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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Bombas de calor em edifícios públicos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa A principal tarefa dos equipamentos compressores em edifícios públicos é o resfriamento, que é necessário devido às condições climáticas ou para remover o calor das fontes de iluminação interna, equipamentos e pessoal. Os centros de informática em edifícios de escritórios exigem cargas de resfriamento significativas. Neste caso, regra geral, não se tem em conta que a unidade frigorífica utilizada é por natureza uma bomba de calor. Embora o calor removido do condensador de refrigeração esteja a uma temperatura relativamente baixa, a sua utilização benéfica resulta em poupanças de energia significativas. A relação entre o calor removido do condensador e a entrada de energia tanto para o refrigerador quanto para a bomba de calor é altamente dependente da diferença nas temperaturas de evaporação e condensação. Esta relação determina a temperatura econômica da água após o condensador da máquina de refrigeração nos casos em que seu calor é aproveitado. Um nível de temperatura de 41-42°C é economicamente justificado. Neste caso, a potência consumida pelo compressor aumenta ligeiramente em comparação com o modo de refrigeração pura, e ao mesmo tempo torna-se possível não despejar, mas aproveitar de forma útil o calor de condensação. A implementação mais conhecida deste conceito é que o calor da máquina de refrigeração que resfria o ar da parte central do edifício não é jogado fora, mas é utilizado para aquecer ambientes em todo o perímetro do edifício, nos quais, devido a nos vidros das janelas e portas, a perda de calor aumenta. O calor da parte central do edifício é fornecido através de um sistema de refrigeração de água ao evaporador, e então essa energia é transferida para o condensador por meio de refrigerante e compressor. Utilizando uma rede de água aquecida, o calor útil é transferido para a torre de resfriamento de ar através de um condensador especial, parte do calor é utilizado para aquecimento de água ou para fins tecnológicos. No inverno, quando o resfriamento e o aquecimento são necessários ao mesmo tempo, parte do condensador funciona para aquecimento e o excesso de calor é descarregado na torre de resfriamento. Esse esquema de aquecimento de ar condicionado é denominado centralizado, usando um grande refrigerador (bomba de calor) e trocadores de calor ambiente. Também pode ser utilizado aquecimento descentralizado - com bombas de calor individuais em todo o edifício, diretamente nas áreas de ar condicionado. Neste último caso, são ligados a um sistema central de água não refrigerado, no qual, através de um aquecedor de água adicional e uma torre de resfriamento, a temperatura é mantida na faixa de 15-32°C. Cada aparelho de ar condicionado contém um circuito completo de refrigeração e bomba de calor com ventilador para circulação do ar ambiente, ligado à rede de água. A água serve como dissipador de calor quando operando no modo de refrigeração e como fonte de calor no modo de aquecimento. O aquecimento adicional só é necessário em climas muito frios, quando a maioria das unidades funciona no modo de aquecimento. O fornecimento de calor ao sistema de água vem de uma sala de caldeira, de um aquecedor elétrico externo, de energia solar ou de uma fonte de calor residual. As necessidades de calor são reduzidas quando uma ou mais unidades devem operar no modo de refrigeração. A temperaturas exteriores médias, as instalações no lado sombreado do edifício funcionam para aquecimento e no lado ensolarado para arrefecimento. Se aproximadamente 30% das unidades operarem em modo de refrigeração, elas fornecem calor suficiente ao sistema de água para que não haja necessidade de o edifício ganhar ou perder calor. Em edifícios com geração interna de calor proveniente de iluminação, computadores, etc. e altos níveis de isolamento, pode ser necessário resfriamento localizado durante todo o ano. O calor aqui obtido é transferido para a rede de água e posteriormente para instalações na periferia do edifício, que funcionam para aquecimento nos meses de inverno. Os sistemas descentralizados também podem ser utilizados em edifícios que necessitam de refrigeração durante o dia e aquecimento à noite. Se a temperatura da água da rede subir durante o dia até à temperatura máxima permitida para o funcionamento da refrigeração, +32°C, então o calor não é despejado nas torres de refrigeração e pode ser utilizado para aquecimento durante parte do ciclo de aquecimento antes de qualquer forma de aquecimento adicional. o aquecimento é ativado, o que é necessário quando a temperatura da água desce abaixo de 15°C. O ar condicionado começa pela manhã, quando a água está fria e permite um resfriamento eficiente, e termina no final do dia, quando a água é aquecida, para um aquecimento noturno eficiente. O maior benefício é obtido quando se utiliza uma bomba de calor onde é necessário aquecimento e arrefecimento simultâneos em grande escala, por exemplo em complexos desportivos com pista de patinagem artificial e piscina. Normalmente, as piscinas públicas interiores são grandes consumidoras de energia, especialmente em climas frios. O consumo anual de energia para piscinas públicas interiores é de 14000 kWh/m3 de superfície de água. A temperatura necessária da água é de cerca de 30°C e a temperatura do ar é um pouco mais alta. A taxa de ventilação necessária é de 4 a 20 volumes por hora. Para utilizar o calor do ar residual, regeneradores rotativos podem ser usados para aquecer o ar que entra enquanto economiza energia. A utilização destes permutadores de calor está a tornar-se comum em piscinas, mas apenas recuperam parte do calor contido no ar residual. Seu teor de umidade é bastante elevado e a maioria dos sistemas convencionais de recuperação de calor utiliza apenas calor sensível. Os trocadores de calor recuperativos são capazes de condensar apenas parte da umidade, e uma quantidade relativamente pequena. A recuperação de calor latente pode ser significativamente melhorada através da utilização de bombas de calor, em muitos casos em conjunto com sistemas convencionais de recuperação de calor. Um exemplo típico de instalação de bomba de calor para um complexo de piscinas em Chester (Inglaterra). As duas piscinas fazem parte de um grande centro desportivo coberto e consomem a maior parte da energia fornecida ao edifício com uma carga térmica projetada de 2 MW. O ar fresco entra no complexo com uma vazão de 46 m3/s, dos quais 21 m3/s são fornecidos ao salão da piscina. Uma elevada taxa de ventilação minimiza a condensação no hall e nas salas adjacentes e também reduz o cheiro de cloro utilizado para fins de esterilização. A carga térmica total de 2 MW consiste no aquecimento da água da piscina, água quente dos chuveiros e aquecimento do edifício de serviços adjacente. Cerca de 3/4 do consumo total de calor vai para a ventilação, dos quais a piscina consome metade. Neste caso, o mais económico é utilizar um circuito fechado com refrigerante intermédio nas condutas de ventilação em conjunto com um sistema de bomba de calor. O ar de exaustão, que passa por parte do circuito fechado, é pré-resfriado, liberando algum calor latente, e depois resfriado em 4°C no evaporador da bomba de calor. O ar fresco é primeiro aquecido pela segunda metade do circuito fechado e depois reaquecido no condensador da bomba de calor. No balanço térmico global, o circuito fechado devolve cerca de 400 kW e a bomba de calor devolve pouco mais de 1 MW, deixando uma porção relativamente pequena da carga térmica a ser coberta pelas fontes tradicionais. As aplicações de bombas de calor em piscinas não se limitam aos sistemas ar-ar. A Sulzer, que possui ampla experiência no uso de bombas de calor em piscinas, combina diversas bombas de calor, cada uma com sua finalidade. Um exemplo típico é a instalação de Lindenberg. Uma piscina interior com uma superfície de água de 315,5 m2 tem uma temperatura do ar de 30-32°C e uma temperatura da água 2°C inferior.
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