blog

Nov 29, 2023

Bombas de calor elétricas para residências podem ser uma tecnologia limpa e ecológica do futuro

CRÉDITO: DANA SMITH As bombas de calor oferecem uma maneira ecológica e eficaz de aquecer casas usando

CRÉDITO: DANA SMITH

As bombas de calor oferecem uma maneira ecológica e eficaz de aquecer residências usando eletricidade, não combustíveis fósseis. Novos designs estão tornando-os mais eficientes e adequados para mais condições.

O pensamento inovador eliminou os problemas que há muito perseguiam os dispositivos elétricos - e tanto os cientistas quanto os ambientalistas estão entusiasmados com as possibilidades.

Por Chris Baraniuk 01/11/2023 See More

Apoie a ciência sólida e histórias inteligentesAjude-nos a tornar o conhecimento científico acessível a todosDoe hoje

Foi um problema de engenharia que incomodou Zhibin Yu por anos - mas agora ele tinha a chance perfeita de consertá-lo. Preso em casa durante o primeiro bloqueio no Reino Unido da pandemia de Covid-19, o engenheiro térmico de repente teve todo o tempo necessário para refinar a eficiência das bombas de calor: dispositivos elétricos que, como o próprio nome indica, transferem o calor do exterior para as casas das pessoas .

As bombas são muito mais eficientes do que os aquecedores a gás, mas os modelos padrão que absorvem o calor do ar tendem a congelar, o que reduz muito sua eficácia.

Yu, que trabalha na Universidade de Glasgow, no Reino Unido, refletiu sobre o problema por semanas. Ele leu papel após papel. E então ele teve uma ideia. A maioria das bombas de calor desperdiça parte do calor que gera - e se ele pudesse capturar esse calor residual e desviá-lo, ele percebeu, isso poderia resolver o problema de degelo e aumentar o desempenho geral das bombas. "De repente, encontrei uma solução para recuperar o calor", lembra ele. "Foi realmente um momento incrível."

A ideia de Yu é uma das várias inovações recentes que visam tornar a tecnologia de bomba de calor de 200 anos ainda mais eficiente do que já é, potencialmente abrindo as portas para uma adoção muito maior de bombas de calor em todo o mundo. Até o momento, apenas cerca de 10% dos requisitos de aquecimento ambiente em todo o mundo são atendidos por bombas de calor, de acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE). Mas, devido à atual crise energética e à crescente pressão para reduzir o consumo de combustíveis fósseis a fim de combater as mudanças climáticas, esses dispositivos são indiscutivelmente mais cruciais do que nunca.

Desde seu brainstorming de bloqueio de 2020, Yu e seus colegas construíram um protótipo funcional de uma bomba de calor que armazena o calor restante em um pequeno tanque de água. Em um artigo publicado no verão de 2022, eles descrevem como seu design ajuda a bomba de calor a usar menos energia. Além disso, ao reencaminhar separadamente algum deste calor residual para parte da bomba de calor exposta ao ar frio, o dispositivo pode descongelar-se quando necessário, sem ter de interromper o fornecimento de calor à casa.

A ideia baseia-se no próprio princípio pelo qual as bombas de calor operam: se você pode aproveitar o calor, pode usá-lo. O que torna as bombas de calor especiais é o fato de que, em vez de apenas gerar calor, elas também captam o calor do ambiente e o transportam para dentro de sua casa – eventualmente transferindo esse calor para radiadores ou sistemas de aquecimento de ar forçado, por exemplo. Isso é possível graças ao refrigerante que circula dentro de uma bomba de calor. Quando o refrigerante encontra calor - mesmo uma pequena quantidade no ar em um dia frio - ele absorve aquele mínimo de calor.

Um compressor então força o refrigerante a uma pressão mais alta, o que aumenta sua temperatura até o ponto em que pode aquecer sua casa. Funciona porque um aumento de pressão aproxima as moléculas do refrigerante, aumentando seu movimento. Mais tarde, o refrigerante se expande novamente, esfriando enquanto o faz, e o ciclo se repete. Todo o ciclo também pode funcionar ao contrário, permitindo que as bombas de calor forneçam resfriamento quando está quente no verão.

As bombas de calor de fonte de ar, o projeto mais comum, capturam o calor do ar externo.

A mágica de uma bomba de calor é que ela pode mover vários quilowatts-hora de calor para cada kWh de eletricidade que usa. As eficiências das bombas de calor são geralmente medidas em termos de seu coeficiente de desempenho (COP). Um COP de 3, por exemplo, significa que 1 kWh de suco produz 3 kWh de calor - isso é efetivamente 300% de eficiência. O COP obtido do seu dispositivo pode variar dependendo do clima e de outros fatores.