Léxico da tecnologia de aquecimento: termos técnicos claros e simples

A energia libertada pela combustão de óleo ou gás numa caldeira não pode ser fornecida ao sistema de aquecimento sem um elemento de perda. Os gases de combustão quentes que escapam para a atmosfera através da chaminé contêm uma quantidade relativamente grande de calor, conhecida como "perda de gás de combustão".

Durante o teste anual de emissões, os inspectores de gases de combustão determinam se a qualidade da combustão e a perda de gases de combustão que ocorre durante o funcionamento do queimador cumprem os regulamentos legais. Verificam se o queimador está a funcionar corretamente e se o sistema é seguro. Mesmo que a caldeira obtenha uma pontuação perfeita, isso pouco diz sobre o consumo real de energia da caldeira (a sua eficiência sazonal padrão), uma vez que este também é significativamente afetado pelo nível de perdas superficiais.

Os absorvedores são parte integrante de todos os colectores solares. São colocados sob a cobertura de vidro transparente e pouco refletor do coletor, de modo a que a radiação solar os atinja diretamente.

O absorvedor absorve a insolação quase na totalidade e a energia solar é convertida em calor. Em termos de elevada eficiência, os absorvedores com um revestimento altamente seletivo, incluindo todos os colectores solares fabricados pela Viessmann, são particularmente notáveis.

Uma unidade de produção combinada de calor e eletricidade (CHP) é essencialmente constituída por um motor, um gerador síncrono e um permutador de calor. O gerador síncrono, acionado pelo motor de combustão interna (unidade de acionamento), gera uma corrente alternada trifásica com uma frequência de 50 Hz e uma tensão de 400 V, que é normalmente utilizada no local.

A rede de baixa tensão (nível 0,4 kV) é utilizada para a ligação eléctrica. Em regra, as unidades CHP são operadas em paralelo com a rede eléctrica. No entanto, em princípio, também podem ser utilizadas em modo de substituição da rede eléctrica através da utilização de geradores síncronos.

A energia excedente pode ser exportada para a rede eléctrica. O motor gera calor que pode ser absorvido no "circuito de arrefecimento interno" sucessivamente a partir do óleo lubrificante, do líquido de arrefecimento do motor e dos gases de escape e transferido para o sistema de aquecimento através de um permutador de calor de placas.

Este sistema de produção e utilização de energia é designado por produção combinada de calor e eletricidade (CHP) porque a energia mecânica (potência) gerada pelo motor e a energia térmica (calor) libertada pelo motor quando o gerador é acionado são aproveitadas simultaneamente.

Diagrama esquemático

Um motor de combustão a gás acciona um gerador para produzir energia. O calor gerado é extraído do líquido de arrefecimento e dos gases de escape através do permutador de calor e pode ser utilizado.

No modo duplo, a água quente sanitária é aquecida por dois geradores de calor diferentes: uma caldeira e colectores solares, por exemplo. O calor dos colectores solares é transferido para a AQS através de uma serpentina indireta no depósito de AQS. Se necessário, a água pode ser reaquecida pela caldeira através de uma segunda serpentina indireta.

O hidrogénio e o oxigénio são tudo o que é necessário para gerar calor e energia. A reação química entre as duas substâncias constitui a base daquilo a que por vezes se chama "combustão a frio". A reação ocorre entre dois eléctrodos: o hidrogénio é transportado para o ânodo, onde um catalisador o divide em iões positivos e electrões negativos. Os electrões viajam para o cátodo através de um condutor elétrico, provocando a passagem de corrente eléctrica. Ao mesmo tempo, os iões de hidrogénio com carga positiva chegam ao cátodo através do eletrólito (uma membrana de permuta iónica), onde acabam por reagir com o oxigénio para formar água. O calor é libertado. Todo o processo é completamente isento de poluentes e amigo do ambiente.

O poder calorífico superior (Hs) define a quantidade de calor libertada pela combustão completa, incluindo o calor latente de evaporação no vapor de água dos gases quentes.

Até há pouco tempo, o calor de evaporação não podia ser utilizado, uma vez que não existiam capacidades técnicas para o efeito. Por isso, o valor calorífico líquido (Hi) foi escolhido como base para todos os cálculos de eficiência. Se o Hi for tomado como referência e o calor de evaporação adicional for utilizado, podem ser alcançados rendimentos superiores a 100 %.

A tecnologia de condensação utiliza não só o calor gerado pela combustão como uma temperatura mensurável dos gases quentes (valor calorífico líquido), mas também o teor de vapor de água (valor calorífico bruto). As caldeiras de condensação são capazes de extrair quase todo o calor contido nos gases de combustão e de o converter em energia térmica.

As caldeiras de condensação utilizam permutadores de calor de alta eficiência. Estes arrefecem os gases de combustão antes de saírem da chaminé, ao ponto de o vapor de água contido nos gases de combustão ser deliberadamente condensado. Isto liberta calor adicional que é transferido para o sistema de aquecimento.

Com esta tecnologia, uma caldeira de condensação atinge uma eficiência sazonal padrão [de acordo com a DIN] de até 98% (em relação ao Hs). As caldeiras de condensação são, portanto, particularmente eficientes em termos energéticos, o que é bom para a sua carteira e para o ambiente.

O princípio de conceção da caldeira de três passagens ajuda a reduzir as emissões nocivas. Os gases quentes passam primeiro pela câmara de combustão, depois voltam para a frente através de uma zona de inversão e entram numa terceira passagem. Isto reduz o tempo que os gases de combustão passam na parte mais quente da caldeira, reduzindo a formação de óxido de azoto (NOx).

Fonte de energia inovadora para bombas de calor de salmoura/água

Atualmente, nos novos edifícios, um em cada três geradores de calor é uma bomba de calor, e a tendência é para aumentar. Para o aquecimento, o calor é extraído do ar ambiente, do solo ou das águas subterrâneas.

Com o sistema de armazenamento de gelo da Viessmann, as bombas de calor de salmoura/água têm agora uma fonte de calor adicional atractiva. O depósito de gelo consiste num tanque com permutadores de calor integrados, que é enterrado no jardim e enchido com água da torneira. No telhado da casa são instalados absorvedores de ar solares especiais. Estes absorvem o calor do ar ambiente e da radiação solar e enviam-no para a unidade de armazenamento. A unidade de armazenamento de gelo também retira energia diretamente do solo.

Aquecimento com gelo: energia adicional

Quando necessário, a bomba de calor retira do acumulador a energia necessária para o aquecimento e a AQS, arrefecendo ou eventualmente congelando a água. Mesmo quando o depósito do acumulador está congelado, flui calor suficiente dos absorvedores solares/ar e do solo para que a bomba de calor possa aquecer o edifício de forma segura e económica. A energia do sol e do ar ambiente, bem como o calor geotérmico, são utilizados para descongelar novamente o depósito de armazenamento.

Para além do inevitável dióxido de carbono (CO₂), os gases nocivos monóxido de carbono (CO) e óxidos de azoto (NOx) são produzidos em todos os processos de combustão de combustíveis fósseis. Os óxidos de azoto são particularmente relevantes neste contexto. O aumento destes gases não só conduz a níveis mais elevados de ozono venenoso, como também é um dos factores responsáveis pela chuva ácida.

Nos sistemas de tubos de calor, o meio solar não flui diretamente através dos tubos. Em vez disso, um meio de processamento evapora-se no tubo de calor por baixo do absorvedor e transfere o calor para o meio solar. A ligação seca dos tubos de calor no interior do coletor, a pequena quantidade de fluido no interior do coletor e o desligamento automático dependente da temperatura no caso do Vitosol 300-T garantem uma fiabilidade operacional particularmente elevada.

Uma caldeira de sistema é um aparelho de parede destinado exclusivamente ao aquecimento. Estes aparelhos também podem ser combinados com um depósito de AQS para fornecer aquecimento.

Um controlador de aquecimento com compensação climática assegura que a temperatura de fluxo é ajustada às necessidades reais de calor (a temperatura de fluxo é a temperatura da água que alimenta o radiador ou o sistema de aquecimento por piso radiante).

Para este efeito, a temperatura exterior é medida e a temperatura de alimentação é calculada com base na temperatura ambiente necessária e nas condições na periferia do edifício.

A relação entre a temperatura exterior e a temperatura de fluxo é descrita pelas curvas de aquecimento. Em termos mais simples: Quanto mais baixa for a temperatura exterior, mais alta é a temperatura da caldeira ou da água de fluxo.

O poder calorífico inferior (Hi) refere-se à quantidade de calor libertada pela combustão completa se a água resultante for descarregada como vapor. O calor latente de evaporação no vapor de água dos gases quentes não é utilizado.

Um aparelho híbrido é um aparelho que é alimentado por várias fontes de energia. Estes sistemas incluem, por exemplo, sistemas de bomba de calor de modo duplo. Trata-se de sistemas de aquecimento com uma bomba de calor eléctrica em combinação com pelo menos uma caldeira a combustível fóssil e uma unidade de controlo a montante.

Durante o funcionamento, a bomba de calor cobre a carga de base utilizando uma elevada proporção de energia ambiente livre. Para este efeito, a unidade exterior extrai o calor latente do ar exterior e, através do compressor, aquece-o até uma temperatura de alimentação de até 55 °C.

A caldeira de condensação a gás só "entra em funcionamento" quando é benéfica para o modo de funcionamento predefinido, ou seja, quando resulta em custos de funcionamento mais baixos para o utilizador do sistema, emissões de CO₂ mais baixas ou maior conforto de AQS.

Todos os aparelhos de condensação compactos e de parede da Viessmann estão agora equipados com o permutador de calor Inox-Radial em aço inoxidável. Esta tecnologia proporciona uma taxa de eficiência extremamente elevada de até 98% [de acordo com a norma DIN] e um funcionamento excecionalmente fiável e eficiente durante a sua longa vida útil.

O permutador de calor Inox-Radial arrefece os gases de combustão antes de serem introduzidos na chaminé, de tal forma que o vapor de água contido nestes gases é deliberadamente condensado. O calor adicional libertado é transferido para o sistema de aquecimento. Esta função não só poupa energia valiosa, como também protege o ambiente, reduzindo significativamente as emissões de CO₂.

Nas bombas de calor, o coeficiente de desempenho (COP) é o rácio entre a transferência de calor e o consumo de energia. O fator de desempenho sazonal é a média de todos os COPs que ocorrem num ano. O COP é utilizado para comparar bombas de calor em termos de eficiência, mas é derivado de um ponto de funcionamento específico em condições de temperatura definidas.

Ao planear um sistema, o seu funcionamento ao longo do ano deve ser tido em conta. Para este efeito, a quantidade de calor transferida ao longo do ano está relacionada com a potência eléctrica total consumida pelo sistema de bomba de calor (incluindo a potência das bombas, unidades de controlo, etc.) durante o mesmo período. O resultado é o fator de desempenho sazonal. Exemplo: Um SPF de 4,5 significa que, em média, durante todo o ano, a bomba de calor necessitou de um quilowatt-hora de energia eléctrica para gerar 4,5 quilowatts-hora de calor.

Uma caldeira combinada é um aparelho de parede que é utilizado para aquecimento central e AQS. A AQS é aquecida de acordo com o princípio do aquecimento instantâneo da água.

O controlador de combustão Lambda Pro Control das caldeiras murais de condensação a gás Vitodens assegura uma combustão constante, estável e amiga do ambiente, um nível de eficiência consistentemente elevado e uma elevada fiabilidade de funcionamento, mesmo que a qualidade do gás varie.

O controlador de combustão Lambda Pro Control reconhece automaticamente cada tipo de gás utilizado. Isto torna desnecessários os ajustes e medições manuais durante a colocação em funcionamento. Além disso, o Lambda Pro Control gere continuamente a mistura gás/ar para garantir uma combustão constante, limpa e eficiente, mesmo quando a qualidade do gás varia. O elétrodo de ionização fornece os dados brutos necessários para este efeito diretamente a partir da chama.

O fornecimento descentralizado de calor e eletricidade está a tornar-se cada vez mais importante. A Viessmann oferece soluções que podem ajudar a equilibrar a volatilidade do fornecimento de eletricidade a partir de energias renováveis. Os parques eólicos e os sistemas fotovoltaicos foram construídos em grande número para substituir as centrais nucleares e as centrais eléctricas convencionais de grande escala.

No entanto, uma vez que a disponibilidade destas energias renováveis flutua e, consequentemente, não pode ser programada, as centrais de produção combinada de calor e eletricidade controladas tornaram-se componentes importantes no sentido de uma transição energética bem sucedida. Este desenvolvimento é liderado pelo objetivo político de aumentar a percentagem de energia produzida por centrais de PCCE para 25% até 2020.

Produção descentralizada de eletricidade

Quando há falta de produção de energia volátil, as microcentrais de PCCE podem dar um contributo importante para satisfazer a procura. Como isto acontece localmente e a energia é produzida no local, também reduz a pressão sobre as redes de eletricidade. Produzir a sua própria eletricidade utilizando unidades de PCCE é agora um substituto viável para a energia da rede. Em combinação com uma unidade de armazenamento de energia, é possível obter um fornecimento de energia autónomo, especialmente com sistemas micro CHP.

[1] Caldeira de pico de carga

[2] Módulo de célula de combustível

[3] Tanque de armazenamento em torre com tanque de armazenamento de AQS em aço inoxidável de 220 l mais sistema hidráulico e sensores

[4] Sistema de combustão equilibrada

5] Contador de exportação CHP integrado [5] Contador de exportação CHP integrado

[6] Interface de comunicação WiFi

[7] Contador doméstico (contador de eletricidade bidirecional)

[8] Circuito elétrico doméstico

[9] Rede eléctrica pública

[10] Aplicação Internet/ViCare

O principal objetivo das bombas de calor é proporcionar um aquecimento central confortável e conveniente e um aquecimento fiável da água quente sanitária. No entanto, também podem ser utilizadas para arrefecer um edifício. Enquanto o solo ou as águas subterrâneas são utilizados no inverno para fornecer energia para o aquecimento, no verão podem ser utilizados para o arrefecimento natural.

Com a função de arrefecimento natural, a unidade de controlo da bomba de calor liga apenas a bomba primária e a bomba do circuito de aquecimento. Isto significa que a água relativamente quente do sistema de aquecimento por piso radiante pode transferir o seu calor através do permutador de calor para a salmoura no circuito primário. Desta forma, o calor é extraído de todas as divisões ligadas. Isto faz com que o arrefecimento natural seja uma forma particularmente eficiente e económica de arrefecer o interior de um edifício.

A eficiência sazonal normalizada [de acordo com a norma DIN] foi introduzida para poder comparar o consumo de energia de diferentes tipos de geradores de calor. Como medida da utilização de energia de uma caldeira, mostra, ao longo de todo o ano, até que percentagem da energia utilizada é convertida em energia de aquecimento utilizável.

O nível de eficiência sazonal padrão [de acordo com a norma DIN] é significativamente afetado pelo nível de perdas de gás de combustão e perdas de superfície que ocorrem durante o funcionamento.

As perdas de superfície são a proporção da potência de combustão libertada para o ar circundante pela superfície do gerador de calor e, portanto, perdida como energia térmica utilizável.

Ocorrem como perdas por radiação enquanto o queimador está em funcionamento ou como perdas em standby quando o queimador está inativo, especialmente na primavera/outono, mas também nos meses de verão quando a caldeira é utilizada apenas para aquecimento de AQS.

Regra geral, as perdas de superfície de uma caldeira antiga serão substancialmente mais elevadas do que as perdas de gás de combustão verificadas pelo inspetor de gás de combustão. O nível de perdas de superfície é, portanto, um fator crítico para a relação custo-eficácia (o desempenho sazonal padrão) do gerador de calor.

Os termos "chaminé aberta" e "câmara selada" descrevem a forma como uma caldeira recebe o ar necessário para a combustão.

No caso da caldeira aberta, o ar de combustão provém do local onde a caldeira está instalada. Por conseguinte, o local deve ser adequadamente ventilado. Existem várias possibilidades. O fornecimento de ar de combustão é frequentemente assegurado através de aberturas ou aberturas (respiradouros) na parede exterior. Se o aparelho estiver localizado no interior da habitação, outra opção é o "fornecimento de ar interligado", em que a ventilação adequada é assegurada através de ligações de ar (fendas nas portas) a outras divisões.

No funcionamento com câmara selada, o ar de combustão necessário é fornecido do exterior através de condutas de ventilação. Essencialmente, podem ser identificadas três soluções:

1. alimentação de ar através de uma saída vertical no teto
2. alimentação de ar através de uma ligação na parede exterior
3.

A vantagem do funcionamento estanque é que oferece uma flexibilidade ainda maior do que o funcionamento com chaminé aberta no que diz respeito à localização das caldeiras a gás murais. O aparelho pode ser instalado em qualquer lugar, seja em salas de estar ou em alcovas, armários ou tectos.

A independência do ar interior também reduz as perdas, uma vez que o ar quente da divisão não é utilizado para a combustão. Por isso, os aparelhos estanques podem ser instalados dentro da envolvente térmica do edifício.

Um depósito de AQS de modo duplo é essencial neste tipo de sistema. Quando há luz solar suficiente, o meio solar do sistema solar térmico aquece a água no depósito de AQS através da serpentina indireta inferior. Quando a temperatura desce devido à retirada de água quente, por exemplo, para um banho ou duche, a caldeira é ligada, se necessário, para fornecer aquecimento adicional através do segundo circuito.

Para além de aquecer a AQS, o fluido solar aquecido nos colectores solares também pode ser utilizado para aquecer água de aquecimento. Para este efeito, o circuito de aquecimento utiliza a água do depósito de armazenamento solar, que é continuamente aquecida pelos colectores solares, através de um permutador de calor. A unidade de controlo verifica se a temperatura ambiente desejada pode ser atingida. Se a temperatura for inferior ao valor definido, a caldeira também arranca.

Um coletor solar gera calor sempre que a luz do sol incide sobre o absorvedor, mesmo quando o calor não é necessário. Este pode ser o caso, por exemplo, no verão, quando os residentes estão de férias. Se a transferência de calor através do depósito de armazenamento de AQS ou do depósito tampão de água quente já não for possível porque um deles já está totalmente aquecido, a bomba de circulação é desligada e o sistema solar térmico estagna.

Se o coletor receber mais radiação solar, a sua temperatura aumenta até que o fluido de transferência de calor se evapore, o que leva a tensões térmicas elevadas nos componentes do sistema, tais como vedantes, bombas, válvulas e o próprio fluido de transferência de calor. Nos sistemas com desligamento dependente da temperatura ThermProtect, a formação de vapor é evitada de forma fiável.

Coletor de placa plana com camada absorvente comutável

Pela primeira vez, foi desenvolvido e patenteado um coletor plano que impede a absorção de energia após ter sido atingida uma determinada temperatura. A camada absorvente do Vitosol 200-FM baseia-se no princípio das "camadas comutáveis". A estrutura cristalina e, por conseguinte, o desempenho do coletor, altera-se em função da temperatura do coletor, reduzindo assim a temperatura de estagnação. A temperaturas de absorção de 75 °C e superiores, a estrutura cristalina do revestimento altera-se, o que multiplica a taxa de radiação de calor. À medida que a temperatura do coletor aumenta, a temperatura de estagnação diminui consideravelmente e impede a formação de vapor.

Quando a temperatura no coletor desce, a estrutura cristalina volta ao seu estado original. Mais de 95% da energia solar recebida pode agora ser absorvida e convertida em calor; apenas uma pequena proporção (menos de 5%) é irradiada de volta. Isto significa que o desempenho do novo coletor é superior ao dos colectores de placa plana convencionais, uma vez que o coletor nunca entra na fase de estagnação e pode voltar a fornecer calor em qualquer altura. Não há limite para o número de vezes que a mudança de estrutura cristalina pode ser activada, o que significa que esta função está sempre disponível.

No modo de coletor padrão, o novo revestimento absorvente do coletor de placas planas Vitosol 200-FM actua como qualquer revestimento absorvente padrão dos colectores de placas planas da Viessmann. A partir de uma temperatura do coletor de 75 °C, a transferência de calor é multiplicada, o que evita de forma fiável o sobreaquecimento e a formação de vapor em caso de estagnação.