Como funcionam as bombas de calor?

As bombas de calor estão a ser apontadas como uma opção amiga do clima para manter as casas aquecidas, à medida que as pessoas procuram alternativas ao petróleo e ao gás. DW explica os mistérios por trás deles.

Cerca de metade das casas da Alemanha são aquecidas a gás natural e um quarto a petróleo. À medida que o país se afasta dos combustíveis fósseis face à crise climática, muitos procuram alternativas.

As bombas de calor são uma tecnologia amplamente discutida. Mas como eles funcionam exatamente?

Uma bomba de calor extrai calor do ar externo, do solo ou de uma fonte próxima de água para gerar calor usando algo chamado resfriamento evaporativo. Você saberá como é gratificante colocar um pano frio na pele em temperaturas sufocantes. É o mesmo efeito. A água fria evapora, torna-se gasosa e você esfria.

Aqui está a ciência por trás disso: a transição da água para o vapor requer muita energia. Para mudar de estado, as moléculas de água extraem essa energia do ambiente, neste caso da pele quente. Esse processo provoca o efeito de resfriamento. Por outro lado, grande parte dessa energia é liberada como calor de volta ao ar quando a água evaporada se torna líquida novamente.

Bombas de calor, frigoríficos e aparelhos de ar condicionado exploram estas transições. As geladeiras esfriam por dentro e esquentam por fora. Para bombas de calor é o oposto.

No caso das bombas de calor, um refrigerante especial circula num sistema de tubagem fechado. Os refrigerantes evaporam em temperaturas muito baixas, às vezes abaixo de 50 graus Celsius negativos (58 Fahrenheit negativos).

O calor do solo ou do ar, por exemplo, aquece o refrigerante, que então evapora no circuito. Um compressor comprime as moléculas do gás refrigerante, aumentando ainda mais sua temperatura. Quando se liquefaz novamente, libera o calor extra no sistema de aquecimento. Isso significa que as bombas de calor podem ser usadas para aquecer ou resfriar uma casa, um escritório ou qualquer outro espaço interno.

Embora existam diferentes tipos de bombas de calor, todas funcionam com o mesmo princípio de extrair energia térmica do ambiente.

As bombas de calor de água podem utilizar águas subterrâneas ou de rios ou lagos. Os de fonte de ar funcionam com ar regular extraído de fora ou com ar de exaustão quente produzido em instalações industriais ou data centers.

Para bombas de calor geotérmicas, as sondas são perfuradas a 100 metros (328 pés) ou mais no solo, dependendo da densidade da rocha. Quanto mais fundo o poço no solo, mais quente fica.

As bombas de calor para águas subterrâneas são mais eficientes, mas também mais caras. A variedade de fonte de ar funciona em quase qualquer lugar, mas pode ser barulhenta.

No processo de aquecimento de um edifício, as bombas de calor podem resfriar as águas subterrâneas em 4 graus ou reduzir a temperatura do ar ao seu redor em 10 graus.

Mesmo nos dias frios de inverno, há energia térmica suficiente no subsolo, no ar ou nas águas subterrâneas para aquecer um edifício. Na Escandinávia, por exemplo, muitas pessoas aquecem com bombas de calor de fonte de ar, mesmo durante invernos rigorosos. Eles extraem energia térmica do ar em temperaturas tão baixas quanto 20 Celsius negativos.

Ainda assim, requerem mais energia para funcionar no frio e funcionam melhor em climas mais quentes. As bombas de calor também são equipadas com barras de aquecimento que utilizam eletricidade, como reserva.

Embora a maior parte da energia seja retirada do meio ambiente, os dispositivos requerem energia adicional para acionar o motor elétrico do compressor, das bombas e dos ventiladores. Em boas condições, um quilowatt-hora de eletricidade pode gerar cerca de seis quilowatts-hora de calor. Um apartamento isolado de 80 metros quadrados precisa de menos de 1.000 quilowatts-hora de eletricidade por ano.

As bombas de calor são mais eficientes em novos edifícios isolados, especialmente aqueles com piso radiante e grandes radiadores. Nas casas mais antigas da Alemanha, as bombas de calor a ar geram cerca de três quilowatts-hora de calor a partir de um quilowatt-hora de electricidade, de acordo com um estudo do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar, com sede em Freiburg. Usar águas subterrâneas como fonte de energia gerou, em média, quatro vezes mais calor em comparação.