Studiu de caz: Înlocuirea cazanului pe biomasă cu o pompă de căldură pentru prepararea apei calde menajere vara, într-un spital

Vara aceasta am fost chemat la un spital privat din Cluj care se confrunta cu o situație pe care majoritatea proprietarilor de clădiri mari, încălzite pe biomasă, nici măcar nu o consideră o problemă, pur și simplu pentru că s-au obișnuit cu ea. Iarna, clădirea era încălzită cu masă lemnoasă, folosind un cazan clasic. Vara, însă, când necesarul de încălzire dispărea, același cazan uriaș rămânea singura sursă de apă caldă menajeră (ACM). Practic, se pornea un echipament dimensionat pentru a încălzi o clădire întreagă doar pentru a avea apă caldă la robinete și la dușuri.

Iar acesta nu este un caz izolat. Este un tipar des întâlnit la orice clădire care se încălzește cu combustibil solid (case, pensiuni, hale industriale, unități medicale etc.) și reprezintă una dintre cele mai costisitoare ineficiențe pe care le-am întâlnit în cei 24 de ani de experiență în instalații.

Pe scurt: Un cazan pe biomasă dimensionat pentru încălzirea unei clădiri întregi este brutal de supradimensionat dacă este folosit vara doar pentru a produce apă caldă menajeră. Acesta consumă combustibil și necesită continuu ca o persoană să-l alimenteze și să-l supravegheze, pentru ca în final, consumul energetic să fie de câteva ori mai mic decât capacitatea sa reală. Soluția? O pompă de căldură de temperatură înaltă, capabilă să producă agent termic la 80°C, care poate prelua integral producția de ACM pe timpul verii. Mai mult, aceasta poate rămâne activă chiar și iarna, venind în completarea cazanului pe biomasă. Investiția se amortizează rapid în cazul clădirilor cu un consum mare de apă caldă, precum spitalele, deoarece elimină complet cheltuielile cu combustibilul și manopera în lunile de vară.

De ce e ineficient să pornești un cazan pe biomasă doar pentru a produce apă caldă menajeră vara?

Un cazan pe biomasă dimensionat pentru a încălzi o clădire întreagă în timpul iernii are o capacitate de câteva ori mai mare decât ai nevoie pentru a produce apa caldă menajeră pe timp de vară. Practic, pornești un echipament de zeci de kW doar pentru a avea apă caldă la duș și în bucătărie.

Dezavantajele:

• arderea combustibilului la un randament scăzut din cauza sarcinii parțiale,
• e nevoie de cineva care să se ocupe constant de alimentarea și curățarea cazanului pe biomasă,
• cazanul se uzează prematur pentru că ajunge să funcționeze 12 luni pe an în loc de 5-6.

Am văzut clădiri în care cazanul pe biomasă funcționează vara la doar 15-20% din capacitatea sa, strict pentru a menține un boiler cald. Problema principală este că, în practică, consumul de combustibil nu scade proporțional cu sarcina. Drept urmare, un cazan pe lemne sau pe peleți dă un randament foarte slab atunci când funcționează la o sarcină mică, în cicluri scurte de pornire-oprire, adică fix regimul impus de prepararea ACM vara. Și dacă stăm să ne gândim, la aceste costuri se mai adaugă și manopera zilnică, curățarea cenușii și mentenanța suplimentară… toate acestea pentru un echipament care, în mod normal, ar putea fi oprit complet jumătate de an.

Concret: dacă plătești un angajat să alimenteze și să supravegheze cazanul, suporți acest cost integral și vara, pentru un serviciu (apa caldă) pe care o pompă de căldură îl poate oferi complet automatizat. Dacă vrei să vezi și principiile generale, nu doar să citești studiul de caz de mai jos, accesează ghidul complet despre producerea apei calde menajere cu pompă de căldură.

Ce înseamnă o pompă de căldură de temperatură înaltă care ajunge la 80°C?

O pompă de căldură de temperatură înaltă prepară agent termic de până la 80°C fără a se baza pe o rezistență electrică de rezervă. Ea poate asigura fără probleme apa caldă menajeră pentru o clădire mare, eliminând astfel dependența de cazanul pe biomasă. Diferența principală față de o pompă de căldură rezidențială standard (care, de regulă, se limitează la 55-75°C) constă exact în acest interval superior de temperatură care este obligatoriu pentru boilerele de mare capacitate și pentru rețelele de distribuție ACM cu trasee lungi și pierderi termice inerente.

Din experiența mea, mulți proprietari de clădiri mari (spitale, pensiuni, hale cu vestiare) nu știu că pe piață există pompe de căldură capabile să acopere independent acest segment de temperatură. Ei presupun în mod eronat că, pentru a obține apă la 75-80°C, este obligatorie utilizarea unui cazan clasic sau a unei rezistențe electrice de mare putere. În realitate, unitățile monobloc de temperatură înaltă pot face exact acest lucru. Mai mult, ele sunt și ușor de montat și nu e nevoie să chemi un frigotehnist atunci când le instalezi.

Cum arată în practică un sistem cu pompă de căldură pentru ACM la scară mare?

Revenind la exemplul spitalului din Cluj despre care îți vorbeam la începutul articolului, soluția a constat în montarea a două pompe de căldură ECO-TEC de temperatură înaltă. Acestea livrează agent termic la 80°C, preluând integral sarcina producerii de apă caldă menajeră pe perioada verii. Sistemul principal de încălzire pentru iarnă a rămas neschimbat — clădirea folosește în continuare biomasă. Singura modificare a fost făcută la sursa de ACM: în loc să se pornească acel cazan supradimensionat, au fost instalate două unități monobloc pe suporți metalici în exterior, care acoperă acum tot necesarul de apă caldă.

Aceste pompe funcționează cu agent frigorific ecologic R290 și dispun de tehnologia SG Ready. Asta înseamnă că pot fi integrate într-un ecosistem energetic inteligent (inclusiv cu panouri fotovoltaice). La interior, sistemul a fost conectat la un boiler existent prin intermediul unui schimbător de căldură cu plăci și al unor pompe de circulație, nefiind necesară modificarea rețelei de distribuție ACM.

Deși pompele au fost instalate cu scopul precis de a funcționa vara, conducerea spitalului a decis să le mențină active și iarna, pentru că demontarea și remontarea anuală ar fi adăugat un cost și un risc de manoperă care nu-și avea rostul.

Cât de repede se amortizează o pompă de căldură pentru apă caldă menajeră?

Amortizarea este foarte rapidă în cazul clădirilor cu un consum ridicat de apă caldă, pentru că achiziția unei pompe de căldură elimină complet costul cu combustibilul, manopera și mentenanța cazanului pentru toată perioada sezonului cald. Spre deosebire de o casă unifamilială, unde economia se vede cu ochiul liber, dar unde vorbim de sume de bani mici economisite, la un spital, o pensiune sau o hală industrială volumele sunt uriașe, iar diferența se observă imediat în factura anuală.

Există trei factori majori care scurtează timpul de recuperare a investiției:

• Eliminarea cheltuielilor cu combustibilul: Nu mai cumperi lemne sau peleți timp de 5-6 luni doar pentru a produce apă caldă.
• Reducerea costurilor de operare: Elimini orele de muncă plătite pentru alimentarea manuală și curățarea zilnică a cazanului.
• Prelungirea duratei de viață a echipamentelor: Reduci semnificativ uzura cazanului principal și în felul acesta îl poți folosi mai mult timp.

Dacă vrei să calculezi exact timpul în care îți recuperezi investiția într-o pompă de căldură pentru clădirea ta, pornind de la consumul de combustibil pe care-l ai în prezent, aplică acești pași pentru a calcula amortizarea pompei de căldură. Practic, logica este fix aceeași, doar volumele diferă.

Merită folosită și iarna, nu doar vara?

Categoric. O pompă de căldură de temperatură înaltă poate funcționa fără probleme pe tot parcursul anului. O greșeală pe care o parte dintre clienții mei o fac adesea este să presupună că un astfel de echipament ar trebui demontat la finalul sezonului cald. Nu are niciun sens tehnic sau economic să faci asta: unitățile monobloc sunt proiectate pentru a funcționa continuu, în orice condiții meteo, putând rula în paralel cu centrala pe biomasă pentru a prelua o parte din sarcina totală.

La spitalul din Cluj, fix din acest motiv am luat decizia ca pompele să rămână active tot anul. Pentru că, dacă ai un sistem bine dimensionat, nu ai niciun motiv să îl ții „pe tușă” 6 luni pe an. Aceasta este o temă pe care am abordat-o pe larg în articolul dedicat funcționării la temperaturi înalte a pompelor de căldură.

Combinația perfectă: pompa de căldură și panourile solare

Atunci când pompa de căldură este integrată cu un sistem de panouri fotovoltaice, costurile de energie electrică necesare preparării apei calde scad aproape de zero. Acest lucru este posibil deoarece curba de consum a pompei se suprapune perfect cu perioada de producție maximă a panourilor: ziua, în timpul verii.

Datorită funcției SG Ready, sistemul poate fi programat să prioritizeze prepararea apei calde în orele cu producție solară maximă. Pentru o clădire care oricum ia în calcul o investiție fotovoltaică, adăugarea unei pompe de căldură pentru ACM la același proiect scade drastic factura de energie pe partea de apă caldă — mult sub costul cu combustibilul ars doar pentru încălzirea apei.

Dintre echipamentele disponibile pe piața din România pentru astfel de aplicații, pompele de căldură ECO-TEC de temperatură înaltă, care ating 80°C, sunt printre puținele proiectate special pentru clădiri cu un consum mare de apă caldă menajeră (spitale, pensiuni, hale), fiind ideale pentru mediul comercial sau industrial, nu doar pentru cel rezidențial.

Întrebări frecvente