blog

Jun 04, 2023

Zona Hidrônica: Combinando uma Água

FIGURA 1: Este esquema de sistema parcial é configurado para fornecer pré-aquecimento de água doméstica, bem como aquecimento ambiente, para um sistema de distribuição de baixa temperatura/altamente zoneado. FIGURA 2: Um diagrama de fiação

FIGURA 1:Este esquema de sistema parcial é configurado para fornecer pré-aquecimento de água doméstica, bem como aquecimento ambiente, para um sistema de distribuição de baixa temperatura/altamente zoneado.

FIGURA 2:Um diagrama de fiação para o sistema exibido na Figura 1.

Em uma coluna do Workshop de encanamento e hidrônica mecânica de dezembro de 2014, discutimos os benefícios dos sistemas de combustível duplo que combinam uma bomba de calor geotérmica água-água com uma caldeira mod/con. A caldeira pode ser configurada para fornecer calor suplementar quando a bomba de calor não consegue acompanhar a carga. Isto permite que a bomba de calor seja dimensionada para 50% a 75% da carga projetada, ao mesmo tempo que fornece a maior parte da necessidade total de energia de aquecimento sazonal. Em aplicações de missão crítica, a caldeira poderia ser dimensionada para fornecer a potência total da carga projetada se a bomba de calor não estivesse funcionando. Este último também é útil se você precisar fornecer grandes cargas de água quente sanitária (AQS).

Em áreas onde o gás natural não está disponível, a caldeira mod/con num sistema de duplo combustível provavelmente será abastecida por propano. O custo do calor produzido pela queima de propano nessa caldeira pode ser significativamente superior ao do calor fornecido pela bomba de calor geotérmica. Por exemplo, em meados de dezembro de 2014, o preço do propano na área de Albany, Nova Iorque, era de cerca de 3,21 dólares por galão. Se esse propano alimentasse uma caldeira mod/con com uma eficiência térmica média de 92%, o calor produzido teria um custo unitário de US$ 38,03 por MMBtu (1 MMBtu = 1.000.000 Btu).

O custo da eletricidade no mesmo local e horário foi de cerca de 16,3 centavos por kWh. Se esta energia eléctrica operasse uma bomba de calor geotérmica com um coeficiente de desempenho sazonal médio (COP) de 3,2, o custo unitário do calor fornecido seria de cerca de 14,92 dólares por MMBtu, menos de metade do custo do propano nas condições indicadas.

Em situações como esta, faz sentido priorizar o uso de energia de menor custo sempre que possível. Reserve a energia mais cara para “completar” a carga somente quando necessário.

Os projetistas também precisam considerar que o COP de uma bomba de calor geotérmica depende muito da temperatura da água fornecida ao seu condensador. Quanto mais baixa for a temperatura da água de entrada, maior será o COP da bomba de calor.

Na maioria dos sistemas residenciais, a carga global consiste em aquecimento ambiente e aquecimento de água doméstica. A última carga começa em temperaturas relativamente baixas. Por exemplo, onde moro, no norte do estado de Nova York, a temperatura média anual da água subterrânea é de cerca de 12°C. São necessários tantos Btu para elevar um galão de água de 50° para 60° quanto para elevar esse galão de 110° para 120°. No entanto, uma bomba de calor irá fornecer esses Btu de baixa temperatura com um COP muito mais elevado e, portanto, a um custo mais baixo por MMBtu.

Se a sua intenção é maximizar o desempenho da bomba de calor, o pré-aquecimento de água doméstica é uma oportunidade que não deve perder.

O esquema parcial do sistema mostrado na Figura 1 é configurado para fornecer pré-aquecimento de água doméstica, bem como aquecimento ambiente, para um sistema de distribuição de baixa temperatura/altamente zoneado.

Nas condições de carga de projeto, a temperatura da água fornecida ao sistema de distribuição a partir do tanque tampão é de 120°. A temperatura da água fornecida pode ser reduzida à medida que a temperatura externa aumenta. Com meia carga, a temperatura da água de abastecimento só precisa ser de cerca de 95°. Isto mantém a bomba de calor – bem como a caldeira mod/con, se necessário – operando com a maior eficiência possível.

Esta configuração também maximiza a utilização da bomba de calor para pré-aquecimento de águas domésticas. Sempre que houver uma demanda de água quente de 0,8 galão por minuto ou superior, o fluxostato marcado (FS1) fecha seus contatos. Isto liga o circulador (P1B) através de um relé. A água mais quente no topo do tanque tampão é imediatamente encaminhada através do lado primário do trocador de calor (HX1).

A água fria doméstica passa pelo outro lado deste permutador de calor, em sentido contrário, para maximizar a absorção de calor. A água doméstica pré-aquecida passa então para a entrada fria do aquecedor indireto de água. Isto reduz o calor que deve ser fornecido pela caldeira mod/con.