Guia de Leitura
As bombas de calor estão na moda atualmente, especialmente na Europa, onde alguns países estão trabalhando para proibir a instalação de fogões e caldeiras a combustíveis fósseis em favor de opções mais ecológicas, incluindo bombas de calor com eficiência energética. (Fornalhas aquecem o ar e o distribuem por canos por toda a casa, enquanto caldeiras aquecem a água para fornecer água quente ou aquecimento a vapor.) Este ano, o governo dos EUA começou a oferecer incentivos fiscais para a instalação de bombas de calor, que tendem a custar mais no início do que as fornalhas tradicionais, mas são muito mais eficientes a longo prazo.
No setor de veículos de nova energia, a capacidade limitada das baterias também levou a indústria a recorrer às bombas de calor. Então, talvez seja hora de aprender rapidamente o que são bombas de calor e o que elas fazem.
Qual é o tipo mais comum de bomba de calor?
Dada a agitação recente, você pode se surpreender ao saber que já usa umbomba de calor- você provavelmente tem mais de uma em casa e mais de uma no carro. Você simplesmente não as chama de bombas de calor: usa os termos "geladeira" ou "ar-condicionado".
Na verdade, essas máquinas são bombas de calor, o que significa que transferem calor de um local relativamente frio para um local relativamente quente. O calor flui espontaneamente do quente para o frio. Mas se você quiser transformá-lo de frio para quente, precisa "bombeá-lo". A melhor analogia aqui é a água, que desce uma colina sozinha, mas precisa ser bombeada morro acima.
Quando você bombeia o calor contido em algum tipo de armazenamento refrigerado (ar, água, etc.) para o armazenamento quente, o armazenamento refrigerado fica mais frio e o armazenamento quente fica mais quente. É exatamente para isso que serve sua geladeira ou ar-condicionado: ele transfere o calor de onde não é necessário para outro lugar, e você não se importa em desperdiçar um pouco de calor extra.
Como fazer um refrigerador prático com bomba de calor?
A principal percepção que produziubombas de calor surgiu no início do século XIX, quando vários inventores, incluindo Jacob Perkins, perceberam que poderiam resfriar algo dessa maneira sem desperdiçar os líquidos voláteis que evaporavam para atingir o resfriamento. Em vez de liberar esses vapores na atmosfera, argumentaram, seria melhor coletá-los, condensá-los em um líquido e reutilizá-lo como refrigerante.
É para isso que servem os refrigeradores e os aparelhos de ar condicionado. Eles evaporam os refrigerantes líquidos e usam o vapor frio para absorver o calor do interior da geladeira ou do carro. Em seguida, comprimem o gás, que se condensa novamente na forma líquida. Este líquido está agora mais quente do que quando começou, então parte do calor que ele retém pode facilmente (possivelmente com a ajuda de um ventilador) fluir para o ambiente ao redor – seja ao ar livre ou em outro lugar da cozinha.
Dito isto: você está muito familiarizado com bombas de calor; só que você continua se referindo a elas como condicionadores de ar e refrigeradores.
Agora, vamos fazer outro experimento mental. Se você tem ar-condicionado de janela, pode até fazer um experimento real. Instale ao contrário. Ou seja, instale os controles do lado de fora da janela. Faça isso em clima fresco e seco. O que vai acontecer?
Como esperado, ele sopra ar frio para o seu quintal e libera calor para dentro da sua casa. Portanto, ele ainda transporta calor, tornando sua casa mais confortável ao aquecê-la. Claro, ele resfria o ar externo, mas esse efeito se torna mínimo quando você está longe do Windows.
Agora você tem uma bomba de calor para aquecer sua casa. Pode não ser a melhorbomba de calor, mas funcionará. Além disso, quando chegar o verão, você também pode virá-lo de cabeça para baixo e usá-lo como ar-condicionado.
Claro, não faça isso de verdade. Se você tentar, certamente falhará na primeira vez que chover e entrar água no controlador. Em vez disso, você pode comprar uma bomba de calor comercial de "fonte de ar" que usa o mesmo princípio para aquecer sua casa.
O problema, claro, é que a vodca é cara, e você vai ficar sem ela rapidamente para gelar o vinho. Mesmo que você substitua a vodca por um álcool isopropílico mais barato, logo estará reclamando do preço.
Alguns desses dispositivos têm o que chamamos de válvulas reversoras, que permitem que o mesmo dispositivo desempenhe uma função dupla: eles podem bombear calor de fora para dentro ou de dentro para fora, fornecendo aquecimento e ar condicionado, conforme descrito abaixo.
Por que as bombas de calor são mais eficientes que os aquecedores elétricos?
As bombas de calor são mais eficientes do que os aquecedores elétricos porque não necessitam de eletricidade para gerar calor. A eletricidade utilizada por umbomba de calorgera algum calor, mas, mais importante, bombeia calor de fora para dentro da sua casa. A relação entre o calor liberado para dentro da casa e a energia enviada ao compressor elétrico é chamada de coeficiente de desempenho, ou COP.
Um aquecedor elétrico simples que fornece todo o calor gerado pelo elemento de aquecimento elétrico tem um COP de 1. Por outro lado, o COP de uma bomba de calor pode ser uma ordem de magnitude maior.
No entanto, o COP de uma bomba de calor não é um valor fixo. Ele é inversamente proporcional à diferença de temperatura entre os dois reservatórios nos quais o calor é bombeado. Dito isso, se você bombear calor de um reservatório não muito frio para um edifício não muito quente, o COP será um valor alto, o que significa que sua bomba de calor é muito eficiente no uso de eletricidade. Mas se você tentar bombear calor de um reservatório extremamente frio para um edifício já quente, o valor do COP será reduzido, o que significa que a eficiência será prejudicada.
O resultado é o que você espera intuitivamente: é melhor usar o objeto mais quente que você puder encontrar como reservatório de calor externo.
Bombas de calor de fonte de ar, que usam o ar externo como reservatório de calor, são a pior opção nesse sentido, pois o ar externo é muito frio durante o período de aquecimento no inverno. As bombas de calor de fonte terrestre (também conhecidas como bombas de calor geotérmicas) são ainda melhores, pois mesmo no inverno, o solo em profundidades médias ainda é bastante quente.
Qual é a melhor fonte de calor para bombas de calor?
O problema com a fonte terrestrebombas de caloré que você precisa de uma maneira de acessar esse reservatório de calor enterrado. Se você tiver espaço suficiente em casa, pode cavar valas e enterrar vários canos a uma profundidade razoável, como alguns metros. Você pode então circular um líquido (geralmente uma mistura de água e anticongelante) por esses canos para absorver o calor do solo. Como alternativa, você pode perfurar buracos profundos no solo e instalar canos verticalmente nesses buracos. Mas tudo isso vai ficar caro.
Outra estratégia disponível para alguns sortudos é extrair calor de um corpo d'água próximo, mergulhando um cano na água a uma certa profundidade. Essas bombas de calor são chamadas de bombas de calor de fonte hídrica. Algumas bombas de calor empregam a estratégia mais incomum de extrair calor do ar que sai do edifício ou da água aquecida por energia solar.
Em climas muito frios, faz sentido instalar uma bomba de calor geotérmica, se possível. É provavelmente por isso que a maioria das bombas de calor na Suécia (que tem um dos maiores números de bombas de calor per capita) são desse tipo. Mas mesmo a Suécia tem uma grande porcentagem de bombas de calor geotérmicas, o que desmente a afirmação comum (pelo menos nos Estados Unidos) de que as bombas de calor são adequadas apenas para aquecer residências em climas amenos.
Então, onde quer que você esteja, se puder arcar com os custos iniciais mais altos, da próxima vez que tiver que decidir como aquecer sua casa, considere usar uma bomba de calor em vez de um fogão ou caldeira tradicional.
Horário da postagem: 19 de outubro de 2023