O que é uma bomba de calor e como ela funciona?

O que é uma bomba de calor?

O sistema de bomba de calor, como parte do aquecimento e resfriamento doméstico, não apenas resfria a casa, mas também fornece aquecimento. Eles usam refrigerantes para transferir calor de espaços internos para externos e, em meses mais quentes, extraem calor do ar interno. Esses sistemas, instalados fora de sua casa e alimentados por eletricidade, mantêm temperaturas internas confortáveis durante todo o ano sem a necessidade de sistemas de aquecimento adicionais.

Quais são os tipos de bombas de calor?

Existem 3 tipos de bombas de calor:

1.Bombas de calor de fonte de ar (ASHP):

• ASHPs extraem calor do ar externo e o usam para fins de aquecimento em ambientes internos. Eles funcionam absorvendo calor do ar ambiente e transferindo-o para ambientes internos por meio de um ciclo de refrigerante.
• Eles são comumente usados em climas moderados, onde as temperaturas não costumam cair muito. ASHPs são eficientes e econômicos para fins de aquecimento e resfriamento.

Existe outro termo, “bomba de calor ATW”, que significa “bomba de calor ar-água”. É o tipo mais comum de bomba de calor que extrai calor do ar externo e o transfere para a água, normalmente para aquecimento de espaços internos ou para uso de água quente doméstica.
Uma bomba de calor ATW opera de forma semelhante a uma bomba de calor de fonte de ar (ASHP), que extrai calor do ar externo. No entanto, a principal diferença está em como o calor extraído é utilizado. Enquanto uma ASHP pode distribuir o calor diretamente para o ar interno, uma bomba de calor ATW transfere o calor coletado para um sistema à base de água.
Este tipo de bomba de calor é comumente usado em sistemas de aquecimento hidrônicos onde a água é circulada por sistemas de aquecimento de piso, radiadores ou usada para fins de água quente doméstica. O calor extraído do ar externo é transferido para a água, que é então circulada pelo edifício para fornecer calor.
As bombas de calor ATW são conhecidas por sua eficiência e versatilidade, oferecendo capacidades de aquecimento e potencialmente resfriamento ao utilizar o calor latente presente no ar ambiente. Elas são particularmente populares em climas moderados, onde podem extrair calor do ar de forma eficiente, mesmo em temperaturas mais baixas.

2.Bombas de calor de fonte de água (WSHP):

• As WSHPs operam de forma semelhante às GSHPs, mas extraem calor de uma fonte de água, como um poço, lago ou rio, em vez do solo.
• Eles usam água como meio de troca de calor para transferir calor para um edifício ou para fornecer aquecimento ou resfriamento.
• As WSHPs são vantajosas em áreas onde há fontes de água disponíveis e podem fornecer aquecimento e resfriamento consistentes e eficientes.

3.Bombas de calor geotérmicas (GSHP):

• As GSHPs aproveitam o calor do solo ou de um corpo de água, usando um sistema de loop de aterramento enterrado ou submerso em água.
• Eles são altamente eficientes porque as temperaturas subterrâneas são relativamente estáveis ao longo do ano, proporcionando aquecimento ou resfriamento consistente, independentemente das condições climáticas externas.
• As GSHPs exigem mais custos iniciais de instalação devido ao sistema de loop de aterramento, mas oferecem economia de energia a longo prazo.

Cada tipo de bomba de calor tem suas vantagens e é adequada para diferentes condições ambientais e localizações geográficas, atendendo a diversas necessidades de aquecimento e resfriamento.

Além disso, de acordo com o design e a composição do sistema da bomba de calor, ela também pode ser dividida em bomba de calor Split e bomba de calor Monobloc. Enquanto uma bomba de calor monobloc consolida a maioria dos componentes em uma única unidade, uma bomba de calor split separa os principais componentes em unidades internas e externas conectadas por linhas de refrigerante.

Bomba de calor dividida:

• Características do projeto: Uma bomba de calor dividida compreende duas unidades separadas — uma unidade interna e uma unidade externa. A unidade externa contém o compressor e o condensador, enquanto a unidade interna abriga o evaporador e a válvula de expansão.
• Características: Uma bomba de calor dividida conecta as unidades interna e externa por meio de linhas de refrigerante. Este design requer mais etapas de instalação e espaço, potencialmente envolve manutenção mais complexa, mas oferece flexibilidade para se adaptar a vários requisitos de instalação.

Bomba de calor monobloco:

• Características do projeto: Uma bomba de calor monobloco integra os componentes mais essenciais em uma única unidade externa, geralmente incluindo o compressor, trocadores de calor (evaporador e condensador), válvula de expansão e sistema de controle.
• Características: O design de uma bomba de calor monobloco é simples, a instalação e a manutenção são relativamente diretas, oferece uma aparência organizada e geralmente tem uma estrutura mais compacta.

Quais são os principais componentes de um sistema de bomba de calor?

1. Compressor: Este é o coração do sistema de bomba de calor. O compressor pressuriza e circula o refrigerante, facilitando o processo de troca de calor. Em uma bomba de calor monobloco, o compressor é integrado à unidade externa, geralmente em um design compacto e fechado.
2. Permutador de calor (Serpentinas do condensador e do evaporador): As bombas de calor monobloco contêm serpentinas do trocador de calor para a condensação e a evaporação do refrigerante. A serpentina do condensador libera calor para o ambiente interno durante o modo de aquecimento e absorve calor do ambiente interno durante o modo de resfriamento. A serpentina do evaporador absorve calor do ar externo ou do solo durante o modo de aquecimento e o libera para o refrigerante.
3. Válvula de expansão: Este componente regula o fluxo de refrigerante, controlando sua pressão e temperatura. Ele permite que o refrigerante se expanda de um líquido de alta pressão para uma mistura de gás-líquido de baixa pressão antes de entrar na serpentina do evaporador para absorver calor do ambiente externo.
4. Controlador e Eletrônica: A unidade de controle e a eletrônica em uma bomba de calor monobloco gerenciam a operação do sistema. Ela monitora e regula a temperatura, ativa vários componentes como o compressor e os ventiladores, e pode incluir recursos inteligentes para otimização de eficiência e monitoramento do sistema.

Esses componentes trabalham juntos para facilitar o processo de troca de calor, permitindo que a bomba de calor extraia calor do ambiente externo (ar, solo ou água) e o transfira para o espaço interno para aquecimento ou remova o calor do interior para fins de resfriamento. O design monobloco simplifica a instalação e a manutenção, pois a maioria dos componentes vitais são alojados em uma única unidade externa.

Como funciona uma bomba de calor?

Bombas de calor de fonte de ar são dispositivos revolucionários projetados para transferir calor eficientemente do ar ambiente para fornecer aquecimento e água quente para espaços residenciais e comerciais. Elas operam em um princípio semelhante ao de uma geladeira, mas ao contrário.

1. Absorção de calor:
   O processo começa com o fluido refrigerante da bomba de calor, tipicamente um composto como R32, que circula dentro do sistema. Quando a bomba está no modo de aquecimento, o refrigerante passa por uma serpentina do evaporador, absorvendo energia térmica do ar externo, mesmo em temperaturas frias tão baixas quanto -25°C.
2. Compressão e aumento de temperatura:
   O calor absorvido faz com que o refrigerante evapore em um gás. Este gás de baixa temperatura é então comprimido pelo compressor dentro da bomba de calor, aumentando significativamente sua temperatura. Este processo transforma o gás em um estado de alta pressão e alta temperatura.
3. Liberação de calor:
   O gás refrigerante agora quente passa por uma serpentina condensadora, onde libera seu calor acumulado para o espaço interno ou para aquecer água. Esse calor é então distribuído por todo o edifício por meio de um sistema de ventilador ou usado para aquecer a água em um tanque para fins domésticos.
4. Repetindo o ciclo:
   Após liberar seu calor, o refrigerante retorna ao estado líquido e flui de volta para o evaporador para começar o ciclo novamente. Este processo contínuo de absorção de calor, compressão do refrigerante, liberação de calor e, então, retorno ao ponto inicial constitui o ciclo operacional de uma bomba de calor de fonte de ar.

Princípios de funcionamento das bombas de calor

No modo de resfriamento, as bombas de calor absorvem o calor interno e o liberam para o exterior.
No modo de aquecimento, eles absorvem calor do solo ou do ar externo e o liberam para dentro de casa.
Esses sistemas avançados de bombas de calor não são limitados pelas temperaturas ambientes e mantêm operações estáveis mesmo em condições extremas.

Quais são as vantagens de uma bomba de calor?

• Eficiência: As bombas de calor de fonte de ar podem fornecer aquecimento e água quente eficientes mesmo em climas mais frios, embora sua eficácia possa diminuir à medida que as temperaturas caem.
• Impacto Ambiental:Eles usam o calor do ar, que é um recurso renovável, o que os torna ecologicamente corretos em comparação aos sistemas de aquecimento tradicionais que dependem de combustíveis fósseis.
• Versatilidade: As bombas de calor de fonte de ar também podem funcionar ao contrário durante os meses mais quentes, agindo como condicionadores de ar, removendo o calor dos espaços internos e transferindo-o para fora.

Tendências futuras em bombas de calor

A tecnologia de ponta torna os sistemas de bomba de calor mais ecológicos e eficientes. Conforme a tecnologia avança, os futuros sistemas de bomba de calor serão mais inteligentes, eficientes e ecológicos.

Nos últimos anos, os aquecedores de água com bomba de calor ganharam popularidade como soluções de água quente eficientes e ecológicas. Algumas bombas de calor ATW são capazes de operar em uma faixa de temperatura de -25°C a 43°C.

A evolução destas bombas de calor, como Bomba de calor Hetapro Thermalux R290 ATW, elevou a tecnologia a níveis sem precedentes. Equipado com Refrigerantes R290, Inversor CC compressores, e Injeção de vapor aprimorada (EVI) tecnologia, estas últimas bombas de calor podem atingir temperaturas impressionantes de até 75°C. Notavelmente, eles mantêm uma operação estável mesmo em condições extremas, suportando temperaturas tão baixas quanto -35°C.

Conclusão

As bombas de calor de fonte de ar utilizam um mecanismo inteligente e ecológico para aproveitar o calor latente do ar, oferecendo uma solução eficiente para necessidades de aquecimento e água quente em vários ambientes.
Os sistemas de bomba de calor em evolução se tornaram uma escolha ideal para aquecimento, resfriamento e fornecimento de água quente residencial. Os mais recentes aquecedores de água com bomba de calor usando refrigerantes R290 não só oferecem alta eficiência, mas também dão o exemplo para o desenvolvimento de tecnologia ecologicamente correta.