Bomba de calor low-cost para aquecimento central e AQS
Enviado: segunda nov 26, 2012 7:13 pm
Bomba de calor low-cost para aquecimento central e águas sanitárias (AQS)
Vou descrever alguma experiência com uma bomba de calor que construi e estou a testar actualmente em minha casa. Quem não estiver com pachorra, pode saltar para o resumo no fim.
Fiz pesquisa exaustiva na Internet e cheguei à conclusão que as bombas de calor para produção do calor são as mais promissoras, embora o preço desta tecnologia é algo proibitivo. Pensei assim - qualquer ar condicionado é uma bomba de calor. Uma unidade de 12.000 BTU (3,5 kWh), das baratas, custa uns 200 €. A minha casa tem perda energética de uns 5 kW a 0 ºC no exterior e uns 3 kW com 5 ºC no exterior. Se eu conseguir adaptar essa máquina para trabalhar para o circuito de aquecimento central, cobria uns 80% das minhas necessidades energéticas em calor e poderia temperar a casa para manter uns 18 ºC no interior quando fora estiver apenas 5 ºC.
Comprei então uma AC por 200 €, li algures, que a melhor maneira era usar uns permutadores, por isso mandei vir 3 de 5 kW. Um para ligar ao ar condicionado (circuito primário) para aquecer água do circuito secundário, ligado a um depósito (acumulador) de 120 Lt. Assim dava para aquecer águas sanitárias e também o circuito de aquecimento central por via de um outro permutador.
Como, na altura, era leigo nesta área, as coisas não correram muito bem, mas os erros iam-se corrigindo. O sistema passou a trabalhar razoavelmente. Comecei a medir o COP (razão entre energia consumida e energia produzida, p.ex.: o COP 3 significa que a bomba de calor ao consumir 1 kW de energia eléctrica debita 3 kW de energia térmica) e não era grande coisa. Mas já compensava. O investimento em material rondava uns 900 €, o trabalho era meu. Por isso comecei a pensar como melhorar o sistema. Comecei a aprofundar os meus conhecimentos em termodinâmica e afins.
Abordei uma empresa de área de bombas de calor, ar condicionado, etc. e expliquei-lhes a minha ideia de fazer um sistema low-cost com bomba de calor do ar condicionado vulgar. Ficaram interessados e proporcionaram-me condições para desenvolver a ideia.
No último ano e meio fiz várias experiências e testes. Construí mais de uma dezena de máquinas de várias potências, aproveitando o material usado e da sucata, experimentei gás R410a e R134a, aprendi conceber e dimensionar as máquinas para a finalidade pretendida. Durante centenas horas de testes procurei optimizar as máquinas, com dezenas e dezenas de alterações e intervenções.
Durante os testes cheguei à conclusão, que os permutadores não são uma solução mais adequada. Por isso calculei e desenhei um depósito novo, com uma espiral para gás quente do AC, que mandei fazer. Os resultados melhoraram significativamente. Mas o depósito precisava de ser alterado, corrigindo alguns problemas.
Calculei e desenhei um outro depósito melhorado e inclui uma segunda espiral, pensando no circuito de aquecimento central. Os testes foram bastante satisfatórios. Tinha finalmente uma concepção supostamente viável.
E foi assim que aconteceu o desenvolvimento de uma bomba de calor razoavelmente barata com depósito de 220 Lt para águas sanitárias, ligado ao aquecimento central por via da segunda serpentina no interior do depósito.
Há 15 dias montei um protótipo desta concepção em minha casa, para ensaiar. A bomba de calor usada é uma máquina de ar condicionado resgatada da sucata, tem 12 anos de uso e trabalhava a gás R22 (actualmente proibido). Adaptei a máquina a gás R134a. A máquina consome, em média 1,45 kW e debita 3,85 kW (num teste de aquecimento do depósito de 220 Lt, desde 28 para 51 ºC, com temperatura média no exterior de 11,7 ºC, em 1 h e 30 min, COP médio de 2.65).
Ao montar o sistema (depósito ficou na marquise, do lado de fora da cozinha), fiz a ligação da água quente para as duas máquinas de lavar roupa e para máquina de lavar loiça. A ideia era fornecer às máquinas água quente mais barata, em vez de usar as resistências próprias (a energia poupada posso aproveitar com rendimento melhor).
Ao ensaiar o novo sistema, cheguei à conclusão que o depósito ainda não é o ideal (tem de ser maior, com parte de AQS reservada e mais alguns pormenores), por isso redesenhei-o e mandei fazer, espero ficar pronto nos próximos 15 dias. Também conclui que o ciclo semanal da EDP não era o melhor para uso pretendido, alterei então a tarifa para ciclo diário, tarifa tri-horária.
Resumo:
Ao fazer contas do novo sistema, o balanço actual (15 dias de uso) é seguinte:
- antes consumia, em média, 24,6 kWh/dia (3,56 €) de energia elétrica – agora 27,5 kWh/dia (4,07 €), assim só gasto mai 0,50 €/dia em energia eléctrica e tenho a casa confortávelmente aquecida
- antes, para AQS, usava o cilindro eléctrico de 220 Lt, a aquecer e acumular calor de noite, em horas do vazio, consumo aprox. 10 kWh/dia (1,25 €), agora é por bomba de calor
- agora todas as máquinas de lavar tem entrada de água quente
- a bomba de calor liga às 22 h e desliga às 8 h de manhã, com tarifa em horas do vazio, trabalhando toda noite a aquecer a casa (consome aprox. 15 kWh durante a noite = 1,54 €, em Viseu temperatura mínima exterior ronda agora uns 5 a 6 ºC), e a acumular calor. O acumulador fica com 220 Lt de água quente a 46 ºC. A casa fica, de manhã entre 19 e 20 ºC e aguenta-se dia todo com temperatura confortável de 18 ºC (temperatura máxima exterior ronda, durante o dia, 12 ºC). À tarde, se necessário, ponho a bomba de calor trabalhar 1 hora, para repor o calor no depósito (embora tenha ainda uns 70 lt de água quente na parte superior do acumulador, com 43 ºC o que dá para um banho confortável). À noite, antes do jantar, uso essa energia acumulada para temperar casa, se necessário. A cozinha costuma ficar com 20 ºC, corredores com 17,5 ºC, 4 quartos e sala com 18 ºC, 2 casas de banho com 22 ºC. Um quarto pequeno está sem aquecimento com 13 ºC, não está ser usado. O escritório, embora aquecido, tem um radiador demasiado pequeno (um problema por resolver), costuma estar com 16 ºC.
Nos dias mais frios o consumo e os gastos serão naturalmente maiores, mas nos dias mais quentes vai ficar mais barato.
Creio que, depois de corrigir todos os problemas e depois de substituir a máquina velha por uma nova, com melhores rendimentos, o sistema torna-se ainda mais vantajoso.
Penso que este sistema e método de uso poderá ser viável para quem pretende economizar, substituindo outros sistemas de aquecimento como caldeiras a gasóleo, a pellets, etc. Até poderá ser mais viável instalar este sistema em vez dos painéis solares de AQS. Durante o Verão, com maior temperatura exterior, o rendimento da bomba de calor dispara.
Espero que proporcionei aqui uma boa matéria para pensar.
Vou descrever alguma experiência com uma bomba de calor que construi e estou a testar actualmente em minha casa. Quem não estiver com pachorra, pode saltar para o resumo no fim.
Fiz pesquisa exaustiva na Internet e cheguei à conclusão que as bombas de calor para produção do calor são as mais promissoras, embora o preço desta tecnologia é algo proibitivo. Pensei assim - qualquer ar condicionado é uma bomba de calor. Uma unidade de 12.000 BTU (3,5 kWh), das baratas, custa uns 200 €. A minha casa tem perda energética de uns 5 kW a 0 ºC no exterior e uns 3 kW com 5 ºC no exterior. Se eu conseguir adaptar essa máquina para trabalhar para o circuito de aquecimento central, cobria uns 80% das minhas necessidades energéticas em calor e poderia temperar a casa para manter uns 18 ºC no interior quando fora estiver apenas 5 ºC.
Comprei então uma AC por 200 €, li algures, que a melhor maneira era usar uns permutadores, por isso mandei vir 3 de 5 kW. Um para ligar ao ar condicionado (circuito primário) para aquecer água do circuito secundário, ligado a um depósito (acumulador) de 120 Lt. Assim dava para aquecer águas sanitárias e também o circuito de aquecimento central por via de um outro permutador.
Como, na altura, era leigo nesta área, as coisas não correram muito bem, mas os erros iam-se corrigindo. O sistema passou a trabalhar razoavelmente. Comecei a medir o COP (razão entre energia consumida e energia produzida, p.ex.: o COP 3 significa que a bomba de calor ao consumir 1 kW de energia eléctrica debita 3 kW de energia térmica) e não era grande coisa. Mas já compensava. O investimento em material rondava uns 900 €, o trabalho era meu. Por isso comecei a pensar como melhorar o sistema. Comecei a aprofundar os meus conhecimentos em termodinâmica e afins.
Abordei uma empresa de área de bombas de calor, ar condicionado, etc. e expliquei-lhes a minha ideia de fazer um sistema low-cost com bomba de calor do ar condicionado vulgar. Ficaram interessados e proporcionaram-me condições para desenvolver a ideia.
No último ano e meio fiz várias experiências e testes. Construí mais de uma dezena de máquinas de várias potências, aproveitando o material usado e da sucata, experimentei gás R410a e R134a, aprendi conceber e dimensionar as máquinas para a finalidade pretendida. Durante centenas horas de testes procurei optimizar as máquinas, com dezenas e dezenas de alterações e intervenções.
Durante os testes cheguei à conclusão, que os permutadores não são uma solução mais adequada. Por isso calculei e desenhei um depósito novo, com uma espiral para gás quente do AC, que mandei fazer. Os resultados melhoraram significativamente. Mas o depósito precisava de ser alterado, corrigindo alguns problemas.
Calculei e desenhei um outro depósito melhorado e inclui uma segunda espiral, pensando no circuito de aquecimento central. Os testes foram bastante satisfatórios. Tinha finalmente uma concepção supostamente viável.
E foi assim que aconteceu o desenvolvimento de uma bomba de calor razoavelmente barata com depósito de 220 Lt para águas sanitárias, ligado ao aquecimento central por via da segunda serpentina no interior do depósito.
Há 15 dias montei um protótipo desta concepção em minha casa, para ensaiar. A bomba de calor usada é uma máquina de ar condicionado resgatada da sucata, tem 12 anos de uso e trabalhava a gás R22 (actualmente proibido). Adaptei a máquina a gás R134a. A máquina consome, em média 1,45 kW e debita 3,85 kW (num teste de aquecimento do depósito de 220 Lt, desde 28 para 51 ºC, com temperatura média no exterior de 11,7 ºC, em 1 h e 30 min, COP médio de 2.65).
Ao montar o sistema (depósito ficou na marquise, do lado de fora da cozinha), fiz a ligação da água quente para as duas máquinas de lavar roupa e para máquina de lavar loiça. A ideia era fornecer às máquinas água quente mais barata, em vez de usar as resistências próprias (a energia poupada posso aproveitar com rendimento melhor).
Ao ensaiar o novo sistema, cheguei à conclusão que o depósito ainda não é o ideal (tem de ser maior, com parte de AQS reservada e mais alguns pormenores), por isso redesenhei-o e mandei fazer, espero ficar pronto nos próximos 15 dias. Também conclui que o ciclo semanal da EDP não era o melhor para uso pretendido, alterei então a tarifa para ciclo diário, tarifa tri-horária.
Resumo:
Ao fazer contas do novo sistema, o balanço actual (15 dias de uso) é seguinte:
- antes consumia, em média, 24,6 kWh/dia (3,56 €) de energia elétrica – agora 27,5 kWh/dia (4,07 €), assim só gasto mai 0,50 €/dia em energia eléctrica e tenho a casa confortávelmente aquecida
- antes, para AQS, usava o cilindro eléctrico de 220 Lt, a aquecer e acumular calor de noite, em horas do vazio, consumo aprox. 10 kWh/dia (1,25 €), agora é por bomba de calor
- agora todas as máquinas de lavar tem entrada de água quente
- a bomba de calor liga às 22 h e desliga às 8 h de manhã, com tarifa em horas do vazio, trabalhando toda noite a aquecer a casa (consome aprox. 15 kWh durante a noite = 1,54 €, em Viseu temperatura mínima exterior ronda agora uns 5 a 6 ºC), e a acumular calor. O acumulador fica com 220 Lt de água quente a 46 ºC. A casa fica, de manhã entre 19 e 20 ºC e aguenta-se dia todo com temperatura confortável de 18 ºC (temperatura máxima exterior ronda, durante o dia, 12 ºC). À tarde, se necessário, ponho a bomba de calor trabalhar 1 hora, para repor o calor no depósito (embora tenha ainda uns 70 lt de água quente na parte superior do acumulador, com 43 ºC o que dá para um banho confortável). À noite, antes do jantar, uso essa energia acumulada para temperar casa, se necessário. A cozinha costuma ficar com 20 ºC, corredores com 17,5 ºC, 4 quartos e sala com 18 ºC, 2 casas de banho com 22 ºC. Um quarto pequeno está sem aquecimento com 13 ºC, não está ser usado. O escritório, embora aquecido, tem um radiador demasiado pequeno (um problema por resolver), costuma estar com 16 ºC.
Nos dias mais frios o consumo e os gastos serão naturalmente maiores, mas nos dias mais quentes vai ficar mais barato.
Creio que, depois de corrigir todos os problemas e depois de substituir a máquina velha por uma nova, com melhores rendimentos, o sistema torna-se ainda mais vantajoso.
Penso que este sistema e método de uso poderá ser viável para quem pretende economizar, substituindo outros sistemas de aquecimento como caldeiras a gasóleo, a pellets, etc. Até poderá ser mais viável instalar este sistema em vez dos painéis solares de AQS. Durante o Verão, com maior temperatura exterior, o rendimento da bomba de calor dispara.
Espero que proporcionei aqui uma boa matéria para pensar.