Soluções para aquecimento - Bombas de calor

[pseudominus]

soluções para aquecimento - bombas de calor


1 - introdução

lanço este tópico para análise da opção das chamadas bombas de calor bc.
do que pesquisei, e da abordagem que vi em alguns tópicos, fiquei com a sensação que muita gente aqui ainda desconhece o funcionamento, as virtudes, e os defeitos das bc.

criei o tópico para tentar desmistificar um sistema que está implantado, testado e com provas dadas á muitos anos, em milhões de habitações por esse mundo.
desta forma penso ajudar pessoas que nunca abordaram as bc, a perceber do que se fala, e ajudar assim no momento de decisão a rejeitar ou escolher esta solução.

o que passo a expor é baseado em dados reais, de sistemas que funcionam segundo princípios termodinâmicos bem definidos. é uma apresentação geral e superficial, sem fórmulas, especificidades, sem características em concreto de nenhuma marca.

cada necessidade de aquecimento, tem um sistema ou sistemas mais indicados, não sendo este ou qualquer outro uma boa solução universal.

este e todos os outros sistemas são a maior parte das vezes “vítimas”comerciais, que no intuito de valorizar a solução apresentada que vendem, usam o excesso para o que vendem e ridicularizam outras opções.
na escolha de uma solução à que procurar a “verdade”, e não tomar decisões baseadas em folhetos, em vendedores bem falantes ou outros.

quero desde já deixar claro, que não estou ligado directamente ou indirectamente a venda, prestação de serviço, interesse económico ou outro, quer deste sistema ou outra qualquer solução de aquecimento.

posto isto, passemos então à abordagem.


2 - o que são as bc?

as bombas de calor são equipamentos que utilizam as diferenças de temperatura existentes na natureza (terra, ar e água) como fonte de energia para climatização (aquecimento ou arrefecimento). transferem o calor (energia térmica) de um lado para outro, daí o termo bomba.

para o aquecimento estes equipamentos retiram energia térmica do ambiente libertando-a dentro de casa.
os reversíveis também podem arrefecer a casa, retirando energia de dentro da habitação e libertando-a no exterior.

a maior aplicação no mundo de bombas de calor é o frigorifico.


3 - como funcionam?

tal como um frigorífico convencional...
o princípio de funcionamento é o mesmo do de um frigorífico, ou seja, um ciclo carnot. no caso de um frigorífico o calor é retirado dos alimentos e transferido para o ar. a bomba retira o calor dentro do solo, do ar, ou da água, e transfere-o para dentro de casa.
utiliza geralmente um gás num circuito fechado entre dois permutadores, onde é comprimido por acção de uma bomba á entrada de um deles (aumenta temperatura), e sofre uma despressurização (expansão) numa válvula ou capilar, na entrada do outro (diminui temperatura).
a única electricidade gasta pelo sistema é da circulação da bomba de fluído no caso de geotérmica e a da alimentação do compressor.



4 - quais os tipos de bombas de calor?

as mais comuns são as:
\\
aerotérmicas - utilizam a diferença entre a temperatura do ar exterior e a da habitação como fonte de energia. o mais conhecido/usado é o vulgar ar condicionado (ac)
geotérmicas - utilizam a diferença entre a temperatura constante do subsolo e a da habitação como fonte de energia.


5 - como aquecem ou arrefecem ?

os vulgares aparelhos de ar condicionado fazem o aquecimento e arrefecimento da casa directamente através de um permutador (ou vários) gás-ar.
outros sistemas aquecem água que por sua vez vai para permutadores de parede tipo água-ar (radiadores de elementos), com convecção natural ou forçada.
outros são ligados ao chamado chão radiante ou painéis radiantes. este é o tipo de permutação mais indicado, pois quanto mais baixas forem as temperaturas de funcionamento, mais eficiente é o sistema (cop maior, que á frente explico).
estes equipamentos ficam assim abertos a várias possibilidades, pois permitem aproveitar a instalação de climatização já existente na habitação, tornando-a mais eficiente, executar a função de aquecimento de águas para uso sanitário, ser complemento instalações de painéis solares térmicos, substituindo a usual resistência, entre outras possibilidades.


6 - características gerais dos diversos tipos

aerotérmicas
a sua instalação é mais simples que a das bombas geotérmicas, pois não exige trabalhos no solo, sendo a unidade exterior mais adequada a edifícios. no entanto, é necessário realizar
obras para a ligação entre as unidades interiores e as unidades exteriores.
têm a desvantagem de se operarem em zonas muito frias, na função de aquecimento, o cop baixar bastante, devido á condensação da humidade do ar.


geotérmicas
para a sua instalação serão necessárias movimentações ou perfurações do terreno que rodeia a habitação, para colocar os tubos por onde circula o fluído que realiza as trocas térmicas obtendo uma maior eficiência energética

a colocação destes tubos “loop”, pode ser feita segundo dois modelos básicos: abertos e fechados. o loop fechado é o mais comum.

forma de colocação dos loops

loops horizontais são muitas vezes usados quando existe uma grande área de superfície terrestre disponível. as tubagens são colocadas em trincheiras e podem ter uma extensão que varia entre os 30 e os 120 metros. é muito comum colocar as tubagens na zona de implantação da casa, antes da edificação da mesma, claro está que este sistema já tem de ser o escolhido.
loops verticais são a escolha ideal quando a área de superfície terrestre é limitada. é utilizado um equipamento de perfuração para abrir os buracos, de pequeno diâmetro, que poderão atingir profundidades entre os 25 e 100 metros.
loops de lago são muito económicos de instalar quando por perto exista um lago, visto que os custos da escavação serem virtualmente eliminados. simplesmente, são instalados raios de tubos no fundo do lago. podem igualmente serem utilizados poços, piscinas ou outros.
loops abertos utilizam directamente a água do subsolo, lago, ou poço como fonte energética, incluindo água potável, que passa no sistema e é devolvida á origem. em condições ideais, o ‘loop' aberto pode ser o método mais económico de utilizar o sistema de bombas de calor e subsolo.


7 - qual o rendimento ?


como utilizam as diferenças de temperatura existentes na natureza para produzir calor, utilizam então a energia eléctrica apenas para a bombagem, necessitando de menos energia eléctrica comparativamente a outro sistema aquecimento eléctrico, para produzir a mesma quantidade de calor.
sendo assim consomem menos energia do que a que transferem.
estes equipamentos são bastante eficientes, com eficiência entre 300 a 600% (ou seja, por cada unidade de energia eléctrica consumida, são trocadas 3 a 6 unidades de energia térmica, entre o ambiente e a habitação).
como têm um cop superior a 1, então chama-se eficiência e não rendimento.
no caso das aerotérmicas o cop normal é entre 2,5 e 4,5 . nas geotérmicas, é normal um cop entre os 4 e os 6.
assim as geotérmicas são mais eficientes que as aerotérmicas, embora tb com custo de instalação superior.
a eficiência das bc é tanto maior quanto for menor a diferença entre a fonte fria e a fonte quente. assim sendo, para aquecimento, covém ir buscar calor ao ambiente na zona de maior temperatura.
outros factores que fazem variar o cop, são as máquinas, o dimensionamento, e o gases utilizados.

figura comparativa de cop´s de vários sistemas
?


8 -onde as bc podem ser instaladas ?

em qualquer lugar, mas escolhendo o tipo apropriado. na rua de uma cidade não se pense instalar uma geotérmica. uma aerotérmica sim (desde que não colida com as disposições do condomínio). em países frios como a finlândia, onde a eficiência é menor, o sistema de aquecimento geotérmico é já utilizado em mais de 25.000 habitações.


9 -dimensionamento

o dimensionamento depende das necessidades e do tipo de construção, e assim sendo, estes valores, serão um cálculo comum a outros sistemas.
o dimensionamento do sistema depende tb do tipo de bomba de calor escolhido, do local onde vai ser colocado o permutador externo.
deve ser calculado com algum rigor, cabendo ao instalador, fazer os cálculos e garantir um bom funcionamento, sem sobredimensionar, optimizando assim a eficiência.
no caso de aerotérmicas a localização das unidades exteriores é importante, assumindo um compromisso entre a zona mais favorável termicamente, a estética, e o impacto dos ruídos da ventilação, bem como a distância aos permutadores interiores (o menor possível).


10 - vantagens relativamente a outros sistemas


baixos custos de exploração
com as mais recentes evoluções nestes equipamentos e comparando-os com os tradicionais sistemas de aquecimento e arrefecimento, podemos esperar uma redução de custos de exploração de cerca de 70%.
consomem em média 2 a 5 vezes menos do que um aquecedor resistivo.

adaptáveis
aquecimento, ar condicionado e água quente sanitária, provenientes da mesma unidade.

função de aquecimento / arrefecimento
as bombas de calor são compatíveis com todos os sistemas de distribuição de aquecimento, tais como radiadores, condutas de ar e estão em perfeita harmonia com todos os sistemas radiantes (chão e paredes), podendo aquecer ou arrefecer.

disponibilidade
funcionam em qualquer altura, não dependendo do sol, ou outra fonte sazonal.

limpo e seguro
sem risco de incêndio, sem odores desagradáveis e silencioso, ou seja, um ambiente limpo e seguro ano após ano.

amigas do ambiente
estes sistemas não têm quaisquer emissões locais de dióxido de carbono, monóxido de carbono ou outros gases que são considerados nocivos e poluidores do meio ambiente.
em zonas com elevada densidade habitacional, facilita e melhora a qualidade do ar.
reduz simultaneamente o gasto de outras fontes de energia, devido á sua eficiência.

garantia
a utilização de componentes avançados são a garantia de um desempenho bem sucedido ano após ano, dando assim origem a planos de garantias do sistema de vários anos, geralmente 5 ou mais. a vida util é superior a 15 anos nas aerotérmicas e superior a 25 nas geotérmicas.

manutenção
têm um custo de manutenção muito próximo de zero. também aqui as geotérmicas ganham ás aerotérmicas.


controlo de custos
como a sua fonte de energia é eléctrica, e as tarifas são regulamentadas, o controlo de custos é maior e previsível, que no caso de outras fontes de energia, não são regulamentadas, em que o seu preço pode subir a múltiplos rápidamente.


11 - desvantagens relativamente a outros sistemas ?

dependência permanente da rede.
dependência de electricidade da rede, como tal, quase sempre dependente do serviço de abastecimento externo que pode ter falhas, embora actualmente a taxa de disponibilidade seja superior a 99,9 %. algumas alternativas dependem apenas em pequena parte da rede, podendo facilmente ser suportadas as falhas com recurso a uma ups ou pequeno gerador.

preço inicial
preço inicial de equipamento e instalação mais elevado (excluindo os vulgos ac).
esta desvantagem é anulada pela poupança na exploração, mas sempre com um período de “amortização”, que depende da utilização.

assistência
exige conhecimentos técnicos na instalação e reparação, mais exigentes que outros sistemas.


12 - são verdes (ecológicas) ?


este sistema utiliza a energia solar é armazenada debaixo da superfície terrestre ou no ar.
a cada meia hora o sol fornece à terra o equivalente aos gastos energéticos da humanidade durante um ano.
é com este recurso, ilimitado e renovável, com que o sistema de bombas de calor de está relacionado.
a biomassa por exemplo, não é mais do que a acumulação química da energia do sol.
este sistema, quando correctamente dimensionado, tem a capacidade de aquecer ou arrefecer edifícios com elevados níveis de eficiência. esta eficiência tem como consequência poupanças imediatas de 40% a 70% nos custos de exploração.
por outras palavras, ao instalar um sistema de bombas de calor numa moradia, está a reduzir as emissões de co2. quanto maior a instalação maior o cop e o benefício para o meio ambiente.
por exemplo, em média o equivalente à instalação para aquecimento de 10.000 sistemas seria:
tirar 13.000 carros das estradas
a plantação de 5 milhões de árvores
a plantação de 8.000 hectares de floresta
os sistemas são facilmente recicláveis, e actualmente utilizam gases “amigos” do ambiente, como o r410.


13 - argumentos “verdes”

além de ser um dos sistemas mais económicos para o tipo de utilização média, do nosso pais, funcionando como complemento ou solução a 100%, deixo aqui uma aproximação a “grosso modo” para os mais cépticos, defensores de sistemas mais “verdes”.
supondo que se tem um sistema de queima de biomassa sólida, como peletes, ou lenha.
se utilizar-mos um aparelho para a sua queima vamos aproveitar cerca de 60 a 70 % da energia do combustível. assim por cada 100 kw, aproveitamos 60 a 70 kw.

vamos supor que vamos queimar essa biomassa e converter em energia numa central térmica. o rendimento destas está geralmente entre 30 para convencionais e 40 % para ciclo combinado. utilizemos o valor médio, 35%.
dos 100 kw originais ficamos com 35 kw.
considerando um rendimento da rede eléctrica de 90%, obtemos no final em nossas casas 31,5 kw.
utilizando estes 31,5kw numa bomba de calor com um cop de 3 a 4, valor perfeitamente normal, obtemos cerca de 90 a 120 kw de energia para aquecimento.

isto é, para as mesmas necessidades, poupamos fontes de energia.

para não falar que além das poupanças económicas e melhor gestão de recursos, poluímos menos, de forma mais controlada.

além de que a fonte de energia eléctrica, pode ser outra renovávél, que não a queima de biomassa.

se posto isto as bombas de calor não são “verdes”, então não sei o que são!!!

só espero que se construam massivamente bombas de calor que utilizem a biomassa ou outros directamente, como fonte de “movimento” de calor.


14 - apenas alguns link´s do fórum

link's onde o tema é abordado (embora por vezes considere que com desconhecimento sobre o assunto).

viewtopic.php?f=20&t=5803&p=45828&
viewtopic.php?f=20&t=7735
viewtopic.php?f=20&t=8682
viewforum.php?f=20&st=0&sk=t&sd=d
viewtopic.php?f=47&t=5614&p=46505
viewtopic.php?f=20&t=9036&
viewtopic.php?f=20&t=7735&
viewtopic.php?f=20&t=6322&hilit=bombas+de+calor
viewtopic.php?f=20&t=5803&hilit=bombas+de+calor
viewtopic.php?f=20&t=8034&hilit=ar+condicionado
viewtopic.php?f=20&t=9036&hilit=ar+condicionado

palavras relacionadas- bombas de calor, bc, ar condicionado, ac, termodinâmica, cop, poupar, economia, aquecimento.

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para terminar, volto a frisar, que cada necessidade tem uma solução mais apropriada, não sendo este a maravilha para toda e qualquer situação.



completem e disponham

cumpts.

[serges]

ora aqui está uma bela participação!

parabéns, tiraste-me muitas dúvidas!

continua!

[JPGVS]

caros utilizadores deste tópico.

venho apenas acrescentar dois links de dois documentos interessantes sobre bombas de calor:

o primeiro - sobre o que são bombas de calor e a sua "diferença" (entre aspas pois é a mesma coisa um ciclo frigorífico e de bomba de calor, apenas se alteram as temperaturas de condensação e evaporação consoante a função da máquina) entre o frigorífico típico. também tem os vários tipos de bombas de calor, dependendo das diferentes fontes frias e quentes...etc...


o segundo - sobre um paper apresentado numa conferencia que fiz em conjunto com meu o orientador da minha tese de mestrado em bombas de calor. o trabalho envolveu o estudo de uma bomba de calor que usa o ar de extracção como fonte quente para produção de aqs e também de aquecimento para climatização.


cumprimentos,
joão santos

[Gaspar]

boas.

é só para dizer que está muito bom este tópico. muito bom.

cumprimentos.

[sreis]

viva,

é possível/vantajoso instalar a bomba de calor numa cave ( neste caso a cave tem a area da casa e é semi enterrada ).
a ideia seria utilizar a pré-instalação de aquecimento central.

obrigado.

sreis

[ncardoso]

boas

tenho uma habitação com 2 pisos e cerca de 236m2 de área. na altura da construção, deixei apenas a pré-instalação de a/c. em virtude da minha falta de experiência não escolhi bem algumas das soluções, como por exemplo os alumínios, portas, etc.... felizmente a orientação da casa é favorável o que minimiza alguns dos erros que cometi. resumindo, tenho uma habitação que durante o verão até é agradável mas de inverno é um autentico gelo.

estava inclinado para a instalação de um sistema de aquecimento a gasóleo mas isso iria implicar obras dentro de casa e eu acho que aguento melhor o frio que a maria aos berros por causa das obras

depois do que li fiquei bastante interessado neste sistema. será possível aproveitar a pré-instalação de ac que tenho na minha casa?

tenho também um pé direito duplo com uma área de 15m2 e uma altura de 6m, o que perfaz um volume bastante grande. após conversa com um instalador ele disse-me que com esse volume todo seria quase impossível aquecer a casa. será que tem razão?

please help!!!

se alguém poder aconselhar algum instalador destes equipamentos, p.f enviar mensagem.

cumprimentos

nelson cardoso

[CrOhN]

viva,

é possível/vantajoso instalar a bomba de calor numa cave ( neste caso a cave tem a area da casa e é semi enterrada ).
a ideia seria utilizar a pré-instalação de aquecimento central.

obrigado.

sreis

se usares permuta geotérmica, não vejo qualquer inconveniente, mas só se tivesses a cave em terra batida. usando o ar, convem que tenhas colectores de ar no exterior, depois até podes direcionar o ar de saída para dentro da cave que se tornará fresca e seca.

boas
depois do que li fiquei bastante interessado neste sistema. será possível aproveitar a pré-instalação de ac que tenho na minha casa?
nelson cardoso

em principio, sim.

boas

tenho também um pé direito duplo com uma área de 15m2 e uma altura de 6m, o que perfaz um volume bastante grande. após conversa com um instalador ele disse-me que com esse volume todo seria quase impossível aquecer a casa. será que tem razão?

nelson cardoso

se usares as máquinas de ar condicionado, penso que seja possível aqueceres esse pé direito, já que fazem movimentação do ar. claro, convem que a casa esteja bem isolada, senão perde-se tudo pela parte superior.

[raposo]

bom poster!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

[ana.maria]

Boa tarde
Peço desculpa por esta questão e se não é o sítio correcto.

Mas será que posso pôr R134A num sistema de 1234rf, como diz aqui? top-refrigerants.com/es/%C2%BFse-puede-poner-r134a-en-un-sistema-r1234yf