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Planejamento de sistema HVAC renovável
As bombas de calor centrais compatíveis com energia solar combinam aquecimento e arrefecimento eléctricos de alta eficiência com geração de energia fotovoltaica. Um sistema adequadamente projetado pode usar a produção solar diurna para reduzir o consumo de eletricidade da rede, mantendo temperaturas internas confortáveis durante as diferentes estações.
A bomba de calor solar normalmente é uma bomba de calor acionada eletricamente conectada a um sistema fotovoltaico. Os painéis solares geram eletricidade, enquanto a bomba de calor transfere calor entre ambientes internos e externos. O termo geralmente não significa que a luz solar aquece diretamente o refrigerante dentro do equipamento.
As bombas de calor solares podem fornecer aquecimento e resfriamento de ambientes e, em algumas configurações de sistema, água quente sanitária. São adequados para edifícios residenciais, escritórios, hotéis, escolas, oficinas, instalações agrícolas e outras propriedades onde as cargas de aquecimento e arrefecimento representam uma grande percentagem do consumo anual de eletricidade.
As bombas de calor centrais compatíveis com energia solar são projetadas para funcionar com dutos em todo o edifício, unidades fan coil, sistemas hidrônicos, piso radiante ou outros sistemas centralizados de distribuição de temperatura. A bomba de calor pode utilizar eletricidade solar durante o dia e obter eletricidade adicional da rede ou bateria quando a geração solar for insuficiente.
Uma bomba de calor usa um ciclo de refrigeração para absorver o calor de uma área e liberá-lo para outra. No modo de aquecimento, uma bomba de calor de fonte de ar extrai o calor disponível do ar exterior e transfere-o para o interior. No modo de resfriamento, o ciclo inverte e transfere o calor interno para fora.
Os sistemas de fonte subterrânea trocam calor com o solo através de tubos enterrados. Os sistemas de fonte de água utilizam uma fonte de água apropriada como meio de troca de calor. Cada tipo pode ser combinado com um sistema fotovoltaico quando seus requisitos elétricos corresponderem ao painel solar, inversor, dispositivos de proteção e controles de gerenciamento de energia disponíveis.
Os módulos fotovoltaicos produzem eletricidade CC de acordo com a radiação solar, temperatura do painel, orientação, ângulo de inclinação, sombreamento e condição do módulo.
Um inversor solar converte a eletricidade CC gerada em eletricidade CA compatível com a bomba de calor e o sistema elétrico do edifício.
O compressor, o circuito refrigerante, o evaporador e o condensador movimentam a energia térmica entre o edifício e a fonte de calor externa selecionada.
A energia solar é usada quando disponível. A eletricidade da rede ou o armazenamento da bateria fornecem a demanda restante durante pouca luz solar, operação noturna ou pico de carga de aquecimento.
A resposta para “os painéis solares podem alimentar uma bomba de calor” é sim. Um sistema fotovoltaico pode fornecer parte ou toda a eletricidade exigida por uma bomba de calor. A percentagem real fornecida pela energia solar depende da carga de aquecimento ou arrefecimento, do clima local, da eficiência do equipamento, da capacidade do painel, da luz solar disponível e do horário de funcionamento.
Os usuários também perguntam: “os painéis solares podem operar uma bomba de calor?” Os painéis solares podem operar uma bomba de calor diretamente durante o dia, quando o painel solar produz energia suficiente. Um sistema conectado à rede pode extrair automaticamente eletricidade adicional quando a produção solar cai abaixo da demanda. Um sistema fora da rede requer capacidade suficiente da bateria e saída do inversor para manter a operação quando a luz solar não está disponível.
A questão “é possível alimentar uma bomba de calor com painéis solares” deve ser avaliada tanto através da potência como da energia. A potência instantânea determina se o sistema pode operar em um momento específico. Cálculos de energia diários e sazonais determinam se o painel solar pode produzir eletricidade suficiente durante o período necessário.
| Configuração do sistema | Contribuição Solar | Requisito de bateria | Característica Operacional |
|---|---|---|---|
| Bomba de calor conectada à rede | Contribuição diurna parcial ou alta | Não obrigatório | A rede cobre automaticamente o déficit solar |
| Sistema Híbrido de Bomba de Calor | Solar usado como fonte preferencial | Opcional | Energia solar, bateria e rede podem trabalhar juntas |
| Sistema de bomba de calor fora da rede | Solar fornece toda a eletricidade gerada | Obrigatório | Requer dimensionamento cuidadoso no inverno e à noite |
| Sistema diurno assistido por energia solar | Focado na redução da carga diurna | Geralmente não é obrigatório | Adequado para resfriamento diurno ou aquecimento programado |
O número de painéis solares depende da entrada elétrica da bomba de calor, do tempo de funcionamento diário, da carga sazonal, da potência do painel, das horas de pico de luz solar, da eficiência do sistema e se a bomba de calor deve funcionar após o pôr do sol. A procura de aquecimento pode ser mais elevada durante o Inverno, quando a produção solar diária pode ser inferior à produção no Verão.
Matriz Solar Calculada
20 kWh ÷ 5h ÷ 0,80 = 5kWUm conjunto teórico de 5kW poderia ser formado com aproximadamente onze painéis solares de 455W. Um projeto prático pode usar de doze a quatorze painéis para compensar a temperatura do módulo, perda do inversor, poeira, sombreamento parcial, mudanças climáticas e redução sazonal na produção solar.
| Entrada média da bomba de calor | Tempo de execução diário | Demanda diária de eletricidade | Conjunto Solar de Referência | Quantidade aproximada de painel de 455 W |
|---|---|---|---|---|
| 1,5kW | 6 horas | 9 kWh | 2,3 kW–3,0 kW | 6–7 painéis |
| 2,5 kW | 8 horas | 20 kWh | 5,0 kW–6,5 kW | 11–15 painéis |
| 4,0kW | 8 horas | 32 kWh | 8,0 kW–10,5 kW | 18–24 painéis |
| 6,0kW | 10 horas | 60 kWh | 15,0 kW–20,0 kW | 33–44 painéis |
Uma bomba de calor pode consumir mais eletricidade durante o tempo frio porque a diferença de temperatura entre o interior e o exterior é maior. A produção solar também pode diminuir devido a horas mais curtas de luz do dia, baixo ângulo do sol, cobertura de neve, nuvens ou mau tempo. Os dados solares médios anuais não devem ser utilizados isoladamente para projetos críticos de aquecimento no inverno.
Pode valer a pena combinar uma bomba de calor com a energia solar quando o edifício tem uma necessidade anual substancial de aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são acionadas eletricamente, permitindo que a eletricidade fotovoltaica compense parte dos seus custos operacionais. Um edifício bem isolado com equipamentos dimensionados corretamente geralmente proporciona melhores resultados do que um edifício mal isolado com um sistema superdimensionado ou subdimensionado.
Os edifícios que necessitam de aquecimento no inverno e de arrefecimento no verão podem utilizar a bomba de calor e o sistema solar durante mais meses do ano.
O aquecimento diurno, o resfriamento, a água quente ou a operação comercial podem consumir eletricidade solar enquanto ela está sendo gerada.
A perda de calor reduzida permite que a bomba de calor mantenha a temperatura com menor potência do compressor e ciclos operacionais mais curtos.
O aquecimento por piso radiante e os sistemas de fan coil devidamente concebidos podem reduzir a temperatura necessária da água e melhorar a eficiência da bomba de calor.
Temperaturas externas muito baixas podem aumentar o consumo de eletricidade e exigir equipamentos maiores, aquecimento de reserva ou uma fonte de calor diferente.
A forma do telhado, a capacidade estrutural, o sombreamento, as vias de acesso e as regulamentações locais podem restringir a capacidade fotovoltaica utilizável.
A operação noturna depende da energia da rede ou do armazenamento da bateria porque os painéis solares não geram eletricidade após o pôr do sol.
Alguns radiadores tradicionais requerem temperaturas de água que reduzem a eficiência da bomba de calor, a menos que os emissores ou a envolvente do edifício sejam actualizados.
As bombas de calor central compatíveis com energia solar devem ser selecionadas de acordo com a carga do edifício, a temperatura de projeto local, o método de distribuição de aquecimento, a alimentação elétrica disponível, a potência do inversor solar e a estratégia de controle. A bomba de calor não necessita de um tipo especial de luz solar, mas deve funcionar de forma segura e eficiente com o sistema elétrico.
A capacidade de aquecimento deve corresponder à perda de calor calculada do edifício à temperatura local de projeto. Selecionar equipamentos apenas por área útil pode produzir resultados imprecisos.
A seleção do resfriamento deve levar em conta o ganho de calor solar, janelas, isolamento, ocupantes, iluminação, equipamentos, ventilação e temperatura local no verão.
As bombas de calor de velocidade variável podem ajustar a saída do compressor e acompanhar a geração solar disponível de forma mais suave do que os equipamentos de saída fixa.
COP descreve a eficiência operacional sob condições definidas. O SCOP fornece uma visão sazonal e é útil para comparar o desempenho do aquecimento em uma faixa mais ampla de temperaturas.
Confirme se a unidade utiliza eletricidade monofásica ou trifásica e se o inversor solar e a alimentação do edifício podem suportar a tensão e a corrente necessárias.
Verifique a capacidade nominal, a potência de entrada, o desempenho do degelo e a temperatura de saída da água na temperatura externa mais baixa esperada.
Os controles de gerenciamento de energia podem coordenar a geração solar, carga da bateria, armazenamento térmico, energia da rede, temperatura ambiente e operação no tempo de uso.
Transfere calor entre o ar externo e o ar interno. É comumente conectado a unidades internas com ou sem dutos e pode fornecer aquecimento e resfriamento.
Adequado para:Casas, escritórios, lojas e edifícios que necessitam de aquecimento e resfriamento direto do ar.
Transfere energia do ar exterior para um circuito de água para piso radiante, ventiloconvectores, radiadores de baixa temperatura ou água quente sanitária.
Adequado para:Aquecimento hidrônico central, resfriamento e sistemas integrados de água quente.
Usa loops enterrados para trocar calor com o solo. A temperatura do solo é mais estável do que a temperatura do ar exterior, mas a instalação requer terreno, perfuração ou escavação adequados.
Adequado para:Projetos de longo prazo com área de terreno disponível e carga anual significativa.
Troca calor com uma fonte de água apropriada. A qualidade da água, a vazão, as condições ambientais, a filtragem e a aprovação local devem ser consideradas.
Adequado para:Projetos com fonte de água confiável e tecnicamente adequada.
Determine a perda de calor, a carga de resfriamento, o desempenho do isolamento, o vazamento de ar, a área da janela, a ocupação, a demanda de ventilação e as temperaturas internas necessárias.
Revise dados mensais de luz solar, orientação do telhado, ângulo do painel, sombreamento, capacidade estrutural, espaço de acesso, carga de neve, carga de vento e distância do cabo.
Confirme a tensão de serviço, fase, capacidade do disjuntor, saída do inversor, tamanho do cabo, proteção contra surtos, isolamento, aterramento e regras elétricas locais.
Verifique as dimensões do duto, o fluxo de ar, o fluxo de água, o diâmetro do tubo, a cabeça da bomba, a capacidade do radiador, a seleção do fan coil e a temperatura necessária da água.
Decida se é necessário suporte de rede, armazenamento de bateria, armazenamento térmico ou aquecimento auxiliar durante a noite, mau tempo, ciclos de degelo ou frio extremo.
Defina prioridade solar, reserva de bateria, programação de água quente, temperatura ambiente, restrições de carregamento da rede, compensação climática e configurações de resposta à demanda.
Sim. O termo geralmente se refere a uma bomba de calor alimentada parcial ou totalmente por eletricidade gerada a partir de painéis fotovoltaicos. Pode ser conectado à rede, híbrido ou fora da rede.
Os painéis solares não podem produzir eletricidade à noite. A operação noturna requer eletricidade da rede, uma bateria de tamanho suficiente ou outra fonte de energia reserva.
Pode ser programado para períodos de forte produção solar, mas os edifícios que requerem controlo contínuo da temperatura normalmente necessitam de suporte de rede, baterias ou armazenamento térmico.
O equipamento deve mover o calor através de uma diferença de temperatura maior. Os sistemas de fonte de ar também podem exigir ciclos de descongelamento, o que pode aumentar temporariamente o consumo de eletricidade.
Pode suportar parte ou toda a demanda quando o painel solar, o inversor, o serviço elétrico, a fiação, o equipamento de proteção e a capacidade de geração disponível forem suficientes.
Não necessariamente. A necessidade de aquecimento pode ocorrer à noite ou durante os períodos de inverno com pouca luz solar. A capacidade do painel, o armazenamento da bateria, a produção sazonal e a perda de calor do edifício devem ser avaliados em conjunto.
Muitos sistemas de bomba de calor ar-água e de fonte subterrânea podem produzir água quente sanitária. A temperatura necessária do tanque, o volume de armazenamento, o ciclo de higiene e o aquecimento de reserva devem ser incluídos na seleção do sistema.
A seleção de um sistema confiável requer mais do que uma área útil do edifício ou uma quantidade geral de painéis. A procura de aquecimento, a procura de arrefecimento, o clima local, a temperatura da água, o fornecimento eléctrico, o horário de funcionamento, a geração solar e os requisitos de reserva devem ser revistos como um sistema completo.
Capacidade de aquecimento e refrigeração
Potência de entrada nominal e máxima
Faixa de temperatura operacional
Temperatura necessária da água de saída
Alimentação monofásica ou trifásica
Requisitos de degelo e aquecimento auxiliar
Potência nominal do painel solar
Área disponível no telhado ou no solo
Horário de pico mensal de luz solar
Modelo e saída do inversor solar
Capacidade da bateria e energia utilizável
Disponibilidade da rede e tensão local
Localização e condições climáticas
Área útil do edifício e isolamento
Temperatura interna necessária
Horas de funcionamento de aquecimento e refrigeração
Dutos, radiadores ou aquecimento de piso existentes
Necessidade de água quente doméstica
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