Um ambiente confortável desempenha um papel fundamental na forma como passamos nossos dias, e uma maneira de alcançá-lo é através de aparelhos de ar condicionado e bombas de calor. Estamos todos muito familiarizados com condicionadores de ar, mas a maioria das pessoas não sabe que um condicionador de ar também é um tipo específico de bomba de calor e existem muitos outros sistemas que podem ser usados para o mesmo propósito de aquecer ou resfriar sua casa.
Nos tempos atuais, simplesmente não podemos prescindir de aquecimento e resfriamento adequados. É um requisito fundamental pensar no controle de temperatura ao projetar edifícios residenciais ou comerciais. Infelizmente, isso tem uma desvantagem, pois esses requisitos podem vir com uma enorme pegada de energia. Embora alguns aparelhos de ar condicionado possam consumir energia, existem várias formas de aquecimento e resfriamento que podem ser benéficas na criação de uma casa com eficiência energética.
Vejamos quais são esses outros tipos de bombas de calor, como funcionam e como você pode escolher uma adequada às suas necessidades.
O que são bombas de calor?
Simplificando, uma bomba de calor é um dispositivo usado para transferir calor de um lugar para outro. Pode ser utilizado tanto para aquecimento como para arrefecimento. Ele pode receber calor de dentro e ejetá-lo para fora (resfriamento), ou pode receber calor de fora e injetá-lo dentro (aquecimento).
Agora, existem várias maneiras pelas quais essa função pode ser alcançada; vamos detalhar isso:
A eficiência das bombas de calor é muito maior do que os aquecedores de resistência elétrica. Mas há um porém. Essa eficiência diminui à medida que o gradiente de temperatura ou a diferença entre as temperaturas externa e interna começa a aumentar.
O uso do termo “bomba de calor” pode confundir a maioria das pessoas ao pensar que esses dispositivos só podem aquecer um espaço interno e não resfriá-lo. Mas, como definimos anteriormente, eles podem fazer os dois trabalhos, geralmente por meio de um único dispositivo. Isto é conseguido através do uso de uma “válvula de reversão” no caso de condicionadores de ar. Através deste mecanismo, as bobinas do condensador e do evaporador podem ser trocadas, ou seja, o condensador pode se tornar o evaporador e o evaporador pode se tornar o condensador, conforme necessário.
Como funcionam as bombas de calor?
Como uma bomba de calor funciona é movendo um fluido conhecido como refrigerante por diferentes componentes conhecidos como evaporador, condensador, compressor e válvula de expansão. O refrigerante é o meio primário através do qual o calor é removido ou adicionado na sala. Ele pode absorver o calor do ambiente e resfriá-lo quando combinado por outros componentes, como evaporadores ou condensador. No ciclo seguinte, veremos como uma bomba de calor pode ser usada para resfriar um ambiente. O mesmo processo pode ser revertido para obter um arranjo de aquecimento.
O refrigerante é passado através de uma válvula de expansão, que converte o refrigerante anteriormente líquido em gás. Durante esta expansão, o refrigerante arrefece. Em seguida, é executado através de uma série de bobinas no evaporador, que são sopradas com um ventilador. Assim, o ar frio é injetado na sala e o calor é absorvido pelo refrigerante, que se transforma em gás quente.
Em seguida, é executado através do compressor, onde é comprimido e convertido em um gás de alta pressão e alta temperatura. O refrigerante é introduzido através de uma rede de bobinas no condensador e soprado por ventiladores para remover o calor armazenado e ejetá-lo na atmosfera externa. O refrigerante, que agora é um líquido neste ponto, é submetido a um ciclo novamente pelo mesmo processo para continuar recebendo ar frio.
Como funciona a bomba de calor no modo de resfriamento?
O refrigerante líquido é bombeado através da serpentina interna (evaporador) e o ar de dentro do seu quarto é soprado sobre ele. O refrigerante absorve energia térmica e o ar frio resultante é soprado de volta para dentro da casa. O refrigerante então evapora na forma de gás.
O refrigerante gasoso é então enviado para o compressor, que o pressuriza. Pressurizar o refrigerante gasoso o aquece. O refrigerante quente e gasoso é então enviado para a serpentina externa (condensador). O ventilador da unidade externa sopra ar externo sobre a serpentina. O refrigerante transfere seu calor para o ar externo porque o ar externo é mais frio que o refrigerante. À medida que o refrigerante esfria, ele se condensa de volta em um líquido.
O refrigerante líquido é enviado para a válvula de expansão na unidade interna, que reduz sua pressão para resfriá-lo ainda mais. O refrigerante líquido frio está agora pronto para ser bombeado de volta para a serpentina do evaporador e o ciclo pode começar novamente.
Como funciona uma bomba de calor no modo de aquecimento?
No modo de refrigeração, não há diferença significativa entre um ar condicionado e uma bomba de calor. No entanto, no modo de aquecimento, a característica mais distintiva da bomba de calor entra em jogo:a válvula de inversão. A válvula de inversão inverte o fluxo do refrigerante de tal forma que a bomba de calor libera energia para a casa. Assim, a serpentina da unidade externa desempenha o papel de evaporador e a serpentina da unidade interna desempenha o papel de condensador.
O processo geral permanece o mesmo. Primeiro, o refrigerante líquido é bombeado através da serpentina externa (evaporador) e o ar externo é soprado sobre ela. Então, depois que o refrigerante absorve a energia térmica, o ar frio resultante é soprado para fora. O refrigerante líquido então evapora em um gás.
O refrigerante gasoso passa pelo compressor, que o pressuriza para aquecê-lo. O refrigerante gasoso é então enviado para a serpentina interna (condensador). O ventilador interno sopra frio, ar interno sobre o refrigerante gasoso. Como o ar interno é mais frio que o refrigerante gasoso, o refrigerante perde calor para o ar interno. O ar quente resultante é soprado para dentro da casa.
Enquanto isso, o refrigerante se condensa em um líquido e é bombeado para a válvula de expansão, despressurizando-o para resfriá-lo ainda mais. Finalmente, o refrigerante líquido frio é bombeado para a serpentina externa (evaporador), para que o ciclo possa recomeçar.
1. Tipo de bomba de calor:Bombas de calor ar-ar
Como é evidente, as bombas de calor ar-ar funcionam usando o ar como dissipador de calor e fonte de calor. Exemplos comuns de tais sistemas são condicionadores de ar residenciais e comerciais. Esses sistemas também são reversíveis, o que significa que podem ser usados para aquecimento ou resfriamento.
As bombas de calor ar-ar são sistemas de ar condicionado energeticamente eficientes, com instalação mais barata e custos iniciais do que outros sistemas de bombas de calor. Eles podem fornecer aquecimento e resfriamento suficientes em zonas climáticas e, portanto, são adequados para uso em grandes partes do país.
Há, no entanto, uma desvantagem para essas bombas de calor. Sua eficiência diminui à medida que a diferença de temperatura entre a temperatura interna e externa aumenta. Em frio extremo ou calor extremo, as bombas de calor ar-ar podem enfrentar alguma dificuldade em operar conforme desejado. Em climas frios, isso pode ser especialmente um problema e dificultar as operações de ar condicionado. No entanto, o recurso de proteção contra congelamento em algumas bombas de calor pode ajudar significativamente a evitar que seus tubos congelem em frio extremo a baixo custo.
Existem alguns tipos diferentes de bombas de calor ar-ar. Vejamos cada um deles a seguir:
a) Bomba de calor Mini-Split (Bomba de calor sem dutos)
As bombas de calor mini-split estão crescendo rapidamente em popularidade em consumidores residenciais e, de fato, comerciais, devido à sua facilidade de instalação, flexibilidade e eficiência energética. Na verdade, eles podem ser ainda mais eficientes em termos de energia quando acoplados a um controlador inteligente de CA. Esses tipos de bombas de calor não requerem uma extensa rede de dutos ou respiros e são adequados para retrofits onde estruturas mais antigas precisam ser equipadas com um sistema de ar condicionado moderno.
Esses sistemas consistem em duas partes, uma unidade interna e uma unidade externa. A unidade externa abriga o condensador, que ejeta o calor indesejado para fora, enquanto a unidade interna lança ar frio ou quente na sala.
Uma unidade externa mini-split também pode ser usada para alimentar várias unidades internas, dando origem ao que é conhecido como mini-splits multizona. Através deste método, unidades individuais podem ser controladas independentemente no que é conhecido como “zoneamento”.
Modo de proteção contra congelamento (FP) no controle Cielo Breez Smart AC
O modo Freeze Protection é um recurso exclusivo e inovador para quem tem casas em climas extremamente frios. Com a proteção contra congelamento, você pode manter uma temperatura confortável no espaço interno, mesmo quando não estiver em uso.
O ar condicionado pode funcionar em um modo de aquecimento de baixa potência, garantindo que a sala não fique insuportavelmente fria. Este modo é ideal para quando você não está ocupando o espaço, mas também não quer que ele congele ou fique muito frio
b) Bomba de calor do ar de exaustão
Uma variante menos conhecida das bombas de calor ar-ar são as bombas de calor de ar de exaustão, que usam o ar de exaustão de um processo separado e extraem calor dele. Os requisitos para esse tipo de bomba de calor são que ela esteja localizada perto de um sistema de exaustão com fluxo constante e também temperaturas consistentes.
2. Tipo de bomba de calor:bombas de calor subaquáticas/subterrâneas
Conforme discutido acima, uma desvantagem das bombas de calor ar-ar é a variação de temperatura observada no ambiente. Entre os diferentes tipos de bombas de calor, as bombas de calor subterrâneas ou submarinas eliminam este problema porque o solo tem uma temperatura quase constante ao longo do ano. Assim, as bombas de calor subterrâneas ou subaquáticas fornecem ar frio ou quente eficiente durante todo o ano. Além disso, a eficiência da bomba de calor para este tipo é muito maior do que os outros tipos, devido ao seu baixo consumo de energia.
a) Bombas de calor de fonte de água
As bombas de calor subaquáticas usam uma fonte de água como meio de troca de calor. Mas um pré-requisito é, obviamente, que uma fonte de água esteja localizada nas proximidades. Essas bombas de calor também podem funcionar como bombas de calor reversíveis, absorvendo calor da água para aquecer o ambiente interno e também liberando o calor absorvido do interior para o corpo de água.
Isto é conseguido através de uma série de bobinas ou laços colocados sob o corpo de água. O refrigerante, em alguns casos, a própria água, é bombeado através dessas bobinas e depois encaminhado para dentro da casa para fornecer aquecimento ou resfriamento.
Como mencionado anteriormente, as temperaturas subaquáticas permanecem estáveis durante todo o ano, e as bombas de calor de fonte de água podem ser bem utilizadas em climas extremos, sem queda no desempenho.
Mesmo que os sistemas subaquáticos não exijam preparação extensiva escavando o solo (como é o caso dos sistemas geotérmicos), eles ainda são caros inicialmente em comparação com os sistemas ar-ar.
Uma outra distinção em sistemas subaquáticos pode ser feita, ou seja, sistemas de circuito aberto e circuito fechado. Um sistema de circuito fechado possui um refrigerante dentro dele, que é constantemente reciclado pela rede de tubulação. O refrigerante não precisa ser reabastecido repetidamente. Os sistemas de circuito aberto, por outro lado, captam água da fonte de água e a bombeiam para dentro da casa. Esta água é então ejetada de volta para a fonte de água. A mesma quantidade de água não é bombeada continuamente pela rede. As bombas de calor de fonte de água são, portanto, a escolha certa para casas rurais perto de corpos d'água.
b) Bombas de calor geotérmicas
Também conhecidos como bombas de calor geotérmicas, esses sistemas usam o calor do solo em vez da água para aquecer ou resfriar um espaço interno. O solo também é uma fonte de calor de temperatura quase constante ao longo do ano e pode depender das necessidades de aquecimento e resfriamento. Assim como as bombas de calor subaquáticas, um refrigerante é passado por bobinas e loops que são colocados no subsolo. Este refrigerante é então bombeado para dentro da casa, onde o calor é trocado.
No verão, isso significa que o refrigerante transporta refrigerante frio para dentro da casa, onde absorve o calor do espaço interno e aquece, enquanto a casa esfria. O inverso é verdadeiro durante os invernos, quando o refrigerante ejeta calor na sala enquanto se resfria.
Os tubos subterrâneos podem ser colocados em várias configurações. Eles podem ser colocados em loops horizontais sob o solo ou podem ser perfurados verticalmente para maiores profundidades em tubos. Esses tubos em forma de U são conectados na parte inferior, formando uma rede interconectada.
3. Tipo de bomba de calor:bombas de calor híbridas
Em climas muito frios, uma bomba de calor pode ter problemas devido à enorme diferença de temperatura entre a temperatura externa e a temperatura interna desejada. Isto é especialmente verdadeiro para sistemas ar-ar, que podem parar de funcionar em temperaturas próximas ao congelamento, necessitando do uso de fornos, que são uma despesa adicional.
Além disso, embora as bombas de calor geotérmicas e subaquáticas possam funcionar em uma faixa de temperatura mais ampla, elas são melhores no resfriamento do que no aquecimento.
Para combater esse problema, você pode usar bombas de calor híbridas. Estes sistemas são uma combinação de dois tipos diferentes de bombas de calor, cada uma adequada a diferentes condições e requisitos climáticos. Um exemplo de tal arranjo é de bombas de calor movidas a energia solar. Eles usam a energia solar como fonte de energia para alimentar sistemas de aquecimento adicionais ou podem ser usados diretamente para fornecer aquecimento, aproveitando a energia do sol.
Em poucas palavras – qual tipo de bomba de calor é melhor para você?
Seja qual for o sistema que você escolher entre os diferentes tipos de bombas de calor, certifique-se de ter uma visão completa da zona climática em que se encontra, seu orçamento, requisitos e, claro, a localização de sua bomba de calor. Se você estiver reformando um prédio antigo e existente, seria mais adequado optar por uma bomba de calor mini-split. Mas se você mora perto de um grande corpo de água em uma área rural, vale a pena dar uma olhada em uma bomba de calor geotérmica ou submarina.
Além das preferências pessoais e limitações geográficas, é importante ficar de olho nos custos de instalação e operação. Conforme discutido anteriormente, um sistema geotérmico será caro de instalar, mas os custos operacionais podem ser extremamente baixos, em comparação com uma bomba de calor sem dutos. Mas, por outro lado, um sistema sem dutos será muito mais barato de comprar e instalar, com tempos mínimos de instalação também.
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