Bombas de calor de larga escala
Tecnologia para aquecimento industrial e urbano com baixas emissões de carbono
As bombas de calor de grande escala permitem aproveitar o calor ambiente e o calor residual nos níveis de capacidade e temperatura exigidos pelos processos industriais, pelos fornecedores de energia e pelas infraestruturas municipais. Fornecem calor para processos industriais, abastecem redes de aquecimento locais e urbanas, recuperam calor que, de outro modo, não seria aproveitado ou combinam aquecimento e refrigeração em sistemas reversíveis.
Para os contratantes de sistemas, as bombas de calor de grande escala e industriais criam oportunidades a longo prazo no fornecimento de calor industrial e na transição energética. Cada sistema deve ser adaptado à fonte de calor disponível, à capacidade de aquecimento necessária, à temperatura de ida, ao refrigerante e às condições de funcionamento.
A BITZER fornece componentes para bombas de calor de grande escala e industriais, incluindo compressores alternativos, de parafuso e de rosca, permutadores de calor, conversores de frequência e outros componentes eletrónicos. A seleção dos produtos depende da aplicação e dos respetivos dados de funcionamento.
O que é uma bomba de calor de larga escala?
Uma bomba de calor de grande escala é um sistema de elevada capacidade concebido para fornecer calor nos níveis de capacidade e temperatura necessários, sobretudo para redes de aquecimento urbano e aplicações industriais. Na prática, as bombas de calor industriais com uma capacidade de aquecimento a partir de aproximadamente 500 kW são geralmente designadas por bombas de calor de grande escala. As capacidades dos sistemas atingem frequentemente vários megawatts.
Dependendo do design do sistema e do refrigerante, as bombas de calor de grande escala podem fornecer temperaturas de ida até +100°C ou superiores. Por outro lado, uma bomba de calor industrial não é definida por uma gama de capacidades fixa. O termo descreve o seu campo de aplicação: pode fornecer calor de processo, recuperar calor residual industrial ou permitir a combinação de aquecimento e refrigeração. Por conseguinte, as bombas de calor industriais podem funcionar tanto em gamas de baixa como de elevada capacidade.
Como funciona uma bomba de calor?
Uma bomba de calor extrai energia térmica de uma fonte de calor a um nível de temperatura baixo e eleva-a para um nível de temperatura superior utilizando energia elétrica. O calor útil resultante é transferido para um consumidor de calor, como um processo industrial, uma rede de aquecimento urbano ou um sistema em edifícios.
O circuito de refrigerante é constituído por quatro componentes principais:
- Evaporador: absorve energia térmica da fonte de calor. O refrigerante evapora a baixa pressão e temperatura.
- Compressor: comprime o vapor do refrigerante. Aumenta a pressão e a temperatura.
- Condensado: transfere calor para o consumidor de calor. O refrigerante condensa e liberta energia térmica.
- Válvula de expansão: reduz a pressão e a temperatura antes do refrigerante entrar novamente no evaporador.
Este processo permite utilizar de forma eficiente o calor ambiente e o calor residual em aplicações industriais, aquecimento urbano e sistemas reversíveis de aquecimento e refrigeração.
Como contribuem as bombas de calor para a descarbonização?
As empresas enfrentam uma pressão crescente para tornar os processos com elevado consumo de energia mais eficientes e reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. As bombas de calor de grande escala apoiam esta transição, elevando o calor ambiente e o calor residual para níveis de temperatura úteis.
As aplicações típicas incluem o aquecimento de processos industriais, redes de aquecimento urbano e sistemas reversíveis de aquecimento e refrigeração. Ao substituir ou complementar a produção de calor baseada em combustíveis fósseis, as bombas de calor de grande escala podem reduzir as emissões de CO₂ e, simultaneamente, melhorar o aproveitamento das fontes de energia disponíveis.
Para os contratantes de sistemas, isto cria oportunidades na indústria, no fornecimento de energia e nas infraestruturas municipais. Uma implementação bem-sucedida exige o equilíbrio certo entre capacidade de aquecimento, níveis de temperatura, características da fonte de calor, eficiência, fiabilidade e rentabilidade.
A BITZER apoia projetos de bombas de calor com componentes compatíveis e experiência em tecnologias de compressão e transferência de calor.
Onde são utilizadas as bombas de calor de grande escala e industriais?
As bombas de calor de grande escala e industriais são utilizadas sempre que seja possível elevar fontes de calor de baixa temperatura para fornecer calor útil. As aplicações incluem o aquecimento de processos industriais, redes de aquecimento urbano, recuperação de calor, edifícios comerciais e sistemas reversíveis de aquecimento e refrigeração:
| Aplicação | Capacidade de aquecimento | Exemple os |
| Edifícios comerciais | Intervalo entre 50 kW e megawatts | Bombas de calor ar/água, água/água e salmoura/água, bem como refrigeradores de líquido reversíveis |
| Aquecimento de processos industriais | Intervalo entre 50 kW e megawatts | Processos de secagem, galvanoplastia e outros processos térmicos; soluções padrão ou sistemas concebidos individualmente |
| 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 personalizados |
| Recuperação de calor | Dependente da aplicação |
Quando é que uma bomba de calor funciona de forma eficiente?
Uma bomba de calor funciona de forma mais eficiente quando a diferença de temperatura entre a fonte de calor e a temperatura útil necessária é reduzida. Quanto menor for a diferença de temperatura, menos energia elétrica é necessária para atingir a capacidade de aquecimento pretendida.
Esta eficiência é favorecida por:
- temperaturas de ida adequadas
- um sistema de distribuição de calor concebido corretamente
- fontes de calor disponíveis de forma contínua
- componentes eficientes, especialmente o compressor
O coeficiente de desempenho (COP) descreve a relação entre a capacidade de aquecimento e a energia elétrica de acionamento em condições de funcionamento definidas. O coeficiente de desempenho sazonal (SCOP) avalia a eficiência real do sistema de bomba de calor ao longo de um ano inteiro. Para o funcionamento em refrigeração, o indicador equivalente é o índice de eficiência energética sazonal (SEER). A capacidade de aquecimento e o COP alcançáveis dependem do design do sistema e das condições de funcionamento.
Que refrigerantes são adequados para as bombas de calor?
A escolha do refrigerante depende do conceito do sistema, das condições de funcionamento e dos níveis de temperatura necessários. Os refrigerantes adequados para bombas de calor devem apresentar propriedades termodinâmicas favoráveis, incluindo uma elevada capacidade volumétrica de aquecimento e um elevado coeficiente de desempenho (COP).
Além dos requisitos técnicos, é necessário ter em consideração a evolução regulamentar. Na União Europeia, os quadros regulamentares relevantes incluem o Regulamento (UE) 2024/573 relativo aos gases fluorados e eventuais restrições aos PFAS ao abrigo do Regulamento REACH relativo aos produtos químicos.
À medida que se acelera a redução gradual da utilização de refrigerantes fluorados, os refrigerantes naturais, como o propano (R290), o isobutano (R600a) e o CO₂ (R744), assumem uma importância cada vez maior nos novos sistemas de bombas de calor. O refrigerante ideal depende das temperaturas de evaporação e condensação, bem como das condições do lado da fonte de calor e do consumidor de calor.
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