Instalație Termică cu Pompă de Căldură pentru Pensiune Montană cu Opt Camere

1. Introducere

Sub denumirea de „energie termică la temperatură joasă” identificăm orice cantitate de căldură conţinută într-un agent termic a cărui temperatură este inferioară valorii de 373,15 K (100°C), indiferent de procesul termic în care aceasta este implicată.

Din punctul de vedere al potenţialului energetic absolut, energia termică la temperatură joasă pote fi clasată drept „cea mai degenerată formă de energie” şi această clasare necesită unele precizări şi comentarii.

În general căldura este clasată drept o formă „degenerată” de energie deoarece, pe de o parte, toate procesele din natură se însoţesc cu transformarea, în proporţii şi cu ritmuri diferite, a unor alte forme de energie (mecanică, electrică, chimică, nucleară etc.) în căldură şi, pe de altă parte, potenţialul energetic absolut al unei cantităţi de energie, invocat mai sus, este apreciat formal prin posibilitatea transformării ei în alte forme de energie şi prin nivelul randamentului acestei transformări. Sub acest ultim aspect, căldura prezintă handicapul unei limitări naturale universale, postulată de principiul al doilea al termodinamicii care, în termeni adecvaţi prezentului comentariu, arată că în orice cantitate de căldură există o fracţiune imposibil de transformat în altă formă de energie. Existenţa acestei fracţiuni stă la baza clasării drept energie „degenerată” a căldurii, iar proporţia ei poate servi la aprecierea formală a „nivelului de degenerare”. Această apreciere poate fi tratată conceptual sau legat de aspectele practice ale transformării căldurii în alte forme de energie.

Este evidentă existenţa unui necesar, important cantitativ, de energie termică la temperaturi joase şi, implicit, faptul că acest necesar poate activa o "piaţă a căldurii" de dimensiuni impresionante. Ideea conturată, a unei pieţe care să vehiculeze cantităţi realmente imense de energie, chiar livrată sub forma "cea mai degenerată", conduce în mod firesc la o întrebare: de unde-

Dacă la această întrebare încercăm să dăm un răspuns obişnuit şi banal, dar comod, vom arăta imediat către sursele "clasice" - combustibilii vegetali (lemn şi alte materii vegetale uscate) şi cei fosili (cărbuni, şisturi, petrol, gaze naturale, uraniu). În fond, un astfel de răspuns corespunde practicilor actuale ale omenirii în plan energetic.

Comentariul de mai sus nu răspunde la întrebarea pusă ci ne arată numai că, dacă încercăm un răspuns pe baza practicilor curente actuale ale omenirii, acesta este nesatisfăcător. Aşadar, de unde am putea să acoperim necesarul potenţial de energie termică la temperaturi joase pentru nevoile societăţii- Răspunsul este dezarmant de simplu: din mediul înconjurător, dar credibilitatea lui necesită unele precizări.

Pământul este o planetă caldă, care conţine un miez fierbinte în care temperaturile ating mii de grade. Aşadar, interiorul planetei noastre este un rezervor imens de căldură şi o parte din aceasta este transmisă, prin conducţie, către învelişul superficial care constituie suportul habitatului omenesc. La suprafaţa Pământului această căldură este, în general, difuză şi numai în unele cazuri izolate ea se evidenţiază în mod pregnant, de exemplu, prin existenţa zăcămintelor de apă termală. Pe de altă parte, Soarele trimite permanent pe Pământ cantităţi de căldură care, chiar dacă au fost estimate şi pot fi exprimate prin cifre, sunt greu de imaginat. O parte importantă din această căldură se reîntoarce în spaţiul cosmic prin procese de radiaţie. În ansamblu, aceste două surse majore de căldură fac din mediul înconjurător compus din straturile superficiale ale scoarţei terestre şi învelişul atmosferic dens al Pământului un mediu global termostatat, în sensul conţinerii unei cantităţi cvasiconstante şi imense de căldură. Prin urmare, omenirea trăieşte într-un "ocean" de căldură, cantităţile de căldură din acesta putând fi considerate nu numai imense ci şi inepuizabile. Sursele concrete de căldură din mediu ce pot fi avute în vedere pentru traducerea în practică a acestui răspuns sunt analizate într-un capitol următor.

Acestă afirmaţie conduce imediat la problema modului în care putem extrage căldura din mediul înconjurător - principial mai rece - şi să o debităm în mediul mai cald pe care îl vizăm. Această problemă se pune pentru că, în mod natural, căldura trece întotdeauna de la corpul mai cald către corpul mai rece (o altă formulare a principiului al doilea al termodinamicii). Aşadar, răspunsul la întrebarea pusă la început - găsit "în sânul naturii" - naşte imediat o altă întrebare, de data acasta "ţintită" către ingineri: cum facem?

Răspunsul la această întrebare nu mai trebuie căutat; el există şi, într-o formulare mai mult decât concisă, sună aşa: folosim pompe de căldură. Ce este pompa de căldură- O "găselniţă" inginerească, maşină termică, veche de peste un secol şi foarte răspândită în ziua de astăzi. Unei detalieri a acestei afirmaţii îi este dedicată o parte din capitolul următor.