Guia de lectura
Les bombes de calor estan de moda avui dia, sobretot a Europa, on alguns països estan treballant per prohibir la instal·lació d'estufes i calderes de combustibles fòssils en favor d'opcions més respectuoses amb el medi ambient, com ara les bombes de calor eficients energèticament. (Els forns escalfen l'aire i el distribueixen a través de canonades per tota la casa, mentre que les calderes escalfen l'aigua per proporcionar aigua calenta o calefacció per vapor.) Aquest any, el govern dels Estats Units va començar a oferir incentius fiscals per a la instal·lació de bombes de calor, que solen costar més per avançat que els forns tradicionals, però són molt més eficients a la llarga.
En el camp dels vehicles de nova energia, com que la capacitat de la bateria és limitada, també ha impulsat la indústria a recórrer a les bombes de calor. Per tant, potser és hora d'aprendre ràpidament què signifiquen les bombes de calor i què fan.
Quin és el tipus de bomba de calor més comú?
Donat el rebombori recent, us sorprendrà saber que ja feu servir unbomba de calor- probablement en tens més d'una a casa i més d'una al cotxe. Simplement no les anomenes bombes de calor: fas servir els termes "nevera" o "aire condicionat".
De fet, aquestes màquines són bombes de calor, és a dir, mouen la calor d'un lloc relativament fred a un lloc relativament calent. La calor flueix espontàniament de calent a fred. Però si voleu passar de fred a calent, cal "bombejar-la". La millor analogia aquí és l'aigua, que baixa per un turó per si sola, però cal bombar-la turó amunt.
Quan bombeges la calor continguda en algun tipus d'emmagatzematge en fred (aire, aigua, etc.) a l'emmagatzematge en calent, l'emmagatzematge en fred es refreda i l'emmagatzematge en calent es escalfa. Això és de fet del que serveix la teva nevera o aire condicionat: mou la calor d'on no es necessita a un altre lloc, i no t'importa si malgastes una mica de calor addicional.
Com fer un refrigerador pràctic amb una bomba de calor?
La idea clau que va produirbombes de calor va arribar a principis del segle XIX, quan diversos inventors, entre ells Jacob Perkins, es van adonar que podien refredar alguna cosa d'aquesta manera sense malgastar els líquids volàtils que s'evaporaven per aconseguir el refredament. En lloc d'alliberar aquests vapors a l'atmosfera, van argumentar, seria millor recollir-los, condensar-los en un líquid i reutilitzar aquest líquid com a refrigerant.
Per a això serveixen les neveres i els aparells d'aire condicionat. Evaporen els refrigerants líquids i utilitzen el vapor fred per absorbir la calor de l'interior d'una nevera o d'un cotxe. Després, comprimeixen el gas, que es condensa de nou a la forma líquida. Aquest líquid ara està més calent que quan va començar, de manera que part de la calor que conté pot fluir fàcilment (possiblement amb l'ajuda d'un ventilador) cap a l'entorn circumdant, ja sigui a l'aire lliure o en qualsevol altre lloc de la cuina.
Dit això: estàs molt familiaritzat amb les bombes de calor; és només que no pares de referir-te a elles com a aparells d'aire condicionat i neveres.
Ara fem un altre experiment mental. Si teniu aire condicionat de finestra, fins i tot ho podeu fer com un experiment real. Instal·leu-lo al revés. És a dir, instal·leu els controls fora de la finestra. Feu-ho en un clima fresc i sec. Què passarà?
Com era d'esperar, bufa aire fred al pati del darrere i allibera calor a casa. Així doncs, continua transportant calor, fent que la llar sigui més confortable en escalfar-la. És clar que refreda l'aire exterior, però aquest efecte esdevé mínim un cop no esteu a prop de les finestres.
Ara tens una bomba de calor per escalfar casa teva. Potser no és la millor opcióbomba de calor, però funcionarà. A més, quan arribi l'estiu, també el pots capgirar i utilitzar-lo com a aire condicionat.
Per descomptat, no ho facis realment. Si ho proves, sens dubte fallarà la primera vegada que plogui i entri aigua al controlador. En comptes d'això, pots comprar-te una bomba de calor comercial "d'aire" que utilitzi el mateix principi per escalfar casa teva.
El problema, és clar, és que el vodka és car i aviat te'n quedaràs sense per refredar el vi. Fins i tot si substitueixes el vodka per un alcohol isopropílic més barat, aviat et queixaràs de la despesa.
Alguns d'aquests dispositius tenen el que s'anomenen vàlvules inversores, que permeten que el mateix dispositiu faci una doble funció: poden bombar calor de l'exterior cap a dins o de l'interior cap a fora, proporcionant tant calefacció com aire condicionat, tal com es descriu a continuació.
Per què les bombes de calor són més eficients que els escalfadors elèctrics?
Les bombes de calor són més eficients que els escalfadors elèctrics perquè no necessiten electricitat per generar calor. L'electricitat que utilitza unbomba de calorgenera una mica de calor, però el més important és que bombeja calor de l'exterior a casa teva. La relació entre la calor alliberada a la casa i l'energia enviada al compressor elèctric s'anomena coeficient de rendiment o COP.
Un simple calefactor elèctric que proporciona tota la calor generada per l'element calefactor elèctric té un COP d'1. D'altra banda, el COP d'una bomba de calor pot ser un ordre de magnitud superior.
Tanmateix, el COP d'una bomba de calor no és un valor fix. És inversament proporcional a la diferència de temperatura entre els dos dipòsits on es bomba calor. Dit això, si bombeu calor d'un dipòsit no massa fred a un edifici no massa calent, el COP serà un valor gran, cosa que significa que la vostra bomba de calor és molt eficient en l'ús de l'electricitat. Però si intenteu bombar calor d'un dipòsit extremadament fred a un edifici ja calent, el valor del COP es redueix, cosa que significa que l'eficiència es veu afectada.
El resultat és el que intuïtivament esperes: el millor és utilitzar la cosa més càlida que puguis trobar com a reserva de calor exterior.
Les bombes de calor aerotermiques, que utilitzen l'aire exterior com a reserva de calor, són la pitjor opció en aquest sentit perquè l'aire exterior és molt fred durant la temporada de calefacció d'hivern. Encara millors són les bombes de calor geotèrmiques (també conegudes com a bombes de calor geotèrmiques), perquè fins i tot a l'hivern, el terra a profunditats mitjanes encara és força calent.
Quina és la millor font de calor per a les bombes de calor?
El problema amb la font de terrabombes de calorés que necessiteu una manera d'accedir a aquesta reserva de calor enterrada. Si teniu prou espai al voltant de casa vostra, podeu cavar rases i enterrar un munt de canonades a una profunditat raonable, com ara uns quants metres de profunditat. Aleshores podeu fer circular un líquid (normalment una barreja d'aigua i anticongelant) a través d'aquestes canonades per absorbir la calor del terra. Alternativament, podeu perforar forats profunds al terra i instal·lar canonades verticalment en aquests forats. Tot això, però, serà car.
Una altra estratègia disponible per a uns quants afortunats és extreure calor d'una massa d'aigua propera submergint una canonada a l'aigua a una certa profunditat. Aquestes s'anomenen bombes de calor de font d'aigua. Algunes bombes de calor utilitzen l'estratègia més inusual d'extreure calor de l'aire que surt de l'edifici o de l'aigua calenta solar.
En climes molt freds, té sentit instal·lar una bomba de calor geotèrmica si és possible. Probablement per això la majoria de bombes de calor a Suècia (que té un dels nombres més alts de bombes de calor per càpita) són d'aquest tipus. Però fins i tot Suècia té un gran percentatge de bombes de calor d'aire, cosa que contradiu l'afirmació comuna (almenys als Estats Units) que les bombes de calor només són adequades per escalfar llars en climes suaus.
Així doncs, sigueu on sigueu, si us podeu permetre els costos inicials més elevats, la propera vegada que hàgiu de decidir com escalfar la vostra llar, considereu l'ús d'una bomba de calor en lloc d'una estufa o caldera tradicional.
Data de publicació: 19 d'octubre de 2023