Como funciona uma bomba de calor?

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Uma bomba de calor extrai energia térmica gratuita do ambiente (ar, solo ou água subterrânea) e utiliza uma pequena quantidade de eletricidade para elevar essa temperatura a um nível mais alto e utilizá-la para aquecer um edifício [1]. Basicamente, ela funciona como um frigorífico invertido: enquanto um frigorífico transporta o calor do seu interior para o exterior, uma bomba de calor bombeia o calor do ambiente para dentro de casa [2].

O ciclo de refrigeração (também chamado de ciclo da bomba de calor) é a peça central. Um fluido refrigerante especial circula nele, alterando continuamente o seu estado físico, pressão e temperatura para transportar o calor de um nível baixo para um nível alto. Isto acontece em quatro etapas:

1. Evaporação (absorção de calor): No evaporador, o fluido refrigerante líquido absorve calor da fonte ambiental. Devido ao seu ponto de ebulição muito baixo, ele evapora mesmo a temperaturas baixas, tornando-se gasoso. A energia absorvida provém, em grande parte, gratuitamente do ambiente [1].

2. Compressão (aumento de temperatura): O compressor aspira o fluido refrigerante gasoso e comprime-o sob alta pressão. Com isso, a temperatura aumenta drasticamente. Esta etapa requer energia elétrica e é crucial para elevar o calor ao nível necessário para o aquecimento [2].

3. Condensação (libertação de calor): No condensador, o fluido refrigerante quente e sob alta pressão liberta o seu calor para o sistema de aquecimento (por exemplo, radiadores ou aquecimento radiante no piso). Ele arrefece, condensa e volta a ficar líquido. O calor libertado aquece o edifício [1].

4. Expansão (redução de pressão): Através da válvula de expansão, a pressão é reduzida abruptamente, fazendo com que a temperatura do fluido refrigerante baixe drasticamente. Ele volta a estar frio e líquido, pronto para o próximo ciclo no evaporador [2].

Particularidade com ar exterior frio: Mesmo com temperaturas negativas (por exemplo, -5 °C), o ar ainda contém energia térmica utilizável, pois o frio absoluto só é atingido a -273,15 °C. O fluido refrigerante fica então ainda mais frio (por exemplo, -15 °C) e consegue absorver calor, porque o calor flui sempre do mais quente para o mais frio. O baixo ponto de ebulição do fluido refrigerante (muitas vezes abaixo de -20 °C) torna isto possível. No entanto, a eficiência diminui em casos de geada intensa, pois o compressor tem de trabalhar mais [2].

O coeficiente de desempenho sazonal (JAZ) mede a eficiência real ao longo de um ano inteiro: indica quanta energia térmica (em kWh) é gerada por cada kWh de eletricidade consumido. Ao contrário do COP (Coefficient of Performance) sob condições de teste, o JAZ considera todas as influências reais, como flutuações de temperatura e ciclos de descongelação. Bons valores para bombas de calor ar-água situam-se entre 3,5–4,0, para solo-água entre 4,0–5,0 e para água-água entre 4,5–5,5+. Um JAZ a partir de 3,0 é recomendável para a viabilidade económica. Temperaturas de fluxo baixas (por exemplo, com aquecimento no piso) e fontes de calor estáveis melhoram significativamente o JAZ [2].

Diferenças entre os tipos: Todos utilizam o mesmo ciclo de refrigeração, mas diferem na fonte de calor. As bombas de calor ar-água são económicas na aquisição (aprox. 25.000–45.000 €), fáceis de instalar e flexíveis, mas têm eficiência variável e uma unidade exterior audível. As bombas de calor solo-água (geotérmicas) são mais eficientes e estáveis (JAZ 4,0–5,0), mas exigem trabalhos de terraplenagem ou perfurações (custos de 35.000–60.000 €) e licenças. As bombas de calor água-água (água subterrânea) oferecem a maior eficiência (JAZ superior a 5,0), mas são as mais caras (40.000–65.000 €) e estão sujeitas a licenças rigorosas devido aos poços [3].

Adequação para edifícios antigos não renovados: Sim, frequentemente possível, mas desafiador devido à elevada necessidade de calor e às elevadas temperaturas de impulsão necessárias (até 60–70 °C). Bombas de calor de alta temperatura ou sistemas híbridos (combinação com caldeira de gás ou óleo existente) são adequados nestes casos. O aquecimento radiante no piso é ideal (baixas temperaturas de impulsão 30–35 °C), mas a instalação posterior em edifícios antigos é frequentemente dispendiosa. No caso de radiadores, modelos maiores, radiadores de baixa temperatura, equilíbrio hidráulico ou pequenas medidas de isolamento (ex: telhado, janelas) ajudam a reduzir a temperatura de impulsão. Um cálculo profissional da carga térmica é essencial [4].

Custos e Subsídios: Os custos de aquisição situam-se entre 25.000–65.000 €, dependendo do tipo (incluindo instalação). Os custos operacionais dependem do SCOP (JAZ) e do preço da eletricidade – com um SCOP de 4 e uma necessidade térmica de 15.000 kWh, frequentemente ficam abaixo de 1.300 €/ano com tarifa de eletricidade para bomba de calor. Na Alemanha, o Programa Federal de Edifícios Eficientes (BEG) subsidia até 70% dos custos (subsídio base de 30%, mais bónus pela substituição de sistemas de aquecimento antigos, eficiência ou rendimentos; máx. 21.000 €). O pedido deve ser apresentado ao BAFA/KfW antes do início das medidas; recomenda-se a consulta de um consultor energético. Alternativamente, é possível obter um bónus fiscal [3].

Nível de Ruído e Instalação: Os modelos geotérmicos e água-água são muito silenciosos (comparáveis a um frigorífico). Os aparelhos ar-água atingem 35–50 dB(A) a 1 m de distância. Importante: respeitar a distância em relação aos vizinhos e janelas (observar a TA Lärm), evitar cantos e superfícies reflexoras de som, e utilizar amortecedores de vibração e fundações estáveis. O modo noturno reduz o ruído [1].

Poupança de CO₂: Em comparação com um sistema de aquecimento a gás (aprox. 200 g CO₂/kWh), uma bomba de calor com SCOP 4 e a mistura energética alemã (aprox. 380 g CO₂/kWh) poupa mais de 50% de CO₂. Com eletricidade verde ou sistema fotovoltaico, as emissões operacionais são quase 100% eliminadas. A poupança aumenta com o crescimento da quota de energia verde na rede [3].

Conclusão para proprietários: As bombas de calor são eficientes, ecológicas e preparadas para o futuro. A escolha depende do terreno, do edifício e do orçamento. Uma consultoria individual realizada por uma empresa especializada e um consultor energético, incluindo o cálculo da carga térmica, é indispensável para um planeamento, subsídio e eficiência ideais.