Como é que uma bomba de calor funciona com radiadores?

Elevada eficiência, funcionamento suave intrinsecamente Com as suas características amigas do ambiente, consumo de energia reduzido e subsídios governamentais atractivos, a bomba de calor é uma excelente solução de aquecimento (e arrefecimento, no caso de uma bomba de calor reversível).

Outra grande vantagem é o facto de a bomba de calor ser compatível com vários sistemas de distribuição doméstica, nomeadamente com os radiadores, quer sejam mais antigos (alta temperatura) ou mais recentes (baixa temperatura), embora exista uma diferença acentuada de eficiência para cada configuração.

Neste artigo, exploramos a solução combinada bomba de calor + radiador: como funciona, critérios de escolha dos radiadores, dimensionamento e alternativas.

Bomba de calor com radiadores: como funciona?

A combinação bomba de calor + radiador é um sistema de aquecimento que utiliza o princípio da termodinâmica para transferir calor de um meio para outro. Os radiadores desempenham um papel central neste sistema, uma vez que distribuem o calor produzido pela bomba de calor pelas várias divisões do edifício.

Antes de analisarmos os radiadores, vejamos como funciona uma bomba de calor em geral. A bomba de calor absorve o calor do ambiente exterior (ar, água ou solo, consoante o tipo de bomba de calor) e transfere-o para o ambiente interior, normalmente um edifício ou uma casa. O ciclo termodinâmico da bomba de calor divide-se em quatro fases principais:

1. Evaporação Um fluido frigorigéneo de baixa temperatura e baixa pressão circula no evaporador e absorve o calor do ambiente externo. Esta absorção de energia provoca a evaporação do fluido, transformando-o de líquido em gás;
2. Compressão O gás refrigerante é então encaminhado para o compressor onde, sob o efeito da compressão, aquece ainda mais;
3. Condensação O gás aquecido e a alta pressão passa então pelo condensador, onde transfere o seu calor para a água no circuito de aquecimento. Esta transferência de calor faz com que o gás se condense e regresse ao seu estado líquido;
4. Relaxamento Finalmente, o fluido passa por uma válvula de expansão que baixa a sua pressão e temperatura, preparando-o para o próximo ciclo de evaporação.

O calor produzido pode ser distribuído no interior através de vários canais: piso radiante, ventiloconvectores, sistemas de condutas, aquecimento de paredes, tectos radiantes e radiadores. É esta última configuração que nos interessa. 

Quando o gás refrigerante se condensa e cede o seu calor no condensador, aquece um circuito de água. Esta água quente circula então pelos radiadores. Como a água está a uma temperatura superior à do ar ambiente, transfere o seu calor para o ar, que aquece e depois se difunde na divisão. E quanto à regulação?

Neste sistema de aquecimento, cada radiador está equipado com uma válvula termostática que permite regular individualmente a temperatura em cada divisão, controlando a quantidade de água quente que circula pelo radiador, de acordo com as instruções do utilizador. O termóstato principal, normalmente localizado na divisão principal da casa, envia um sinal para a bomba de calor quando a temperatura ambiente desce abaixo da temperatura definida. A bomba de calor liga-se e produz calor, que é distribuído pelos radiadores.

Por outro lado, quando a temperatura ambiente atinge ou ultrapassa a temperatura definida, o termóstato envia um sinal para desligar a bomba de calor. A água dos radiadores arrefece então gradualmente e a temperatura da divisão baixa. Esta regulação automática da temperatura garante um conforto térmico constante, optimizando ao mesmo tempo o consumo de energia.

Que tipo de radiador devo utilizar com uma bomba de calor?

Nem todos os radiadores são compatíveis com uma bomba de calor. É uma questão de temperatura de funcionamento. As bombas de calor são mais eficientes quando funcionam a baixas temperaturas, geralmente abaixo dos 55°C, por duas razões: 

• O ciclo termodinâmicoque afirma que é necessária mais energia para transferir calor de uma área fria para uma área mais quente. Quanto maior for a diferença de temperatura entre a fonte de calor (por exemplo, o ar exterior) e o local onde o calor deve ser fornecido (por exemplo, aquecimento de água), mais energia é necessária para efetuar esta transferência. Se a bomba de calor tiver de produzir água a uma temperatura muito elevada, a diferença de temperatura é maior, exigindo mais energia e reduzindo assim o COP da bomba de calor;
• Compressão de refrigerante Quanto mais elevada for a temperatura a que a água tem de ser aquecida, mais o fluido frigorigéneo terá de ser comprimido, resultando num maior consumo de energia.

Em suma, para maximizar a eficiência do seu sistema de aquecimento, deve preferir utilizar radiadores de baixa temperatura. Mas vamos explorar as duas opções: baixa e alta temperatura.

Radiadores de baixa temperatura

Os radiadores de baixa temperatura são adequados para sistemas de aquecimento que produzem água a baixa temperatura, como as bombas de calor. São geralmente maiores do que os radiadores normais, uma vez que têm de compensar a baixa temperatura da água com uma superfície de aquecimento maior.

A sua conceção é também diferente, uma vez que são fabricados com materiais de elevada condutividade térmica (nomeadamente o alumínio) para uma melhor difusão do calor. Têm geralmente uma forma que favorece a convecção natural do ar.

Os radiadores de baixa temperatura são, de longe, a opção mais eficiente em termos energéticos para um sistema de aquecimento com bomba de calor + radiador.

Radiadores de alta temperatura

As casas mais antigas estavam frequentemente equipadas com sistemas de aquecimento de alta temperatura alimentados por caldeiras a gás ou a óleo, com radiadores de alta temperatura. Nestas casas, a mudança para uma bomba de calor como parte de um projeto de renovação pode constituir um problema, uma vez que os radiadores são menos adequados para a utilização de uma bomba de calor.

Outro problema recorrente As casas mais antigas são muitas vezes mal isoladas de acordo com os padrões actuais. Como resultado, o calor produzido pela bomba de calor perde-se rapidamente e o equipamento tem de trabalhar mais para atingir a temperatura desejada, o que aumenta o consumo de energia e reduz a eficiência do sistema.

Se está a planear instalar uma bomba de calor numa casa antiga, terá de decidir entre uma ou mais das seguintes opções: 

• Melhorar o isolamento térmico da sua casa para reduzir a quantidade de calor necessária para manter uma temperatura interior confortável e garantir a eficiência de qualquer sistema de aquecimento;
• Manter os radiadores de alta temperatura se estiverem em bom estado e forem suficientemente grandes. No entanto, é necessário um estudo pormenorizado para determinar se esta opção é economicamente viável; 
• Substituição de radiadores de alta temperatura por radiadores de baixa temperatura ou por um sistema de aquecimento por pavimento radiante. Estes sistemas são mais compatíveis com as bombas de calor e podem ajudá-lo a maximizar a eficiência do seu sistema de aquecimento;
• Instalação de uma bomba de calor de alta temperatura capazes de produzir água a uma temperatura suficientemente elevada para alimentar os seus antigos radiadores de alta temperatura. A desvantagem é que estes modelos são mais caros e menos eficientes do que os modelos de baixa temperatura.

Se tenciona manter os radiadores de alta temperatura, para além de efetuar trabalhos de isolamento, terá de limpar o sistema de aquecimento existente, ou dessilagem, para remover partículas, ferrugem, calcário, etc. Poderá ser necessário acrescentar radiadores para aumentar a superfície de aquecimento e melhorar a distribuição do calor. Também pode ser necessário acrescentar radiadores para aumentar a superfície de aquecimento e melhorar a distribuição do calor. 

Dimensionamento de radiadores num sistema bomba de calor + radiador

A eficiência do sistema depende em grande medida do dimensionamento dos radiadores. Os fabricantes têm frequentemente tabelas de dimensionamento muito pormenorizadas, oferecendo modelos feitos à medida para todas as configurações. Antes da venda, o instalador deve fornecer-lhe uma folha e um diagrama de dimensionamento completos como parte do ficheiro de projeto.

O dimensionamento dos radiadores num sistema bomba de calor + radiador depende de dois factores principais. O primeiro é a potência térmica necessáriaIsto depende da dimensão do espaço a aquecer e das necessidades de aquecimento da casa (ver exemplo abaixo).

Depois há o regime de temperatura da bomba de calor. Quanto mais baixa for a regulação da temperatura (por exemplo, 50/40), maior será a área de superfície do radiador e, por conseguinte, maior será o tamanho do radiador, como explicado acima. Uma bomba de calor fornecerá frequentemente uma temperatura de 50/40 ou 45/35, que é inferior à de uma caldeira a combustível fóssil (gás ou óleo), que geralmente fornece 80/60. Os radiadores mais antigos, que são adequados para temperaturas mais elevadas, têm frequentemente uma superfície demasiado pequena para uma bomba de calor. 

Se for esse o caso, tem duas opções: melhorar o isolamento da sua casa para reduzir a quantidade de calor necessária e, por conseguinte, a potência necessária, ou substituir os radiadores de alta temperatura por radiadores de baixa temperatura, que continua a ser a opção mais comum. Neste caso, terá de pagar 150 euros para retirar o radiador antigo e entre 950 e 2000 euros para comprar e instalar o novo.

Exemplo concreto de dimensionamento de radiadores

Tomemos o exemplo de uma casa de 100 m² num clima temperado. A potência térmica necessária é geralmente estimada em watts por metro quadrado (W/m²). Em média, estima-se que são necessários entre 70 e 100 W/m² para aquecer corretamente uma casa no inverno, dependendo do isolamento e da exposição. Tomemos um valor médio de 85 W/m² para o nosso exemplo.

Assim, para uma casa de 100 m², a potência térmica necessária seria de : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W ou 8,5 kW. Por conseguinte, é necessária uma instalação capaz de produzir 8,5 quilowatts de potência térmica para aquecer corretamente a casa.

Trata-se de uma estimativa simplista, porque a potência térmica real necessária depende do isolamento da casa, do número e do tipo de janelas, da orientação da casa, do clima local, etc. Só um profissional qualificado poderá avaliar com exatidão as necessidades térmicas da sua casa.

Se acrescentarmos a isto o regime de temperatura da bomba de calor, o tamanho dos radiadores deve ser suficientemente grande para distribuir esta quantidade de calor a uma temperatura mais baixa. Por exemplo, com um regime de temperatura de 50/40, os radiadores podem necessitar de uma superfície total de cerca de 10 a 20 m² para distribuir 8,5 kW de calor, consoante o modelo e o tipo de radiador.

Aquecimento por piso radiante, uma alternativa atractiva aos radiadores

Ao contrário dos radiadores, que irradiam o calor num único ponto, os sistemas de aquecimento por piso radiante irradiam o calor uniformemente por toda a divisão, graças aos circuitos de água quente incorporados no chão da divisão. 

Em termos práticos, a bomba de calor aquece a água e envia-a para estes circuitos no solo. A água quente circula então através dos tubos, distribuindo o calor de forma homogénea e mais agradável por toda a divisão. A temperatura da água nos sistemas de aquecimento por piso radiante é geralmente mais baixa do que a utilizada nos radiadores, frequentemente cerca de 30 - 40°C, o que é ideal para a eficiência da bomba de calor.

As vantagens e desvantagens do aquecimento por piso radiante como alternativa aos radiadores estão resumidas no quadro seguinte.

Benefícios	Desvantagens
Maior confortoO calor é distribuído uniformemente por toda a divisão, evitando zonas demasiado quentes ou demasiado frias.	Tempo de reaçãoO aquecimento por piso radiante demora mais tempo a subir e a descer a temperatura, o que pode tornar mais difícil a sua regulação.
EstéticaSem radiadores visíveis, tem mais liberdade para a decoração de interiores.	Custos de instalação elevados O custo da instalação do aquecimento por piso radiante é mais elevado do que o de um sistema de radiadores, especialmente em caso de renovação.
Eficiência energética Graças ao seu regime de baixa temperatura (cerca de 30-40°C), os sistemas de aquecimento por piso radiante permitem que a bomba de calor funcione de forma mais eficiente.	Grandes obras de renovaçãoA instalação de aquecimento por piso radiante numa casa em renovação pode implicar grandes trabalhos: demolição do pavimento existente, colocação de uma nova betonilha de betão, etc.
Melhor qualidade do ar Ao contrário dos radiadores, os sistemas de aquecimento por piso radiante não fazem circular o pó, o que pode melhorar a qualidade do ar interior.	Incompatibilidade com determinados revestimentos de pavimentosNem todos os revestimentos de piso são compatíveis com o aquecimento por piso radiante. Por exemplo, o parquet maciço pode deformar-se sob o efeito do calor.

Bombas de calor com radiadores: a concluir

A instalação de uma bomba de calor com radiadores requer uma reflexão cuidadosa sobre a eficiência e o funcionamento ótimo do sistema. Quer opte por radiadores de baixa temperatura, radiadores de alta temperatura (para casas mais antigas) ou mesmo aquecimento por piso radiante, a compatibilidade destas opções com a sua bomba de calor e os requisitos da sua casa devem ser cuidadosamente analisados. 

Terá de ter em conta o tipo e o estado dos radiadores existentes, o isolamento da sua casa e o tipo de bomba de calor que está a considerar. Só um profissional qualificado o poderá orientar neste processo, para que possa fazer uma escolha informada e obter o melhor retorno do seu investimento, sem comprometer o conforto térmico da sua casa.