Como funciona uma bomba de calor?

Uma bomba de calor é um sistema de aquecimento e arrefecimento com baixas emissões de carbono que move o calor em vez de o gerar, utilizando energia do ar, do solo ou da água para manter a sua habitação confortável durante todo o ano. Fatores como preços de energia, isolamento da habitação e incentivos disponíveis influenciam até que ponto uma bomba de calor é adequada ao seu caso. Este artigo oferece um guia passo a passo completo sobre como as diferentes bombas de calor funcionam: uma compreensão mais profunda da tecnologia, componentes, custo, instalação e benefícios gerais.

O que é uma bomba de calor?

Uma bomba de calor é um sistema inovador de aquecimento e arrefecimento com baixas emissões de carbono que proporciona conforto em casa durante todo o ano. A popularidade das bombas de calor continua a crescer, à medida que as sociedades se afastam dos combustíveis fósseis em direção a alternativas renováveis. Fatores como o aumento dos custos de energia, políticas de descarbonização e incentivos governamentais ajudaram a impulsionar as vendas de mais de 20 milhões de unidades em todo o mundo em 2023.

As bombas de calor oferecem benefícios ambientais e económicos. Podem reduzir as emissões de gases com efeito de estufa até 75% quando alimentadas por energia renovável, com custos de funcionamento mais baixos ao longo da vida útil.

Ao contrário das caldeiras tradicionais que queimam combustíveis fósseis, as bombas de calor extraem energia térmica do ar, do solo ou da água e transferem-na para o interior para oferecer uma forma mais sustentável de aquecimento e água quente.

Mas isto não é tudo. O design de dupla finalidade significa que o processo de aquecimento pode ser invertido para proporcionar arrefecimento no verão, resultando em aquecimento, água quente e arrefecimento a partir de um único sistema compacto.

Esta versatilidade, eficiência e sustentabilidade está a ajudar a mudar a forma como os proprietários abordam o aquecimento e o arrefecimento, com a bomba de calor a emergir como a tecnologia líder no futuro do conforto doméstico.

Informações básicas sobre a bomba de calor: Mover o calor em vez de criá-lo

A verdadeira genialidade de uma bomba de calor reside na sua capacidade de mover o calor, em vez de ter de o criar. Enquanto uma caldeira a gás tem de criar calor através da queima de combustíveis fósseis, uma bomba de calor extrai energia térmica existente do ar, do solo ou da água e move-a do exterior para o interior, mesmo quando as temperaturas exteriores são baixas.

O funcionamento é semelhante ao de um frigorífico, só que ao contrário. Enquanto um frigorífico remove o calor do interior do compartimento e o expele para a cozinha (deixando o restante ar frio no interior), uma bomba de calor extrai o calor do exterior e dirige-o para o interior da habitação.

Uma vez que o processo usa o calor existente, uma bomba de calor é fundamentalmente mais eficiente do que os sistemas que queimam combustível. Pode saber mais sobre bombas de calor versus caldeiras aqui.

Isso significa que, por cada 1 kWh de eletricidade, recebe 3-5 kWh de calor em troca, o que é cinco vezes mais energia do que se gasta.

Esta eficiência traduz-se em poupanças significativas de energia para os proprietários, sobretudo em propriedades bem isoladas, demonstrando por que motivo as bombas de calor estão a tornar-se a tecnologia ideal para o aquecimento residencial em todo o mundo.

Principais componentes de uma bomba de calor

Cada bomba de calor residencial consiste em quatro componentes essenciais que tornam possível o processo de transferência de calor.

• Fluido frigorigéneo – fluido de funcionamento que alimenta o ciclo
• Permutador de calor (evaporador e condensador) – o evaporador absorve o calor da fonte, ao passo que o condensador liberta o calor no interior da habitação
• Compressor – aumenta a pressão e a temperatura do fluido frigorigéneo
• Válvula de expansão – reduz a pressão para reiniciar o ciclo

Passo a passo: Como funciona uma bomba de calor

Uma bomba de calor funciona num ciclo contínuo de quatro passos.

• Passo 1: O fluido frigorigéneo no interior do evaporador absorve o calor do ar, do solo ou da água e vaporiza-o
• Passo 2: O compressor aumenta a pressão e a temperatura do fluido frigorigéneo, intensificando assim o seu teor de energia
• Passo 3: Este calor concentrado é transferido para o circuito de fluido frigorigéneo ou de água do edifício através do condensador
• Passo 4: A válvula de expansão reduz a pressão e a temperatura do fluido frigorigéneo, para estar pronta a iniciar todo o processo novamente.

No modo de arrefecimento, o processo é invertido.

Tipos de bomba de calor: Aerotérmica, geotérmica, hidrotérmica e híbrida

Existem três tipos principais de bombas de calor, dependendo de onde extraem a energia: ar, solo e água. Existe também uma opção híbrida, que combina uma bomba de calor com uma caldeira tradicional para uma solução flexível e transitória.

Bombas de calor aerotérmicas (ASHP)

As bombas de calor aerotérmicas extraem energia térmica ambiente do ar exterior, mesmo em temperaturas muito abaixo do congelamento, e transformam-na em aquecimento doméstico eficiente. Podem ser ar-ar (ligadas a emissores de ar condicionado para aquecer ou arrefecer o espaço) ou ar-água (ligadas a emissores hidráulicos, como radiadores e piso radiante), proporcionando um conforto económico durante todo o ano e utilizando o mínimo de eletricidade.

As bombas de calor aerotérmicas são o tipo mais comum de bomba de calor em ambientes residenciais, sendo, geralmente, muito fáceis de instalar, com duas unidades (uma para o interior e outra para o exterior) que podem ser instaladas normalmente sem a necessidade de grandes trabalhos estruturais.

Outro ponto de venda importante é o desempenho energético. Os modelos modernos de bombas de calor aerotérmicas acionadas por inverter podem produzir até cinco vezes mais calor do que a eletricidade que consomem.

Bombas de calor geotérmicas (GSHP)

As bombas de calor geotérmicas atingem temperaturas mais estáveis no solo, tipicamente entre 0 e 10 °C, para proporcionar aquecimento e arrefecimento residenciais eficientes. As bombas de calor geotérmicas podem proporcionar um desempenho extraordinariamente estável durante todo o ano, com uma eficiência de até 400% em alguns casos.

As bombas de calor geotérmicas podem reduzir os custos de aquecimento em 40-60%, com equipamento que dura frequentemente mais de 20 anos. Os principais desafios com as bombas de calor geotérmicas são a complexidade e o custo, uma vez que a instalação envolve a formação de fossos para circuitos do solo horizontais ou a perfuração de furos verticais.

No entanto, para os proprietários com visão a longo prazo, promotores que planeiam habitações com baixas emissões de carbono ou áreas com invernos muito frios onde as temperaturas baixam regularmente para -30 °C, investir em bombas de calor geotérmicas compensa através de custos operacionais mais baixos, boa fiabilidade e práticas de construção mais sustentáveis.

Bombas de calor hidrotérmicas (WSHP)

As bombas de calor hidrotérmicas extraem energia térmica de corpos de água, como lagos, lagoas ou poços de circuito fechado para proporcionar aquecimento e arrefecimento internos.

As soluções hidrotérmicas estão entre as soluções de aquecimento e arrefecimento de baixas emissões de carbono mais eficientes disponíveis, especialmente quando estão configuradas em unidades modulares independentes, que podem servir zonas individuais.

Estes sistemas oferecem controlos de temperatura precisos e baixos custos operacionais sazonais, tornando-os ideais para complexos residenciais ou edifícios de uso misto.

Bombas de calor híbridas

As bombas de calor podem ser ligadas às caldeiras a gás existentes, permitindo que os proprietários reduzam o consumo de gás sem substituir todo o sistema de aquecimento.

Numa configuração híbrida, a bomba de calor gere eficazmente a maior parte do aquecimento diário, ao passo que a caldeira entra em funcionamento no pico da necessidade ou em frio extremo. Os sistemas de aquecimento híbridos usam frequentemente a caldeira a gás para água quente sanitária, eliminando o requisito de depósitos em separado.

A abordagem de fonte dupla otimiza automaticamente o sistema com base nas condições atuais: as bombas de calor fornecem aquecimento quando as temperaturas são mais amenas ou a eletricidade é mais barata, ao passo que as caldeiras oferecem uma reserva fiável quando o clima é rigoroso.

São excelentes para áreas onde os invernos são moderados ou apenas para ajudar as pessoas a começar a reduzir a dependência relativamente aos combustíveis fósseis.

Sistemas de bomba de calor ar-água versus ar-ar

Aspeto	Bomba de calor ar-água	Bomba de calor ar-ar
Função principal	Aquecer água para radiadores, piso radiante e depósitos de água quente	Aquecer ou arrefecer o ar diretamente nos espaços comuns
Tipo de aquecimento	Aquecimento radiante a baixa temperatura	Aquecimento e arrefecimento instantâneos do ar
Capacidade de arrefecimento	Geralmente, requer um sistema separado	Capacidade de arrefecimento incorporada
Complexidade da instalação	Mais complexa devido à canalização	Mais fácil e mais compacta
Integração com o sistema existente	Necessita de radiadores ou piso radiante existentes	Pode instalar-se em configurações de uma ou várias zonas
Requisito de espaço	Maior, necessita de espaço para depósitos/tubagens de água	Compacta, não necessita de depósitos
Fornecimento de água quente	Funcionalidade padrão	Opcional, se o fabricante permitir a ligação ao depósito de água quente sanitária
Melhor para	Habitações que necessitam de aquecimento confortável a baixa temperatura	Habitações que necessitam de aquecimento e arrefecimento rápidos e flexíveis

Até que ponto as bombas de calor são eficientes? Compreender o SCOP

O desempenho das bombas de calor é medido usando o coeficiente de desempenho sazonal (SCOP). Esta é uma forma de expressar a eficiência de uma bomba de calor ao longo de uma estação de aquecimento e mede a saída total de calor relativamente à energia elétrica consumida, o que sai, versus o que é fornecido.

Por exemplo, se 1 kWh é a eletricidade usada e são gerados 4 kWh de calor, o SCOP seria 4, alcançando uma eficiência de 400%.

Há também alguns passos simples que pode adotar para garantir que o seu sistema de bomba de calor está a funcionar da forma mais eficiente possível. Leia mais neste artigo sobre cinco maneiras de otimizar a sua bomba de calor ar-ar.

Eficiência da bomba de calor versus caldeiras a gás e aquecimento elétrico

Se considera mudar para uma bomba de calor, pode ser útil compreender como se compararia com a sua caldeira a gás ou sistema de resistência elétrica, do ponto de vista do desempenho energético, sendo que o SCOP pode ajudar.

Uma bomba de calor Daikin, por exemplo, é capaz de converter 300%-400% da energia fornecida, produzindo tipicamente 3-4 kWh de calor a partir de 1 kWh de eletricidade.

Por sua vez, as caldeiras de condensação a gás modernas costumam funcionar a eficiências muito mais baixas, entre 99-109%.

Aquecimento e arrefecimento num só sistema

Como já foi mencionado, a beleza de uma bomba de calor reside no facto de que o processo pode ser invertido para proporcionar um arrefecimento eficiente no verão, pelo que não é necessária uma unidade de ar condicionado separada.

É a solução perfeita para os países europeus, onde tanto o aquecimento como o arrefecimento são necessários ao longo das estações, sobretudo à medida que as temperaturas no verão continuam a subir. Para otimizar o consumo de energia no verão, de um modo geral, as bombas de calor podem ser facilmente ligadas a painéis solares.

Fluidos frigorigéneos e segurança nas bombas de calor

Os fluidos frigorigéneos são os fluidos de funcionamento que permitem a transferência de energia térmica ao alternar entre os estados líquido e gasoso. Estes componentes especializados circulam através das bobinas do permutador de calor, evaporando a baixa pressão para absorver o calor e condensando a alta pressão para o libertar noutro local.

Os requisitos de segurança variam consoante o tipo, pelo que os técnicos das bombas de calor devem ser certificados e qualificados para compreender os procedimentos de manuseamento adequados.

Subsídios e incentivos para bombas de calor

À medida que os governos trabalham para alcançar a neutralidade carbónica, foram introduzidos vários programas de subsídios e incentivos financeiros em toda a Europa para ajudar os proprietários com o custo inicial de instalação da bomba de calor.

Os critérios de elegibilidade e a dimensão dos subsídios disponíveis variam consoante o país. Pode ler mais sobre o assunto no nosso guia de programas de incentivo locais para as bombas de calor.

Requisitos de instalação de uma bomba de calor

Embora os requisitos de instalação de uma bomba de calor dependam do tipo, vamos focar-nos em bombas de calor aerotérmicas (ASHP), como sendo o sistema residencial mais comum.

• Ruído: A unidade exterior das bombas de calor aerotérmicas funciona a cerca de 40-60 decibéis, o equiparável a uma conversa tranquila, mas ainda assim terá de pensar cuidadosamente sobre o local onde vai colocá-la para minimizar qualquer impacto visual e sonoro para os vizinhos.
• Permissões de planeamento: Os regulamentos europeus de planeamento geralmente apoiam a instalação de bombas de calor ao abrigo dos direitos de desenvolvimento permitidos, mas terá de verificar as regras exatas relativamente ao tamanho das unidades e às distâncias junto da autoridade de planeamento local. Podem ser necessárias permissões adicionais para edifícios classificados e locais históricos.
• Espaço interior: Geralmente, as unidades interiores são semelhantes em tamanho a uma caldeira convencional. Também pode ser necessário um cilindro de água quente para aquecer a água.
• Níveis de isolamento: Um cálculo profissional de perda de calor irá garantir que o sistema está devidamente dimensionado para a sua habitação e para os respetivos níveis de isolamento, sendo que um bom isolamento ajuda a maximizar a eficiência da sua bomba de calor.
• Instaladores certificados: A maior parte dos países exige que as instalações sejam realizadas por instaladores profissionais certificados, sobretudo ao beneficiar de programas de incentivo. Encontre um instalador certificado perto de si.

Controlos e zonas inteligentes

Outra vantagem das bombas de calor é o facto de poderem ser integradas com sistemas de controlo doméstico, como Google Home, para que possa gerir o seu nível de conforto doméstico de acordo com o seu estilo de vida.

Pode criar horários personalizados, ajustar as definições remotamente, aquecer independentemente diferentes áreas da habitação e monitorizar o consumo de energia em tempo real.

Os sistemas avançados ajustam automaticamente as temperaturas de caudal dependendo das condições climatéricas, maximizando a eficiência sem que tenha de pensar nisso.

Saiba mais sobre as opções de controlo inteligente da Daikin e como podem simplificar o seu conforto diário.

Custos de uma bomba de calor

Dependendo do tipo, o custo de comprar e instalar uma bomba de calor pode variar significativamente. No entanto, os custos operacionais são bastante competitivos, com períodos médios de retorno de 5 a 10 anos, dependendo do clima, dos preços da energia e dos incentivos disponíveis.

Conheça os potenciais benefícios de poupança de custos de uma bomba de calor através desta comparação dos custos de funcionamento de uma bomba de calor versus caldeira.

Manutenção e vida útil de uma bomba de calor

Importa considerar a manutenção e a vida útil de uma bomba de calor, sendo estes dois fatores frequentemente negligenciados, mas importantes, para determinar como as bombas de calor funcionam e quanto custam.

As bombas de calor aerotérmicas fabricadas na Europa duram normalmente entre 15 a 20 anos, ao passo que os sistemas geotérmicos podem chegar aos 25 anos, que é o dobro da vida útil média das caldeiras a gás.

São incrivelmente robustas e exigem o mínimo de manutenção e reparação. Recomenda-se a manutenção profissional anual, incluindo tarefas essenciais, como verificação do nível de fluido frigorigéneo, limpeza de bobinas, calibração do sistema e limpeza do filtro, quando aplicável. Estas verificações de rotina ajudarão a garantir que a bomba de calor continua a funcionar com a máxima eficiência durante o período mais longo possível.

A sua habitação é adequada para uma bomba de calor?

As bombas de calor funcionam bem numa grande variedade de propriedades, de edifícios novos a renovações históricas.

Novas construções: Ao construir uma nova habitação, tem a flexibilidade de poder projetar o sistema de conforto ideal, incluindo quaisquer combinações de energia renovável, como energia solar fotovoltaica, bateria e carregamento EV.

Reabilitações: As bombas de calor podem ser adicionadas retroativamente a muitos tipos de propriedades, incluindo vivendas, casas geminadas, com terraço e apartamentos.

Propriedades rurais: As bombas de calor oferecem uma solução particularmente boa para propriedades rurais sem uma ligação de gás, uma vez que eliminam a dependência relativamente ao petróleo e reduzem significativamente os custos de aquecimento.

Saiba mais no nosso guia de adequação das bombas de calor para casas existentes.

Bombas de calor e redução de carbono

É evidente que uma das principais razões pelas quais a adoção de bombas de calor está a ser incentivada é o nível de emissão de gases com efeito de estufa significativamente mais baixo em comparação com as fontes de calor a combustíveis fósseis.

O Centro Comum de Investigação da UE calcula que a substituição de um terço dos 86 milhões de caldeiras residenciais a combustíveis fósseis por bombas de calor poderia reduzir o consumo final de energia doméstico em 36% e as emissões de CO₂ em 28%.

As atuais instalações de bombas de calor em toda a Europa já estão a evitar 5,5 mil milhões de metros cúbicos de consumo de gás e 112 mega toneladas de emissões de CO₂ anualmente.

Combinação com fontes de energia renováveis

Para reduzir realmente os custos de energia e a dependência relativamente aos combustíveis fósseis, pode considerar a combinação da bomba de calor com outras fontes de energia renováveis.

A adição de energia fotovoltaica solar e armazenamento em baterias, por exemplo, cria habitações com um consumo de energia próximo de zero, proporcionando poupanças sem precedentes e independência energética.

As famílias europeias com combinações de energia fotovoltaica e bombas de calor pouparam entre 62 e 84% nas faturas da eletricidade em 2022, com poupanças que atingiram 3700 € por ano na Alemanha, Espanha e Itália.

Estudo: Uma habitação familiar alimentada por uma bomba de calor

Em 2023, a família Schmidt na Baviera substituiu a sua caldeira a gás com 15 anos por um sistema de bomba de calor aerotérmica Daikin, registando melhorias notáveis em conforto e poupança de custos.

A sua vivenda de 150 m², construída em 1995 com recentes melhorias de isolamento, consumia 18.000 kWh anualmente para aquecimento, com um custo de 1800 €. A instalação da bomba de calor de 12.000 €, reduzida para 4500 € graças aos incentivos na Alemanha, consome agora apenas 6000 kWh de eletricidade anualmente.

Com a tarifa de energia ecológica a 0,28 €/kWh, os custos anuais de aquecimento diminuíram para 1680 €.

A família beneficia agora de temperaturas consistentes em toda a habitação, com o bónus adicional de arrefecimento no verão, eliminando a necessidade de unidades de ar condicionado portáteis. A Sra. Schmidt gosta particularmente do controlo da aplicação para smartphone, permitindo-lhe ajustar o aquecimento antes de chegar a casa do trabalho.

Apenas foram necessárias pequenas atualizações do termóstato para integrar o sistema com os radiadores existentes e toda a instalação foi concluída em apenas dois dias.

Explicação de mitos comuns sobre bombas de calor

Ainda persistem alguns mitos comuns sobre bombas de calor, apesar de serem falsos e de a tecnologia ter evoluído. Seguem-se três mitos que se encontram regularmente.

Mito: As bombas de calor não funcionam em climas frios.
Realidade: Há calor no ar até 1 Kelvin (-273 °C). Portanto, não é um problema para as bombas de calor modernas funcionarem eficientemente em temperaturas tão baixas quanto -28 °C utilizando compressores de velocidade variável e tecnologia de injeção de vapor. Na verdade, são mais comuns em países como a Suécia, Finlândia e Noruega, onde estão presentes em 40% das habitações.

Mito: As bombas de calor são demasiado caras.
Realidade: As pessoas nem sempre consideram as poupanças a longo prazo que as bombas de calor oferecem, bem como os vários programas de incentivo disponíveis para compensar o investimento inicial. O funcionamento e a manutenção das bombas de calor são menos dispendiosos anualmente, em comparação com as caldeiras a gás, por exemplo.

Mito: As bombas de calor não conseguem produzir água quente.
Realidade: As bombas de calor podem ser integradas com os cilindros de água quente existentes para a produção de água quente sanitária a 75 °C.

Perguntas frequentes sobre bombas de calor

Abordámos bastante informação neste artigo, mas seguem-se algumas perguntas finais que surgem frequentemente.

Como funciona uma bomba de calor em clima muito frio?
As bombas de calor europeias modernas usam compressores de velocidade variável avançados e sistemas de injeção de vapor para funcionarem eficazmente a temperaturas tão baixas quanto -28 °C.

Uma bomba de calor pode aquecer tanto a água com as divisões?
Sim. As bombas de calor fornecem, de forma eficiente, aquecimento ambiente e água quente sanitária, geralmente aquecendo a 75 °C.

Tenho de substituir todo o sistema de aquecimento?
Não, a maior parte das instalações funciona com radiadores e tubagens existentes, embora alguns radiadores possam beneficiar de uma atualização para otimizar a eficiência.

E quanto aos custos de eletricidade para uma bomba de calor?
A eficiência de 300-400% de uma bomba de calor significa que as bombas de calor usam três a quatro vezes menos energia em comparação com os aquecedores elétricos. Em combinação com as tarifas de tempo de uso e painéis solares, os custos de funcionamento são normalmente mais baixos do que o aquecimento a gás.

As bombas de calor são ruidosas?
As unidades modernas funcionam a cerca de 38 decibéis a três metros de distância durante o funcionamento normal, o que é mais silencioso do que a maioria das caldeiras a gás e semelhante a um sussurro.

Informações principais: como funciona uma bomba de calor?

As bombas de calor estão a definir o futuro do aquecimento doméstico na Europa, proporcionando um conforto consistente e reduzindo significativamente as emissões de carbono e os custos de energia. Ao transferir calor existente em vez de o gerar, a bomba de calor representa uma das formas mais inteligentes e eficientes de alcançar uma habitação sustentável. À medida que a tecnologia avança e a adoção aumenta, as bombas de calor estão destinadas a desempenhar um papel ainda mais central na criação de habitações acessíveis e ecológicas para o futuro.

• As bombas de calor oferecem aquecimento e arrefecimento eficientes e com baixas emissões de calor, movendo o calor em vez de o gerar.
• Os diferentes tipos de bomba de calor, ou seja, aerotérmicas, geotérmicas, hidrotérmicas e híbridas, oferecem soluções flexíveis para praticamente qualquer habitação.
• As bombas de calor podem reduzir significativamente as emissões de CO₂ domésticas, especialmente quando combinadas com energia renovável.
• As bombas de calor estão a moldar o futuro do conforto doméstico sustentável.

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