Bombas de calor - uma oportunidade negligenciada?

Recupere energia, não a desperdice!

O que é que um fiorde norueguês, uma cervejaria belga, uma fábrica de lacticínios dinamarquesa, um centro de dados finlandês, um edifício de escritórios alemão e um centro desportivo francês (e muitos mais) têm em comum? Eles usam bombas de calor - e ninguém sabe.

A tecnologia das bombas de calor é bem conhecida pelo fornecimento de aquecimento, arrefecimento e água quente a edifícios residenciais de uma forma eficiente e fiável. Menos conhecidos são os primos maiores das bombas de calor residenciais -unidades industriaise comerciais. Embora também forneçam os mesmos serviços primários, acrescentam um factor importante aos sistemas energéticos nas cidades, grandes edifícios ou processos industriais: As grandes bombas de calor fecham os circuitos de energia.

Onde quer que os seres humanos estejam activos, necessitam de energia. A energia "flui" sempre de um nível de temperatura mais alto para um nível de temperatura mais baixo. O resultado é um excedente de energia a um nível geralmente considerado inútil. Num edifício residencial típico, os utilizadores necessitam de aquecimento e arrefecimento, relâmpagos, entretenimento, etc. e enquanto os habitantes desfrutam destes serviços, a energia acaba por se perder. O mesmo se aplica a edifícios comerciais, hospitais, escolas.

As bombas de calor podem fornecer energia, mas também podem ajudar a reduzir a procura absoluta de energia ao serem integradas em sistemas de recuperação de calor. Em edifícios maiores, uma gestão energética inteligente, baseada em bombas de calor, pode distribuir energia entre partes do edifício que necessitam de aquecimento e as que necessitam de arrefecimento. Isto também pode ser feito entre diferentes edifícios.

O efeito é ainda maior na indústria. Para além da necessidade de aquecer/arrefecer edifícios e de fornecer água quente para cozinha e chuveiros, muitos processos industriais funcionam hoje em dia a temperaturas inferiores a 100°C. Isto torna-os adequados para a utilização de bombas de calor. Os protótipos podem mesmo fornecer temperaturas até 170°C. Uma avaliação do potencial técnico das bombas de calor em aplicações industriais revelou um potencial de poupança de energia de 174TWh ou cerca de 10% da procura de energia para aquecimento industrial. A quantidade de poupança é ainda maior, quando se considera a integração de processos de arrefecimento e refrigeração no sistema.

A ligação dos pontos é um desafio fundamental para utilizar plenamente o potencial.

Os fluxos de energia na indústria são frequentemente complexos. Requerem e fornecem energia em diferentes momentos, locais e níveis de temperatura, assim como em diferentes quantidades .

Cada entrada de energia resulta em energia residual a um nível inferior, cada processo de arrefecimento/refrigeração produz calor residual e mesmo que uma bomba de calor seja utilizada para aquecimento, resulta em arrefecimento residual. Esta energia pode ser descartada para o ambiente ou recuperada para melhorar a eficiência energética global.

As pessoas precisam de compreender este processo para decidirem favoravelmente pela sua imolementação. Peritos responsáveis pela concepção e operação de processos industriais também podem não conhecer as oportunidades. Um comentário típico de um gestor de uma fábrica foi: "um subproduto do nosso processo principal é a energia a 50°C, mas é inútil para nós. Pior ainda, torna-se um factor de custo, uma vez que temos de investir em instalações para nos vermos livres dele".

O desafio é ligar áreas de aplicação e encontrar uma utilização para o calor residual de um processo de refrigeração ou para o frio residual de um processo de aquecimento é o desafio. Por vezes pode apenas necessitar de algum pensamento criativo, outras vezes só pode ser alcançado através de uma nova concepção de todo o processo de produção. Se for bem sucedido, as melhorias de eficiência são tremendas. Até uma extensão que os beneficiários destas melhorias não querem que outros saibam; preferindo colher a vantagem dos custos durante o maior tempo possível.

As bombas de calor estão a tornar-se no estado-da-arte em aplicações comerciais

Edifícios de escritórios, hotéis, restaurantes, hospitais e instalações desportivas precisam todos de aquecimento e arrefecimento - muitas vezes requerem mais aquecimento do que arrefecimento. A maioria deles também precisa de água quente para diferentes fins. A instalação de uma bomba de calor como solução autónoma ou numa configuração híbrida é cada vez mais comum. A utilização de apenas uma máquina para fornecer aquecimento e refrigeração é economicamente ainda mais eficiente

Processos Industriais

As bombas de calor podem ser aplicadas em muitos processos de produção industrial. As áreas de aplicação incluem:

• Aquecimento / arrefecimento de edifícios
• Limpeza
• Secagem - normalmente os loops de energia são fechados ligando o lado de energia residual ao lado de energia da fonte e colmatando a diferença de temperatura através da bomba de calor. Se necessário, é adicionado um queimador fóssil como fonte de energia de reserva ou para cobrir picos de procura.
• Produção e processamento de alimentos (flocos, cerveja, maltagem, fruta e vegetais, massa de fermento, batata, bem como carne, leite e queijo),
• Produção geral (tais como têxteis, indústrias de madeira, borracha e plásticos, papel, fabrico de cerveja, produção de tijolos para malte, e revestimento metálico).

Ligar laços de energia utilizando a energia desperdiçada de um processo, deslocando-a para um nível útil e fornecendo-a a outro processo é o graal da concepção eficiente do processo.

Os exemplos seguintes dão uma ideia das vantagens realizadas das grandes instalações de bombas de calor em diversas áreas de aplicação para edifícios de escritórios, aquecimento distrital, fábrica de papel, hotles e produção de lacticínios. Só podem ser uma invenção para considerar melhor as aplicações de bombas de calor. Para libertar plenamente este potencial, não só exigirá que a indústria desenvolva ainda mais a tecnologia, mas também influência política, os decisores políticos precisam de criar estruturas e mercados que favoreçam sistemas baseados em bombas de calor como soluções mais sustentáveis. Devem favorecer a redução da procura de energia utilizando a energia recuperada de forma semelhante, uma vez que favorecem a utilização de energia renovável actualmente.

Por último, mas não menos importante, a fixação do actual mecanismo de mercado é o elefante na sala. Os tempos de retorno das bombas de calor que são aceitáveis para a indústria, bem como a disponibilidade de opções de financiamento, dependem largamente da comparação com o custo das alternativas de combustíveis fósseis. Se os decisores políticos quiserem utilizar o mecanismo de mercado para a transição energética, precisam de estabelecer um sinal de preço correcto.

Chefes de Estado e de governo assinaram os acordos COP21 na limitação do aquecimento global a um nível significativamente inferior a 2 graus Celsius em Dezembro último, em Paris.

A plena utilização do potencial das grandes bombas de calor em edifícios residenciais e comerciais, processos industriais e cidades tornará muito mais fácil atingir este objectivo. Mas mais ainda: uma descarbonização do sistema energético é impossível sem descarbonização do sector do aquecimento; uma descarbonização do sector do aquecimento e da refrigeração é impossível sem bombas de calor.

Antecedentes : Tecnologia de bombas de calor

As bombas de calor convertem ar, calor do solo e água em energia - é assim tão simples! O princípio geral da tecnologia é idêntico e independente da aplicação. Uma bomba de calor pode fornecer aquecimento, arrefecimento e água quente sanitária para aplicações residenciais, comerciais e industriais. As bombas de calor transformam a energia de fontes renováveis (ar | aerotérmica, geotérmica e hídrica | hidrotérmica) em calor útil. Podem também utilizar energia recuperada de processos industriais, instalações de infra-estruturas (esgotos, metro, estacionamento subterrâneo) ou ar extraído de edifícios. A transformação é feita através do ciclo de refrigeração. Consiste de uma fonte de calor, a unidade de bomba de calor e um sistema de distribuição para aquecer/arrefecer o edifício, geralmente condutas de ar ou condutas de água.

Embora existam várias variações técnicas para a tecnologia da bomba de calor, o ciclo de compressão eléctrica é mais comummente utilizado. Numa bomba de calor de compressão eléctrica, um fluido de transferência (refrigerante) transporta o calor de uma fonte de baixa energia para um dissipador de energia superior. A energia auxiliar - geralmente electricidade ou gás - é necessária para o funcionamento do compressor e das bombas de calor.

O ciclo do refrigerante fornece aquecimento e arrefecimento, continuamente

Os sistemas de bombas de calor são optimizados para aquecimento ou arrefecimento. No modo de aquecimento, a energia ambiente é a fonte de calor e o edifício/processo é o dissipador de calor. No modo de arrefecimento, o edifício/processo é arrefecido utilizando o exterior como dissipador de calor. Obviamente, a eficiência de um sistema aumenta muito nas áreas de aplicação com uma procura paralela de aquecimento e refrigeração, dando a tais sistemas uma vantagem económica adicional.

Os efeitos secundários positivos da utilização de bombas de calor são o emprego local, reduzindo a dependência das importações, tornando o custo da energia mais estável e previsível, e fazendo a ponte entre os sectores eléctrico e térmico, proporcionando um potencial de resposta à procura e estabilizando a rede eléctrica.

As bombas de calor são transversais ao sistema energético moderno e orientado para o futuro. A descarbonização necessária do sistema energético não pode ser alcançada sem a descarbonização do sector do aquecimento. O sector do aquecimento não pode ser descarbonizado sem bombas de calor!

Este artigo foi publicado pela primeira vez em Revolve "Renewing Energy", Verão 2016