Nenhum perito responsável selecionará uma bomba de calor sem conhecer as condições em que funcionará. Antes de tomar uma decisão, ele deve saber: . Só depois de analisar esta informação, pode escolher a bomba de calor ideal em termos de rentabilidade do investimento e custos operacionais subsequentes.
Eficiência da bomba de calor
O coeficiente COP é usado para avaliar a eficiência da bomba de calor. O seu valor determina a quantidade de energia térmica que a bomba irá transferir para o edifício em relação à energia retirada da rede elétrica.
O valor COP flutua significativamente devido às mudanças nas condições de operação da bomba e depende da diferença entre a temperatura da fonte de calor inferior e superior. Quanto maior for, menor será a eficiência da bomba. Sua potência também diminui à medida que diminui a temperatura da fonte inferior, que geralmente é o ar, a água ou o solo.
Por exemplo, um dos produtores afirma que sua bomba tem uma potência de cerca de 10 kW e uma eficiência COP de 4,5 na temperatura da fonte no solo + 5 ° C e na temperatura da fonte superior + 35 ° C. Isso significa que, para cada quilowatt-hora de eletricidade fornecida, podemos obter 4,5 kWh de energia térmica. Por outro lado, na temperatura da fonte inferior e superior de -10 ° C e + 50 ° C, respectivamente, sua potência será de cerca de 5,8 kW, e o COP cairá abaixo de 3.
Outro parâmetro importante que influencia a eficiência da bomba é a temperatura da fonte de calor superior. Se for muito alto, reduz a lucratividade do uso da bomba.
Energia do solo
Podemos usá-la fazendo um coletor horizontal ou vertical.
O coletor horizontal é feito de tubos dispostos em espiral ou paralelos uns aos outros no solo. Os tubos são preenchidos com uma solução de glicol ou gás que recebe calor do solo e o transporta para a bomba de calor. Essa fonte de fundo requer um lote de terreno de tamanho apropriado, muitas vezes até duas vezes maior que a área da casa aquecida.
O coletor horizontal é colocado abaixo da zona de congelamento, ou seja, a uma profundidade de 1,2-1,8 m, estando portanto exposto a grandes flutuações de temperatura ao longo do ano.
No início da estação de aquecimento, quando o solo está quente, a temperatura da fonte de calor pode chegar a até + 15 ° C. Então a bomba de calor funciona perfeitamente bem. Por exemplo, sua eficiência COP pode ser em torno de 5 (a 35 ° C da temperatura de alimentação da fonte superior). No entanto, no final da estação de aquecimento - especialmente quando a superfície do coletor foi feita sem qualquer reserva - a temperatura da fonte de calor pode cair até abaixo de -10 ° C e então o COP da bomba irá flutuar em torno de 2 ou até menos. E se o inverno também for gelado, o solo pode congelar, o que resultará no desligamento de emergência da bomba de calor. Além disso, esse solo se regenerará por muito mais tempo.
Como você pode ver, o coletor horizontal é caracterizado por uma grande variação na potência e eficiência da bomba de calor, portanto, na hora de decidir sobre ele, deve ser significativamente sobredimensionado.
O coletor vertical consiste em furos perfurados até uma profundidade de 150 m, nos quais tubos terminam em forma de U e são preenchidos com solução de glicol. Este tipo de fonte de calor é caracterizado pela estabilidade a altas temperaturas. Em poços bem feitos, o glicol tem temperatura constante (+ 2 ° C), independente da estação.
Além disso, uma grande área de lote não é necessária. A única desvantagem desta solução são os custos de produção mais elevados do que o coletor horizontal.
Uma bomba de calor alimentada por um coletor vertical tem uma potência constante e alta eficiência ao longo da estação de aquecimento - o valor COP é ligeiramente superior a 4.
Energia da água subterrânea
Esta é uma das formas mais eficazes de receber energia térmica renovável. As águas subterrâneas têm uma temperatura elevada independentemente da estação. Dependendo da região do país, varia de +8 a + 12 ° C.
A água é bombeada diretamente pelo trocador da bomba de calor, de forma que não haja perdas de temperatura nas paredes das tubulações assentadas no solo, como é o caso dos coletores horizontais, por exemplo. Como resultado, o COP da bomba de calor pode chegar até 5.
Geralmente, dois poços são perfurados para obter energia das águas subterrâneas. A água é retirada do primeiro e despejada no segundo resfriado alguns graus. Os poços devem estar a pelo menos 20 m de distância e atingir o mesmo aquífero.
Infelizmente, essa solução tem uma série de limitações relacionadas à disponibilidade de água e à constância de seus parâmetros químicos. Se as camadas de água forem profundas (menos de 30 m), o custo da eletricidade relacionado ao funcionamento da bomba de circulação reduz a eficiência de todo o sistema, e o custo de construção do próprio poço será significativo. Outro problema é a variabilidade da química da água. Muitas vezes acontece que após algum tempo o conteúdo de ferro, cálcio e outros minerais aumenta além do nível aceitável. Isso causa o entupimento do poço de descarga e do trocador na bomba de calor e, assim, a imobilização do dispositivo. Portanto, embora a água subterrânea possa ser a fonte de calor mais barata, é também o investimento mais arriscado.
Energia do ar
Esta fonte de energia ainda é subestimada, apesar de ser uma das mais baratas (não necessita de terraplanagem). As preocupações dos investidores decorrem do fato de que a potência e a eficiência da bomba de calor diminuem à medida que a temperatura externa cai.
Este é, sem dúvida, um fenômeno muito desfavorável. Quanto mais baixa a temperatura do ar externo, mais energia precisamos para aquecer a casa, e a bomba é menos eficiente. No entanto, este não é um recurso que desqualifica esta solução.
Os fabricantes fornecem a potência de seus dispositivos para uma temperatura externa de 7 ° C (esta é a potência nominal). Nessas condições, sua eficiência é ainda maior que 4,5. Dispositivos modernos deste tipo funcionam mesmo abaixo de -20 ° C. Claro, sua eficiência é então baixa - perto de 1 - e sua potência será de apenas 25% da potência nominal. Mas mesmo em uma temperatura externa de -10 ° C, a bomba funcionará com um COP flutuando em torno de 2 e funcionará com metade de sua potência nominal. Em uma temperatura típica do inverno, que oscila em torno de 0 ° C, a bomba de calor já fornecerá cerca de três vezes mais energia do que consome da rede elétrica, e sua potência será apenas 12% menor do que a necessária.
Por estes motivos, este tipo de bomba de calor deve ser sempre utilizada com uma fonte de calor adicional. Na maioria das vezes é apenas um aquecedor elétrico.
Bomba de ar e outras bombas de calor
Vamos supor que a casa esteja localizada na voivodia da Masóvia e tenha uma área de aproximadamente 150 m2. Suas paredes externas e o piso térreo foram isolados com uma camada de poliestireno de 20 cm, e o teto - com uma camada de lã mineral de 30 cm. As janelas nele instaladas têm um coeficiente de transferência de calor U = 1,1 W / (m2K). Utiliza piso radiante alimentado com água a 35 ° C e ventilação mecânica com recuperação de calor. A demanda de calor da casa para aquecimento e água quente é de 6,5 kW. Decidiu-se aquecê-lo com uma bomba de calor de ar.
Impacto da localização. Como você sabe, o custo de aquecimento de uma casa depende diretamente da eficiência da bomba de calor, que por sua vez depende da temperatura da fonte superior e inferior. Para avaliar a adequação do uso de bomba de calor em casa, os profissionais devem, entre outras coisas, consultar a temperatura calculada. Na parte central da Polônia é -20 ° C, nas montanhas -24 ° C e no litoral -16 ° C.
Eficiência das bombas de calor. Comparando a eficiência de várias bombas a uma temperatura externa de -20 ° C, a do ar é definitivamente a pior. Ele atingirá um COP de cerca de 1. No entanto, nessas condições, o COP para modelos que usam energia de água ou um coletor vertical será superior a 4.
No entanto, deve-se levar em consideração que geralmente há poucos dias gelados. De acordo com medições de temperatura média de 30 anos, no centro da Polônia, durante o inverno, há apenas algumas dezenas de horas com geadas acima de -15 ° C e várias centenas de horas a partir de -10 ° C.
Custo de aquecimento da bomba de ar. Se utilizarmos uma bomba de calor de ar com potência nominal de 10 kW para aquecer esta casa, desde que a temperatura exterior não desça abaixo de -10 ° C, o aparelho não utilizará aquecedor elétrico. Você tem que pagar cerca de 20.000 por essa bomba , os custos desse tipo de aquecimento durante um inverno frio seriam de 2.000 …
Comparação com uma bomba terrestre. Se substituíssemos a bomba de ar por uma bomba de ar terrestre com furos verticais, pagaríamos cerca de 45 mil, e as despesas com aquecimento cairiam para 1100. Pode-se observar que pela diferença de preço entre os dois aparelhos, poderíamos aquecer a casa com uma bomba de ar por mais de 12 anos ((45 mil - 20 mil) / 2 mil. = 12,5 anos).
