O que é uma bomba de calor? Seus princípios básicos e métodos de economia de energia.

Uma bomba de calor é simplesmente uma "bomba de calor".

Frequentemente nos perguntam: "O que é uma bomba de calor?". À primeira vista, uma bomba de calor pode parecer um mecanismo muito complexo, mas seu funcionamento é, na verdade, bastante simples. Nesta coluna, em vez de nos aprofundarmos na estrutura complexa, explicaremos a função básica de uma bomba de calor e os elementos relacionados à economia de energia.

Uma bomba de calor, como o próprio nome indica, é uma "bomba de calor". Vamos primeiro considerar uma bomba típica.
A água flui naturalmente de altitudes mais elevadas para altitudes mais baixas, mas não o contrário. Portanto, para transportar água de uma altitude mais baixa para uma altitude mais alta, é necessário usar uma bomba para elevá-la.
Na verdade, as bombas de calor funcionam da mesma maneira. O calor se move naturalmente de áreas de temperatura mais alta para áreas de temperatura mais baixa. O inverso não acontece naturalmente. Uma bomba de calor é um dispositivo que bombeia calor de áreas de temperatura mais baixa para áreas de temperatura mais alta.

As bombas de calor são utilizadas em diversos locais.

As bombas de calor são utilizadas em muitos itens do nosso dia a dia. Um exemplo típico é o ar-condicionado. Ao aquecer, elas extraem calor do exterior e o levam para dentro do ambiente para aquecê-lo. No verão, fazem o oposto, extraindo calor do interior do ambiente para resfriá-lo.
Um refrigerador também é um tipo de bomba de calor. Ele bombeia o calor de dentro para fora.
O EcoCute também é uma bomba de calor. Ele extrai o calor do ar externo e transfere esse calor para a água para produzir água quente.
Em qualquer aplicação, a capacidade de fornecer uma grande quantidade de calor com o mínimo de energia é uma vantagem significativa.

estrutura da bomba de calor

Permita-me explicar brevemente a estrutura de uma bomba de calor. Assim como as bombas de água, elas geralmente são alimentadas por eletricidade. (Existem também bombas de calor que utilizam combustível, como as bombas de calor geotérmicas.)
Uma bomba de calor é preenchida com um gás refrigerante, que é comprimido por um compressor e, em seguida, despressurizado por uma válvula de expansão em um ciclo contínuo. Quando o gás é comprimido e despressurizado, sua temperatura varia de acordo. As bombas de calor utilizam essa propriedade para transferir calor, transportando-o através do gás.
Como resultado, é possível fornecer mais calor do que a eletricidade usada para alimentar o compressor.
O COP (Coeficiente de Desempenho) é um índice que indica quantos quilowatts de calor uma bomba de calor pode fornecer quando 1 kW de eletricidade (combustível) é consumido. Dependendo das condições, o COP de uma bomba de calor costuma ser igual ou superior a 3, o que a torna uma tecnologia muito eficiente.

Estrutura de uma bomba de calor (do site do Centro de Bombas de Calor e Armazenamento Térmico)

Uma bomba de calor sempre requer uma "fonte de calor".

Eis um princípio crucial: uma bomba de calor absolutamente precisa de uma fonte de calor. O calor não surge do nada.
Para que uma bomba de calor forneça calor, ela precisa receber calor de alguma fonte. E, uma vez que recebe calor, essa fonte de calor esfria. Quando a bomba de calor aquece, a fonte de calor esfria. Quando a bomba de calor esfria, a fonte de calor aquece. A garantia de que essa fonte de calor esteja disponível é um fator crucial para tornar as bombas de calor energeticamente eficientes.

Idealmente, a produção de calor deve ser a mais alta possível, e a temperatura da fonte de calor e do destino devem ser próximas.

Ao considerar melhorias na eficiência energética de bombas de calor, o primeiro aspecto a ser analisado é a "fonte de calor". Vamos considerar uma fonte de calor ideal.
Muitas bombas de calor utilizam ar ou líquido como fonte de calor; as primeiras são chamadas de bombas de calor "refrigeradas a ar" e as últimas, de bombas de calor "refrigeradas a água".
É sempre melhor ter o máximo de calor possível e, entre o ar e os líquidos, os líquidos têm uma capacidade térmica significativamente maior por unidade de volume. Portanto, sob as mesmas condições de temperatura, uma bomba de calor refrigerada a água, que utiliza água como fonte de calor, é mais eficiente.
O próximo fator a considerar é a diferença de temperatura entre a fonte de calor e o destino. Uma bomba de água opera com menos potência quando bombeia água de uma altura menor. Nesse aspecto, uma bomba de calor funciona de forma semelhante a uma bomba de água.
Quanto mais próxima a temperatura da fonte de calor estiver da temperatura da fonte de energia, menor será o consumo de energia. No entanto, se considerarmos um ar-condicionado, por exemplo, ligamos o aquecimento porque está frio lá fora e usamos o ar-condicionado porque queremos criar uma grande diferença de temperatura entre o exterior e o interior.
Surge então uma contradição.

O valor das bombas de calor geotérmicas, de águas subterrâneas e de recuperação de calor.

O valor das bombas de calor geotérmicas, de águas subterrâneas e de recuperação de calor reside principalmente no seu tamanho compacto e na sua alta eficiência, devido à utilização de água e outros líquidos como fontes de calor e, mais importante ainda, no facto de a temperatura da fonte de calor ser próxima da temperatura de destino.
Ao utilizar água subterrânea para climatização, a temperatura do ar que sai da fonte de calor no verão fica muito mais próxima da temperatura interna do que quando se utiliza ar externo como fonte de calor. Além disso, no inverno, o ar que sai da fonte de calor é mais quente do que o ar externo, aproximando-se, portanto, da temperatura interna desejada. É por isso que se obtém economia de energia.
Quando há uma alta demanda por aquecimento, usar águas residuais ou outras fontes que ainda retenham calor suficiente como fonte de calor pode alcançar alta eficiência e reduzir o desperdício.

Ao planejar uma bomba de calor, certifique-se de projetar corretamente o ambiente da fonte de calor!

Independentemente de se tratar de uma bomba de calor refrigerada a água que utiliza água subterrânea ou calor residual, o projeto da fonte de calor é extremamente importante na implementação de qualquer bomba de calor. Para maximizar os benefícios das bombas de calor, é necessário incorporar ativamente o conceito de projeto da fonte de calor.