Visualizações: 23 Autor: Editor do site Horário de publicação: 26/09/2016 Origem: Site
As bombas de calor de origem hídrica revelam-se mais eficientes em termos energéticos do que os sistemas alternativos para edifícios comerciais. Naveen Halbhavi, PE, ClimateMaster Inc., Oklahoma City
Objetivos de aprendizagem:
Analisar bombas de calor de origem hídrica e compará-las com sistemas alternativos.
Examine como as bombas de calor de fonte de água podem reduzir o consumo de energia dos edifícios.
Implemente um sistema de bomba de calor de fonte de água para atender às demandas simultâneas de aquecimento e resfriamento.
O primeiro código comercial de energia foi promulgado em 1975 com aASHRAE 90-1975: Conservação de Energia em Projetos de Novos Edifícios. Padrão Desde então, os esforços subsequentes levaram a padrões de eficiência energética mais rigorosos, como mostra a Figura 1.
Uma adopção completa e uniforme destes códigos de energia teria resultado numa redução de aproximadamente 50% na utilização normalizada de energia entre 1975 e 2012. Na realidade, o consumo total de energia por metro quadrado em edifícios comerciais diminuiu de 114 kBtu/pé quadrado em 1979 para 79,9 kBtu/pé quadrado em 2012 – uma redução de 30%.
Embora esta seja uma conquista significativa, a adoção e aplicação de normas por diferentes estados não tem sido uniforme e os edifícios continuam a ser responsáveis por uma grande percentagem do consumo de energia nos EUA. Administração de Informações de Energia dos EUA , edifícios comerciais consumiram 7 quatrilhões de Btus de energia. Além disso, o HVAC é responsável por 44% da procura de energia dos edifícios comerciais, conforme mostrado na Figura 2. Isto inclui aquecimento, ventilação e arrefecimento de espaços, mas exclui a refrigeração.
Bombas de calor comerciais
Uma bomba de calor é um circuito de refrigeração que pode resfriar espaços durante o tempo quente e aquecer espaços durante o tempo frio. Com uma bomba de calor, você pode resfriar ou aquecer um ambiente usando apenas eletricidade. Ao não queimar combustível para aquecimento, como num forno central tradicional, o risco de inflamabilidade é eliminado.
As bombas de calor disponíveis comercialmente podem ser categorizadas em dois grandes tipos:
Uma bomba de calor com fonte de ar ou resfriada a ar
Uma bomba de calor de fonte de água (WSHP).
Uma bomba de calor com fonte de ar ou resfriada a ar é um tipo de bomba de calor que opera rejeitando o calor para o ar externo durante o verão ou absorvendo o calor do ar externo durante o inverno. Um WSHP é um tipo de bomba de calor que opera rejeitando calor para um sistema de tubulação de água (ou circuito de água) durante o verão ou absorvendo calor do mesmo circuito de água durante o inverno. Se múltiplas unidades de WSHPs forem instaladas, todas elas poderão ser atendidas por um sistema de circuito de água comum (ou coletor).
Vantagens das bombas de calor de fonte de água
Para WSHPs, uma vez que o calor é transferido através de um trocador de calor para um tubo que transporta água, a operação é mais silenciosa e a área ocupada pelo sistema é menor, uma vez que a água é mais eficiente no transporte de calor do que o ar. Em um sistema de fonte de ar, o coeficiente limite de transferência de calor está no lado do ar e os coeficientes típicos de transferência de calor no lado do ar por convecção forçada estão na faixa de 25 a 250 W/m 2 K. Em contraste, o coeficiente de transferência de calor por convecção forçada no lado da água está entre 50 a 20.000 W/m 2 K. Isso torna o equipamento WSHP mais eficiente e menor em tamanho do que as bombas de calor de fonte de ar.
As unidades de fonte de ar tradicionais podem exigir que cada unidade de tratamento de ar tenha uma unidade de condensação separada. Para um sistema grande com várias unidades, comum em edifícios comerciais, seriam necessárias várias unidades condensadoras que não só são barulhentas, mas também apresentam um desafio de instalação, uma vez que requerem muito espaço livre. Com uma instalação WSHP de múltiplas unidades, a troca de calor pode ser realizada com uma única torre de resfriamento evaporativo central ou refrigerador seco localizado no solo ou no telhado. As unidades WSHP podem ser colocadas em tetos rebaixados ou escondidas de espaços ocupados em salas mecânicas ou armários de utilidades. Colocar as unidades no teto, próximo ao ponto de uso, também resulta em menos dutos e menor consumo de energia dos ventiladores. O consumo de energia do ventilador pode estar entre os maiores componentes energéticos de um sistema HVAC, e um bom projeto geral do sistema tentará minimizá-lo.
Os WSHPs também oferecem algumas das mais altas eficiências do setor de HVAC. A ASHRAE define que os requisitos mínimos de eficiência para WSHPs são mais elevados do que as tradicionais bombas de calor refrigeradas a ar e sistemas VRF. As Tabelas 1 e 2 mostram valores de eficiência para as unidades mais diretamente comparáveis e são derivadas de ASHRAE 90.1-2013: Padrão de Energia para Edifícios, Exceto Edifícios Residenciais Baixos . Esta comparação mostra que os WSHPs atendem aos mais altos requisitos mínimos de índice de eficiência energética (EER) e coeficiente de desempenho (COP).
Os WSHPs também são mais eficientes no aquecimento quando comparados aos condicionadores de ar de fornos integrados. Numa unidade de forno, a eficiência máxima de aquecimento através da queima de gás natural é de cerca de 95% (para um COP de 0,95); o calor elétrico é 100% (COP = 1,0). Com uma bomba de calor de fonte de água em modo de aquecimento, não só a energia térmica do circuito de água é extraída e utilizada, mas também o calor de compressão no circuito refrigerante é capturado e utilizado como fonte de aquecimento. Devido a esta capacidade de extrair calor de uma fonte de calor (isto é, o circuito de água) e utilizar o calor da compressão, o WSHP pode facilmente fornecer 4 a 6 unidades de aquecimento para cada unidade de energia consumida. Claramente, este é um sistema mais eficiente.
