Componentes indispensáveis numa instalação com bomba de calor

TERMINAIS DE EMISSÃO

Numa instalação com bomba de calor utilizada para aquecimento, os terminais de emissão (emissores de calor) devem ser dimensionados com a temperatura de ida mais baixa possível. A escolha mais simples passa por utilizar painéis radiantes, quer montados no chão ou no teto. Os ventiloconvetores não são uma boa combinação para bombas de calor, uma vez que não é possível baixar a temperatura de ida a meio da estação, devido à sensação de ar frio na pele.

As novas normas do mercado de bombas de calor garantem uma temperatura da água de aquecimento até 60–65 °C, sem necessidade de apoio de resistências elétricas, mesmo a uma temperatura externa muito baixa de -20 °C. Isto permite reduzir os custos energéticos e integrar também os radiadores (muitas vezes, já presentes nas habitações) como possíveis terminais de emissão.

As bombas de calor ar-água são também capazes de produzir água refrigerada a temperaturas normalmente utilizadas em instalações de arrefecimento. Não existem limitações particulares na escolha do design dos sistemas de ar condicionado à base de água associados a estas máquinas.

RADIADORES DE BAIXA TEMPERATURA

Apenas podem ser utilizados para aquecimento e só se estiverem bem dimensionados. Numa instalação completamente requalificada (substituição dos radiadores), a projetação considera a temperatura de ida a fim de calcular a superfície necessária do novo radiador. Por outro lado, quando a intervenção se centra apenas no gerador (com a substituição de uma caldeira por uma bomba de calor), é necessário verificar a potência que os radiadores existentes são capazes de emitir à nova tempera- tura de ida.

Vejamos um exemplo com os seguintes dados:

• carga térmica do ambiente = 700 W • temperatura de ida = 70 °C

• potência do elemento radiador indi- vidual em alumínio = 150 W (de acordo com a norma EN 442).

O número de elementos do radiador é calculado como a relação entre a carga térmica do ambiente e a potência do elemento individual:

700 / 150 = 5 elementos.

Ao contrário, alimentar o radiador a 40 °C em vez de 70 °C resultará numa potência inferior (aprox. 85 W por elemento indivi- dual). A potência total do radiador será de428W(85W×5elementos)emvez dos 700 W necessários.

Há duas formas de alcançar a potência necessária:

1. aumentar o número de elementos 
   até ser alcançada (se ainda não 
   tiverem sido sobredimensionados); 
    
2. intervir na estrutura de dispersão 
   para baixar a necessidade. 
    

De facto, muitas vezes, quando um gerador é substituído, também se atua sobre o isolamento da estrutura em dispersão através de isolamento compósito térmico, do isolamento de tetos e do pilotis e, se necessário, da substituição de janelas e portas. Só com estas intervenções, será possível manter os radiadores existentes com a instalação de uma bomba de calor.

PISO RADIANTE

O sistema radiante, seja no teto ou sob o pavimento, é a melhor combinação com a bomba de calor, sendo que pode tornar a instalação o mais eficaz e económica possível. A superfície ampla do sistema radiante assegura o melhor conforto com uma temperatura de superfície (e portanto a temperatura de ida da bomba de calor) mais baixa que a de um radiador.

No modo de aquecimento, as temperaturas típicas de funcionamento situam-se entre os 35 e 40 °C, mas por vezes podem ser alcançadas temperaturas mais baixas através do espessamento da passagem do painel ou da utilização de uma espessura da argamassa reduzida. É possível manter estas temperaturas de funcionamento apenas se o edifício estiver bem isolado, já que a potência de emissão de uma instalação radiante está relacionada com a superfície em que está instalado.

No modo de arrefecimento permite a produção de água refrigerada a tempe- raturas mais próximas das requeridas no ambiente. O arrefecimento radiante, combinado com o correspondente sistema de desumidificação, permite manter uma temperatura mais elevada de ida aos terminais (13/15°C em comparação com 7/9 °C para um sistema tradicional). Isto permite um maior rendimento do ciclo frigorífico. No entanto, os sistemas de arrefecimento radiante têm algumas limitações, incluindo baixa potência espe- cífica, alta inércia e elevados custos do sistema de desumidificação, o que muitas vezes os torna pouco vantajoso economicamente.

VENTILOCONVETORES

O ventiloconvetor pode desempenhar a dupla função de aquecimento e arre- fecimento, e por esta razão, aparen- temente seria o complemento ideal para a bomba de calor. No entanto, quando se trata de aquecimento, os modelos mais antigos fornecidos a 65 °C não podem ser combinados com bombas de calor, e os modelos atuais com temperaturas de ida entre 45 e 55 °C sacrificam alguns pontos de rendimento, especialmente a meio da estação.

No modo de arrefecimento, utilizam água refrigerada para arrefecer e desu- midificar numa única solução. Estão equipados com uma bacia apropriada para recolher o vapor condensado durante a desumidificação. Trabalham geralmente com uma temperatura de ida de 7 °C, pelo que é possível elevar a temperatura da água num certo limite (até à temperatura do orvalho) a fim de garantir a desumidificação correta dos ambientes.

Em alternativa, pode ser instalado em linha no retorno da instalação, por exemplo, em instalações sem circuito de reforço. Em máquinas ON/OFF e naquelas com inversores obsoletos, esta disposição permite reduzir o número de ciclos do compressor, garantindo uma menor solicitação à máquina. É garantida a temperatura mínima de retorno da água ao gerador para as operações de descongelação do evaporador.

O acumulador técnico localizado no lado de ida desempenha a mesma função que o volante térmico no lado de retorno mas, uma vez que funciona como uma reserva energética para o sistema de emissão, requer mais tempo para realizar o arranque da instalação.

É possível, por fim, instalar o acumu- lador técnico na versão de três tubos. Semelhante à versão com separador hidráulico, permite a compensação hidráulica dos circuitos e, simultanea- mente, fornece um reservatório de energia a fim de servir os pontos de utilização. A principal diferença é que existe uma ligação direta da máquina aos pontos de utilização, o que permite um arranque rápido.

DIMENSIONAMENTO DO DEPÓSITO DE INÉRCIA

O volume do depósito de inércia depende do volume mínimo de água exigido pelo fabricante para assegurar o funcionamento correto da máquina, mesmo nas fases de descongelação. Este valor é influenciado pelas caracte- rísticas da instalação, a sua extensão e o modo de gestão (presença da válvula de bypass) e deve ser garantido

após dedução do conteúdo de água da bomba de calor e do sistema de emissão: efetivamente, com uma regulação por zona de 2 vias, o conteúdo de água do sistema de emissão é excluído do volume total do sistema quando a temperatura ambiente é alcançada.

O volume mínimo de água pode ser calculado com base na potência da máquina: de um modo geral, podemos assumir um valor de 5–7 litros por kW térmico. Em qualquer caso, é essencial seguir as instruções do fabricante.

TRATAMENTO DA ÁGUA

No que diz respeito ao tratamento da água, uma instalação com bomba de calor comporta-se como uma instalação tradicional com caldeira e está sujeita às mesmas obrigações legislativas (em Itália, representado pelo Decreto de Requisitos Mínimos de 2015). Além disso, muitos fabricantes referem na sua documentação técnica o cumprimento destas obrigações, com o intuito de manter a garantia. Finalmente, manter a qualidade da água adequada para a circulação na instalação poderá permitir uma poupança energética da instalação superior a 8–10%.

ADITIVOS QUÍMICOS

Os aditivos químicos numa instalação de aquecimento ou arrefecimento são sempre obrigatórios, independentemente da potência ou dureza da água. O enchimento de uma instalação deve ser realizado com água que cumpra os critérios e parâmetros de potabilidade. Após o enchimento, é obrigatório realizar a lavagem da instalação e, posteriormente, aplicar um agente protetor anticorrosão e anti-incrustante para manter uma elevada eficiência das instalações.

Deve ser dada especial atenção às instalações térmicas recentes com bomba de calor, que exploram as baixas temperaturas do fluido vetor mas que, precisamente por isso, podem favorecer a formação de resíduos biológicos nas instalações. Neste caso, é indispensável a utilização de um biocida juntamente com o agente protetor. O biocida é útil para a prevenção e controlo do crescimento microbiano num amplo espetro de bactérias e outros microrganismos presentes nas águas de climatização.

DOSAGEM DE ADITIVOS QUÍMICOS

O Decreto Ministerial 26/06/2015 prevê sempre a inclusão de aditivos químicos nas instalações de aquecimento, independentemente da potência do gerador instalado.

São doseados em função do volume de água presente na instalação.

DISPOSITIVOS PARA MANUTENÇÃO DA CIRCULAÇÃO

Nas bombas de calor, é necessário manter a circulação ativa no permutador de refrigerante/água para assegurar a eliminação adequada do calor libertado pelos próprios permutadores e aproveitar a massa de água contida na instalação durante os ciclos de descongelação.

O bloqueio da circulação ou um caudal de água insuficiente pode conduzir a avarias graves, chegando mesmo a causar a rutura de determinados componentes da máquina. A fim de evitar estes problemas, os fabricantes de bombas de calor utilizam fluxóstatos que, por meio de um sinal, permitem que as máquinas parem quando o caudal desce abaixo de um valor limite de segurança.

Com o intuito de garantir a circulação correta às bombas de calor, é possível adotar:

1. Separador hidráulico

2. Bypass regulado com válvula de balanceamento

3. Bypass com AUTOFLOW®

4. Bypass com válvula de diferencial

VASO DE EXPANSÃO

O vaso de expansão é um “recipiente” que está ligado à instalação térmica e que serve para limitar os aumentos de pressão devido a alterações de volume causadas pelo aquecimento/arrefecimento da água no interior da instalação. Consiste num recipiente dividido em duas partes por uma membrana: uma para a água da instalação e a outra para um gás cuja função consiste em absorver as variações no volume da água. A pressão de pré-carga do gás deve ser igual à pressão hidrostática da água no ponto de instalação somada a um valor de 0,3 bar.

Regra geral, as bombas de calor contêm um vaso de expansão; quando o volume deste vaso não é suficiente para o sistema, deve ser instalado um vaso adicional.

PROTEÇÃO ANTIGELO

DURANTE O FUNCIONAMENTO NORMAL

As bombas de calor estão equipadas com uma função antigelo intrínseca para proteger o permutador de calor gás/água e a tubagem do circuito hidráulico. Quando a bomba de calor é desligada e a temperatura externa desce abaixo de um valor crítico, o circulador da máquina é ligado para manter a água técnica em movimento, a fim de evitar a sua congelação. Se, nestas condições, a temperatura da água em circulação descer abaixo de um limite definido por segurança, o compressor é também ativado como suporte para aumentar a temperatura do fluido para o valor ideal.

Outro sistema de proteção antigelo consiste em colocar uma resistência elétrica no lado do permutador que trabalha com o ar exterior. Desta forma, em determinadas condições de temperatura externa, a superfície do permutador de calor pode ser aquecida em modo direto a fim de derreter o gelo que se forma sobre o mesmo.

Na ausência da resistência, ou quando esta é adicionada, os fabricantes podem necessitar de um cabo de aquecimento alimentado eletricamente para proteger a tubagem exposta às intempéries.

AUSÊNCIA DE ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA

Em caso de ausência de corrente elétrica, podem ser utilizados os seguintes sistemas de segurança:

• Glicol. Em todos os tipos de bombas de calor, é possível adicionar glicol à água. A concentração do líquido antigelo deve ser verificada ciclicamente com um controlo periódico da vedação da instalação para evitar possíveis fugas para o ambiente (composto tóxico); se necessário, deve ser reabastecido. A adição de glicol gera um aumento da perda de carga devido à elevada viscosidade do produto. Além disso, se o glicol atingir temperaturas elevadas, pode decom- por-se e tornar-se corrosivo para a instalação. 

• Válvulas de proteção antigelo, apenas na presença de uma bomba de calor monobloco (ou hydrosplit) quando não for utilizado glicol.