A principal limitação das bombas de calor pneumáticas é uma queda significativa no desempenho quando as temperaturas externas atingem a faixa de congelamento.
As bombas de calor estão a emergir como uma solução eficiente para aquecimento ambiente e ar condicionado, especialmente quando utilizadas em sistemas de fluxo variável de refrigerante. Eles podem se equiparar aos sistemas de ar condicionado mais eficientes no modo de resfriamento e podem competir com o baixo custo do aquecimento por combustão, usando apenas eletricidade. Em comparação com um aquecedor de resistência convencional, uma bomba de calor consegue poupanças na gama de 40 a 80 por cento, dependendo do modelo específico e das condições de funcionamento.
Enquanto as bombas de calor de fonte aérea trocam calor diretamente com o ar exterior, as bombas de calor de fonte subterrânea aproveitam a temperatura subterrânea estável para alcançar uma maior eficiência. Considerando o alto preço e as instalações complexas de um sistema de fonte terrestre, as bombas de calor de fonte de ar são a opção mais comum.
A principal limitação das bombas de calor pneumáticas é uma queda significativa no desempenho quando as temperaturas externas atingem a faixa de congelamento. Os engenheiros de projeto devem considerar o efeito do clima local ao especificar uma bomba de calor e garantir que o sistema esteja equipado com medidas adequadas para as temperaturas mais baixas esperadas.
Como o frio extremo afeta as bombas de calor de fonte de ar?
O principal desafio ao usar uma bomba de calor de fonte de ar com temperaturas congelantes é controlar o acúmulo de gelo nas serpentinas externas. Como a unidade remove calor do ar externo que já está frio, a umidade pode facilmente se acumular e congelar na superfície de suas bobinas.
Embora o ciclo de degelo da bomba de calor possa derreter o gelo nas serpentinas externas, a unidade não pode fornecer aquecimento ambiente enquanto o ciclo durar. À medida que as temperaturas exteriores descem, a bomba de calor deve entrar no ciclo de descongelação com mais frequência para compensar a formação de gelo, o que limita o calor fornecido aos espaços interiores.
Como as bombas de calor subterrâneas não trocam calor com o ar externo, elas são relativamente pouco afetadas pelas temperaturas congelantes. No entanto, requerem escavações que podem ser difíceis de realizar sob edifícios existentes, especialmente aqueles em áreas urbanas populosas.
Especificação de bombas de calor de fonte de ar para climas frios
Ao usar bombas de calor de fonte de ar com temperaturas de congelamento, existem duas maneiras principais de compensar a perda de calor durante os ciclos de degelo:
Adicionar um sistema de aquecimento de reserva, normalmente um queimador a gás ou um aquecedor de resistência elétrica.
Especificação de uma bomba de calor com medidas integradas contra a acumulação de gelo.
Os sistemas de aquecimento de reserva para bombas de calor pneumáticas são uma solução simples, mas tendem a aumentar o custo de propriedade do sistema. As considerações de projeto mudam dependendo do tipo de aquecimento de reserva especificado:
Um aquecedor de resistência elétrica funciona com a mesma fonte de energia que a bomba de calor. No entanto, ele consome mais corrente para uma determinada carga de aquecimento, exigindo uma maior capacidade de fiação. A eficiência global do sistema também diminui, uma vez que o aquecimento por resistência é muito menos eficiente do que o funcionamento da bomba de calor.
Um queimador a gás atinge um custo operacional muito menor do que um aquecedor de resistência. No entanto, requer fornecimento de gás e sistema de exaustão, aumentando o custo da instalação.
Quando um sistema de bomba de calor utiliza aquecimento de reserva, uma prática recomendada é definir o termóstato para uma temperatura moderada. Isto minimiza a frequência do ciclo de descongelação e o tempo de funcionamento do sistema de aquecimento de reserva, reduzindo o consumo total de energia.
Bombas de calor com medidas integradas contra clima frio
As bombas de calor de fonte de ar dos principais fabricantes são normalmente classificadas para temperaturas externas tão baixas quanto -4°F. No entanto, quando as unidades são melhoradas com medidas para climas frios, a sua faixa de operação pode se estender abaixo de -10°F ou até -20°F. A seguir estão alguns recursos de projeto comuns usados pelos fabricantes de bombas de calor para mitigar o impacto do ciclo de degelo:
Alguns fabricantes incluem acumuladores de calor, que podem continuar a fornecer calor quando a bomba de calor entra no ciclo de descongelação.
Existem também configurações de bomba de calor onde uma das linhas de refrigerante quente circula através da unidade exterior para ajudar a evitar o congelamento. O ciclo de descongelação só é activado quando este efeito de aquecimento não é suficiente.
Quando um sistema de bomba de calor utiliza múltiplas unidades exteriores, estas podem ser programadas para entrar no ciclo de descongelação numa sequência e não simultaneamente. Desta forma, o sistema nunca perde a sua capacidade total de aquecimento devido ao descongelamento.
As unidades exteriores também podem ser equipadas com caixas que protegem a unidade da queda direta de neve. Dessa forma, a unidade deverá lidar apenas com o gelo que se forma diretamente nas serpentinas.
Embora estas medidas não eliminem completamente o ciclo de descongelação, podem reduzir o seu impacto na produção de aquecimento. Para obter os melhores resultados com um sistema de bomba de calor de fonte de ar, o primeiro passo recomendado é uma avaliação do clima local. Desta forma, um sistema adequado pode ser especificado desde o início; o que é mais simples e menos dispendioso do que atualizar uma instalação inadequada.
Medidas Complementares para Melhorar a Eficiência da Bomba de Calor
Ter um sistema de bomba de calor com eficiência energética reduz as despesas de aquecimento e refrigeração. No entanto, o próprio edifício também pode ser concebido para minimizar as necessidades de refrigeração durante o verão e as necessidades de aquecimento durante o inverno. Uma envolvente de edifício com isolamento e estanqueidade adequados minimiza a necessidade de aquecimento e arrefecimento, em comparação com um edifício com isolamento deficiente e muitas fugas de ar.
Os controlos de ventilação também contribuem para a eficiência do aquecimento e do arrefecimento, ajustando o fluxo de ar de acordo com as necessidades do edifício. Quando os sistemas de ventilação funcionam sempre com fluxo de ar total, o volume de ar que deve ser condicionado é maior. Por outro lado, se a ventilação for ajustada de acordo com a ocupação, o volume total de ar que deve ser condicionado é menor.
Existe uma ampla gama de configurações de aquecimento e resfriamento que podem ser implantadas em edifícios. Contudo, o menor custo de propriedade é alcançado quando a instalação é otimizada de acordo com as necessidades do edifício.
Artigo de Michael Tobias
Referência: Tobias, M. (sd). Por favor, ative os cookies. StackPath. https://www.contractormag.com/green/article/20883974/airsource-heat-pumps-in-cold-weather.
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Horário da postagem: 16 de março de 2022