Cum funcționează o pompă de căldură cu radiatoare?

Eficiență ridicată, funcționare lină în mod intrinsec Datorită caracteristicilor sale ecologice, a consumului redus de energie și a subvențiilor guvernamentale atractive, pompa de căldură este o soluție excelentă de încălzire (și răcire, în cazul unei pompe de căldură reversibile).

Un alt avantaj major este faptul că pompa de căldură este compatibilă cu o serie de sisteme de distribuție domestică, în special cu radiatoarele, indiferent dacă sunt mai vechi (temperatură ridicată) sau mai noi (temperatură scăzută), deși există o diferență semnificativă de eficiență pentru fiecare configurație.

În acest articol, analizăm soluția combinată pompă de căldură + radiator: cum funcționează, criteriile de alegere a radiatoarelor, dimensionarea și alternativele.

Pompa de căldură cu radiatoare: cum funcționează?

Combinația pompă de căldură + radiator este un sistem de încălzire care utilizează principiul termodinamicii pentru a transfera căldura dintr-un mediu în altul. Radiatoarele joacă un rol central în acest sistem, deoarece distribuie căldura produsă de pompa de căldură în diferitele încăperi din clădire.

Înainte de a ne uita la radiatoare, haideți să ne oprim puțin pentru a vedea cum funcționează o pompă de căldură în general. Pompa de căldură absoarbe căldura din mediul exterior (aer, apă sau sol, în funcție de tipul de pompă de căldură) și o transferă în mediul interior, de obicei o clădire sau o casă. Ciclul termodinamic al pompei de căldură se împarte în patru etape principale:

1. Evaporare În evaporator circulă un agent frigorific de joasă presiune și temperatură scăzută, care absoarbe căldura din mediul extern. Această absorbție de energie determină evaporarea fluidului, transformându-l dintr-un lichid într-un gaz;
2. Compresie Gazul refrigerant este apoi direcționat către compresor unde, sub efectul compresiei, se încălzește și mai mult;
3. Condensare Gazul încălzit, de înaltă presiune, trece apoi prin condensator, unde își transferă căldura către apa din circuitul de încălzire. Acest transfer de căldură face ca gazul să se condenseze și să revină la starea lichidă;
4. Relaxare În cele din urmă, lichidul trece printr-o supapă de expansiune care îi scade presiunea și temperatura, pregătindu-l pentru următorul ciclu de evaporare.

Căldura produsă poate fi distribuită în interior prin mai multe canale: încălzire prin pardoseală, ventiloconvectoare, sisteme de conducte, încălzire prin perete, plafoane radiante și radiatoare. Această ultimă configurație este cea care ne interesează. 

Când gazul refrigerant se condensează și cedează căldura în condensator, acesta încălzește un circuit de apă. Această apă caldă circulă apoi prin radiatoare. Deoarece apa are o temperatură mai ridicată decât aerul ambiant, aceasta își transferă căldura către aer, care se încălzește și apoi se difuzează în încăpere. Cum rămâne cu reglarea?

În acest sistem de încălzire, fiecare radiator este prevăzut cu o supapă termostatică care permite reglarea individuală a temperaturii în fiecare cameră prin controlul cantității de apă caldă care circulă prin radiator, în conformitate cu instrucțiunile utilizatorului. Termostatul principal, situat de obicei în camera principală a casei, trimite un semnal către pompa de căldură atunci când temperatura din încăpere scade sub temperatura setată. Pompa de căldură pornește atunci și produce căldură, care este distribuită prin radiatoare.

În schimb, atunci când temperatura camerei atinge sau depășește temperatura setată, termostatul trimite un semnal de oprire a pompei de căldură. Apa din radiatoare se răcește apoi treptat, iar temperatura din încăpere scade. Această reglare automată a temperaturii asigură un confort termic constant, optimizând în același timp consumul de energie.

Ce tip de radiator ar trebui să folosesc cu o pompă de căldură?

Nu toate radiatoarele sunt compatibile cu o pompă de căldură. Este o chestiune de temperatură de funcționare. Pompele de căldură sunt mai eficiente atunci când funcționează la temperaturi scăzute, în general sub 55°C, din două motive: 

• Ciclul termodinamiccare afirmă că este nevoie de mai multă energie pentru a transfera căldura dintr-o zonă rece într-o zonă mai caldă. Cu cât este mai mare diferența de temperatură dintre sursa de căldură (de exemplu, aerul exterior) și locul în care urmează să fie furnizată căldura (de exemplu, încălzirea apei), cu atât mai multă energie este necesară pentru a realiza acest transfer. În cazul în care pompa de căldură trebuie să producă apă la o temperatură foarte ridicată, diferența de temperatură este mai mare, necesitând mai multă energie și, prin urmare, reducând COP-ul pompei de căldură;
• Comprimarea agentului frigorific Cu cât este mai mare temperatura la care trebuie încălzită apa, cu atât mai mult va trebui să fie comprimat agentul frigorific, ceea ce duce la un consum mai mare de energie.

Pe scurt, pentru a maximiza eficiența sistemului dumneavoastră de încălzire, ar trebui să preferați să folosiți radiatoare cu temperatură scăzută. Dar haideți să explorăm cele două opțiuni: temperatură joasă și temperatură înaltă.

Radiatoare cu temperatură scăzută

Radiatoarele de joasă temperatură sunt potrivite pentru sistemele de încălzire care produc apă la temperaturi scăzute, cum ar fi pompele de căldură. În general, acestea sunt mai mari decât radiatoarele standard, deoarece trebuie să compenseze temperatura scăzută a apei prin faptul că au o suprafață de încălzire mai mare.

Designul lor este, de asemenea, diferit, deoarece sunt fabricate din materiale cu o conductivitate termică ridicată (în special aluminiu) pentru o mai bună difuzie a căldurii. În general, acestea au o formă care încurajează convecția naturală a aerului.

Radiatoarele cu temperatură scăzută sunt de departe cea mai eficientă opțiune din punct de vedere energetic pentru un sistem de încălzire cu pompă de căldură + radiatoare.

Radiatoare de înaltă temperatură

Locuințele mai vechi erau adesea echipate cu sisteme de încălzire de înaltă temperatură, alimentate de cazane pe gaz sau petrol, cu radiatoare de înaltă temperatură. În aceste locuințe, trecerea la o pompă de căldură ca parte a unui proiect de renovare poate reprezenta o problemă, deoarece radiatoarele sunt mai puțin potrivite pentru utilizarea unei pompe de căldură.

O altă problemă recurentă Casele mai vechi sunt adesea slab izolate după standardele actuale. Ca urmare, căldura produsă de pompa de căldură se pierde rapid, iar echipamentul trebuie să lucreze mai mult pentru a atinge temperatura dorită, ceea ce crește consumul de energie și reduce eficiența sistemului.

Dacă intenționați să instalați o pompă de căldură într-o casă veche, va trebui să vă decideți între una sau mai multe dintre următoarele opțiuni: 

• Îmbunătățirea izolației termice a locuinței dvs. pentru a reduce cantitatea de căldură necesară pentru a menține o temperatură interioară confortabilă și pentru a asigura eficiența oricărui sistem de încălzire;
• Păstrarea radiatoarelor de înaltă temperatură dacă acestea sunt în stare bună și suficient de mari. Cu toate acestea, este necesar un studiu detaliat pentru a determina dacă această opțiune este viabilă din punct de vedere economic; 
• Înlocuirea radiatoarelor de înaltă temperatură de radiatoare cu temperatură scăzută sau de un sistem de încălzire prin pardoseală. Aceste sisteme sunt mai compatibile cu pompele de căldură și vă pot ajuta să maximizați eficiența sistemului dumneavoastră de încălzire;
• Instalarea unei pompe de căldură de înaltă temperatură capabilă să producă apă la o temperatură suficient de ridicată pentru a alimenta vechile dvs. radiatoare de înaltă temperatură. Dezavantajul este că aceste modele sunt mai scumpe și mai puțin eficiente decât cele cu temperatură scăzută.

Dacă intenționați să păstrați radiatoare de înaltă temperatură, pe lângă efectuarea lucrărilor de izolare, va trebui să curățați sistemul de încălzire existent, sau să faceți o dezinsecție, pentru a elimina particulele, rugina, calcarul etc. Este posibil să fie nevoie să adăugați radiatoare pentru a mări suprafața de încălzire și a îmbunătăți distribuția căldurii. De asemenea, este posibil să fie nevoie să adăugați radiatoare pentru a mări suprafața de încălzire și a îmbunătăți distribuția căldurii. 

Dimensionarea radiatoarelor într-un sistem cu pompă de căldură + radiatoare

Eficiența sistemului depinde în mare măsură de dimensionarea radiatoarelor. Producătorii dispun adesea de tabele de dimensionare foarte detaliate, oferind modele pe măsură pentru toate configurațiile. Înainte de vânzare, instalatorul trebuie să vă furnizeze o fișă și o diagramă completă de dimensionare ca parte a dosarului de proiectare.

Dimensionarea radiatoarelor într-un sistem cu pompă de căldură + radiatoare depinde de doi factori principali. Primul este puterea termică necesarăAceasta depinde de dimensiunea spațiului care urmează să fie încălzit și de cerințele de încălzire ale locuinței (a se vedea exemplul de mai jos).

Apoi, mai există și regimul de temperatură al pompei de căldură. Cu cât este mai mică setarea temperaturii (de exemplu, 50/40), cu atât este mai mare suprafața radiatorului și, prin urmare, cu atât este mai mare dimensiunea radiatorului, așa cum s-a explicat mai sus. De fapt, o pompă de căldură va oferi adesea o temperatură de 50/40 sau 45/35, care este mai mică decât cea a unui cazan pe combustibil fosil (gaz sau petrol), care oferă în general 80/60. Radiatoarele mai vechi, care sunt potrivite pentru temperaturi mai ridicate, au adesea o suprafață prea mică pentru o pompă de căldură. 

În acest caz, aveți două opțiuni: să îmbunătățiți izolația locuinței pentru a reduce cantitatea de căldură necesară și, prin urmare, energia electrică necesară sau să înlocuiți radiatoarele cu temperatură ridicată cu radiatoare cu temperatură scăzută, care este încă cea mai frecventă opțiune. În acest caz, va trebui să plătiți 150 de euro pentru a îndepărta vechiul radiator și între 950 și 2.000 de euro pentru a cumpăra și monta unul nou.

Exemplu concret de dimensionare a radiatorului

Să luăm exemplul unei case de 100 m² într-un climat temperat. Puterea termică necesară este în general estimată în wați pe metru pătrat (W/m²). În medie, se estimează că sunt necesari între 70 și 100 W/m² pentru a încălzi corespunzător o casă pe timp de iarnă, în funcție de izolație și de expunere. Să luăm o valoare mediană de 85 W/m² pentru exemplul nostru.

Astfel, pentru o casă de 100 m², puterea termică necesară ar fi de : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W sau 8,5 kW. Prin urmare, ar fi nevoie de o instalație capabilă să producă o putere termică de 8,5 kilowați pentru a încălzi casa în mod corespunzător.

Aceasta este o estimare simplistă, deoarece puterea termică reală necesară depinde de izolația casei, de numărul și tipul de ferestre, de orientarea casei, de climatul local etc. Numai un profesionist calificat va putea evalua cu exactitate cerințele termice ale casei dumneavoastră.

Dacă adăugăm la aceasta regimul de temperatură al pompei de căldură, dimensiunea radiatoarelor trebuie să fie suficient de mare pentru a distribui această cantitate de căldură la o temperatură mai scăzută. De exemplu, cu un regim de temperatură de 50/40, radiatoarele ar putea avea nevoie de o suprafață totală de aproximativ 10 până la 20 m² pentru a distribui 8,5 kW de căldură, în funcție de model și de tipul de radiator.

Încălzirea prin pardoseală, o alternativă atractivă la radiatoare

Spre deosebire de radiatoare, care radiază căldura într-un singur punct, sistemele de încălzire prin pardoseală radiază căldura în mod uniform în întreaga încăpere, datorită circuitelor de apă caldă încorporate în podea. 

În termeni practici, pompa de căldură încălzește apa și o trimite la aceste circuite din pământ. Apa caldă circulă apoi prin tuburi, distribuind căldura în mod uniform și mai plăcut în întreaga încăpere. Temperatura apei în sistemele de încălzire prin pardoseală este în general mai scăzută decât cea folosită pentru radiatoare, adesea în jur de 30 - 40°C, ceea ce este ideal pentru eficiența pompei de căldură.

Avantajele și dezavantajele încălzirii prin pardoseală ca alternativă la radiatoare sunt rezumate în tabelul de mai jos.

Beneficii	Dezavantaje
Confort sporitCăldura este distribuită uniform în întreaga încăpere, evitându-se zonele prea calde sau prea reci.	Timp de reacțieÎncălzirea prin pardoseală necesită mai mult timp pentru a ridica și a coborî temperatura, ceea ce poate face mai dificilă reglarea acesteia.
EsteticăFără radiatoare vizibile, aveți o mai mare libertate în ceea ce privește designul interior.	Costuri de instalare ridicate Costul instalării încălzirii prin pardoseală este mai mare decât cel al unui sistem cu radiatoare, mai ales în cazul renovării.
Eficiența energetică Datorită regimului lor de temperatură scăzută (aproximativ 30-40°C), sistemele de încălzire prin pardoseală permit pompei de căldură să funcționeze mai eficient.	Lucrări majore de renovareInstalarea încălzirii prin pardoseală într-o casă în curs de renovare poate implica lucrări importante: demolarea podelei existente, turnarea unei noi șape de beton...
O mai bună calitate a aerului Spre deosebire de radiatoare, sistemele de încălzire prin pardoseală nu fac să circule praful, ceea ce poate îmbunătăți calitatea aerului din interior.	Incompatibilitate cu anumite acoperitoare de podeaNu toate acoperitoarele de podea sunt compatibile cu încălzirea prin pardoseală. De exemplu, parchetul masiv se poate deforma sub efectul căldurii.

Pompe de căldură cu radiatoare: în concluzie

Instalarea unei pompe de căldură cu radiatoare necesită o gândire atentă în ceea ce privește eficiența sistemului și funcționarea optimă. Fie că optați pentru radiatoare cu temperatură joasă, radiatoare cu temperatură ridicată (pentru casele mai vechi) sau chiar încălzire prin pardoseală, trebuie analizată cu atenție compatibilitatea acestor opțiuni cu pompa de căldură și cerințele casei dumneavoastră. 

Va trebui să țineți cont de tipul și starea radiatoarelor existente, de izolația casei dumneavoastră și de tipul de pompă de căldură pe care îl aveți în vedere. Numai un profesionist calificat vă va putea ghida în acest proces, astfel încât să puteți face o alegere în cunoștință de cauză și să obțineți cel mai bun randament al investiției, fără a face compromisuri în ceea ce privește confortul termic al locuinței dumneavoastră.