Projeto de uma bomba de calor para aquecimento de águas sanitárias utilizando como fluido frigorigéneo CO2 em regime transcrítico

• Autor(a) principal: Silva, André Vassalo Vasco da
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/20986
• topic: Bomba de Calor; CO2; Regime transcrítico; COP; Heat pump; Transcritical regime

O ressurgimento recente de ciclos frigoríficos de CO2 é justificado quer por razões ambientais, quer por razões económicas e legais devido às restrições impostas pela comissão europeia, nomeadamente, através da regulamentação para a utilização de gases fluorados, designada por F-gas. Na presente dissertação, foi desenvolvido o projeto de uma bomba de calor ar-água de 50 kW para aquecimento de água sanitárias (AQS), utilizando como fluido frigorigéneo, CO2 em regime transcrítico. Este sistema tem ganho preponderância no mercado mundial de equipamentos destinados à produção de AQS, graças à sua elevada eficiência energética que se traduz na redução de consumo energético nos setores dos edifícios de habitação, comércio e serviços. A fase inicial de trabalho, começou pela identificação e análise das tecnologias atuais de ciclos transcríticos para a produção de água quente sanitária, estudo este que permitiu definir o esquema de princípio a adotar no projeto da bomba de calor. De forma a analisar o desempenho e variações de funcionamento do ciclo frigorifico e também, de obter os parâmetros necessários para seleção dos vários equipamentos, foi desenvolvida uma ferramenta de cálculo da bomba de calor (FCBC), implementada no Excel, modelada com recurso a correlações experimentais, tabelas de propriedades termodinâmicas do CO2, e equações termodinâmicas aplicadas no ciclo transcrítico de CO2. Com base nos dados de entrada, ou seja, nas condições de operação, a FCBC tem como dados de saída, o caudal mássico, a relação de compressão, o rendimento isentrópico e volumétrico, o COP, a potência calorífica do gas cooler e do evaporador. Os resultados obtidos nassimulações na FCBC, mostraram que a bomba de calor garante os 50 kW requeridos, para a condição limite de temperatura ambiente de 5°C e temperatura de saída de água a 90°C, onde teria um COP de 2,5. O COP máximo obtido foi de 4,63, para a condição de operação de temperatura de saída de água de 55°C e temperatura ambiente de 35°C. Verificou-se que o aumento da temperatura ambiente e a diminuição da temperatura de saída de água requerida, implica um aumento do COP da bomba de calor. Por último, com os dados de saída da FCBC foi possível selecionar os componentes principais da bomba de calor. Definido os equipamentos, é ainda enquadrado a bomba de calor perante os requisitos mínimos de eficiência de acordo com a legislação portuguesa, assim como da elegibilidade da mesma no contributo renovável de energia.