Trabalho da bomba de calor no inverno: 13 conceitos importantes

Como é que um bomba de calor trabalhar no inverno? É sempre uma questão curiosa para todos nós. Sabemos que no inverno o objetivo da bomba de calor é aquecer o ambiente. Vamos analisar o funcionamento da bomba de calor no inverno.

Durante o inverno, o refrigerante líquido suga o calor do ar externo e se torna a forma de vapor; o refrigerante a vapor é comprimido a alta temperatura e pressão. Então o refrigerante tem permissão para passar pela sala. Durante esse período, o refrigerante libera o calor para o ambiente, o que aumenta a temperatura do ambiente. 

Este sistema é uma boa opção para locais onde ocorre inverno ameno e pode economizar energia em comparação com o aquecimento convencional. No entanto, para inverno rigoroso, a bomba de calor por si só não é uma boa alternativa. O sistema híbrido é usado nesse cenário.

Existem diferentes tipos de bombas de calor disponíveis. A classificação é baseada na origem do calor, ou seja, na localização do evaporador. Alguns dos tipos são: Bomba de calor de fonte de ar, bomba de calor de fonte de solo, bomba de calor de fonte de água, etc.

Um diagrama esquemático da bomba de calor com os componentes principais é mostrado na figura abaixo;

Como funciona uma bomba de calor no inverno
Os principais componentes de uma bomba de calor
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A unidade externa de uma pequena bomba de calor de fonte de ar Crédito: https://pixabay.com/de/photos/kleine-luft-w%c3%a4rmepumpe-4963069/

Como funciona uma bomba de calor de fonte subterrânea no inverno?

A temperatura abaixo de poucos metros do solo é estável de 55oF independentemente da temporada. Vamos ver como esse fato é utilizado para fazer funcionar uma bomba de calor.

In bombas de calor geotérmicas, uma série de tubos fortes são instalados abaixo do solo; este é o trocador de calor da fonte do solo. A água fria da bomba de calor circula por esses tubos e absorve o calor do solo. Em seguida, a água transfere esse calor para o refrigerante na bomba de calor. 

Um esquema diagrama é mostrado abaixo.

Bomba de calor
Bomba de calor de fonte subterrânea Crédito: https: //www.flickr.com/photos/sagabardon/5086132916

A bomba de calor de fonte subterrânea elimina a queima de combustível fóssil; portanto, isso é favorável ao meio ambiente. Alemanha, EUA, Suécia, Canadá, Suíça são os principais países que usam esta bomba de calor.

Em que temperatura uma bomba de calor não é eficaz?

A bomba de calor não é aconselhada em todas as temperaturas. A temperatura ambiente influencia a eficácia da bomba de calor.

À medida que a temperatura ambiente diminui, a eficácia da bomba de calor diminui, a partir da pesquisa, a temperatura ambiente limite é calculada como 40oF. Portanto, é aconselhável usar uma bomba de calor quando a temperatura ambiente estiver acima de 40oF. A bomba de calor torna-se menos eficaz do que outras opções de aquecimento quando a temperatura reduz para 25 a 30oF.

Portanto, usamos um sistema alternativo nas regiões onde a temperatura cai abaixo de 40oF. Combustível fóssil ou qualquer combustível barato é queimado para extrair calor nessas regiões durante o pico do inverno.  

A bomba de calor está funcionando entre dois limites de temperatura, temperatura ambiente e temperatura ambiente. Portanto, o desempenho da bomba de calor depende dessas duas temperaturas. Pode-se supor que se a temperatura ambiente for baixa, a bomba de calor consome mais trabalho para extrair o calor; conseqüentemente, a eficiência diminui.

Vamos analisar matematicamente a eficácia das bombas de calor. A eficácia de uma bomba de calor é medida como coeficiente de desempenho (COP). COP é definido como

COP = (Efeito de aquecimento)/(Trabalho realizado no sistema)

Vamos analisar o COP de um ciclo de Carnot. Ciclo de Carnot é um ciclo ideal que tem o COP máximo.

O COP do ciclo de Carnot é definido como;

COP = Tquente/Tquente - Tfrio

Tfrio é a temperatura ambiente, e Tquente é a temperatura ambiente. Vamos supor que definimos 68oF na bomba de calor, portanto, a temperatura ambiente é de 68oF. Agora vamos supor duas condições quando a temperatura ambiente for 40oF e 20oF.

Quando essas condições de temperatura são aplicadas, obtemos COP de 11.5 e 6.7 para a temperatura ambiente de 40oF e 20oF, respectivamente.

(Nota: Deve-se ter cuidado ao calcular o COP, as temperaturas devem estar na escala Kelvin ou na escala Rankine.)

Aqui, o COP é reduzido quando a temperatura ambiente é reduzida. O COP calculado é para o ciclo máximo possível. Este COP não pode ser alcançado em um ciclo real. Assim, podemos concluir que à medida que a temperatura ambiente diminui, o COP da bomba de calor diminui.

Em que temperatura devo ajustar minha bomba de calor no inverno?

Esta é sempre uma preocupação para muitos de nós ao operar uma bomba de calor.

O conforto humano é o principal objetivo de uma bomba de calor em casa. A partir de pesquisas científicas, conclui-se que 680F é melhor para o conforto humano durante o inverno. É aconselhável reduzir ainda mais a temperatura de operação quando usamos a bomba de calor continuamente. 

A bomba de calor pode funcionar abaixo de zero?

A questão aqui é o que acontece quando a temperatura ambiente está abaixo do ponto de congelamento. É seguro operar?

Sim, podemos usar a bomba de calor em condições de congelamento. O ponto de congelamento de refrigerante usado em uma bomba de calor está muito abaixo do ponto de congelamento da água; portanto, o refrigerante na bomba de calor não congela mesmo que a temperatura ambiente esteja abaixo do ponto de congelamento da água.

Se a pergunta for "é aconselhável usar bomba de calor em frio extremo?" então a resposta é "não, não é aconselhável"

No entanto, em condições extremamente frias, não é aconselhável usar bomba de calor. Discutimos a eficácia das bombas de calor nas seções anteriores. Quando a temperatura é inferior a 40oF, a eficácia da bomba de calor diminui; portanto, a bomba de calor consome mais energia do que simplesmente queimar combustível.

Como posso tornar minha bomba de calor mais eficiente no inverno?

Algumas dicas para melhorar a eficiência são fornecidas a seguir.

  • Limpe o filtro com freqüência.
  • Para um aquecimento rápido da divisão, não defina a temperatura da bomba de calor muito elevada.
  • Não aqueça os espaços que não está a utilizar.
  • Feche perfeitamente todas as ventilações da sala.
  • Sempre forneça espaço suficiente na unidade interna e externa da bomba de calor para fluxo livre de ar.
  • Só coloque o modo de aquecimento de emergência quando for uma emergência.
  • Certifique-se de que a unidade externa é facilmente acessível para limpeza.

Por que minha bomba de calor está soprando ar frio quando o aquecimento está ligado?

Existem basicamente três razões pelas quais você pode achar que sua bomba de calor está soprando ar frio.

  • A bomba de calor está funcionando corretamente, mas você está sentindo frio.
  •  A bomba de calor começou a funcionar em modo de descongelação.
  • A bomba de calor não está funcionando corretamente.

Vamos discutir cada ponto separadamente.

  • A bomba de calor está funcionando corretamente, mas você está sentindo frio.

A bomba de calor está funcionando corretamente; no entanto, quando a temperatura ambiente é muito baixa, a eficácia da bomba de calor e a capacidade de aumentar a temperatura diminuem. Nessas situações, a bomba de calor está aquecendo o ar, mas você não sente isso porque a temperatura do ar aquecido está muito abaixo da temperatura do seu corpo.

Geralmente, o aquecimento elétrico inicia automaticamente nestas situações.  

  • A bomba de calor começou a funcionar em modo de descongelação.

Quando uma bomba de calor está funcionando em uma temperatura ambiente muito baixa, a água pode congelar ao redor das bobinas da unidade externa. A cobertura completa da bobina com gelo deve ser evitada. A bomba de calor trabalha no modo reverso para remover esse gelo, ou seja, começa a resfriar por dentro e aquecer a serpentina externa.

Após 1-2 minutos de funcionamento, a bomba de calor começa a funcionar corretamente quando o gelo é completamente removido.

  • A bomba de calor não está funcionando corretamente.

Este é um problema sério e você deve entrar em contato com um técnico. Existem muitas possibilidades, como vazamento de refrigerante, danos nas válvulas ou redução na eficiência da bomba de calor, etc.

 Devo operar minha bomba de calor no modo automático ou aquecimento?

 Existem três modos em uma bomba de calor “Calor”, “Frio” e “Automático”. 

É aconselhável definir o modo “Calor” em vez do modo “Auto” no inverno. Isso porque o modo “Auto” pode resfriar a sala em um dia ensolarado de inverno, o que é desnecessário, ou seja, a bomba de calor fica automaticamente com seu funcionamento invertido, o que deve ser evitado.

Devo desligar minha bomba de calor no frio extremo?

A situação de frio extremo pode ocorrer no inverno em muitos países.

É aconselhável parar de usar a bomba de calor em uma situação de frio extremo, pois a eficácia da bomba de calor diminui, o que leva ao aumento do consumo de energia, conforme discutido acima.

Normalmente, a bomba de calor vem com uma instalação de aquecimento elétrico. Portanto, em uma situação de frio extremo, a bomba de calor é desligada e o aquecimento elétrico é iniciado automaticamente.

Por quanto tempo uma bomba de calor deve funcionar por dia?

Sabemos que a velha técnica de aquecimento do forno não funcionará continuamente por muito tempo. E a bomba de calor?

A bomba de calor pode funcionar continuamente ao longo do dia, se necessário. As bombas de calor avançadas vêm com sensores automáticos, que permitem que a bomba de calor pare de funcionar quando a temperatura necessária for atingida; ele começa automaticamente quando a temperatura cai. Portanto, você não deve se preocupar muito com o consumo de energia.

No entanto, você pode reduzir o consumo de energia ajustando manualmente o tempo de desligamento em uma bomba de calor.

Como posso saber se a minha bomba de calor está a descongelar?

O descongelamento é muito comum em situações de resfriado. O ciclo de descongelação pode ser necessário para o funcionamento eficiente da bomba de calor.

Você pode saber que a bomba de calor está funcionando no ciclo de degelo se o seguinte for observado.

  • O ventilador interno da bomba de calor desliga
  • A bomba de calor para de aquecer a sala
  • A luz indicadora de degelo pisca
Unidade exterior Ecodan na neve
Congelamento na unidade externa da bomba de calor Crédito: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heat_pump_model.jpg

Como evito que minha bomba de calor congele?

As bobinas externas da bomba de calor podem congelar durante o funcionamento.

O ciclo de descongelação visa evitar o congelamento da bomba de calor. O funcionamento da bomba de calor inverte-se no ciclo de descongelação e, durante esse período, a bomba de calor arrefece no interior e aquece no exterior para que o gelo derreta. Este ciclo opera automaticamente. Dentro de 2-3 minutos, a bomba de calor começa a funcionar normalmente. 

Como você descongela uma bomba de calor no inverno?

Você pode descongelar a bomba de calor das seguintes maneiras,

  • Ciclo de descongelação. Nas bombas de calor, o ciclo de descongelação funciona automaticamente. 
  • Remova o gelo manualmente; você pode bombear água para o gelo até que derreta. Ou você pode lascar o gelo com uma ferramenta

Quanta geada é normal em uma bomba de calor?

Não podemos dizer quantitativamente a geada normal.

Existem duas condições em que você pode dizer que o gelo é demais em uma bomba de calor.

  • Quando o gelo impede o fluxo de ar para a bomba de calor
  • Quando o gelo permanece nas serpentinas por mais de 2 horas.

Se estas condições forem observadas, é aconselhável entrar em contato com um operador, pois o ciclo de degelo não está funcionando na bomba de calor.

Como funciona uma bomba de calor para piscina no inverno?

O funcionamento de um aquecedor de piscina bomba é semelhante à bomba de calor de ar.

A bomba de calor da piscina é usada para aquecer a água da piscina. Neste, o condensador transfere calor para a água fria. Os outros processos são semelhantes aos da bomba de calor ambiente. Assim, o condensador é mergulhado dentro da piscina, e a unidade restante fica fora da piscina.

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