Știi expresia aia: „să scoți apă din piatră seacă”? Ei bine, o pompă de căldură reușește un lucru la fel de minunat: extrage căldură din aerul rece al iernii, din ape sau din pământuri aflate cu mult sub temperatura confortabilă pentru corpul uman. Viceversa, poate răci clădiri întregi folosind aerul dogoritor al verii și un pic de electricitate. Toate astea fără să ardă combustibili fosili.




Hot or Not?

Cum e posibil? Mărimea fizică pe care o numim „temperatură” — chestia aia care ne stimulează percepția de „cald” sau „rece” — măsoară, de fapt, viteza de mișcare a moleculelor într-un corp. Cu cât moleculele se mișcă mai repede, lovindu-se între ele și vibrând, cu atât energia lor e mai mare, ceea ce produce căldură. Dimpotrivă, o temperatură mai scăzută înseamnă că moleculele se mișcă mai încet.

Fizica ne arată că moleculele rămân nemișcate la temperatura de -273,15 grade Celsius (zero grade Kelvin), cunoscută și sub numele de Zero Absolut (sună a personaj din Mortal Kombat, nu?). În mod experimental, ne putem apropia de această temperatură, dar nu o putem atinge, conform celei de-a treia legi a termodinamicii. Ar fi imposibil să extragem energie sub formă de căldură dintr-un corp aflat la o temperatură atât de joasă.

Din fericire, în afară de locul cu cea mai scăzută temperatură din universul cunoscut, nebuloasa Bumerang (care e mai rece chiar și decât radiația cosmică de fundal a Big Bang-ului, originea Universului nostru), există suficientă energie care poate fi extrasă din mediul înconjurător pe planeta noastră încălzită de razele Soarelui.

Pentru a transfera căldura dintr-un loc în altul, pompele se folosesc în moduri ingenioase de legile termodinamicii, utilizând agent frigorific — o substanță foarte rece (mult mai rece decât aerul iernii sau pământul înghețat) care atrage căldura ca un magnet și fierbe la temperaturi mai mici decât apa. În modul de încălzire, agentul extrage căldura din exterior și o eliberează în clădire. În modul de răcire, acesta preia căldura din interior și o eliberează afară. Circuitul agentului frigorific este acționat de un compresor electric, ceea ce face ca pompele de căldură să reprezinte o modalitate foarte eficientă de a controla temperatura interioară folosind energie regenerabilă — producând-o, de pildă, cu panouri fotovoltaice sau turbine eoliene, ceea ce reduce semnificativ costurile și emisiile poluante.


Eficiență

Pompele de căldură sunt mult mai eficiente în comparație cu sistemele tradiționale de încălzire și răcire. Eficiența unei pompe de căldură se măsoară prin coeficientul de performanță (COP), care reprezintă raportul dintre puterea de încălzire sau de răcire și energia utilizată. Pompele de căldură au de obicei un COP de 3-4, ceea ce înseamnă că furnizează 3-4 unități de energie termică pentru fiecare unitate de energie electrică folosită. Aceasta e mult mai mare decât eficiența sistemelor de încălzire tradiționale, precum sobele sau boilerele, care au de obicei un coeficient de performanță de 1.

Comparativ, sistemele de aer condiționat au în mod normal un COP de 2-3, ceea ce face ca pompele de căldură să fie o opțiune mai eficientă atât pentru încălzire, cât și pentru răcire. Eficiența exactă depinde de factori precum dimensiunea sistemului, condițiile climatice și designul clădirii deservite.

Pompele de căldură funcționează bine și pe vreme rece


Componente

Sistemul unei pompe de căldură este format din:

  • o unitate exterioară care conține un compresor, un vaporizator și un condensator
  • o unitate interioară care conține un aparat de aer condiționat sau un ventiloconvector
  • conducte de agent frigorific care leagă unitățile interioare și exterioare
  • o valvă de expansiune care reglează fluxul agentului frigorific
  • un termostat care controlează temperatura conferită de sistem

În timpul funcționării, agentul frigorific absoarbe căldura din aerul exterior, din apă sau din sol și o transportă la unitatea interioară, unde este eliberată pentru a încălzi clădirea. Apoi, agentul frigorific se întoarce la unitatea exterioară, unde eliberează frigul absorbit, iar ciclul începe din nou. Compresorul și valva de expansiune ajută la reglarea fluxului de agent frigorific, astfel încât căldura să fie transferată eficient dintr-un loc în altul.


Totuși, cum funcționează, mai exact?

Tehnologia din spatele pompelor de căldură are la bază un principiu simplu și bine cunoscut de oamenii de știință și de ingineri de peste 160 de ani (mai mult decât centralele pe gaz!). Funcționează pe același principiu ca frigiderul sau aerul condiționat, prin comprimarea vaporilor, care duce la încălzirea lor. De fapt, aceste aparate sunt exemple de pompe de căldură, ceea ce înseamnă că probabil ai experimentat deja puterea acestei tehnologii.

Schema unei pompe de căldură

Aerul rece este aspirat printr-un vaporizator care conține agent frigorific. Acesta absoarbe căldura din aer și își schimbă starea de agregare din lichid în gaz. Gazul este apoi comprimat de un compresor, ceea ce îi crește temperatura și presiunea. Gazul încins este apoi transportat către un condensator, unde eliberează căldura absorbită și se transformă din nou în lichid. Lichidul refrigerant este apoi retrimis către vaporizator și ciclul se reia.

În acest fel, un sistem cu pompă de căldură poate extrage energia calorică din aerul exterior (sau din pământ, apă) și o poate folosi pentru a încălzi o clădire, chiar și când afară sunt temperaturi scăzute. Eficiența sistemului depinde, desigur, de corecta izolare a clădirii, designul pompei de căldură și temperatura aerului exterior, dar poate oferi o modalitate foarte eficientă, regenerabilă și verde de a regla temperatura interioară.


Dar cât costă, dom’le?!

Adevărul e că prețul unei pompe de căldură este deocamdată mai mare decât al altor sisteme de încălzire pe gaz sau lemn (centrale termice, sobe), dar acest sistem este mult mai eficient din punct de vedere al consumului de energie și poate duce la economii pe termen lung. Costul inițial al unei pompe de căldură depinde de factori precum dimensiunea sistemului, tipul de pompă de căldură (sursă de aer, sursă subterană etc.), costul de instalare și alte caracteristici suplimentare.

În medie, costul unui sistem cu pompă de căldură poate varia de la circa 15.000 lei la 90.000 de lei sau mai mult, în funcție de sistemul specific și de opțiunile de instalare. E de vreo trei ori mai scump decât costul unor sisteme de încălzire tradiționale, însă consumă mai puțină energie (care poate fi asigurată de soare sau vânt) și reduce considerabil amprenta de carbon a casei tale. În plus, costurile de întreținere sunt mai mici pe întreaga durată de viață a sistemului. Toate acestea fac ca amortizarea investiției inițiale să nu dureze prea mult, mai ales dacă ținem seama de reducerea considerabilă a facturilor și a poluării.

Poluare gravă a aerului în București


De ce avem nevoie de pompe de căldură?

Pe scurt, pentru că sunt un instrument esențial în combaterea schimbărilor climatice. Majoritatea locuințelor noastre ard combustibili fosili poluanți pentru încălzire, iar România are unele dintre cele mai prost izolate locuințe din Europa. În total, circa 12% din emisiile de carbon ale României provin direct din locuințele noastre, prin gătit, încălzire și utilizarea apei calde. Nu putem elimina emisiile naționale de carbon fără a reduce emisiile de carbon generate de propriile noastre locuințe, iar pompele de căldură sunt o modalitate foarte eficientă de a face asta.


Avertisment

E important de spus, însă, că agenții frigorifici folosiți de industrie la ora actuală pot fi extrem de poluanți pentru mediu dacă apar scurgeri. De aceea, instalarea pompei de căldură trebuie făcută de profesioniști și verificată temeinic, altfel reducerea emisiilor de carbon poate fi anulată rapid. O pompă de căldură din care se scurge agentul frigorific (de multe ori HFC-uri, adică hidrofluorocarburi) poate produce daune considerabile mediului.

Hidrofluorocarburile (HFC) sunt gaze cu efect de seră cu un potențial de încălzire globală de sute până la mii de ori mai mare decât cel al dioxidului de carbon. Sunt gazele cu efect de seră cu cea mai rapidă creștere la nivel mondial. Ele au fost inventate pentru a înlocui agenții frigorifici care distrug stratul de ozon (apropo, Greenpeace a avut o influență majoră în transformarea industriei frigorifice pentru a repara stratul de ozon), însă, odată eliberați în atmosferă, pot face mult rău climei globale.

O soluție pentru remedierea problemei poate fi alegerea unui sistem pe bază de apă, de pildă o pompă de căldură aer-apă, în locul sistemelor cu două unități. Deși și acest sistem conține agent frigorific, acesta este sigilat etanș în interiorul compresorului prin sudare sau lipire și testat în fabrică. Deoarece agentul frigorific nu este utilizat pentru distribuirea căldurii (în schimb, se folosește apă), volumul de agent frigorific din sistem este minim și riscul de scurgere este mult redus.

Pompele de căldură care folosesc apă pentru distribuirea căldurii sunt mult mai sigure pentru mediu


Avantajele instalării unei pompe de căldură

Da, le-am menționat deja mai sus, dar nu strică să repetăm aici, într-o formă sintetică, avantajele majore ale modernizării felului în care vă încălziți sau răciți casa  — desigur, fără a uita că unul dintre cele mai eficiente moduri de a nu mai pierde căldură sau răcoare și bani este să îți izolezi termic locuința. (Atenție: pompele de căldură își pierd din eficiență în casele slab izolate, deoarece se bazează pe diferența de temperatură dintre interiorul și exteriorul clădirii pentru a transfera căldura.)

  1. Eficiență energetică: Pompele de căldură transferă căldura în loc să o genereze, ceea ce le face mai eficiente din punct de vedere energetic decât sistemele de încălzire tradiționale.
  2. Economii: Pompele de căldură pot reduce facturile de încălzire și răcire, deoarece utilizează mai puțină energie pentru a produce aceeași cantitate de căldură ca sistemele tradiționale. Iar energia asta poate veni direct de la soare sau vânt, dacă devii prosumator sau intri într-o comunitate de energie verde.
  3. Versatilitate: Pompele de căldură pot atât să încălzească, cât și să răcească o locuință, ceea ce le face o opțiune excelentă pentru controlul temperaturii pe tot parcursul anului.
  4. Sănătate, aer curat: În orașele noastre poluate, calitatea aerului e o problemă majoră. Poluarea aerului cu dioxid de carbon și noxe produse de arderea gazului în centrale termice, a lemnului sau cărbunelui în sobe, ne reduce în medie speranța de viață cu până la 3 ani, producând probleme grave de sănătate la nivelul aparatului respirator (în special la copii) și ducând la o explozie a cazurilor de astm.
  5. Prietenoase cu mediul: Pompele de căldură nu ard combustibili fosili pentru a genera căldură, ceea ce reduce emisiile de gaze cu efect de seră, descurajează tăierea pădurilor pentru lemn de foc, extinderea minelor de cărbune sau a forajelor după petrol și gaze. Pe scurt, reduc exploatarea.
  6. Durată lungă de viață: Pompele de căldură au o viață mai lungă decât sistemele de încălzire tradiționale (cel puțin dublă, de obicei), ceea ce te scapă de cheltuieli suplimentare pe termen lung.
  7. Fără zgomot: Pompele de căldură sunt proiectate să funcționeze silențios, ceea ce le face o alegere ideală pentru casele în care liniștea e importantă.
  8. Costuri reduse de întreținere: Pompele de căldură necesită mai puțină mentenanță și reparații decât sistemele de încălzire tradiționale, ceea ce poate duce la economii semnificative de timp și bani.
  9. Siguranță: Pompele de căldură nu folosesc gaz sau alți combustibili fosili care pot produce incendii, intoxicare, asfixiere sau alte accidente potențiale.
Voluntari și activiști Greenpeace lângă nava Rainbow Warrior cer schimbarea modului în care ne producem energia

Te-am convins să-ți iei și tu? Vrei să devii prosumator, să faci parte dintr-o comunitate de energie? Sau să le ceri autorităților să te susțină cu subvenții pentru această tranziție energetică, așa cum ar trebui să facă și cum se întâmplă, de altfel, în multe state dezvoltate ale lumii?