Por que as Bombas de Calor são Consideradas uma Opção Principal para Controle de Clima Residencial?

As bombas de calor são uma opção atraente para aquecer e resfriar residências, com potencial de economizar energia, custos e emissões. Elas também funcionam abaixo de zero. Alguns modelos para climas frios conseguem fornecer aquecimento em temperaturas de até −25 °C (−13 °F). A capacidade e a eficiência dependem do modelo e da instalação.

O que é uma Bomba de Calor?

Uma bomba de calor é um equipamento que transfere calor de um lugar para outro. Em vez de produzir todo o calor por combustão ou resistência elétrica, aproveita a energia térmica do ambiente. No inverno, retira calor do ar externo, do solo ou da água. Um sistema reversível pode inverter o ciclo no verão para resfriar a casa.

O Atrativo das Bombas de Calor

As vantagens vão além do meio ambiente. A alta eficiência pode reduzir as contas, e combinar aquecimento e resfriamento oferece conforto durante o ano todo. A economia real depende da construção, do clima e das tarifas de energia.

Eficiência

O coeficiente de desempenho COP indica a relação entre o calor fornecido e a eletricidade utilizada. Com COP de 2 a 4, cada unidade de eletricidade fornece duas a quatro unidades de calor, pois também há transferência de energia do ambiente. O COP pode ser maior e varia conforme as condições.
Aquecedores de resistência elétrica têm COP próximo de 1. Já a eficiência anual de utilização do combustível, AFUE, de aquecedores a gás fica abaixo de 100%. Valores comuns são aproximadamente 80–95%, e alguns modelos de alta eficiência chegam a cerca de 98,5%.

Custo das Fontes de Energia

A economia depende dos preços locais de eletricidade, gás natural e outros combustíveis. Eletricidade barata e gás caro favorecem a bomba de calor. Onde o gás é barato, a vantagem pode ser menor. É importante comparar o custo por unidade de calor útil, como por quilowatt-hora.

Clima

Modelos antigos de fonte de ar funcionavam melhor em climas amenos. Equipamentos para regiões frias, frequentemente com compressor de velocidade variável, também operam em baixas temperaturas. A necessidade de aquecimento complementar depende das perdas térmicas da casa, do dimensionamento e da capacidade do modelo nas temperaturas mínimas locais.

Aquecimento e resfriamento no mesmo sistema

Bombas de calor reversíveis também resfriam. Podem substituir sistemas separados de aquecimento e ar-condicionado por uma instalação única. A economia depende dos equipamentos comparados.

Economias a Longo Prazo

O investimento inicial pode ser maior do que em algumas alternativas convencionais. A melhor eficiência pode, porém, reduzir as despesas operacionais e compensar parte do investimento ao longo do tempo.

Economia de Custos

O menor consumo pode reduzir as contas, principalmente ao substituir resistência elétrica ou combustíveis caros. Subsídios e benefícios fiscais podem melhorar o retorno quando os requisitos forem atendidos.

Impactos ambientais

Bombas de calor elétricas podem reduzir o uso de combustível dentro de casa. As emissões totais dependem da geração de eletricidade, da eficiência, da fabricação e de possíveis vazamentos de fluido refrigerante. Portanto, não resultam apenas do consumo de energia.
Em 2022, a Agência Internacional de Energia, IEA, estimou que uma adoção maior no cenário de políticas analisado poderia reduzir as emissões globais anuais de 2030 em pelo menos 500 milhões de toneladas de CO₂. Era um potencial do cenário, não uma redução já alcançada.

Desenvolvimento tecnológico contínuo

Pesquisadores também usam inteligência artificial no projeto e no controle de bombas de calor. Um exemplo é o projeto do Fraunhofer ISE chamado AI4HP, que tinha como objetivo:

Desenvolver bombas de calor inteligentes que se adaptem às condições variáveis, melhorem a eficiência e o conforto e facilitem a manutenção por meio da detecção e do diagnóstico de falhas.

A meta de pesquisa era economizar até 20% de energia e reduzir emissões sem prejudicar o conforto. Não era um resultado garantido para cada instalação.

Como as Bombas de Calor Funcionam?

Bombas de calor aproveitam a transferência de calor e um ciclo de refrigeração. O fluido refrigerante muda de pressão, temperatura e fase em um circuito fechado que transporta calor entre dois ambientes.

No aquecimento, o compressor comprime o refrigerante em forma de gás, elevando pressão e temperatura. O gás quente passa pelo condensador, um trocador de calor que entrega energia ao ar interno ou à água de aquecimento. O refrigerante se condensa em líquido.

O líquido sob alta pressão atravessa a válvula de expansão. Pressão e temperatura caem e parte do líquido evapora. O resultado é uma mistura fria de líquido e vapor.

A mistura passa pelo evaporador e absorve calor do ar externo ou de outra fonte. O líquido restante evapora. O gás retorna ao compressor e o ciclo se repete.

A alta eficiência decorre da transferência de calor: nem toda a energia térmica entregue é produzida somente pela eletricidade consumida. A eletricidade aciona o compressor, ventiladores, eventuais bombas de circulação e equipamentos auxiliares. O calor entregue inclui energia do ambiente, permitindo COP superior a 1.

No resfriamento, um sistema reversível inverte o ciclo. Retira calor do interior e o libera do lado de fora. Assim, a mesma instalação pode aquecer e resfriar.

Tipos Diferentes de Bombas de Calor

O mesmo princípio é aplicado a tipos que usam diferentes fontes de calor e métodos de instalação. A escolha depende do clima, da construção e do espaço disponível.

Fontes de calor

• Solo:Também chamadas de geotérmicas, essas bombas retiram calor do solo. A temperatura relativamente estável ajuda a manter boa eficiência.
• Ar externo:O tipo mais comum retira calor do ar externo e geralmente é mais simples de instalar do que um sistema com circuito enterrado.
• Água:Um sistema adequado pode usar lagos ou poços para troca de calor.

Instalação

• Com Dutos:Conectadas à rede de dutos de ar da residência, fornecem aquecimento e resfriamento centralizados.
• Sem dutos (mini-split):Adequadas para casas sem dutos, permitem controle independente por cômodo ou zona.

Clima

• Clima Frio:Modelos para regiões frias usam recursos como compressores de velocidade variável. Capacidade e eficiência precisam ser verificadas para as temperaturas locais.
• Clima ameno:Modelos convencionais são adequados às necessidades habituais de aquecimento e resfriamento em regiões de temperaturas mais amenas.

Iniciativas Governamentais

Em 2023, Canadá e Estados Unidos apoiavam melhorias de eficiência energética em residências. O Canadá oferecia o Canada Greener Homes Grant e programas provinciais. Nos EUA, o crédito fiscal federal correspondente cobria, desde 2023, 30% dos gastos elegíveis com bombas de calor, até 2.000 dólares, conforme os requisitos. O ENERGY STAR ajudava a avaliar o desempenho energético e a elegibilidade dos modelos.

Principais Empresas do Setor

Muitas empresas fabricam bombas de calor. A seguir estão algumas companhias conhecidas e negociadas em bolsa que oferecem esses produtos. Outros fabricantes incluem LG Electronics, Panasonic e Mitsubishi.

*Os dados de mercado abaixo são um retrato da época da publicação original, em 2023, e não cotações atuais. Capitalização de mercado e lucro por ação estão expressos em dólares dos EUA.*

1.  Carrier Global Corporation

CARR Gráfico de preços

A Carrier desenvolve e fabrica sistemas de aquecimento, ventilação e ar-condicionado, incluindo bombas de calor. Seus produtos atendem residências e edifícios comerciais. A empresa enfatiza inovação, sustentabilidade e eficiência energética e é uma participante importante do setor HVAC.

2.  Lennox International, Inc.

LII Gráfico de preços

A Lennox International (LII ) é uma importante fabricante de sistemas de aquecimento, ventilação e ar-condicionado, incluindo bombas de calor eficientes. É conhecida por tecnologia, confiabilidade e produtos de baixo consumo. Seu portfólio atende os mercados residencial e comercial.

3. Trane Technologies plc

TT Gráfico de preços

A Trane Technologies (TT ) oferece mundialmente sistemas de aquecimento, resfriamento e ventilação, incluindo bombas de calor. Os produtos atendem residências e edifícios comerciais com foco em durabilidade e eficiência. A companhia enfatiza projetos que reduzam o impacto ambiental e aumentem o conforto do usuário.

Considerações Finais

Bombas de calor podem ser uma escolha eficiente para aquecer e resfriar, especialmente quando o custo por unidade de calor útil é menor que o das alternativas. Os resultados econômicos e ambientais dependem da instalação, da construção, do clima e dos preços da energia. Melhorias para regiões frias e programas de apoio adequados podem aumentar a atratividade.

À medida que a sociedade busca um modo de vida mais sustentável, as bombas de calor podem contribuir para essa transição.