Menor custo de operação e ganhos ambientais impulsionam bombas de calor

As bombas de calor podem contribuir para o sistema de AVAC trazendo maior eficiência e sustentabilidade para a planta

Bombas de calor são equipamentos cuja tecnologia é bem consolidada em vários países e felizmente estão ganhando mais visibilidade no Brasil, gerando ganhos financeiros pelo menor custo de operação e significativos ganhos ambientais pela redução de pegada de carbono. As bombas de calor atualmente atendem aplicações diversas e amplas que vão muito além do tradicional uso para aquecimento de piscinas, chegando a atender hotéis, hospitais, residências e indústrias. Nessa gama de aplicações é possível encontrar bombas de calor com temperaturas mais baixas, na ordem de 40°C, e outras que passam os 90°C, com capacidades variadas.

As bombas de calor podem contribuir para o sistema de AVAC trazendo maior eficiência e sustentabilidade para a planta. Várias bombas de calor ainda podem operar em ciclo reverso, no modo quente ou frio; então, para regiões em que o inverno é mais rigoroso, o mesmo equipamento pode atender o resfriamento ou o aquecimento dos ambientes, sem a necessidade de duplicar a infraestrutura.

Em sistemas de AVAC as bombas de calor podem auxiliar no processo de desumidificação, especificamente no reaquecimento do ar que, em muitos casos, é feito por resistências elétricas ou queima de combustíveis fósseis para gerar calor. Como as bombas de calor trabalham consumindo energia elétrica para mover o calor e não para conversão direta, é possível atingir eficiências na ordem de 3 a 5 kW/kW, ou seja, para cada unidade de energia elétrica consumida, é possível gerar de 3 a 5 unidades de calor, enquanto uma resistência elétrica tem uma eficiência menor que 1, ou seja, consome mais do que gera. Pelo lado da sustentabilidade, as bombas de calor, além de mais eficientes que a queima de combustíveis fósseis, reduzem muito a pegada de carbono da planta de água quente, já que a matriz energética brasileira é basicamente renovável e limpa. É possível aumentar ainda mais os ganhos com aplicações de bombas de calor se houver o aproveitamento do lado frio ou com aplicação de equipamentos híbridos, tipo multi propósitos, capazes de controlar a saída de água quente e gelada simultaneamente.

Reaproveitamento de calor

Operar com uma bomba de calor para reaproveitar o calor rejeitado por um chiller é uma estratégia consagrada de eficiência energética em sistemas de AVACR, especialmente em edifícios com demandas simultâneas de resfriamento e aquecimento, como hospitais, hotéis e indústrias. Para conceber um projeto combinado é muito importante entender os perfis de carga térmica no lado frio e no lado quente, cruzando essas duas curvas para entender qual a melhor estratégia e garantir que o sistema funcione adequadamente. Isso para que se possa entender se é possível conectar o lado frio da bomba de calor como complemento de chillers ou como complemento do circuito de condensação, garantindo que a bomba de calor irá operar de modo sinérgico com o restante do sistema e de modo a maximizar a eficiência da planta.

As indústrias em geral têm aumentado o interesse no uso de bombas de calor para atender o consumo de calor em processos produtivos diversos, como:

– Limpeza e esterilização: diversas indústrias como alimentícias, farmacêuticas, de cosméticos e outras, aplicam calor na limpeza de vasilhames ou equipamentos, como o processo do CIP (clean in place), que utiliza soluções quentes para realizar a limpeza de equipamentos;

– Secagem industrial: é possível aplicar calor proveniente de bombas de calor para secagem de grãos, madeira, papel, fármacos e têxteis;

– Pré-aquecimento para geração de vapor: alguns processos que demandam vapor precisam de reposição de água constante, seja por vazamentos ou pelo processo em si. Assim, é mais barato e sustentável utilizar bombas de calor para elevar a temperatura entre a condição ambiente até o limite das bombas de calor e depois finalizar com a caldeira para a condição de vapor na temperatura e pressão demandadas. E ainda existem outros processos em que as bombas de calor se enquadram bem, como preparação de pintura e controle de umidade, sendo a redução de pegada de carbono e redução de custos de operação os maiores benefícios experimentados pelos usuários de bombas de calor em geral.

Eficiência das bombas de calor

A eficiência de uma bomba de calor normalmente é medida pela razão de energia térmica gerada pela energia elétrica consumida (kW/kW), então, quanto maior for esse número melhor, significando que a bomba de calor é capaz de gerar mais energia térmica com a mesma quantidade de energia elétrica consumida. Entretanto, para entender as eficiências de bombas de calor é necessário entender aspectos como as temperaturas de operação e até a tecnologia do equipamento, se do tipo ar/ar, ar/água ou água/água (fluido que troca calor no equipamento no lado frio e quente). Bombas de calor do tipo ar/ar são, por exemplo, splits residenciais, com eficiências entre 3,0 a 4,5 kW/kW, e aplicações com temperaturas até 40°C. Bombas de calor do tipo ar/água são equipamentos como os encontrados para aquecimento de piscinas ou água sanitária de empreendimentos pequenos e médios, atingindo eficiência entre 2,5 e 4,0 kW/KW, sendo normalmente aplicadas para temperaturas de até 65°C. As bombas de calor do tipo água/água, embora também possam ser encontradas em aplicações de pequeno porte, são normalmente mais utilizadas em projetos maiores, com grandes capacidades, atingindo eficiências entre 4,0 e 6,5 kW/kW e podendo chegar a temperaturas de 90°C ou até mais. Em análises de viabilidade de bombas de calor contra sistemas típicos com resistências elétricas e queima de materiais fósseis é comum encontrar ganhos com redução de custos de operação de 60% e retorno de investimentos de menos de 2 anos, além do significativo impacto positivo em sustentabilidade.