Aquecimento da casa com ar condicionado: bombas de calor

Limita√ß√Ķes na escolha de recursos energ√©ticos n√£o s√£o incomuns hoje, especialmente em √°reas de desenvolvimento “jovem”. Se n√£o houver outras fontes de energia al√©m da eletricidade nas instala√ß√Ķes, os condicionadores de ar n√£o ser√£o apenas uma excelente maneira de resfriar uma casa no ver√£o, mas tamb√©m fornecer√£o aquecimento de alta qualidade e econ√īmico no clima frio..

Aquecimento da casa com ar condicionado: bombas de calor

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 funcionamento da bomba de calor ar-ar O princípio de operação da bomba de calor ar-ar nos modos de inverno e verão

O ar √© aquecido por uma bomba de calor n√£o devido √† convers√£o de energia el√©trica em energia t√©rmica (como nos aparelhos de ar condicionado mais simples com fun√ß√£o de aquecimento), mas devido √† transfer√™ncia de calor de um meio para outro. Da√≠ vem o nome do equipamento: mesmo em climas g√©lidos, o ar cont√©m uma certa quantidade de calor, que pode ser retirado e direcionado para dentro do pr√©dio para manter um clima confort√°vel. Mas tal princ√≠pio funciona apenas sob certas condi√ß√Ķes, a principal limita√ß√£o √© a diferen√ßa 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 Dispositivo de bomba de calor de ar

Por design, as bombas de calor s√£o dispositivos bastante complexos. Por um lado, o pacote inclui uma s√©rie de dispositivos que proporcionam a circula√ß√£o reversa do circuito de aquecimento sob o controle da automa√ß√£o. Esta √© uma v√°lvula de quatro vias, uma v√°lvula de expans√£o especialmente projetada e um sistema mais complexo de canais atrav√©s dos quais o refrigerante circula. Por outro lado, uma verdadeira bomba de calor est√° necessariamente equipada com dispositivos que ajudam as unidades principais da bomba a trabalhar em condi√ß√Ķes extremas. Todo equipamento auxiliar na linguagem do marketing √© denominado “kit de inverno”, que inclui:

  • aquecedor de √≥leo do compressor;
  • radiadores de concep√ß√£o especial, resistentes √† condensa√ß√£o e ao congelamento;
  • dispositivos de recupera√ß√£o que fornecem fluxo de ventila√ß√£o de exaust√£o para o trocador de calor externo;
  • sistema de inje√ß√£o de refrigerante aquecido;
  • marca especial de refrigerante.

√āmbito de aplica√ß√£o

O principal crit√©rio de avalia√ß√£o das bombas de calor √© o coeficiente de efici√™ncia t√©rmica, tamb√©m denominado COP. Este valor √© bastante dif√≠cil de determinar, pois depende tanto do grau de perfei√ß√£o termodin√Ęmica – da efici√™ncia real da m√°quina, levando em considera√ß√£o todas as cadeias de transforma√ß√£o, quanto da pot√™ncia da fonte de energia de baixo potencial. Esses dois fatores tendem a mudar, principalmente em fun√ß√£o da diferen√ßa de temperatura atual, ou seja, a din√Ęmica do COP muda sob v√°rias condi√ß√Ķes operacionais √© de real interesse. Por outras palavras, o desempenho de um modelo de bomba de calor individual √© considerado de acordo com o regime t√©rmico dominante e n√£o de acordo com o per√≠odo de cinco dias mais frio. A economia obtida com a instala√ß√£o durante um per√≠odo de diferen√ßas moderadas de temperatura deve cobrir os custos de opera√ß√£o de convec√ß√£o e fontes radiantes em geadas severas quando a bomba de calor n√£o pode operar.

Unidade externa da bomba de calor

As bombas de calor n√£o foram concebidas apenas para uso dom√©stico. Eles fazem um excelente trabalho de resfriamento forte em espa√ßos confinados: freezers ou compartimentos de computador. Nos pa√≠ses ocidentais, a pr√°tica de desviar um c√īmodo separado do por√£o sob uma sala de geladeira com a subsequente transfer√™ncia de calor para o exterior no ver√£o ou para o fluxo de ventila√ß√£o no inverno est√° se desenvolvendo ativamente. S√£o os chamados sistemas de fornecimento de calor bivalente, outro caso particular √© 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 s√£o caracterizados por uma alta complexidade de projeto: √© necess√°rio determinar n√£o apenas o volume suficiente de entrada de energia para repor as perdas de calor, mas tamb√©m o modo de opera√ß√£o eficaz, o n√ļmero e a localiza√ß√£o dos n√≥s do sistema de aquecimento. Ao mesmo tempo, o n√ļmero de unidades e o custo do equipamento envolvido devem, obviamente, ser m√≠nimos..

Bomba de calor de fonte de ar

Normalmente, o resultado de erros no c√°lculo e na instala√ß√£o dos sistemas de aquecimento do ar √© o aparecimento de zonas frias na sala, bem como a condensa√ß√£o de umidade nos vidros que n√£o possuem cortina t√©rmica. Os locais das unidades internas devem ser determinados de acordo com os diagramas de distribui√ß√£o de temperatura e taxa de fluxo fornecidos pelo fabricante para os modos de aquecimento padr√£o. Esta tarefa √© especialmente dif√≠cil de realizar, visto que a introdu√ß√£o de cada nova fonte de aquecimento requer em diferentes varia√ß√Ķes:

  • instala√ß√£o de uma unidade externa adicional;
  • colocar a linha de freon no bloco externo;
  • juntas do canal de ar.

Ducto de ar

Por isso, a configura√ß√£o final do sistema de aquecimento deve ser escolhida uma vez, muitas vezes muito antes do in√≠cio dos trabalhos de decora√ß√£o. Isso tudo se deve √† baix√≠ssima adequa√ß√£o das bombas de calor para moderniza√ß√£o e √† falta de uma reserva de energia significativa. √Č extremamente importante ser capaz de determinar em quais casos √© mais conveniente e mais lucrativo usar dispositivos de aquecimento tradicionais do que um condicionador de ar inverter. Por √ļltimo, mas n√£o menos importante, deve-se pensar sobre a vida √ļtil da bomba de calor: sua opera√ß√£o mais eficiente ser√° em valores COP acima de 2‚Äď2,3.

Variedade de configura√ß√Ķes: sistemas divididos, monoblocos, telhados

Apesar de todo o seu inconveniente, as bombas de calor t√™m configura√ß√Ķes suficientes para escolher a localiza√ß√£o de equipamento mais conveniente. Os sistemas multisplit devem sua apar√™ncia ao desejo de preservar a apar√™ncia dos edif√≠cios, bem como de proporcionar um maior n√≠vel de organiza√ß√£o tecnol√≥gica. A diferen√ßa fundamental entre esses sistemas √© a presen√ßa de um divisor e um dispositivo de controle autom√°tico de pot√™ncia em uma faixa suficientemente alta.

Unidade interna da bomba de calor de ar

O pr√≥ximo passo nessa dire√ß√£o foi dado quando os sistemas VRF multizona e, como um caso particular, os sistemas VRV entraram no mercado. No uso civil, tais sistemas s√£o destinados ao uso coletivo, eles permitem a conex√£o simult√Ęnea de v√°rias dezenas de unidades internas a uma instala√ß√£o de rua, enquanto o comprimento da linha de freon pode chegar a centenas de metros, e a diferen√ßa de altura entre os elementos do sistema pode ser de at√© 12 andares.

Bomba de calor VRV Bomba de calor VRV

A √ļnica limita√ß√£o estrita das bombas de calor √© a necessidade de encontrar um evaporador externo ao ar livre, todas as outras altera√ß√Ķes de configura√ß√£o ficam a crit√©rio dos tecn√≥logos. 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 s√£o bastante baratas e n√£o requerem a conex√£o de tubula√ß√£o ou dutos de ar. Os inversores monobloco embutidos na parede ou janela, bem como nos telhados, cujos blocos est√£o localizados em lados opostos da cobertura do telhado a uma dist√Ęncia m√≠nima, permitem que voc√™ distribua efetivamente o calor por toda a √°rea √ļtil da forma mais uniforme poss√≠vel.

Comunicação de Engenharia

Obviamente, os locais mais adequados para a instala√ß√£o de fontes de calor no caso de bombas de calor s√£o as paredes externas e pisos superiores sob um telhado plano ou s√≥t√£o frio. No entanto, com uma dimens√£o significativa do edif√≠cio, as suas instala√ß√Ķes centrais permanecem sem aquecimento activo, o que nem sempre √© conveniente. Este problema pode ser resolvido pelo correto encaminhamento das linhas de freon ou pela organiza√ß√£o do aquecimento do ar, cuja fonte de calor √© uma bomba de calor atmosf√©rica.

Bomba de calor ar-ar

Neste √ļltimo caso, √© prefer√≠vel colocar a unidade de exterior num pequeno anexo t√©cnico, normalmente localizado ao n√≠vel do solo, o que facilita a liga√ß√£o a um permutador de calor √† terra, ou no telhado para ligar ao campo do sistema solar. A unidade interior est√° localizada no interior do edif√≠cio, ligada ao exterior atrav√©s de uma passagem na parede envolvente. O ar aquecido √© transportado para os consumidores por meio de um sistema fechado de canais de ar:

  • √© mantida press√£o de ar constante no circuito de alimenta√ß√£o, cujo volume de fluxo ao longo de cada ramal √© regulado por amortecedores de canal;
  • as entradas dos dutos de exaust√£o est√£o localizadas em pontos diametralmente opostos aos locais onde o fornecimento de calor √© instalado, atrav√©s do qual o ar ambiente parcialmente resfriado √© coletado e fornecido √† unidade externa, proporcionando assim um ciclo de recupera√ß√£o.

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.

Unidade interna de uma bomba de calor de ch√£o

Quando um sistema de bomba de calor tamb√©m inclui unidades internas com um sistema de tubula√ß√£o de cobre, o custo das comunica√ß√Ķes aumenta, mas o conforto de usar o sistema tamb√©m aumenta. Por um lado, √© poss√≠vel colocar fia√ß√£o complexa de linhas de freon, mesmo com uma pequena espessura de divis√≥rias e tetos. Por outro lado, √†s vezes uma solu√ß√£o mais eficaz √© a organiza√ß√£o de circuitos fechados nos quais o refrigerante circula, para posterior conex√£o paralela das unidades internas a eles – √© para isso que os sistemas multi-zonas s√£o 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..

Bomba de calor oculta

A principal diferen√ßa entre esta configura√ß√£o √© quase total aus√™ncia de ru√≠do na presen√ßa de unidades internas que permitem definir o modo de opera√ß√£o de aquecimento com alta flexibilidade e precis√£o. A √ļnica limita√ß√£o para a instala√ß√£o de bombas de calor de canal √© representada por estruturas de constru√ß√£o, que devem conter tanto cavidades suficientemente largas para a coloca√ß√£o de canais, quanto um nicho impressionante para instala√ß√£o do corpo da unidade principal. Mas, ao mesmo tempo, as linhas de freon podem ser colocadas em paralelo com os dutos de ar.

Condutor de ar condicionado

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 n√£o devem ser consideradas como a principal e √ļnica fonte de aquecimento, especialmente se a temperatura prolongada cair abaixo de -5 …- 10 ¬į C s√£o poss√≠veis durante o per√≠odo de aquecimento. Existem instala√ß√Ķes capazes de operar em condi√ß√Ķes de temperatura mais extremas, mas caem em uma categoria de pre√ßo muito mais alta com um per√≠odo de retorno mais longo.

E, no entanto, na faixa de temperatura m√©dia, esses dispositivos demonstram efici√™ncia realmente alta: para repor a perda de calor, eles precisam de apenas um quarto de seu equivalente em energia. Com uma vida √ļtil desse equipamento de 20-30 anos, ele consegue se pagar v√°rias vezes, de modo que uma transi√ß√£o oportuna para sistemas de aquecimento modernos com efici√™ncia energ√©tica ajudar√° a economizar no futuro, quando o pre√ßo da energia se tornar√° muito mais alto do que hoje.

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