Guia de leitura
As bombas de calor estão na moda hoje em dia, especialmente na Europa, onde alguns países estão a trabalhar para proibir a instalação de fogões e caldeiras a combustíveis fósseis em favor de opções mais ecológicas, incluindo bombas de calor energeticamente eficientes. (Os fornos aquecem o ar e distribuem-no através de canos por toda a casa, enquanto as 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 antecipadamente do que os fornos tradicionais. mas são muito mais eficientes no longo prazo.
No domínio dos novos veículos energéticos, porque a capacidade da bateria é limitada, também levou a indústria a recorrer às bombas de calor. Então talvez seja hora de aprender rapidamente o que significam as bombas de calor e o que elas fazem.
Qual é o tipo mais comum de bomba de calor?
Dado o burburinho recente, você pode se surpreender ao saber que já usa umbomba de calor- você provavelmente tem mais de um em sua casa e mais de um em seu carro. Você simplesmente não as chama de bombas de calor: você usa os termos “geladeira” ou “ar condicionado”.
Na verdade, estas máquinas são bombas de calor, o que significa que movem o calor de um local relativamente frio para um local relativamente quente. O calor flui espontaneamente do quente para o frio. Mas se você quiser passar do frio para o quente, é preciso “bombear”. A melhor analogia aqui é a água, que desce sozinha uma colina, mas precisa ser bombeada colina acima.
Quando você bombeia o calor contido em algum tipo de armazenamento frio (ar, água, etc.) para o armazenamento quente, o armazenamento frio fica mais frio e o armazenamento quente fica mais quente. Na verdade, é disso que se trata a sua geladeira ou ar condicionado - ele move o calor de onde não é necessário para outro lugar, e você não se importa se desperdiça um pouco de calor extra.
Como fazer um chiller prático com bomba de calor?
O principal insight que produziubombas de calor surgiu no início do século XIX, quando vários inventores, incluindo Jacob Perkins, perceberam que podiam arrefecer algo desta forma sem desperdiçar os líquidos voláteis que evaporavam para conseguir o arrefecimento. Em vez de liberar esses vapores na atmosfera, argumentaram, seria melhor coletá-los, condensá-los em um líquido e reutilizar esse líquido como refrigerante.
É para isso que servem as geladeiras e os aparelhos de ar condicionado. Eles evaporam refrigerantes líquidos e usam o vapor frio para absorver o calor do interior de uma geladeira ou carro. Em seguida, eles 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 circundante - 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 eles como aparelhos de ar condicionado e refrigeradores.
Agora vamos fazer outro experimento mental. Se você tem ar condicionado de janela, pode até fazer isso como um experimento real. Instale ao contrário. Ou seja, instale seus controles fora da janela. Faça isso em clima fresco e seco. O que vai acontecer?
Como seria de esperar, ele sopra ar frio em seu quintal e libera calor em sua casa. Portanto, ainda transporta calor, tornando a sua casa mais confortável ao aquecê-la. Claro, ele esfria 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 o melhorbomba de calor, mas vai funcionar. Além do mais, quando chegar o verão, você também pode virá-lo de cabeça para baixo e usá-lo como ar condicionado.
Claro, não faça isso. Se você tentar, sem dúvida falhará na primeira vez que chover e a água entrar no controlador. Em vez disso, você pode comprar uma bomba de calor comercial com "fonte de ar" que usa o mesmo princípio para aquecer sua casa.
O problema, claro, é que a vodca é cara e você rapidamente ficará sem ela para resfriar o vinho. Mesmo se você substituir a vodca por um álcool isopropílico mais barato, logo estará reclamando do gasto.
Alguns desses dispositivos possuem o que chamamos de válvulas reversoras, que permitem que o mesmo dispositivo desempenhe uma dupla função: podem bombear calor de fora para dentro ou de dentro para fora, fornecendo calor e ar condicionado, conforme descrito a seguir.
Por que as bombas de calor são mais eficientes que os aquecedores elétricos?
As bombas de calor são mais eficientes que os aquecedores elétricos porque não necessitam de eletricidade para gerar calor. A eletricidade consumida por umbomba de calorgera algum calor, mas o mais importante é que bombeia calor de fora para dentro de sua casa. A relação entre o calor liberado na 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 grandeza superior.
Contudo, o COP de uma bomba de calor não é um valor fixo. É inversamente proporcional à diferença de temperatura entre os dois reservatórios nos quais o calor é bombeado. Dito isto, se bombear calor de um reservatório não muito frio para um edifício não muito quente, o COP será um valor elevado, o que significa que a sua bomba de calor é muito eficiente no uso de eletricidade. Mas se tentar bombear calor de um reservatório extremamente frio para um edifício já quente, o valor do COP é reduzido, o que significa que a eficiência é prejudicada.
O resultado é o que você espera intuitivamente: é melhor usar a coisa mais quente que puder encontrar como reservatório de calor externo.
As bombas de calor de fonte de ar, que utilizam o ar exterior como reservatório de calor, são a pior opção neste aspecto porque o ar exterior é muito frio durante a estação de aquecimento no Inverno. Ainda melhores são as bombas de calor geotérmicas (também conhecidas como bombas de calor geotérmicas), porque 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 enterrado de calor. Se você tiver espaço suficiente em sua casa, poderá cavar valas e enterrar vários canos a uma profundidade razoável, como alguns metros de profundidade. Você pode então fazer circular um líquido (geralmente uma mistura de água e anticongelante) através desses tubos para absorver o calor do solo. Alternativamente, você pode fazer furos profundos no solo e instalar tubos verticalmente nesses furos. Tudo isso ficará caro, no entanto.
Outra estratégia disponível para alguns sortudos é extrair calor de um corpo de água próximo mergulhando um cano na água a uma certa profundidade. Estas são chamadas de bombas de calor de fonte de água. Algumas bombas de calor empregam a estratégia mais incomum de extrair calor do ar que sai do edifício ou da água quente 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 deste tipo. Mas mesmo a Suécia tem uma grande percentagem de bombas de calor a ar, o que desmente a afirmação comum (pelo menos nos Estados Unidos) de que as bombas de calor só são adequadas para aquecer casas em climas amenos.
Portanto, onde quer que você esteja, se puder arcar com os custos iniciais mais elevados, 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