Bombas de calor de grande porte
Tecnologia para aquecimento industrial e urbano com baixas emissões de carbono
As bombas de calor de grande porte tornam o calor ambiente e o calor residual utilizáveis nos níveis de capacidade e temperatura exigidos pelos processos industriais, pelos fornecedores de energia e pela infraestrutura municipal. Elas fornecem calor para processos industriais, abastecem redes de aquecimento locais e urbanos, recuperam calor que, de outro modo, seria desperdiçado ou combinam aquecimento e resfriamento em sistemas reversíveis.
Para os empresas instaladoras de sistemas, as bombas de calor de grande porte e industriais oferecem oportunidades de longo prazo no fornecimento de calor industrial e na transição energética. Cada sistema precisa ser adequado à fonte de calor disponível, à capacidade de aquecimento necessária, à temperatura de alimentação, ao agente refrigerante e às condições operacionais.
A BITZER fornece componentes para bombas de calor de grande porte e industriais, incluindo compressores alternativos, de parafuso e rosca, trocadores de calor, inversores de frequência e outros componentes eletrônicos. A seleção de produtos depende da aplicação e dos dados operacionais.
O que é uma bomba de calor de grande porte?
Uma bomba de calor de grande porte é um sistema de alta capacidade concebido para fornecer calor nos níveis de capacidade e temperatura exigidos, em especial para redes de aquecimento urbano e aplicações industriais. Na prática, as bombas de calor industriais com capacidade de aquecimento a partir de cerca de 500 kW são geralmente denominadas bombas de calor de grande porte. As capacidades dos sistemas costumam chegar à faixa de vários megawatts.
Dependendo do projeto do sistema e do agente refrigerante, as bombas de calor de grande porte podem fornecer temperaturas de saída de até +100°C ou mais. Uma bomba de calor industrial, por outro lado, não é definida por uma faixa de capacidade fixa. O termo descreve seu campo de aplicação: a bomba é capaz de fornecer calor para processos, recuperar calor residual industrial ou apoiar sistemas combinados de aquecimento e resfriamento. Sendo assim, as bombas de calor industriais podem operar tanto em faixas de capacidade pequenas quanto grandes.
Como uma bomba de calor funciona?
Uma bomba de calor extrai energia térmica de uma fonte de calor a baixa temperatura e a eleva a uma temperatura mais alta por meio de energia elétrica. O calor útil resultante é transferido para um dissipador de calor, como um processo industrial, uma rede de aquecimento urbano ou um sistema de edifício.
O circuito de refrigerante é composto por quatro componentes principais:
- Evaporador: absorve a energia térmica da fonte de calor. O refrigerante evapora a baixa pressão e temperatura.
- Compressor: comprime o vapor do refrigerante. A pressão e a temperatura aumentam.
- Condensador: transfere o calor para o dissipador de calor. O refrigerante se condensa e libera energia térmica.
- Válvula de expansão: reduz a pressão e a temperatura antes que o refrigerante volte a entrar no evaporador.
Esse processo permite que o calor ambiente e o calor residual sejam aproveitados de modo eficiente em aplicações industriais, no aquecimento urbano e em sistemas reversíveis de aquecimento e resfriamento.
Como as bombas de calor contribuem para a descarbonização?
As empresas estão enfrentando uma pressão cada vez maior para tornar os processos que consomem muita energia mais eficientes e reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. As bombas de calor de grande porte contribuem para essa transição ao reutilizar o calor ambiente e o residual, elevando-os a níveis de temperatura úteis.
As aplicações típicas incluem aquecimento em processos industriais, redes de aquecimento urbano e sistemas reversíveis de aquecimento e resfriamento. Ao substituir ou complementar a geração de calor a partir de combustíveis fósseis, as bombas de calor de grande porte podem reduzir as emissões de CO₂, ao mesmo tempo que otimizam o uso das fontes de energia disponíveis.
Para as empresas instaladoras de sistemas, isso gera oportunidades nos setores industrial, de abastecimento de energia e de infraestrutura municipal. Uma implementação bem-sucedida exige o equilíbrio adequado entre capacidade de aquecimento, níveis de temperatura, características da fonte de calor, eficiência, confiabilidade e relação custo-benefício.
A BITZER atende a projetos de bombas de calor com componentes compatíveis e experiência em tecnologias de compressão e transferência de calor.
Onde bombas de calor industriais e de grande porte são usadas?
As bombas de calor de grande porte e industriais são usadas em todos os locais em que fontes de calor de baixa temperatura podem ser aproveitadas para fornecer calor útil. As aplicações incluem o aquecimento em processos industriais, redes de aquecimento urbano, recuperação de calor, edifícios comerciais e sistemas reversíveis de aquecimento e resfriamento:
| Aplicação | Capacidade de aquecimento | Exxemplos |
| Edifícios comerciais | Faixa de 50 kW a megawatts | Bombas de calor ar/água, água/água e salmoura/água, assim como resfriadores de líquido reversíveis |
| Aquecimentos de processos industriais | Faixa de 50 kW a megawatts | Processos de secagem, galvanoplastia⁄eletrodeposição e outros processos térmicos; soluções padrão ou sistemas projetados sob medida |
| Aquecimento urbano | Capacidade de aquecimento de várias centenas de kW a >100 MW | Redes locais de aquecimento urbano, bairros residenciais e redes de aquecimento industrial; sistemas modulares e personalizados |
| Recuperação de calor | Dependente da aplicação |
Quando uma bomba de calor funciona de modo eficiente?
Uma bomba de calor funciona com maior eficiência quando o salto térmico entre a fonte de calor e a temperatura útil desejada é pequeno. Quanto menor for a diferença de temperatura, menor será a quantidade de energia elétrica necessária para alcançar a capacidade de aquecimento desejada.
Essa eficiência é apoiada por:
- temperaturas de fornecimento adequadas
- um sistema de distribuição de calor projetado de forma apropriada
- fontes de calor sempre disponíveis
- componentes eficientes, especialmente o compressor
O coeficiente de desempenho (COP, Coefficient of Performance) descreve a relação entre a capacidade de aquecimento e a energia elétrica consumida em condições operacionais definidas. O coeficiente de desempenho sazonal (SCOP, Seasonal Coefficient of Performance) avalia a eficiência real do sistema de bomba de calor durante um ano inteiro. Para operações de refrigeração, a métrica equivalente é o índice de eficiência energética sazonal (SEER, Seasonal Energy Efficiency Ratio). A capacidade de aquecimento alcançável e o COP dependem do projeto do sistema e das condições operacionais.
Quais refrigerantes são adequados para bombas de calor?
A escolha do agente refrigerante depende do conceito do sistema, das condições operacionais e dos níveis de temperatura exigidos. Os refrigerantes adequados para bombas de calor precisam apresentar propriedades termodinâmicas favoráveis, incluindo alta capacidade volumétrica de aquecimento e um alto coeficiente de desempenho (COP).
Além dos requisitos técnicos, é considerar as mudanças regulatórias. Na União Europeia, os marcos normativos relevantes incluem o Regulamento n.º 573/2024 relativo aos gases fluorados (UE) e as possíveis restrições aos PFAS no âmbito do Regulamento REACH para produtos químicos.
Conforme redução gradual do uso de refrigerantes fluorados se acelera, os refrigerantes naturais, como o propano (R290), o isobutano (R600a) e o CO₂ (R744), estão se tornando cada vez mais importantes para os novos sistemas de bombas de calor. O refrigerante ideal depende das temperaturas de evaporação e condensação, assim como das condições nos lados da fonte de calor e do dissipador de calor.
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