Guia para bombas de calor. Neste artigo, vamos analisar como selecionar e comparar diferentes bombas de calor e como decidir qual a melhor bomba de calor para si. Analisamos as bombas de calor de fonte de ar, as bombas de calor de fonte de terra e as bombas de calor de fonte de água, considerando alguns prós e contras, bem como os custos de instalação e comparando as classificações de eficiência.

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No último artigo sobre bombas de calor, analisámos os diferentes tipos de bombas de calor e o seu funcionamento. Neste vídeo, vamos ver como selecionar uma e como comparar diferentes bombas de calor. Pode ver o artigo anterior sobre bombas de calor clicando aqui.

Porque é que as bombas de calor são eficientes

Se olharmos para os métodos de aquecimento convencionais.

Uma caldeira ou forno a gás tem uma eficiência de 0,85%, por isso, para fornecer 10 000 kWh de aquecimento durante a estação de aquecimento, precisamos de introduzir 11 765 kWh de energia a partir do gás, porque precisamos de queimar o combustível e depois tentar captar todo o calor que produz antes de sair da chaminé.

Um aquecedor elétrico é 100% eficiente, pelo que, para fornecer 10 000 kWh de aquecimento, precisamos de 10 000 kWh de eletricidade. Para isso, estamos a transformar a eletricidade diretamente em calor através da resistência. Não podemos obter mais calor do que a energia que colocamos, pelo que só obtemos 10 000 kWh.

Uma bomba de calor de fonte de ar é talvez 400% eficiente em comparação (ou seja, tem um COP de 4, veremos o que isso significa mais tarde), por isso, para fornecer 10 000 kWh de aquecimento, precisamos de introduzir 2500 kWh de eletricidade. Parece mágico, certo? Bem, não existe tal coisa como a magia.

O que significa que utilizaremos 1 kWh de eletricidade para captar 3 kWh de calor do ar ambiente exterior e produzir 4 kW de calor. A eletricidade é utilizada pelo compressor para enviar o fluido frigorigéneo pelo sistema e captar o calor do exterior, trazendo-o depois para o interior. Isto é possível porque o fluido frigorigéneo tem um ponto de ebulição extremamente baixo.

Os refrigerantes têm um ponto de ebulição muito mais baixo, por exemplo, o R134a ferve a -26,3°C (-15,34°F) e o R410A ferve a -48,5°C (-55,3°F), pelo que, mesmo quando o ar exterior está muito frio, podemos captar energia suficiente para fazer ferver o refrigerante e, ao ferver, este transporta a energia térmica para o interior do corpo.Obviamente, quanto mais quente for o ar exterior, maior será a energia térmica a captar e, a certa altura, torna-se economicamente inviável captar a energia devido ao custo do consumo de eletricidade.

Qual a bomba de calor que deve adquirir?

Em primeiro lugar, temos de decidir se queremos fornecer água quente ou ar quente à propriedade. Se for ar quente, também queremos que forneça refrigeração durante o verão?

Temos acesso a um lago ou a um rio? Se não tivermos, não podemos utilizar a fonte de água.

A bomba de calor vai ser instalada numa propriedade nova ou já existente? Se for existente, é provável que seja necessário instalar radiadores maiores ou aquecimento por baixo do chão para maximizar o calor, uma vez que a temperatura é inferior à de uma caldeira convencional.

Também temos de ter em conta o nosso orçamento, uma vez que os custos variam consoante o tipo.

Depois podemos decidir se uma bomba de calor de fonte de ar, de fonte de solo ou de fonte de água é a melhor para nós.

Fonte de ar

A fonte de ar é a mais rápida e fácil de instalar e assemelha-se a uma unidade de ar condicionado normal. Pode utilizar estas unidades para gerar água quente ou ar quente, algumas unidades podem também incorporar uma válvula de inversão para funcionar também no modo de arrefecimento.

A unidade da bomba de calor aerotérmica é instalada no exterior e não se esqueça de que irá criar algum ruído devido às ventoinhas e aos compressores. Estes precisam de ter acesso ao ar ambiente, por isso não os feche, caso contrário irá provocar uma re-circulação e estará a tentar extrair energia do ar do qual acabou de extrair energia, o que não é eficiente e irá desperdiçar eletricidade.

Estas unidades são as mais baratas de instalar, mas são normalmente as menos eficientes porque o ar tem uma baixa densidade e capacidade de aquecimento em comparação com o solo ou a água.

Os custos aproximados de instalação de um sistema de bomba de calor aerotérmica são da ordem dos US$7.000 - 11.000: £6.000 - 8.000: € 7.000 - 9.000, o que varia drasticamente consoante a localização, a complexidade, o tamanho, etc.

Fonte subterrânea

A fonte subterrânea é a segunda opção mais popular, é mais utilizada para a produção de água quente, mas também pode obter unidades e sistemas que podem inverter para fornecer arrefecimento. Utiliza a energia térmica incorporada no solo proveniente do sol. Esta opção é normalmente mais eficiente do que a fonte de ar porque o solo tem uma maior densidade e capacidade de calor em comparação com o ar. Esta opção requerNo entanto, a escavação extensiva é mais adequada para novas construções, uma vez que pode ser incorporada na construção para reduzir os custos.

O tipo horizontal utiliza tubos enterrados no solo a cerca de 1 - 2 m (3.3 - 6.6Ft) e poderá extrair tipicamente 10-30 Watts por metro de tubo, dependendo do tipo de solo. Os custos de instalação são tipicamente de US$13k - 24k : £10k - 18K : €12k - 20k mas isto varia drasticamente com a localização, complexidade e tamanho.

Se não tiver acesso a muito terreno, temos o tipo vertical, que utiliza um circuito de tubos colocados em orifícios verticais profundos. Os orifícios têm normalmente entre 15 e 150 m de profundidade e é possível extrair entre 10 e 50 watts por metro, dependendo do tipo de solo e do teor de água. Os custos de instalação são normalmente de 18 a 32 mil dólares: 14 a 24 mil libras: 16 a 27 mil euros, mais uma vez, variando drasticamentecom a localização, complexidade e dimensão.

Bombas de calor de fonte de água

A terceira opção que temos é a fonte de água. Este é o tipo menos comum, simplesmente porque a propriedade precisa de ter acesso a um lago ou rio. Para este tipo, existem duas opções, circuito aberto ou fechado. O circuito fechado utiliza uma mistura de água + anticongelante para circular e captar o calor. Em alternativa, temos o tipo aberto que puxa a água da fonte, extrai a energia e depois liberta essa águade volta à fonte a alguma distância.

Este tipo de sistema tem normalmente autorizações mais rigorosas exigidas pelas autoridades locais. Considere também que, se o sistema tiver uma fuga e o refrigerante ou o anticongelante entrar na fonte de água, será tóxico para a vida selvagem e poderá mesmo receber uma multa da agência de proteção ambiental.

No entanto, esta opção é muito eficiente, mais do que a fonte de ar ou de terra. Os tubos estão constantemente rodeados de água e a corrente e o fluxo de água significam que a fonte de energia é constantemente reabastecida. É também bastante fácil de instalar e muito mais barata do que a fonte de terra.

Normalmente, uma unidade de fonte de água pode fornecer cerca de 20 a 60 watts por metro quadrado de superfície de água.

O custo de instalação é normalmente de 10K - 15K dólares: 8K - 12K libras: 9K - 14K euros, variando drasticamente em função da localização, complexidade e dimensão.

Comparação de diferentes unidades e eficiência

Existem muitas normas utilizadas em todo o mundo para avaliar a eficiência das bombas de calor, mas vou abordar apenas algumas das mais comuns, centrando-me nas unidades fabricadas nos EUA e na UE.

COP - Aquecimento ou arrefecimento

Os valores COP ou coeficiente de desempenho são utilizados em todo o mundo tanto para aquecimento como para arrefecimento, sendo simplesmente a produção de aquecimento ou arrefecimento dividida pela entrada de eletricidade. No entanto, não é um bom indicador de eficiência porque apenas dá uma ideia do desempenho de uma unidade em condições muito precisas. Por exemplo, uma unidade tem um COP de aquecimento de 2,9 e isso é conseguido quando o ar exterior está a -3°CDB/-4°C WB (26,6°F DB/24,8°F WB) enquanto fornece água a 35°C (95°F) para 8,3 kW de aquecimento e consome 2,86 kW de eletricidade. Como a temperatura do ar exterior varia de hora a hora e diariamente, esta não é uma boa indicação da eficiência. Revimos a literatura do fabricante de muitas unidades de fonte de ar e descobrimos que variam entre 2,75 e 6,13.

SCOP - Coeficiente de desempenho sazonal

É um indicador muito melhor do que o COP. O fabricante tem de testar o desempenho das suas unidades a diferentes temperaturas do ar exterior. Espera-se que a unidade funcione durante um determinado número de horas a cada temperatura por ano, dependendo do local da Europa onde se encontra. Existem três zonas: quente, média eO calor fornecido e a eletricidade consumida durante as horas de funcionamento especificadas a cada temperatura são acumulados e divididos para obter um COP médio para o ano. O SCOP também considera o consumo de energia para coisas como o modo de espera e o aquecimento do cárter, etc.

As bombas de calor produzidas na UE têm autocolantes que permitem ao comprador ver rápida e facilmente o desempenho previsto da unidade consoante o clima em que se encontra.

Analisámos uma série de unidades de fonte de ar para fins domésticos e verificámos que os valores típicos de SCOP se situam entre 3,9 e 5,2; quanto mais elevado for o número, mais eficiente é.

EER - Rácio de eficiência energética

Trata-se de uma medida da eficiência de arrefecimento de uma unidade, utilizada principalmente nos EUA, mas também na UE. É o rácio da capacidade de arrefecimento de uma unidade em BTUs dividido pelos watts consumidos para a produzir. Esta medida só é testada numa condição, geralmente uma temperatura do ar exterior de 35°C e uma temperatura do ar interior de retorno de 26°C a 50% de humidade relativa, pelo que não se recomenda a sua utilizaçãoIsto não é suficiente para estimar o seu consumo anual de energia nem para avaliar o desempenho da unidade na sua localização, a menos que viva num clima quente. No entanto, é uma boa forma de comparar unidades de diferentes fabricantes para o pico de carga de verão. Quanto maior for o número, mais eficiente é a unidade.

UE - Das unidades que analisámos, encontrámos unidades classificadas entre 2,61 e 6,5.

EUA - das unidades que analisámos, encontrámos unidades com classificações entre 11 e 16

SEER - Rácio de Eficiência Energética Sazonal

O SEER, ou rácio de eficiência energética sazonal, é utilizado nos EUA e na UE em unidades que funcionam em modo de arrefecimento. Os fabricantes calculam o valor SEER das suas unidades testando-as a uma série de temperaturas exteriores diferentes para representar uma estação de arrefecimento. As unidades de medida são diferentes, sendo os modelos da UE calculados em watts de arrefecimento por watts de eletricidade utilizada e os modelos dos EUAcalculado com base nos BTU de arrefecimento por watt de eletricidade utilizada.

Em ambos os casos, isto é adequado para unidades instaladas em climas muito médios. Se a unidade for instalada numa zona mais quente ou mais fria dos EUA ou da UE, então não representará exatamente o desempenho da unidade. Por isso, é uma boa forma de comparar diferentes unidades, mas não é uma boa forma de calcular o consumo de energia, a não ser que viva numa zona com condições climatéricas bastante médias.

Normalmente, os valores SEER para as unidades dos EUA situam-se entre 14 e 24 e para as unidades da UE entre 5,25 e 7,2; quanto mais elevado for o número, mais eficiente é a unidade.

HSPF - Fator de desempenho sazonal do aquecimento

É utilizado nos EUA para o modo de aquecimento das bombas de calor com fonte de ar. É o rácio entre a produção de calor em BTU durante uma estação de aquecimento dividido pelo número de watts-hora de eletricidade utilizados para o produzir e tem em conta o aquecimento elétrico suplementar. Os fabricantes calculam o HSPF das suas unidades testando-as a temperaturas diferentes definidas para representar uma estação de aquecimento.estimativa do desempenho da unidade, que pode não ser o mesmo na realidade, especialmente se for sobredimensionada. É uma boa forma de comparar unidades diferentes.

Normalmente, uma unidade situa-se entre 7,7 e 14. Quanto mais elevado for o número, mais eficiente é a unidade.