteia putand fi urmarite online la adresa www.brunata.dk
Realizarea confortului termic prin utilizarea termostatului P
Termostatul P este un termostat electronic de cameră tip on/off, cu senzor integrat care se utilizează împreună cu servomotoa-re electrotermice în scopul reglării tempera-turii în incaperi, individual . Ceasul analogic cu switch-uri integrat permite crearea unui program de timp săptămânal . Funcţie de acest program, termostatul comuta pe modul de functionare pentru zi sau noapte. In cazul nostru, utilizarea acestui termostat, permite reglarea temperaturii fiecarei incaperi, functie de orarul de utilizare al acesteia. Acest lucru permite optimizarea consumurilor dar si asigurarea unui confort termic in perioadele de activitate.
SCHEMA TERMOMECANICA
COSTURI DE OPERARE Pentru a evidentia eficienta instalatiilor utilizate au fost monitorizate costurile de operare anuale la scoala din comuna Dragodana, rezultand urmatoarele: Scoala are o suprafata utila de 660 mp, aceasta fiind si baza de calcul pentru necesarul de incalzit. Regimul de temperatura: Orele 6…12 = 20 0C – acesta este intervalul orar cand au loc activitati in incinta Orele 12…6 = 15 0C Energie electrica consumata de instalatie = 22,90 Mw/h in intervalul decembrie 2007 ….decembrie 2008 Energie termica cedata de instalatie = 45,76 Mw/h in intervalul decembrie 2007…decembrie 2008 Mai jos sunt prezentate situatiile comparative ale consumului lunar de energie electrica si ale energiei termice cedate,detaliate pe fiecare luna de functionare. Datele sunt reale, citirile fiind facute de catre utilizator pe contoarele de energie electrica si termica.
Consum energie termica Mwh Decembrie Ianuarie Februarie Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie Decembrie
2007 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008
8,67 8,41 8,15 4,01 0,99 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,91 7,32 7,30
Consum energie electrica Mwh Decembrie 2007
4,37
Ianuarie Februarie Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie Decembrie
4,21 4,05 2,02 0,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,46 3,66 3,66
2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008
Cost energie electrica utilizata Decembrie 2007
RON 1754,24
Ianuarie Februarie Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie Decembrie
1690,41 1626,16 812,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 182,91 1471,32 1467,30
2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008 2008
ANALIZA COMPARATIVA A COSTURLOR DE INCALZIRE
1. POMPA DE CALDURA
Costurile totale pentru incalzire in perioada Decembrie 2007 – Decembrie 2008, calculate pe baza indexului contoarelor de energie electrica sunt de 9005 RON. In lunile cu temperaturi exterioare negative,cand consumul de energie electrica este maxim, costul maxim de incalzire este de 1690,61 RON/luna,
In medie 2,56 RON/m2 2. SOBA CU LEMNE Costurile de incalzire in varianta utilizarii lemnului sunt:
14 sobe x 4kg lemne /soba / ora = 56 kg lemne/ora *8 ore/zi = 448 kg/zi = 0,448 mc/zi 1 mc lemn de foc = 260 RON 260 RON *0,448 mc = 116,48 RON/zi La acest cost se mai adauga salariul unei persoane care alimenteaza si curata sobele, in valoare de 500 RON net. 116,48 * 22 zile/luna = 2562,56 RON/luna
In medie 4,64 RON/m2 Rezulta clar un cost aproape dublu in cazul utilizarii incalzirii cu lemne.
3. SISTEM DE INCALZIRE CENTRALIZAT Din datele reale privind costurile de incalzire ale unei gradinite din municipiul Bucuresti, avand o suprafata de 315 m2, indica faptul ca au fost utilizate 32 Gcal de la sistemul centralizat al municipiului, la un pret de
280,22 RON/Gcal
Valoarea facturii pentru luna Decembrie 2008 este de 8967,04 RON
adica 28,47 RON/m2 Prin comparatie, rezulta clar un cost de aproape 11 ori mai mare si in acest caz, REZULTA CLAR SI AVANTAJELE ECONOMICE ALE UTILIZARII POMPELOR DE CALDURA
MONITORIZARE IN TIMP REAL A FUNCTIONARII INSTALATIEI Instalatia este prevazuta cu un sistem de automatizare care permite optimizarea regimului de functionare, in asa fel incat regimul termic sa fie adaptat necesitatilor scolii. Informatiile privind temperaturile interioare si exterioare inregistrate in cadrul locatiei pot fi urmarite cu ajutorul aplicatiei WebMoon, pusa la dispozitie de partenerul Elsaco din Danemarca. Atat beneficiarul cat si furnizorul pot monitoriza informatiile obtinute cu ajutorul sondelor de temperatura, in acest mod eficientizandu-se regimul de functionare cat si consumurile. Informatiile pot fi obtinute la adresa www.brunata.dk utilizand un nume de utilizator si o parola furnizata de instalator.
CONCLUZII Aceste rezultate extraordinare au fost obtinute si datorita respectarii unui program strict de furnizare a caldurii, de functionare a pompelor de caldura, firma noastra urmarind sa automatizeze procesul la maxim, astfel incat sa obtinem rezultate optime, sa furnizam caldura scolii numai atunci cand este necesar, nerisipind energia in van. Cum am realizat acest lucru? Prin intermediul cronotermostatelor de tip “P�, montate in fiecare sala de clasa sau incapere care a fost incalzita cu ajutorul pompelor de caldura. Cronotermostatele au fost setate sa functioneze pe doua regimuri de temperaturi, astfel: zilnic, de luni pana vineri, este setat urmatorul program:
Orele 6- 12
200C
Orele 12 – 6
150C
La sfarsit de saptamana sistemul intra automat in regimul de functionare de noapte In acest mod s-a reusit optimizarea furnizarii de agent termic
Dimineata, pornirea pompelor de caldura se realizeaza automat de catre cronotermostatul “P” la ora 6 a.m., astfel incat pana la ora 8.00, ora de incepere a cursurilor, temperatura in salile de clasa atinge valoarea de 200C
La ora 12.00 acelasi cronotermostat “P” comanda oprirea pompelor de caldura, instalatia functionand cu agentul termic stocat in stocatoarele de energie (in puffere). Daca intr-o sala de clasa, este atinsa temperatura presetata de 200C, cronotermostatul “P” actioneaza asupra electrovanei, care sisteaza furnizarea agentului termic in sala de clasa respectiva. Daca temperatura din sala de clasa scade sub valoarea presetata, electrovana deschide circuitul. Astfel, nici o sala de clasa nu va fi incalzita in excces, ci doar atat cat este nevoie, cat este confortabil. Ipotetic, daca in toate salile de clasa temperaturile sunt peste valoarea presetata, pompele de caldura se opresc. Instalatia mai are un punct tare la modul de functionare in sensul realizarii de economie de energie electrica si anume pompa submersibila, echipata cu convertizor de frecventa, asigurand un debit variabil functie de necesarul de apa, consumul adapatandu-se programului de functionare al scolii. Rolul este acelasi si pentru pompa de circulatie Wilo Stratos, cea care asigura pomparea agentului termic spre utilizatori. Fiind o pompa cu debit variabil si consumul de energie electrica variaza, in functie de gradul de “incarcare “al functionarii. Cand toate termostatele comanda ca electrovanele sa fie deschise in fiecare incapere, pompa va avea un regim maxim de functionare, insa odata cu realizarea temperaturilor dorite, electrovanele se inchid progresiv, iar pompa isi regleaza automat debitul vehiculat, scazand si consumul de energie electrica, in corelare cu volumul de apa ramas activ in instalatie.
Particularitati ale instalatiei care duc la optimizarea consumurilor si la automatizarea functionarii: pompa submersibila cu convertizor de frecventa contor de energie termica care masoara energia extrasa din apa provenind din panza freatica contor de energie termica care masoara energia termica cedata sistemului de incalzire pompa de circulatie cu debit variabil cronotermostate in fiecare incapere ce comanda electrovane care inchid gradual circuitul de incalzire monitorizarea temperaturilor din incaperi a temperaturii exterioare prin GPRS si vizualizarea lor de la orice terminal conectat la internet.