Eficiência da bomba de calor: o que deve saber
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Ao avaliar o desempenho de um sistema de aquecimento, a eficiência desempenha um papel importante. Com isto queremos dizer a quantidade de energia que pode efetivamente ser utilizada. Enquanto os sistemas de aquecimento a gasóleo e a gás atingem resultados inferiores a 100 %, a eficiência de uma bomba de calor é frequentemente muito superior. Aqui explicamos porque é que isto acontece e como pode melhorar a eficiência da sua bomba de calor.
Indicador padrão para a eficiência dos sistemas de aquecimento.
O valor η (eta) é calculado para descrever a eficiência de processos e máquinas. É expresso em percentagem e depende da entrada de energia e da saída de energia utilizável. De facto, quanto mais elevado for o valor, mais eficiente é o sistema. Um valor de 100 % é o ideal, porque assim toda a energia consumida pode ser efetivamente utilizada.
Exemplo de um sistema de aquecimento a gás: Se o gás com um teor energético de 100 quilowatts-hora for alimentado ao queimador e 95 quilowatts-hora puderem ser efetivamente utilizados no sistema de aquecimento, a eficiência é de 95 % (η = 95/100 * 100 = 95 %). Os restantes 5 % são perdas que ocorrem no gerador de calor.
Eficiência de mais de 100 %
Ao contrário dos sistemas de aquecimento a gás, a eficiência das bombas de calor pode ser muito superior a 100 %. Dependendo do sistema, podem ser alcançados rendimentos entre 300 % e 500 %. A entrada de energia não é multiplicada como por magia, mas o valor elevado é explicado pelo funcionamento das bombas de calor e pelos valores de referência selecionados.
O modo de funcionamento da bomba de calor permite atingir valores de eficiência elevados.
As bombas de calor transferem a energia ambiente do ar, do solo ou da água para um meio especial: um refrigerante, que se evapora no processo. Um compressor acionado eletricamente aumenta a pressão do refrigerante, fazendo subir a sua temperatura. O calor gerado é transferido para a água de aquecimento. Isto pode ser expresso pela seguinte fórmula:
- Energia de aquecimento = energia ambiente + energia eléctrica
Quando se fala da eficiência de uma bomba de calor, normalmente só se tem em conta a energia eléctrica consumida pelo compressor e a energia térmica produzida. A energia ambiente, que é introduzida no processo noutro local sem qualquer custo, não é tida em conta. O resultado é a seguinte fórmula de eficiência da bomba de calor:
- Eficiência da bomba de calor = entrada de energia eléctrica / saída de energia térmica.
A escolha dos valores de referência resulta normalmente numa eficiência superior a 100 %.
Teoria: Eficiência de Carnot das bombas de calor
Os especialistas também falam da eficiência de Carnot ou fator de Carnot quando se trata de bombas de calor. Este valor teórico marca a eficiência máxima possível de um ciclo ideal. O ciclo é o processo repetido pelo qual a bomba de calor aproveita a energia do ambiente para aquecimento (evaporação, compressão, condensação, expansão, re-evaporação de um refrigerante, etc.). As temperaturas da fonte de calor e do sistema de aquecimento, em Kelvin, são utilizadas para calcular o fator de Carnot de acordo com a seguinte fórmula:
- Eficiência de Carnot = temperatura do fluxo / (temperatura do fluxo - temperatura da fonte de energia ambiente)
É importante especificar os valores em Kelvin. Para o efeito, adiciona-se 273 à temperatura em Celsius (temperatura em Celsius + 273 = temperatura em Kelvin).
Em geral, o resultado não terá grande significado para o consumidor médio. No entanto, pode ser utilizado para determinar a energia eléctrica mínima a utilizar nas condições existentes. Como ocorrem perdas em vários pontos do processo, a necessidade de energia é geralmente maior na prática. Mas nunca é inferior ao valor calculado utilizando a fórmula de eficiência de Carnot para uma bomba de calor.
Eficiência da bomba de calor
O fator de Carnot mostra que a eficiência da bomba de calor depende das condições de temperatura. De facto, quanto menor for a diferença entre a temperatura da fonte e a temperatura do fluxo, maior será a eficiência. Isto deve-se ao facto de o compressor ter de realizar menos trabalho para elevar a temperatura da energia ambiente para um nível utilizável. O consumo de energia da bomba de calor diminui e a eficiência aumenta.
Quando se trata de aquecer um edifício, isto também permite tirar outra conclusão: se tudo o resto for igual, a eficiência depende da energia ambiente utilizada, especialmente no inverno.
Indicadores alternativos da ecoeficiência do sistema de aquecimento
Para além da eficiência da bomba de calor, existem outros parâmetros informativos. Segue-se um resumo dos mais importantes:
- COP: O coeficiente de desempenho (COP) indica a eficiência num ponto definido (por exemplo, 2 °C de temperatura do ar e 35 °C de temperatura de fluxo). É determinado num banco de ensaios, dividindo a potência de aquecimento pela potência eléctrica aplicada.
- SCOP: Tal como o COP, o coeficiente de desempenho sazonal (SCOP) também é determinado num banco de ensaios. No entanto, tem em conta o desempenho em diferentes condições climáticas e é, por isso, ainda mais informativo.
- COP anual: Tal como a eficiência, o COP e o SCOP, o coeficiente de desempenho anual de uma bomba de calor relaciona benefícios e custos. No entanto, as quantidades de energia medidas (calor transferido e consumo de energia) são aqui relevantes, pelo que este valor nos permite tirar conclusões sobre a eficiência de funcionamento.
- ETAs: A eficiência energética sazonal do aquecimento ambiente (ETAs) também tem em conta o fator de energia primária da energia utilizada, que deve ser dividido pelo SCOP para determinar o valor da ETAs. Isto é especialmente importante para os subsídios às bombas de calor, uma vez que devem ser respeitados certos limites de ETAs.
Dicas de especialistas para melhorar a eficiência das bombas de calor
Se a eficiência da bomba de calor for baixa, será necessária mais eletricidade e os custos de aquecimento aumentarão. Para evitar isto, a eficiência deve ser optimizada desde a fase de conceção. O objetivo de todas estas medidas é manter a diferença de temperatura entre a fonte de calor e o fluxo tão baixa quanto possível. Estão disponíveis as seguintes opções:
- Selecionar a fonte de calor mais rentável: Se houver várias fontes de calor à escolha, a mais quente garantirá a maior eficiência, mantendo-se todos os outros factores iguais.
- Instalar grandes superfícies de aquecimento: Uma vez determinado o tipo de fonte de calor, a temperatura do fluxo pode ser reduzida em muitos casos. A instalação de grandes radiadores, radiadores de baixa temperatura ou sistemas de aquecimento por zonas é particularmente eficaz para este efeito. Se tiver direito a um subsídio para a bomba de calor, pode incluir os custos das superfícies de aquecimento.
- Otimizar o sistema de aquecimento: A otimização da distribuição do calor também ajudará a melhorar a eficiência da sua bomba de calor. Isto pode ser conseguido, por exemplo, com o equilíbrio hidráulico, que reduz a temperatura do fluxo.
- Ajustar as definições da bomba de calor: Se o seu sistema de aquecimento for controlado pela temperatura exterior, pode também otimizar a eficiência ajustando a curva de aquecimento. Esta curva especifica a temperatura do caudal a atingir a diferentes temperaturas exteriores. Com o controlo da temperatura ambiente, ajuda a otimizar a temperatura ambiente..
Para além de modernizar o sistema de aquecimento, pode também realizar medidas de isolamento ou substituir as janelas. Isto irá reduzir a necessidade de calor e reduzir a temperatura de fluxo. No entanto, o esforço e os custos são muitas vezes superiores aos do aquecimento.
