A resposta é simples. Dois terços do custo de manutenção de uma casa estão relacionados ao aquecimento. Assim, usando uma fonte de calor barata, podemos garantir contas baixas. E a popularidade crescente das bombas de calor e a competição das empresas que as produzem reduzem o preço desses dispositivos.
Como funciona a bomba
A bomba de calor extrai sua energia gratuita do ambiente natural: solo, água subterrânea e ar - essas são as fontes de calor mais baixas. Em seguida, converte-o em calor de aquecimento e fornece-o ao sistema de aquecimento central doméstico (fonte de calor superior). Durante a operação, no entanto, ele consome eletricidade, que é usada para acionar o compressor, ou seja, o elemento principal que bombeia energia térmica.
O princípio da bomba de calor é semelhante ao de um refrigerador. Baseia-se no uso das propriedades de um fluido especial - o chamado meio de trabalho que, ao circular na instalação interna da bomba, sofre mudanças periódicas de fase. Ao receber o calor enviado à bomba (do solo, da água ou do ar), ele evapora e se transforma em gás. Esse gás é comprimido por um compressor, que aumenta sua temperatura e pressão. Em seguida, ele esfria e se condensa. Durante a condensação, grandes quantidades de calor são liberadas, que podem ser utilizadas para aquecimento de sistemas de aquecimento central. Após a expansão e liberação de calor, o meio de trabalho passa para a fase líquida e todo o processo começa novamente.
Atenção! Se planejamos aquecer a casa com uma bomba de calor, não precisamos construir uma chaminé ou fornecer espaço para um depósito de combustível.
O que é melhor - solo, água ou ar.
Ao escolher uma bomba de calor, você deve escolher o tipo de fonte de calor. Tem em consideração, entre outros, factores como: a zona climática em que se encontra a nossa casa, a dimensão do terreno, o nível e a composição química das águas subterrâneas, a necessidade de aquecimento da casa e a capacidade financeira do investidor.
Terra. A energia do solo pode ser coletada por um trocador horizontal ou vertical (sondas de aterramento). Eles são tubos de plástico enterrados (geralmente feitos de polietileno PE), através dos quais uma mistura de água-glicol, chamada salmoura, flui. Ele coleta o calor do solo e o transporta para o evaporador da bomba de calor.
Coletor de solo. Ao escolher um coletor horizontal, os tubos são colocados horizontalmente a uma profundidade de 1,2-1,5 m abaixo do nível do solo. Loops individuais idênticos não devem exceder 100 m de comprimento, caso contrário, a resistência ao fluxo seria muito alta. O espaçamento entre os laços depende do diâmetro dos cabos e geralmente fica entre 50 e 100 cm. Essa distância garante uma recepção uniforme do calor do solo.
As propriedades de acumulação do solo dependem de seu teor de umidade e estrutura. Eles serão tanto maiores quanto mais saturado de água, mais minerais contém e menor é a porosidade. Portanto, solo argiloso e úmido (recepção de calor por 1 m2 é então 25-35 W / m2) é melhor do que solo arenoso seco (apenas 10-15 W / m2). Um coletor de solo horizontal é relativamente barato de implementar, mas requer um terreno de tamanho suficiente.
Exemplo. Para uma bomba de calor com uma potência calorífica de 10 kW e uma eficiência média de extração de calor do solo de 25 W / m2, a área de terreno necessária para a colocação de um coletor de solo será de aproximadamente 340 m2.
Sondas de aterramento. São poços, geralmente com profundidade de 100 m. Para poder perfurá-los, o investidor deve obter uma licença do Escritório de Gestão de Águas. Se forem necessários mais profundos (mais de 100 m), deve ser aprovado pela Autoridade de Mineração.
Na maioria das vezes, depois de fazer o primeiro furo, o tipo e a estrutura do solo podem ser determinados com precisão. Então, com base nisso, é verificado se o comprimento do projeto da sonda será suficiente ou se será necessário perfurar um poço mais profundo. O número e a profundidade dos furos dependem da necessidade de calor do edifício. Supõe-se que a partir de um metro do coletor seja possível obter 50-55 W de produção de calor. A vantagem indiscutível do coletor vertical é que ele pode caber até mesmo em um pequeno lote de terreno. Sua execução, entretanto, é mais cara que a horizontal.
Exemplo. Para poder instalar uma bomba de calor com capacidade de aquecimento de 10 kW, assumindo uma capacidade média de 50 W / m de comprimento de sonda, serão necessárias duas sondas de solo (dois furos) - cada uma com 85 m de profundidade
. Este método de consumo de energia é altamente eficaz devido à temperatura relativamente alta das águas subterrâneas - no nível de 7-12 ° C, mesmo no inverno.
A água subterrânea é retirada do poço de extração e bombeada para o evaporador da bomba de calor. Em seguida, a água resfriada é descarregada no poço de absorção - ou poço de descarga.
Tal sistema funciona bem e sem falhas, desde que haja acesso a água com a composição química adequada. No entanto, muitas vezes acontece que a água muda sua composição com o tempo (o teor de ferro ou manganês sobe acima do nível permitido). Isso pode danificar o evaporador da bomba. Portanto, um trocador de calor intermediário adicional é usado para protegê-lo.
Outra dificuldade relacionada à obtenção de calor das águas subterrâneas é a necessidade de encontrar um aquífero com eficiência suficientemente elevada - cerca de 210 l por hora para cada quilowatt de potência de aquecimento.
Exemplo. Uma bomba de calor com uma capacidade de 10 kW deve ter um fluxo mínimo de água subterrânea de aproximadamente 2100 l / h.
Ar do lado de fora. É o mais barato de instalar (não requer o custo de fazer uma fonte de calor do solo) e a fonte de energia mais acessível.
Na maioria das vezes, toda a bomba de calor é colocada fora de casa. Primeiro, o ar é aspirado por um duto, depois o calor nele contido é coletado no evaporador e, finalmente, levado novamente para fora. As bombas de calor modernas podem gerar calor mesmo a uma temperatura exterior de -20 ° C. No entanto, sob tais condições, a demanda total de calor para aquecimento ambiente não é coberta. Será necessário reaquecer a água do aquecimento à temperatura desejada, por exemplo por meio de um aquecedor elétrico ou de uma lareira.
Parâmetros importantes
Ao selecionar e comparar bombas de calor, usamos parâmetros fornecidos pelos fabricantes. Geralmente, esses são a potência de aquecimento e o fator de eficiência.
Potência de aquecimento. Idealmente, a potência da bomba de calor deve ser definida pelo projetista do sistema de aquecimento. No entanto, é possível estimar inicialmente seu tamanho com base na demanda de calor da unidade do edifício e multiplicá-lo pela área da casa. Em termos simplificados, é:
- 40 W / m2 - numa casa de baixo consumo energético,
- 50 W / m2 - numa casa com melhor isolamento térmico do que o exigido pelas normas,
- 70 W / m2 - numa casa com bom isolamento térmico,
- 120 W / m2 - em casas mais antigas e menos isoladas.
Exemplo. Para uma casa unifamiliar com área aquecida de 180 m2 com bom isolamento térmico, a demanda de calor será de 180 m2 × 70 W / m2 = 12.600 W = 12,6 kW.
Se a bomba de calor também aquecer água doméstica, sua potência pode ser aumentada em cerca de 0,25 kW por habitante. Assim, quando quatro pessoas usam água quente em casa, a potência da bomba de calor aumenta em 1 kW.
Alguns profissionais acreditam que a bomba de calor pode estar "abaixo do tamanho". Portanto, eles escolhem uma potência do dispositivo menor do que a exigida pela casa para o aquecimento, assumindo antecipadamente que a energia que falta durante geadas severas será complementada por uma fonte de calor adicional, por exemplo, um aquecedor elétrico. Infelizmente, isso, infelizmente, levará a um aumento nos custos de aquecimento.
Além disso, uma bomba de calor com uma potência inferior funcionará continuamente, sobrecarregando significativamente a fonte de calor inferior (coletor horizontal ou sondas de aterramento), para o qual trabalhar intermitentemente é definitivamente mais benéfico - promove uma regeneração mais rápida da fonte de calor.
Assim, a potência de aquecimento de uma bomba de calor extraindo energia do solo ou das águas subterrâneas deve corresponder à demanda de calor do edifício.
Apenas a bomba de ar é projetada com menos energia do que resulta dos cálculos - para 70-80% da demanda de calor da casa. Uma bomba selecionada a 100% não só seria muito cara, mas também funcionaria de forma não econômica. Portanto, presume-se que durante geadas severas, a energia ausente será substituída por um aquecedor elétrico.
POLICIAL (coeficiente de desempenho). É usado para avaliar a eficiência da bomba de calor. Ele expressa a relação entre a potência de aquecimento da bomba de calor e a quantidade de eletricidade que ela consome. Se os parâmetros da instalação forem devidamente selecionados, o COP atinge o valor 4. Isso significa que para cada quilowatt-hora de energia elétrica fornecida, podemos obter 4 kWh de energia térmica.
O coeficiente COP flutua significativamente devido às mudanças nas condições de operação da bomba de calor. O seu valor depende principalmente da temperatura da fonte de calor e da temperatura da água de aquecimento à saída da bomba de calor. Portanto, ao escolher uma fonte superior, é melhor optar por sistemas com baixa temperatura de saída de água, como piso radiante.
Exemplo. Vamos calcular o custo de 1 kWh de aquecimento, se o fabricante especificou a eficiência da bomba em COP = 4.
Pagando PLN 0,15 por 1 kWh de eletricidade, obtemos 4 kWh de aquecimento. Assim, 1 kWh de calor de aquecimento nos custa cerca de PLN 0,19.
Atenção! Ao avaliar os custos reais de aquecimento, o coeficiente de desempenho da instalação COPIN também é levado em consideração. Determina a relação entre o calor de aquecimento fornecido e o consumo de energia elétrica de todos os dispositivos que funcionam na instalação: bombas de calor, bombas de circulação e aquecedor elétrico. O seu valor é portanto inferior ao COP da própria bomba de calor.
Quais são os custos operacionais? Vamos
analisar a legitimidade do uso de uma bomba de calor com base em uma casa específica. Apresentaremos a bomba de calor seleccionada, os valores COP obtidos em cada mês e os custos incorridos com aquecimento da casa e água doméstica.
Suposições. A análise foi realizada para uma casa unifamiliar com uma área de cerca de 200 m2 localizada perto de Opole. Quatro pessoas moram nele.
- A demanda de calor calculada é 11,3 kW.
- A única fonte de calor que abastece o sistema de aquecimento central é uma bomba de calor com capacidade de aquecimento de 10,8 kW. Ele retira energia do solo por meio de um trocador de calor do solo vertical - sondas de aterramento. Foram feitos dois furos, cada um com 91 m de profundidade
- O fabricante declarou o coeficiente de desempenho COP de 4,5, e o consumo de eletricidade foi de 2,4 kW.
- A temperatura máxima da água de aquecimento é de 55 ° C. A instalação utiliza um tanque de acumulação de calor com capacidade de 600 l.
- No aquecimento de águas domésticas, a bomba de calor é suportada por um aquecedor eléctrico colocado num aquecedor de 300 L.
- Foi instalado um contador de electricidade de tarifa dupla.
Resultados. A quantidade de calor fornecida pela bomba de calor foi determinada com base nas leituras do medidor de calor instalado na casa. Por outro lado, procedeu-se à leitura do consumo de eletricidade de todos os dispositivos em funcionamento na instalação (bomba de calor, bombas de circulação e aquecedor elétrico) a partir da leitura do contador de eletricidade.
- O custo do aquecimento da casa e da água doméstica entre 01/09/2006 e 01/09/2007 foi de 1076 brutos. Durante este período, o consumo de eletricidade foi:
- na tarifa diária de 178,9 kWh,
- na tarifa noturna 4094,3 kWh.
- Na época de aquecimento 2007/2008, as despesas com eletricidade foram registadas em meses individuais (ver tabela abaixo). Somados esses valores, o custo total de aquecimento da casa e água potável foi de 1.160.
Percebeu-se que mais de 70% do calor necessário para o aquecimento é retirado do solo, e a participação da eletricidade não ultrapassa 30%. A bomba de calor normalmente funciona de 7 a 10 horas por dia (também em temperaturas externas de até -10 ° C). Um tempo de funcionamento tão curto é possível graças ao excelente isolamento térmico de toda a casa, à utilização de propriedades de acumulação de calor por piso radiante e à utilização de um tanque de reserva de água de aquecimento de grande capacidade. Além disso, esses baixos custos operacionais também são influenciados pelo fato de que a bomba de calor funciona e consome eletricidade apenas na tarifa noturna mais barata (entre 13h e 15h e 22h às 18h).Por outro lado, longas pausas no funcionamento da bomba de calor durante o dia contribuem para uma regeneração mais rápida do solo.
Os custos estimados de aquecimento desta casa com outras fontes de calor (gás, óleo, combustível sólido ou eletricidade) são apresentados na tabela acima. Os preços dos combustíveis de março de 2008 foram usados para desenvolvê-los.
A quem se recomenda
A bomba de calor pode ser instalada em habitações novas ou modernizadas. É especialmente recomendado como alternativa ao aquecimento com óleo combustível ou gás líquido.
Também vale a pena considerar esta solução quando o custo da conexão de gás natural for muito alto (devido à considerável distância da rede de gás). A bomba de calor funciona melhor em casas com eficiência energética e baixa demanda de calor. Quanto mais quente o edifício, menores serão os custos de aquecimento e mais barata será a instalação (comprar uma bomba com mais potência é mais caro).
Como é sabido, a eficiência de uma bomba de calor e, portanto, seus custos operacionais dependem em grande parte da diferença de temperatura entre a fonte superior e a inferior. Para minimizar esta diferença em uma casa que será aquecida por uma bomba de calor, um sistema de aquecimento de baixa temperatura, ou seja, piso radiante, deve ser usado.
Embora a bomba de calor também possa funcionar com radiadores, para que tal sistema funcione de forma relativamente eficaz, a temperatura da água no seu abastecimento não deve exceder 50-55 ° C (no aquecimento tradicional é geralmente 75 ° C). Isso está relacionado ao seu aumento de tamanho (devem ter alimentação adequada para garantir a temperatura do ambiente desejada pelo usuário). E se isso não for possível, vários radiadores em uma determinada sala devem ser projetados em vez de um, o que obviamente aumenta o custo do sistema.
Não se pode dizer que a bomba de calor é uma boa solução para tudo. A sua própria aplicação não garante baixos custos de aquecimento da casa. Deve ser contado para cada edifício individualmente. Não há dúvida, porém, que com o aumento dos preços dos combustíveis, o aquecimento com bombas se tornará cada vez mais lucrativo.
Tipos de bombas de calor
Dependendo do tipo de fonte de calor (a primeira parte no nome da bomba) e assumindo que o sistema de aquecimento da casa será feito de água (a segunda parte do nome, respectivamente), as bombas de calor podem ser divididas em:
- salmoura-água - elas retiram energia de solo por meio de meio intermediário (salmoura) e devolvê-lo ao sistema de aquecimento central;
- água-água - retiram energia das águas subterrâneas e transferem-na para o sistema de aquecimento;
- ar-água - a energia é coletada do ar e depois transferida para o sistema de aquecimento.
Não só para aquecimento
As bombas de calor não são utilizadas apenas para aquecer a sua casa. Eles também podem preparar água quente ou resfriar o prédio no verão.
Água quente. Muitas vezes é preparado em uma tremonha separada, cuja capacidade geralmente varia entre 300 e 500 L. No entanto, é necessário espaço para montar uma tremonha separada e grande. É por isso que cada vez mais empresas oferecem dispositivos compactos nos quais a bomba e o tanque de armazenamento têm uma carcaça comum.
Resfriamento. Pode ser implementado de duas maneiras. No primeiro, o funcionamento da bomba de calor é invertido para que funcione como um refrigerador. O segundo usa a baixa temperatura do solo ou da água subterrânea para resfriar os quartos, por exemplo, com piso radiante.
