A energia aerotérmica é uma tecnologia avançada que utiliza a energia contida no ar para fornecer aquecimento, refrigeração e água quente sanitária em edifícios.
É uma forma de energia eficiente e sustentável, pois aproveita uma fonte renovável e praticamente inesgotável: o ar exterior.
O que é energia aerotérmica?
A energia aerotérmica baseia-se na utilização de bombas de calor, dispositivos que transferem energia térmica de um local para outro por meio de um ciclo de refrigeração reverso. Esses sistemas podem capturar o calor do ar externo, mesmo em condições frias, e transferi-lo para dentro de um edifício para aquecê-lo. Da mesma forma, eles podem extrair calor de dentro de um edifício e liberá-lo para fora para resfriar o ambiente.
Princípios termodinâmicos em energia aerotérmica
Para compreender como funciona uma bomba de calor aerotérmica, é importante conhecer os princípios básicos da termodinâmica que estão envolvidos no seu funcionamento:
- Primeira lei da termodinâmica (conservação de energia) : Esta lei afirma que a energia não é criada nem destruída, apenas transformada de uma forma para outra. Numa bomba de calor, a energia térmica é transferida do ar exterior para o interior do edifício (ou vice-versa) através de um ciclo de compressão e expansão de um refrigerante.
- Segunda lei da termodinâmica : Esta lei afirma que o calor sempre flui naturalmente de um corpo quente para um corpo frio. Porém, com a utilização de energia eléctrica (trabalho), uma bomba de calor consegue inverter este fluxo natural, extraindo calor de uma fonte fria (ar exterior no inverno) e transferindo-o para uma fonte quente (o interior do edifício).
Funcionamento da bomba de calor aerotérmica
Agora que conhecemos as duas leis da termodinâmica que intervêm no nosso processo, vamos analisar o funcionamento destas máquinas térmicas.
O funcionamento de uma bomba de calor aerotérmica baseia-se num ciclo termodinâmico composto por quatro processos principais: evaporação, compressão, condensação e expansão. Vejamos cada um deles:
- Evaporação (processo endotérmico) : O ciclo começa no evaporador, onde o refrigerante absorve o calor do ar externo. Mesmo que o ar esteja frio, o refrigerante tem uma temperatura ainda mais baixa, o que permite que o calor flua para dentro do refrigerante, fazendo com que ele evapore e se transforme em gás.
- Compressão (processo adiabático) : O refrigerante em estado gasoso é direcionado para o compressor. Aqui ele é comprimido, o que aumenta sua temperatura e pressão. Este processo requer trabalho mecânico, geralmente fornecido por um motor elétrico.
- Condensação (processo exotérmico) : O gás quente e de alta pressão desloca-se para o condensador, onde transfere o seu calor para o sistema de aquecimento do edifício (água ou ar) por condução térmica através de um permutador de calor. À medida que o calor é perdido, o refrigerante condensa, passando de gás a líquido.
- Expansão (processo adiabático) : Por fim, o refrigerante líquido passa por uma válvula de expansão, onde sua pressão diminui drasticamente. Isso faz com que sua temperatura também caia, preparando-o para retornar ao evaporador e reiniciar o ciclo.
Eficiência energética
A eficiência de uma bomba de calor é medida pelo Coeficiente de Desempenho (COP), que é a relação entre a energia térmica fornecida ao edifício e a energia elétrica consumida pela bomba de calor. Um COP alto indica maior eficiência.
Por exemplo, um COP de 4 significa que por cada unidade de energia eléctrica consumida, a bomba de calor fornece quatro unidades de energia térmica.
Vantagens e desvantagens
A energia aerotérmica tem diversas vantagens:
- Eficiência energética : As bombas de calor ar-térmicas são muito eficientes, com COPs que podem atingir entre 3 e 5, dependendo das condições.
- Versatilidade : Podem fornecer aquecimento, refrigeração e água quente sanitária com o mesmo sistema, adaptando-se às diferentes necessidades ao longo do ano.
- Poupanças económicas : Apesar do investimento inicial, as poupanças nos custos de energia a longo prazo são significativas.
Embora a energia aerotérmica tenha muitas vantagens, ela também apresenta algumas desvantagens:
- Condições meteorológicas : A eficiência das bombas de calor pode diminuir em climas extremamente frios, embora as tecnologias mais avançadas sejam concebidas para funcionar de forma eficiente mesmo em condições adversas.
- Custo inicial : A instalação de um sistema aerotérmico pode ser cara, embora ajudas e subsídios possam mitigar este problema.
- Espaço : As unidades externas requerem espaço adequado para instalação.
Comparação com energia solar térmica
A energia aerotérmica e a energia solar térmica são tecnologias eficientes e sustentáveis para climatização e produção de água quente sanitária.
Por um lado, a energia aerotérmica destaca-se pela sua elevada eficiência, com um Coeficiente de Desempenho (COP) entre 3 e 5, o que lhe permite gerar várias vezes mais energia térmica do que a consumida em energia elétrica. É versátil, pois pode fornecer aquecimento, refrigeração e água quente sanitária, independente da luz solar, e requer menos manutenção. Contudo, a sua eficiência pode diminuir em climas frios e o custo inicial de instalação é elevado.
Por outro lado, a energia solar térmica utiliza a radiação solar, uma fonte de energia gratuita e renovável, não emite gases de efeito estufa e os custos operacionais após a instalação são baixos. É ideal para produção de água quente e aquecimento em regiões ensolaradas, embora dependa da disponibilidade de luz solar e possa necessitar de proteção contra congelamento em climas frios. Além disso, requer manutenção regular e espaço adequado para os coletores solares, também com alto custo inicial.
Em comparação, a energia aerotérmica é mais fiável em diversas condições climáticas e mais adequada para utilização durante todo o ano, enquanto a energia solar térmica é altamente eficiente em climas ensolarados, mas menos eficaz para arrefecimento e em climas frios.