Produção de água quente sanitária através de bomba de calor

Neste artigo, iremos incidir sobre a produção de água quente sanitária através de bomba de calor, abordando a tipologia destes equipamentos e os motivos da sua massificação. Abordaremos também a temática de aplicação das bombas de calor como tecnologia de captação de energia renovável e por fim, demonstraremos uma análise económico financeira tendo em consideração o 'Programa de Apoio a Edifícios Mais Sustentáveis', atualmente em vigor.

O surgimento das bombas de calor no mercado europeu data de 1970 contudo, só em 1973 o forte aumento dos preços dos combustíveis derivados da crise petrolífera, impulsionou um maior investimento e investigação nesta tecnologia que, à data, não se mostrava vantajosa.

Hoje, a massificação da bomba de calor não se prende exclusivamente com a vantagem económico financeira, mas também, pela sua forte contribuição na redução das emissões de CO₂. Na verdade, é a vertente de redução das emissões de CO₂ que tem levado diversos países a incentivar a instalação desta tipologia de sistemas, alternativos aos combustíveis fósseis. Estes incentivos realizam-se por comparticipação na aquisição dos sistemas, redução a nível fiscal, bem como na consideração de sistema alternativo a outros de índole obrigatória.

Esta 'vantagem ecológica' deve-se ao facto de a bomba de calor não produzir calor através de conversão da energia elétrica. Na verdade, limita-se a transportar o calor ambiente, disponível de forma ilimitada e gratuita, desde uma fonte externa, a baixa temperatura (ar ambiente, a água ou a própria terra) para o meio a aquecer, a uma temperatura superior. Aliás, a energia primária consumida pela bomba de calor é utilizada maioritariamente para este transporte de energia pois o calor não pode passar de um corpo frio para um corpo quente de forma natural.

O princípio básico das bombas de calor baseia-se na obtenção de energia da natureza.

Contudo, sabemos da física que o calor passa naturalmente de um corpo quente para um corpo menos quente pelo que, a transferência de calor de um corpo menos quente para um corpo mais quente, implica a utilização de um sistema termodinâmico.

De uma forma simples, podemos descrever o funcionamento da bomba de calor, pela absorção de calor do meio ambiente pelo refrigerante no evaporador, o qual flui para o compressor onde é pressurizado. Quando o refrigerante é pressurizado, sofre um aumento de temperatura e pressão, sendo desta forma bombeado para o condensador como um gás quente.

Quando o refrigerante chega ao evaporador, a sua temperatura é inferior à temperatura do ambiente circundante, sendo assim, capaz de absorver o calor desse meio envolvente, repetindo-se todo o processo.

Fonte: Vulcano.

A eficiência de uma bomba de calor é medida pelo Coeficiente de Performance (COP).

O COP é a razão entre a produção de calor útil e o consumo de energia elétrica, sob determinadas condições. Existem vários fatores em torno da bomba de calor que afetam o valor do COP, sendo os principais, a temperatura da fonte natural e a temperatura de saída. Dado que a bomba de calor fornece mais energia do que aquela que consome, o COP é sempre superior a 1, verificando-se normalmente valores compreendidos entre 3 e 4. Esta é a grande vantagem das bombas de calor porque fornecem mais energia do que aquela que realmente pagamos, pois, a maior parte é obtida da natureza, gratuitamente.

Assim, uma metodologia para desmistificar esta questão, passa por quantificar a energia renovável captada pela bomba de calor e compará-la com a energia recuperada pelos sistemas de coletores solares térmicos, de instalação obrigatória nos edifícios abrangidos pelo REH.

Para tal, calcula-se a energia útil para preparação de AQS, em determinada localização e tipologia de edifício. De seguida, determina-se a energia renovável fornecida por ambos os sistemas, considerando o Despacho n.º 15793-H/2013, que estabelece as regras de quantificação e contabilização do contributo de sistemas para aproveitamento de fontes de energia renováveis, de acordo com o tipo de sistema.

O Governo português, à semelhança de outros homólogos europeus, está comprometido em reduzir gradualmente as emissões de CO₂, tendo para tal, criado nos últimos anos, diversos incentivos para instalação de sistemas de produção de energia elétrica renovável, instalação de sistemas de isolamento térmico eficiente, etc. À data de hoje, encontra-se novamente em vigor um incentivo que visa, entre outros, reduzir o parque de sistemas menos eficientes, de produção de calor para aquecimento ambiente e de águas sanitárias. Este programa permite reduzir fortemente o custo inicial dos sistemas de água quente com bomba de calor, levando à redução do período de retorno do investimento.

Em simultâneo, estamos ainda a assistir a uma transição dos equipamentos de produção de água quente sanitária alimentados por combustíveis fósseis para outros alimentados a energia elétrica, nomeadamente os termoacumuladores elétricos. Contudo, os sistemas elétricos de produção de água quente, são menos eficientes em termos de energia e têm custos de operação bastante mais altos do que opções com maior eficiência energética e menor custo de operação.

Na realidade, os sistemas de bomba de calor, ou de esquentador associado a um sistema solar térmico, são bastante mais eficientes do que os sistemas elétricos convencionais.

Como demonstração da poupança económica obtida pela utilização de sistema convencional versus bomba de calor, utilizamos como exemplo, um edifício de tipologia T3, sito em Aveiro, cujas necessidades de energia para produção de AQS perfazem 2376kWh/ano.

Considerando a instalação de uma bomba de calor Vulcano HP 270-3E, verifica-se que a componente renovável obtida é de 1746kWh/ano.

Tendo por base o custo de aquisição da bomba de calor, do termoacumulador e o preço do kWh de eletricidade de 0,1858€, conclui-se que, o investimento na aquisição desta bomba de calor com o incentivo atribuído pelo 'Programa de Apoio a Edifícios Mais Sustentáveis', tem um retorno imediato e permite uma poupança no consumo energético de aproximadamente 350€/ano. .

Como se pode verificar, a instalação de uma bomba de calor não só reduz as emissões de CO₂ produzido pela operação do sistema, como também, economiza dinheiro para os proprietários.

A bomba de calor é uma excelente opção como sistema autónomo de produção de AQS, mas também, quando combinada com o sistema solar térmico. Neste caso, a bomba de calor funcionará como apoio, de modo a colmatar as suas necessidades, pois em determinados dias do ano, a fração solar disponível é inferior à requerida.

Deste modo, a bomba de calor Vulcano destaca-se pela sua capacidade de integração com outras fontes de energia renováveis, tais como o solar térmico ou o fotovoltaico. Quando associada ao sistema solar térmico permite, não só efetuar o papel de apoio, como também proporcionar total prioridade à captação de energia solar.

Exemplo de instalação de sistema solar térmico com bomba de calor como sistema de apoio. Fonte: Vulcano.

Por outro lado, quando associada a um sistema fotovoltaico é capaz de gerir autonomamente o seu funcionamento, de modo a aproveitar toda a energia produzida por este sistema.

Através da sua programação horária, permite ainda restringir o funcionamento para as horas de maior calor ambiente ou então de acordo com a tarifa horária contratada reduzindo, assim, o consumo energético e consequentemente os custos de operação.

A aplicação de bombas de calor Vulcano não é apenas vantajosa para o utilizador final que, além de adquirir um equipamento de elevada eficiência e que lhe assegura conforto, tem disponível um equipamento elegível ao apoio estatal, o que se traduz numa redução de até 85% do custo inicial.

Como sempre, o instalador dispõe de uma equipa de formação e suporte técnico dedicada, via telefone ou in sito, o que possibilita complementar todas as informações e técnicas adquiridas nas formações online ou presenciais ministradas pelo Instituto de Formação Vulcano. Toda a vertente técnica dos instaladores pode ser ainda complementada com o abrangente portefólio de formações comportamentais, que lhe permitirá facilitar a interação com os seus clientes ou mesmo apoiar na gestão das suas equipas.