Limitações na escolha de recursos energéticos não são incomuns hoje, especialmente em áreas de desenvolvimento “jovem”. Se não houver outras fontes de energia além da eletricidade nas instalações, os condicionadores de ar não serão apenas uma excelente maneira de resfriar uma casa no verão, mas também fornecerão aquecimento de alta qualidade e econômico no clima frio..
Classe de equipamento adequado
Nem todos os aparelhos de ar condicionado são adequados para uso como aparelhos de aquecimento. Existe um grupo separado de tecnologia climática chamada bombas de calor. Resumindo, a principal diferença entre esses equipamentos é a capacidade de inverter a direção do refrigerante no evaporador e nos circuitos do compressor. Assim, no modo verão, a instalação retira o excesso de calor da atmosfera da sala e o descarrega na rua, enquanto no inverno tudo ocorre de acordo com o esquema inverso.
O princípio de operação da bomba de calor ar-ar nos modos de inverno e verão
O ar é aquecido por uma bomba de calor não devido à conversão de energia elétrica em energia térmica (como nos aparelhos de ar condicionado mais simples com função de aquecimento), mas devido à transferência de calor de um meio para outro. Daí vem o nome do equipamento: mesmo em climas gélidos, o ar contém uma certa quantidade de calor, que pode ser retirado e direcionado para dentro do prédio para manter um clima confortável. Mas tal princípio funciona apenas sob certas condições, a principal limitação é a diferença de temperatura entre a rua e a sala, bem como os limites de temperatura em que o transportador de calor de trabalho, o refrigerante, pode evaporar e condensar..
Dispositivo de bomba de calor de ar
Por design, as bombas de calor são dispositivos bastante complexos. Por um lado, o pacote inclui uma série de dispositivos que proporcionam a circulação reversa do circuito de aquecimento sob o controle da automação. Esta é uma válvula de quatro vias, uma válvula de expansão especialmente projetada e um sistema mais complexo de canais através dos quais o refrigerante circula. Por outro lado, uma verdadeira bomba de calor está necessariamente equipada com dispositivos que ajudam as unidades principais da bomba a trabalhar em condições extremas. Todo equipamento auxiliar na linguagem do marketing é denominado “kit de inverno”, que inclui:
- aquecedor de óleo do compressor;
- radiadores de concepção especial, resistentes à condensação e ao congelamento;
- dispositivos de recuperação que fornecem fluxo de ventilação de exaustão para o trocador de calor externo;
- sistema de injeção de refrigerante aquecido;
- marca especial de refrigerante.
Âmbito de aplicação
O principal critério de avaliação das bombas de calor é o coeficiente de eficiência térmica, também denominado COP. Este valor é bastante difícil de determinar, pois depende tanto do grau de perfeição termodinâmica – da eficiência real da máquina, levando em consideração todas as cadeias de transformação, quanto da potência da fonte de energia de baixo potencial. Esses dois fatores tendem a mudar, principalmente em função da diferença de temperatura atual, ou seja, a dinâmica do COP muda sob várias condições operacionais é de real interesse. Por outras palavras, o desempenho de um modelo de bomba de calor individual é considerado de acordo com o regime térmico dominante e não de acordo com o período de cinco dias mais frio. A economia obtida com a instalação durante um período de diferenças moderadas de temperatura deve cobrir os custos de operação de convecção e fontes radiantes em geadas severas quando a bomba de calor não pode operar.
As bombas de calor não foram concebidas apenas para uso doméstico. Eles fazem um excelente trabalho de resfriamento forte em espaços confinados: freezers ou compartimentos de computador. Nos países ocidentais, a prática de desviar um cômodo separado do porão sob uma sala de geladeira com a subsequente transferência de calor para o exterior no verão ou para o fluxo de ventilação no inverno está se desenvolvendo ativamente. São os chamados sistemas de fornecimento de calor bivalente, outro caso particular é o fornecimento de ar para um trocador de calor externo, passado por um trocador de calor no solo ou um coletor solar seco..
Problemas de bomba de calor
Os sistemas de aquecimento baseados em bombas de calor de ar são caracterizados por uma alta complexidade de projeto: é necessário determinar não apenas o volume suficiente de entrada de energia para repor as perdas de calor, mas também o modo de operação eficaz, o número e a localização dos nós do sistema de aquecimento. Ao mesmo tempo, o número de unidades e o custo do equipamento envolvido devem, obviamente, ser mínimos..
Normalmente, o resultado de erros no cálculo e na instalação dos sistemas de aquecimento do ar é o aparecimento de zonas frias na sala, bem como a condensação de umidade nos vidros que não possuem cortina térmica. Os locais das unidades internas devem ser determinados de acordo com os diagramas de distribuição de temperatura e taxa de fluxo fornecidos pelo fabricante para os modos de aquecimento padrão. Esta tarefa é especialmente difícil de realizar, visto que a introdução de cada nova fonte de aquecimento requer em diferentes variações:
- instalação de uma unidade externa adicional;
- colocar a linha de freon no bloco externo;
- juntas do canal de ar.
Por isso, a configuração final do sistema de aquecimento deve ser escolhida uma vez, muitas vezes muito antes do início dos trabalhos de decoração. Isso tudo se deve à baixíssima adequação das bombas de calor para modernização e à falta de uma reserva de energia significativa. É extremamente importante ser capaz de determinar em quais casos é mais conveniente e mais lucrativo usar dispositivos de aquecimento tradicionais do que um condicionador de ar inverter. Por último, mas não menos importante, deve-se pensar sobre a vida útil da bomba de calor: sua operação mais eficiente será em valores COP acima de 2–2,3.
Variedade de configurações: sistemas divididos, monoblocos, telhados
Apesar de todo o seu inconveniente, as bombas de calor têm configurações suficientes para escolher a localização de equipamento mais conveniente. Os sistemas multisplit devem sua aparência ao desejo de preservar a aparência dos edifícios, bem como de proporcionar um maior nível de organização tecnológica. A diferença fundamental entre esses sistemas é a presença de um divisor e um dispositivo de controle automático de potência em uma faixa suficientemente alta.
O próximo passo nessa direção foi dado quando os sistemas VRF multizona e, como um caso particular, os sistemas VRV entraram no mercado. No uso civil, tais sistemas são destinados ao uso coletivo, eles permitem a conexão simultânea de várias dezenas de unidades internas a uma instalação de rua, enquanto o comprimento da linha de freon pode chegar a centenas de metros, e a diferença de altura entre os elementos do sistema pode ser de até 12 andares.
Bomba de calor VRV
A única limitação estrita das bombas de calor é a necessidade de encontrar um evaporador externo ao ar livre, todas as outras alterações de configuração ficam a critério dos tecnólogos. Isso possibilitou atuar no sentido oposto, evitando o uso de linhas de freon ou minimizando seu comprimento. As bombas de calor compactas para aquecimento local são bastante baratas e não requerem a conexão de tubulação ou dutos de ar. Os inversores monobloco embutidos na parede ou janela, bem como nos telhados, cujos blocos estão localizados em lados opostos da cobertura do telhado a uma distância mínima, permitem que você distribua efetivamente o calor por toda a área útil da forma mais uniforme possível.
Comunicação de Engenharia
Obviamente, os locais mais adequados para a instalação de fontes de calor no caso de bombas de calor são as paredes externas e pisos superiores sob um telhado plano ou sótão frio. No entanto, com uma dimensão significativa do edifício, as suas instalações centrais permanecem sem aquecimento activo, o que nem sempre é conveniente. Este problema pode ser resolvido pelo correto encaminhamento das linhas de freon ou pela organização do aquecimento do ar, cuja fonte de calor é uma bomba de calor atmosférica.
Neste último caso, é preferível colocar a unidade de exterior num pequeno anexo técnico, normalmente localizado ao nível do solo, o que facilita a ligação a um permutador de calor à terra, ou no telhado para ligar ao campo do sistema solar. A unidade interior está localizada no interior do edifício, ligada ao exterior através de uma passagem na parede envolvente. O ar aquecido é transportado para os consumidores por meio de um sistema fechado de canais de ar:
- é mantida pressão de ar constante no circuito de alimentação, cujo volume de fluxo ao longo de cada ramal é regulado por amortecedores de canal;
- as entradas dos dutos de exaustão estão localizadas em pontos diametralmente opostos aos locais onde o fornecimento de calor é instalado, através do qual o ar ambiente parcialmente resfriado é coletado e fornecido à unidade externa, proporcionando assim um ciclo de recuperação.
A própria possibilidade de controle total sobre a ventilação implica economias significativas. Ao mesmo tempo, a alta complexidade e custo dos dutos de ar são nivelados pelo custo relativamente baixo da instalação: uma unidade é sempre mais barata do que várias outras menores com uma potência total igual.
Quando um sistema de bomba de calor também inclui unidades internas com um sistema de tubulação de cobre, o custo das comunicações aumenta, mas o conforto de usar o sistema também aumenta. Por um lado, é possível colocar fiação complexa de linhas de freon, mesmo com uma pequena espessura de divisórias e tetos. Por outro lado, às vezes uma solução mais eficaz é a organização de circuitos fechados nos quais o refrigerante circula, para posterior conexão paralela das unidades internas a eles – é para isso que os sistemas multi-zonas são projetados..
Condutores de ar condicionado
Uma categoria separada de bombas de calor, que inclui as vantagens do aquecimento recuperativo do ar e a eficiência de um circuito inversor, são os condicionadores de ar conduzidos. O conceito de colocação oculta de unidades internas não é novo em si, mas bombas de calor deste tipo tornaram-se disponíveis para uma ampla gama de compradores há relativamente pouco tempo..
A principal diferença entre esta configuração é quase total ausência de ruído na presença de unidades internas que permitem definir o modo de operação de aquecimento com alta flexibilidade e precisão. A única limitação para a instalação de bombas de calor de canal é representada por estruturas de construção, que devem conter tanto cavidades suficientemente largas para a colocação de canais, quanto um nicho impressionante para instalação do corpo da unidade principal. Mas, ao mesmo tempo, as linhas de freon podem ser colocadas em paralelo com os dutos de ar.
O bloco interno de uma bomba de calor para dutos desempenha a função não só de aquecer o fluxo de ar, mas também de sua distribuição aos consumidores individuais, filtração e preparação. Um circuito de recuperação também pode estar presente, mas normalmente este dispositivo é feito na forma de um anexo frontal. Além das amplas possibilidades de controle e configuração, a localização oculta da unidade interna pode ser simplesmente conveniente e não afetará o interior da sala de forma alguma..
Resumo
As bombas de calor de ar ainda não devem ser consideradas como a principal e única fonte de aquecimento, especialmente se a temperatura prolongada cair abaixo de -5 …- 10 ° C são possíveis durante o período de aquecimento. Existem instalações capazes de operar em condições de temperatura mais extremas, mas caem em uma categoria de preço muito mais alta com um período de retorno mais longo.
E, no entanto, na faixa de temperatura média, esses dispositivos demonstram eficiência realmente alta: para repor a perda de calor, eles precisam de apenas um quarto de seu equivalente em energia. Com uma vida útil desse equipamento de 20-30 anos, ele consegue se pagar várias vezes, de modo que uma transição oportuna para sistemas de aquecimento modernos com eficiência energética ajudará a economizar no futuro, quando o preço da energia se tornará muito mais alto do que hoje.
Aquecimento da casa com ar condicionado: bombas de calor
As bombas de calor são as melhores escolhas para aquecer casas que possuam ar condicionado: não só são econômicas em termos de energia, mas também possuem diversas vantagens, como serem leves, versáteis, e poderem aquecer qualquer tamanho de espaço. Além disso, elas são silenciosas, têm baixo nível de manutenção, e são geralmente mais baratas que outros equipamentos. Se as exigências são aquecer uma casa com o uso de ar condicionado, a melhor escolha são as bombas de calor.
Sistemas de engenharia Conteúdo material
Quais são as vantagens e desvantagens de aquecer a casa com ar condicionado através do uso de bombas de calor? É uma opção mais econômica e eficiente em comparação com outros sistemas de aquecimento tradicionais? Como funciona exatamente o processo de transferência de calor nesse tipo de equipamento?
Uma das vantagens de aquecer a casa com ar condicionado através de bombas de calor é a eficiência energética, pois esse sistema consome menos energia do que sistemas tradicionais de aquecimento. Além disso, as bombas de calor funcionam tanto para aquecer quanto para refrigerar o ambiente, oferecendo versatilidade. Por outro lado, algumas desvantagens incluem um custo inicial mais elevado e a dependência da temperatura ambiente para funcionar de forma eficiente.
O processo de transferência de calor em uma bomba de calor ocorre através de um ciclo termodinâmico. O equipamento retira o calor do ambiente externo, mesmo em temperaturas baixas, e o transfere para o ambiente interno por meio de um refrigerante. Esse processo é reversível, possibilitando a refrigeração do ambiente durante o verão e o aquecimento durante o inverno. Em comparação com sistemas de aquecimento tradicionais, as bombas de calor são consideradas mais econômicas e eficientes, principalmente em regiões com temperaturas moderadas.
Qual é a eficiência de aquecer uma casa com ar condicionado utilizando uma bomba de calor? Vale a pena investir nesse sistema para aquecer a casa durante o inverno?
Qual é a eficiência energética das bombas de calor quando utilizadas no aquecimento da casa com ar condicionado?