A economia gerada pelo uso de bombas de calor no aquecimento de piscinas

Maurício Bernardes

Sob a ótica da redução do custo de operação dos edifícios e alinhado aos conceitos de eficiência energética, a utilização de bombas de calor para aquecimento de piscinas tem se mostrado uma medida eficaz.
Bombas de calor nada mais são do que dispositivos usados principalmente para controlar a temperatura de ambientes (aquecendo ou resfriando) utilizando um ciclo termodinâmico.
Há diferentes fontes térmicas que podem ser utilizadas para esta finalidade destacando-se o solo, o ar e a água. Quando se utiliza uma bomba de calor em que o ar é a fonte de energia térmica, estamos tratando de um sistema por aerotermia.



Esquema de funcionamento de uma bomba de calor de piscina (ar-água): 1) Fluido expande (válvula de expansão), muda de estado (gás) e diminui de temperatura. O ar do ambiente transfere energia térmica (calor) para o fluído resfriado (no evaporador); 2) Fluido é então comprido (compressor), muda de estado (líquido),  aumenta de temperatura, e tem seu calor dissipado na água da piscina por meio de um trocador de calor;
No caso de uma piscina, o Sol aquece o ar e uma parte deste calor é transferido à água pelo dispositivo (bomba de calor) conforme esquema anterior, numa operação que consome energia (normalmente elétrica), cuja eficiência (COP) depende principalmente do desempenho do equipamento, da temperatura e umidade relativa do ar, e da temperatura da água.
Um COP=4, por exemplo, significa que o equipamento consumirá 1 kW/h para gerar 4 kW/h de potência de aquecimento.



Exemplo de uma aplicação de bomba de calor com COP = 4 e sua importância no uso racional de energia. Ela compensa os gastos com eletricidade e ainda coloca dentro do sistema, uma parcela de energia renovável na proporção de 3 kW para cada1 kW de energia elétrica consumida;
Na comparação de desempenho entre diferentes modelos de bombas de calor, é importante verificar qual deles funcionará melhor nas condições de cada projeto. Há produtos com melhores desempenhos no aquecimento de água para banho, e que não funcionam tão bem assim para piscinas. O inverso também é verdadeiro.
Destaca-se que um sistema de aquecimento com bomba de calor tem um tempo de aquecimento ou recuperação da energia dissipada para o ambiente significativamente maior ao ser comparado a um sistema a gás de passagem, porém apesar disto, as economias na sua utilização são bastante representativas.
Bombas de calor nacionais, em condições ideais de funcionamento, tem o potencial de alcançar um COP da ordem de 5  (temperatura da água e ar: 26°C com umidade relativa do ar de 60%).
No caso das piscinas, importante destacar o papel das capas térmicas. Elas são responsáveis pela redução da demanda por aquecimento, pois minimizam a dissipação de calor para o ambiente, já que a maior parte da perda térmica de uma piscina se dá por meio de sua superfície.
Publicação de mestrado da Universidade de São Paulo, que comparou entre os meses de Julho e Setembro diferentes sistemas de aquecimento de piscinas (cobertas), entre eles o sistema a gás indireto e o sistema com bomba de calor (elétrica), identificou uma eficiência média de 82% e 400% respectivamente.
Com base em informações de mercado (preço médio de aquisição e eficiência de equipamentos, custo médio de energia elétrica e gás), o uso de um sistema de aquecimento de piscina por bomba de calor elétrica traria uma economia mensal de aproximadamente 45% (em R$) em relação a um sistema de aquecedores de passagem a gás, com um payback de aproximadamente 1 ano. A seguir as principais considerações que sustentam esta afirmação:
Premissas do projeto
  • Piscina coberta: 112,5 m³ (4 m x 25 m x 1,25 m);
  • Superfície com capa térmica durante a noite;
  • Temperatura da água na utilização: 28 ° C;
  • Perda média diária de temperatura: 6°C;
  • Velocidade do vento baixa, por se tratar de um ambiente abrigado.
Comparação entre os sistemas
Sistema de aquecimento por meio de bomba de calor (equipamento de mercado):
  • Consumo elétrico do sistema: 10 kW
  • COP médio do sistema, admitindo uma perda de energia nas tubulações de distribuição de água aquecida: 3,5
  • Capacidade de transferência de energia térmica para a piscina: 30.000 kcal/h
  • Potência requerida diária de 675.000 kcal - perda média diária de temperatura de 6°C para os 112,5 m³;
  • Horas de funcionamento do equipamento: 675.000/30.000 = 22,5 horas
  • 22,5 horas de funcionamento/ dia x 10 kW x R$0,40 / kWh x 30 dias) = R$2700,00/ mês

Sistema de aquecimento indireto a gás natural:
  • Desembolso médio mensal considerando:
o   Eficiência do sistema a gás (admitindo-se uma perda de energia térmica nas tubulações de distribuição) ~ 77%;
o   Admitindo que 1m³de gás tenha potencial de gerar 9430 kcal;
o    Consumo mensal de gás: [(675.000 kcal x 30 dias) / (9430 kcal)]* 0,77 = 1656 m³
  • Tempo de aquecimento: ~3 horas/ dia
  • Custo do gás: 1656 m³ x R$3,00/ m³ = R$4968,00/ mês


Importante ressaltar que os custos de energia e gás são determinantes na avaliação dos sistemas, tanto quanto a eficiência de cada dispositivo na conversão de energia/ combustível em potência térmica.
Destaca-se que ao se adotar bombas de calor, quanto mais frio for o dia, menor será a sua eficiência, com um limite de funcionamento que varia entre os fabricantes, dependendo do gás utilizado no sistema. Há equipamentos que funcionam somente com temperaturas ambientes a partir de 8°C, por exemplo. Além disto, a retomada de temperatura de uma piscina quando há uma grande perda é mais lenta na utilização deste tipo de sistema. Assim, um sistema a gás como back-up, nestas situações, é conveniente.

Agradecimento pela colaboração: Arquiteto Eduardo Escobar

Fonte: http://blogs.pini.com.br/posts/tecnologia-sustentabilidade/a-economia-gerada-pelo-uso-de-bombas-de-calor-no-344977-1.aspx

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