Aquecimento e resfriamento com bomba de calor - Parte 3

Bombas de calor subterrâneas

As bombas de calor de fonte subterrânea utilizam a terra ou a água subterrânea como fonte de energia térmica no modo de aquecimento e como sumidouro para rejeitar energia quando no modo de resfriamento. Esses tipos de sistemas contêm dois componentes principais:

• Trocador de calor de solo: Este é o trocador de calor usado para adicionar ou remover energia térmica da terra ou solo. Várias configurações de trocadores de calor são possíveis e serão explicadas posteriormente nesta seção.
• Bomba de calor: Em vez de ar, as bombas de calor subterrâneas usam um fluido que flui através do trocador de calor terrestre como fonte (no aquecimento) ou dissipador (no resfriamento).
  Do lado do edifício, são possíveis sistemas de ar e hidrônicos (água). As temperaturas operacionais no lado do edifício são muito importantes em aplicações hidrônicas. As bombas de calor funcionam de forma mais eficiente ao aquecer a temperaturas mais baixas, abaixo de 45 a 50°C, tornando-as uma combinação melhor para pisos radiantes ou sistemas de fan coil. Deve ter-se cuidado ao considerar a sua utilização com radiadores de alta temperatura que requerem temperaturas da água superiores a 60°C, uma vez que estas temperaturas geralmente excedem os limites da maioria das bombas de calor residenciais.

Dependendo de como a bomba de calor e o permutador de calor do solo interagem, são possíveis duas classificações diferentes do sistema:

• Circuito Secundário: Um líquido (água subterrânea ou anticongelante) é usado no trocador de calor de solo. A energia térmica transferida do solo para o líquido é entregue à bomba de calor através de um trocador de calor.
• Expansão Direta (DX): Um refrigerante é usado como fluido no trocador de calor de solo. A energia térmica extraída do solo pelo refrigerante é utilizada diretamente pela bomba de calor – não é necessário qualquer permutador de calor adicional.
  Nestes sistemas, o trocador de calor do solo faz parte da própria bomba de calor, atuando como evaporador no modo de aquecimento e condensador no modo de resfriamento.

As bombas de calor geotérmicas podem atender a um conjunto de necessidades de conforto em sua casa, incluindo:

• Apenas aquecimento: A bomba de calor é utilizada apenas para aquecimento. Isto pode incluir aquecimento ambiente e produção de água quente.
• Aquecimento com “resfriamento ativo”: A bomba de calor é usada tanto para aquecimento quanto para resfriamento
• Aquecimento com “arrefecimento passivo”: A bomba de calor é utilizada no aquecimento e desviada no arrefecimento. No resfriamento, o fluido do edifício é resfriado diretamente no trocador de calor do solo.

As operações de aquecimento e “resfriamento ativo” são descritas na seção seguinte.

Principais benefícios dos sistemas de bomba de calor de fonte subterrânea

Eficiência

No Canadá, onde as temperaturas do ar podem descer abaixo dos –30°C, os sistemas de fonte terrestre são capazes de operar de forma mais eficiente porque tiram partido das temperaturas do solo mais quentes e estáveis. As temperaturas típicas da água que entra na bomba de calor subterrânea são geralmente acima de 0°C, produzindo um COP de cerca de 3 para a maioria dos sistemas durante os meses mais frios do inverno.

Economia de energia

Os sistemas de fonte subterrânea reduzirão substancialmente os custos de aquecimento e resfriamento. A economia nos custos de energia de aquecimento em comparação com os fornos elétricos é de cerca de 65%.

Em média, um sistema de fonte terrestre bem concebido produzirá poupanças que são cerca de 10-20% superiores às que seriam proporcionadas por uma bomba de calor de fonte de ar de clima frio, de melhor qualidade, dimensionada para cobrir a maior parte da carga de aquecimento do edifício. Isto se deve ao fato de que as temperaturas subterrâneas são mais altas no inverno do que as temperaturas do ar. Como resultado, uma bomba de calor de fonte subterrânea pode fornecer mais calor durante o inverno do que uma bomba de calor de fonte aérea.

As poupanças de energia reais irão variar dependendo do clima local, da eficiência do sistema de aquecimento existente, dos custos de combustível e eletricidade, do tamanho da bomba de calor instalada, da configuração do campo perfurado e do balanço energético sazonal, e do desempenho da eficiência da bomba de calor na CSA. condições de classificação.

Como funciona um sistema de fonte terrestre?

As bombas de calor de fonte subterrânea consistem em duas partes principais: um trocador de calor de solo e uma bomba de calor. Ao contrário das bombas de calor de fonte de ar, onde um permutador de calor está localizado no exterior, nos sistemas de fonte terrestre, a unidade da bomba de calor está localizada dentro de casa.

Os projetos de trocadores de calor de solo podem ser classificados como:

• Circuito Fechado: Os sistemas de circuito fechado coletam calor do solo por meio de um circuito contínuo de tubulação enterrada no subsolo. Uma solução anticongelante (ou refrigerante no caso de um sistema DX de fonte subterrânea), que foi resfriada pelo sistema de refrigeração da bomba de calor a vários graus mais fria que o solo externo, circula pela tubulação e absorve o calor do solo.
  Arranjos de tubulação comuns em sistemas de circuito fechado incluem sistemas horizontais, verticais, diagonais e de aterramento de lagoa/lago (esses arranjos são discutidos abaixo, em Considerações de Projeto).
• Open Loop: Os sistemas abertos aproveitam o calor retido em um corpo de água subterrâneo. A água é conduzida através de um poço diretamente para o trocador de calor, de onde é extraído seu calor. A água é então descarregada para um corpo d'água acima do solo, como um riacho ou lagoa, ou de volta para o mesmo corpo d'água subterrâneo por meio de um poço separado.

A seleção do sistema de tubulação externa depende do clima, das condições do solo, do terreno disponível, dos custos de instalação local no local, bem como dos regulamentos municipais e provinciais. Por exemplo, sistemas de circuito aberto são permitidos em Ontário, mas não são permitidos em Quebec. Alguns municípios proibiram os sistemas DX porque a fonte de água municipal é o aquífero.

O Ciclo de Aquecimento

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