Bomba de calor: princípio de operação, áreas de aplicação

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Conseguimos calor queimando madeira, carvão, derivados de petróleo e gás. Mas esses métodos de aquecimento que nos são familiares são, na verdade, primitivos e perigosos: eles desperdiçam irremediavelmente os recursos da terra e poluem a atmosfera. Isso não pode durar muito. Portanto, os métodos tradicionais estão sendo substituídos por tecnologias de eficiência energética que podem gerar calor da terra e do ar sem prejudicar a natureza.

O que é uma bomba de calor?

O calor é encontrado em todos os lugares: no ar, na água e na terra. Uma bomba de calor é um transformador de calor elevador, um dispositivo que retira o calor do ambiente e o transfere para o sistema de aquecimento e abastecimento de água quente. Quando uma bomba de calor está funcionando, a energia é gasta não no aquecimento direto do refrigerante, mas no bombeamento e na conversão de calor do ambiente para a casa. Assim, uma alta eficiência energética do dispositivo é alcançada: quando 1 quilowatt de eletricidade é consumido para o funcionamento do compressor, 3-5 kW de energia térmica é gerado (coeficiente térmico COP é de 3-5 unidades).

Que tipo de bombas de calor existem?

As bombas de calor são classificadas em três tipos:

• Aerotérmicos (ar), que recebem energia térmica da atmosfera.
• Geotérmico, extraindo calor da terra.
• Aquatermal (água) - classe de equipamento que aproveita o calor do meio aquático: rios, lagos, mar, aquífero subterrâneo.

A bomba aerotérmica extrai calor por meio de um trocador de calor de ar - um radiador externo. As bombas de origem subterrânea recebem energia térmica do solo através de campos geotérmicos - estes são colocados horizontalmente abaixo da superfície dos tubos de terra, ou furos (sondas), onde os tubos são instalados verticalmente. As sondas também podem ser posicionadas em um ângulo, uma vez que nem todas as áreas têm a capacidade de perfurar em profundidade. Os coletores da bomba aquatermal são colocados em um reservatório ou poço de água.

As bombas de calor de origem subterrânea operam com mais eficiência devido às temperaturas estáveis ​​do solo durante todo o ano. Com bombas aerotérmicas, o coeficiente térmico (COP) cai a uma temperatura externa de -15 ° C. As bombas de calor de água dependem da qualidade da água: algas, calcário, corrosão - esses fatores reduzem significativamente o desempenho do dispositivo.

Como funciona uma bomba de calor com fonte de ar?

O funcionamento de qualquer bomba de calor é dividido em três fases:

• coleta de calor do ambiente;
• um aumento na temperatura do calor coletado;
• transferência de calor para o sistema de aquecimento e abastecimento de água quente.

A única diferença é o método de obtenção de calor de baixo grau do ambiente. Com uma bomba de calor de fonte de ar, isso é feito da seguinte forma:

• O refrigerante circula através do evaporador da bomba de calor de ar - Freon. É um líquido anticongelante e altamente volátil que ferve a baixas temperaturas. A temperatura do freon é sempre inferior à temperatura do ar e, portanto, sob sua influência, o refrigerante ferve e se transforma em vapor. Isso é chamado de transferência de calor diferencial térmico.
• O vapor de freon entra no compressor, onde é comprimido. Sob a influência da alta pressão, o vapor do refrigerante se aquece: a temperatura do vapor de freon comprimido pode chegar a 128 ° C. Este calor entra no condensador.
• No condensador, o vapor Freon quente transfere energia térmica para o circuito de aquecimento e aquecimento de água. Quando a energia térmica é liberada, o vapor é resfriado e novamente se torna um estado líquido, mas ao mesmo tempo mantém uma alta pressão. E também a temperatura do refrigerante nesta fase ainda é insuficiente para um novo ciclo de absorção de calor do meio ambiente. Portanto, após o trocador de calor, o freon passa pela válvula borboleta, onde a pressão cai e a temperatura cai. Depois disso, o refrigerante vai para o circuito externo para um ciclo repetido.

Como funciona uma bomba de calor geotérmica e aquatermal?

O princípio de funcionamento dessas bombas de calor difere apenas na extração de calor do ambiente. Aqui, um circuito de tubos subterrâneos ou imersos em água atua como um trocador de calor. Não é um refrigerante que circula pelos tubos, como nas bombas de ar, mas um intermediário - propilenoglicol, álcool ou uma mistura de água-glicol. São esses líquidos que acumulam o calor obtido da água ou do solo e o transferem para o evaporador da instalação.

O refrigerante entra no evaporador, aquece o freon, convertendo-o em vapor. O vapor de freon passa pelo compressor, onde é comprimido e aquecido. Depois disso, também entra no condensador, onde transfere o calor para o aquecimento e o abastecimento de água quente. O ciclo termina quando o refrigerante passa pela válvula de estrangulamento, onde ocorre o processo de despressurização e resfriamento. O freon resfriado entra no evaporador novamente.

Resumindo: o calor do ar, da água ou da terra é necessário apenas para ferver o freon e transformá-lo em vapor. Além disso, no compressor, o vapor é aquecido a altas temperaturas sob a influência da pressão, cuja energia é usada para aquecer a água no sistema de aquecimento e no fornecimento de água quente. Desta forma, o calor de baixo grau do ambiente externo é convertido em altas temperaturas do meio de aquecimento do circuito de aquecimento.

Como melhorar a eficiência de uma bomba de calor?

O sistema de aquecimento desempenha um papel importante no desempenho de uma bomba de calor. O equipamento funciona de forma mais eficiente com sistemas de aquecimento de baixa temperatura: piso radiante; unidades do fan coil (trocadores de calor do ventilador). O fato é que a bomba de calor funciona da forma mais eficiente possível a uma temperatura de 35-40 ° C na saída, e esta corresponde à temperatura ideal do meio de aquecimento no sistema de aquecimento por piso radiante a água ou aquecimento por ar.

A bomba de calor pode resfriar?

As bombas de calor podem não apenas aquecer, mas também resfriar - usadas para ar condicionado. Ou seja, o aparelho pode retirar calor do ambiente e removê-lo para fora de acordo com o mesmo princípio, mas apenas na ordem inversa. Uma geladeira também é uma bomba de calor. Este eletrodoméstico não produz frio, ele simplesmente remove todo o calor da câmara de isolamento térmico selada.

Em que áreas são utilizadas bombas de calor?

As bombas de calor são utilizadas para aquecimento e ar condicionado em instalações industriais, edifícios municipais, edifícios residenciais privados e de vários andares. Esta tecnologia é capaz de substituir todos os métodos tradicionais de aquecimento. Um exemplo disso é a Suécia, onde mais de 90% dos edifícios para diversos fins são aquecidos com a ajuda de bombas de calor. As bombas geotérmicas e aerotérmicas são comuns na Europa, EUA e Japão.

Para quem é adequado este tipo de aquecimento?

A bomba de calor só precisa de eletricidade para funcionar. Este tipo de aquecimento é adequado para casas particulares localizadas longe da rede de gás ou onde a conexão do gás é excessivamente cara. A bomba de calor é perfeita para assentamentos não gaseificados onde não há energia suficiente para instalar uma caldeira elétrica. Esse tipo de aquecimento é popular entre quem não quer viver de "barril de pólvora", ou seja, é indicado para pessoas que temem asfixia ou explosão em caso de vazamento de gás. A bomba de calor pode ser usada em edifícios comerciais como aquecimento eficiente em termos de energia.

Quais são os perigos de uma bomba de calor?

A bomba de calor não queima combustível; não produz emissões nocivas para a atmosfera e resíduos para o meio ambiente. É um dispositivo à prova de fogo / explosão e ecologicamente correto. O refrigerante circula em circuito fechado e não representa perigo para a natureza e o ser humano.

O que procurar ao escolher uma bomba de calor?

Como mencionamos, as bombas de calor são divididas em três tipos: aerotérmicas, aquatérmicas e geotérmicas. Os primeiros funcionam com o calor atmosférico e têm duas desvantagens significativas: quedas de temperatura e poluição regular do radiador. Em geadas severas, o coeficiente térmico (COP) cai para 1, em vez do declarado 3-5. E também a poluição constante dos radiadores externos reduz a eficiência das bombas aerotérmicas. Essas instalações são mais adequadas para climas temperados com invernos amenos.

As bombas aquatérmicas são exigentes com a qualidade da água e sua eficiência diminui quando o circuito do refrigerante fica sujo ou coberto de depósitos.

Para nossas condições, a melhor escolha é bombas de calor geotérmicas. O sistema "solo-água" é o mais conveniente, confiável e eficiente para aquecimento e abastecimento de água quente em casa. Isso se deve à temperatura quase constante do solo ao longo do ano. O campo geotérmico é colocado abaixo do ponto de congelamento do solo, o que permite que a instalação funcione de forma estável e produza um alto coeficiente térmico. Por exemplo, COP das bombas de calor geotérmicas da série FH (ФХ-401, FH-405, FH-415) até 5 unidades!

Na hora de escolher o equipamento, é importante que ele não apenas aqueça a água de forma banal, mas também tenha características avançadas que atendam aos requisitos de uma bomba de calor moderna. Considere por exemplo bomba de calor geotérmica IQ (inversor) ФХ-415. A instalação está equipada com: um dispositivo de acesso remoto; reinicialização automática em caso de queda de energia; proteção de bombas de circulação; proteção de desequilíbrio de fase; modo de controle de clima para temperatura do ar; horário de trabalho semanal; modo dependente do clima; controle do elemento de aquecimento do tanque de água quente; Memória não volátil; habitação à prova de som. Isso garante a confiabilidade, durabilidade e alta eficiência energética do equipamento.

Como você se sente em relação a esses sistemas de aquecimento? Escreva nos comentários.

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