Bombas de Calor

A temperatura pode ser entendida como a concentração de energia térmica em qualquer substância ou espaço. Se há muita energia espremida em um espaço ou objeto, ele está quente. Se a energia está relativamente espalhada, ele está frio.

Uma temperatura maior significa que as moléculas de uma substância têm mais energia cinética - ou seja, vibram mais rápido em um sólido, ou se movem mais rápido e colidem com mais frequência em um líquido ou gás. Quando vibram ou colidem, sentimos essa energia cinética como energia térmica (ou seja, calor). Então, a temperatura pode subir ao adicionar ativamente mais energia de uma fonte externa ou ao concentrar essa energia espremendo (mais) moléculas em um espaço menor.

Seguindo leis universais fundamentais da termodinâmica, a energia sempre tende a se espalhar ou se mover de áreas com alta concentração de energia para áreas com baixa concentração de energia, até que tudo fique equilibrado e igual (isso se chama Entropia - veja Mais vídeos). É por isso que, em dias frios, a energia térmica se dissipa de uma casa quente para o ambiente frio lá fora. Esse transporte de calor pode ser desacelerado com isolamento, mas as bombas de calor revertem totalmente essa transferência usando de forma esperta os mesmos princípios e um fluido especial pressurizado chamado fluido refrigerante.

O que torna os refrigerantes especialmente úteis aqui é que podemos mudar facilmente seu ponto de ebulição.

Pontos de ebulição

Vamos entender a ciência dos pontos de ebulição. Ebulição é a evaporação de um líquido em gás, quando as moléculas ganham energia cinética suficiente para se libertar das forças intermoleculares que mantêm o líquido unido. Em um líquido, essas forças se rompem e se refazem o tempo todo, permitindo que as moléculas passem umas pelas outras. Transformar o líquido em gás exige energia suficiente para que suas moléculas se separem completamente. Isso não precisa necessariamente acontecer exatamente a 100 °C (212 °F), como costuma acontecer com a água, nem precisa acontecer quando está quente…

Por exemplo, se você aquecer uma chaleira no alto de uma montanha, vai perceber que ela ferve a uma temperatura mais baixa. Isso acontece porque a pressão atmosférica em grandes altitudes é menor do que ao nível do mar, o que permite que as moléculas se espalhem e escapem mais facilmente, então é preciso menos energia para a água ferver. Já sob pressão maior, as moléculas de água são comprimidas e precisam de mais energia - e, portanto, temperaturas mais altas - para ferver e se libertar. Por isso, a pressão pode mudar o ponto de ebulição da água.

Calor sensível vs calor latente

Normalmente, quando você aquece (ou resfria) algo como água, adicionar (ou remover) energia primeiro muda sua temperatura, aumentando (ou diminuindo) a energia cinética de suas moléculas e fazendo com que se movam ou vibrem mais rápido (ou mais devagar). Essa energia é chamada de calor sensível e é o que sentimos quando algo parece quente ou frio ao toque.

Mas há outro truque - quando a água chega ao ponto de ebulição, sua temperatura para de subir. Em vez disso, toda essa energia térmica passa de repente a ser usada para romper as ligações que mantêm as moléculas unidas e separá-las umas das outras, transformando água em vapor. A temperatura da água (ou melhor, do vapor de água produzido) só volta a subir quando toda a água tiver evaporado. O mesmo vale para o derretimento do gelo de sólido para líquido. Isso se chama calor latente e é uma enorme quantidade de energia. Na verdade, é preciso 7 vezes mais energia para evaporar água do que foi necessário para elevar sua temperatura até o ponto de ebulição.

É por isso que o ar parece mais quente em dias úmidos mesmo quando a temperatura lá fora é a mesma (ou por que a previsão do tempo diz uma temperatura, mas a ‘sensação térmica’ é outra) - o vapor de água extra no ar contém mais energia térmica do que no ar seco (ou seja, contém todo esse calor latente extra).

É também assim que o suor refresca você: Quando o suor evapora, ele absorve uma enorme quantidade de calor do corpo como energia latente e leva esse calor embora da sua pele. Em condições úmidas, quando já há muita água evaporada no ar, esse processo fica mais lento, fazendo o ambiente parecer bem mais quente.

O contrário acontece quando a água se condensa do vapor de volta em líquido. Assim como quando você adicionou calor para ferver a água, ela libera uma enorme quantidade de energia quando se condensa. Desse modo, quando qualquer coisa muda de fase - ou seja, ferve, derrete, condensa ou congela - ela precisa absorver ou liberar energia térmica ‘latente’ enquanto isso acontece, à medida que essas ligações são rompidas ou criadas.

Temperatura vs pressão

Então, adicionar ou remover calor muda a temperatura, mas algo parecido acontece quando você muda a pressão.

A pressão pode ser aplicada a sólidos, líquidos e gases, mas os gases podem ser comprimidos facilmente porque há espaço entre suas moléculas, que estão relativamente espalhadas. Já líquidos e sólidos não podem ser comprimidos da mesma forma, porque você não consegue apertar suas moléculas mais do que já estão. Para um líquido, aplicar pressão torna mais difícil que as moléculas se separem e virem gás. Um vapor é um tipo de gás que, abaixo de uma temperatura crítica, pode ser comprimido diretamente em líquido sem resfriá-lo ativamente. Isso não é possível para todos os gases, ou seja, todos os vapores são gases, mas nem todos os gases são vapores.

Sabemos que o vapor de água condensa mais facilmente quando está sob pressão, o que ajuda a aproximar mais as moléculas. Mas com pressão suficiente, você pode comprimir o vapor de água direto de volta em líquido sem precisar resfriá-lo. Então, quando o vapor se condensa em líquido, libera toda a sua energia latente. Por outro lado, sob pressão suficientemente baixa, as moléculas de um líquido se espalham sem realmente precisar de calor. Então, quando se separam e evaporam, absorvem energia latente do ambiente ao redor.

Mas isso cria uma espécie de cabo de guerra. Ao comprimir gases e vapores, aplicar pressão também aumenta sua temperatura. Espremer as moléculas em um espaço menor (ou colocar mais moléculas no mesmo espaço) aumenta a concentração de moléculas - elas ficam mais próximas, as colisões acontecem com mais frequência e mais energia cinética fica concentrada naquele espaço.

É aqui que fica complicado - ao aumentar a pressão, você acaba com efeitos opostos: as moléculas de vapor são comprimidas e, por isso, têm mais chance de condensar, mas isso também aumenta a temperatura, fazendo com que tenham menos chance de condensar.

O ponto de ebulição (ou condensação) do vapor agora aumentou por causa da pressão, ou seja, seria preciso mais energia e uma temperatura mais alta para manter o vapor como gás nessas novas condições de alta pressão.

Então, se sua própria temperatura não tivesse mudado, com a pressão extra ele estaria bem mais perto de ficar abaixo do novo ponto de ebulição e condensar.

Mas, claro, sua própria temperatura mudou, também aumentando como resultado da pressão. Assim, enquanto a pressão aumenta o ponto de ebulição, ela também aumenta a temperatura do vapor, e esse aumento simultâneo de temperatura resiste ao processo de condensação e mantém o vapor em estado gasoso acima do ponto de ebulição cada vez maior.

Para fazer o vapor realmente condensar, você precisa aumentar ainda mais a pressão - até que o ponto de ebulição crescente ultrapasse o aumento simultâneo de temperatura - ou resfriá-lo, retirando calor ativamente, permitindo que toda essa energia cinética extra se dissipe e que a temperatura caia abaixo do novo ponto de ebulição.

Isso mostra como temperatura, pontos de ebulição e pressão estão bem ligados. Você pode forçar algo a mudar de temperatura (ou fase) de duas formas: 1) adicionando ou removendo ativamente energia térmica sensível (ou latente) ou 2) mudando a pressão, o que por sua vez pode forçar a energia latente a ser absorvida ou liberada. E pressurizar um líquido ou gás aumenta seu ponto de ebulição (ou seja, a temperatura em que ele evapora ou condensa).

Claro, tudo isso também vale para outros compostos além da água: É por isso que borrifar uma lata de desodorante pressurizado dá sensação de frio na pele - a rápida despressurização quando ele é liberado permite que as moléculas do aerossol líquido (e sua energia) se espalhem em um gás e faz sua temperatura despencar.

Uma bomba de calor não gera calor como fazem caldeiras, fornos ou aquecedores elétricos tradicionais. Em vez disso, ela usa estes princípios termodinâmicos para mover o calor que já existe contra seu fluxo natural, ou seja, capturando energia térmica de baixa qualidade (isto é, espalhada) do lado de fora e concentrando-a dentro de casa. Isso é feito usando um refrigerante em um sistema de circuito fechado, movido por quatro peças principais: um compressor, uma válvula de expansão e dois trocadores de calor, chamados de evaporador e condensador. Na verdade, é exatamente o mesmo sistema usado em geladeiras e aparelhos de ar-condicionado, só que funcionando ao contrário (ou seja, concentrando o calor dentro de uma casa em vez de expulsá-lo). Vamos começar olhando uma bomba de calor ar-ar, que é basicamente um ar-condicionado ao contrário:

• Passo 1: Sob pressão atmosférica normal, o refrigerante tem um ponto de ebulição extremamente baixo, por volta de -50 °C (-58 °F). Ele começa o ciclo como uma mistura muito fria de líquido e vapor, sob pressão muito baixa e perto de seu ponto de ebulição.
  Ele passa por uma serpentina chamada evaporador e começa a absorver calor do ar externo (soprado sobre a serpentina por um ventilador). Como o refrigerante é tão frio, ele absorve calor mesmo quando está relativamente frio lá fora - até em temperaturas do ar abaixo de zero (°C)^† - desde que o ar ainda esteja mais quente que o próprio refrigerante. Ao absorver calor, ele se aquece e, logo que passa de seu baixo ponto de ebulição, evapora e vira gás. Ao fazer isso, absorve ainda mais energia, ou seja, seu calor latente.
• Passo 2: Agora o refrigerante é um vapor totalmente gasoso sob baixa pressão. Ele ainda está relativamente frio (no máximo na temperatura do ar externo), mas, graças ao calor latente extra que absorveu, guarda uma quantidade considerável de energia.
  O gás refrigerante então passa por um compressor. Isso pressuriza e comprime o gás, apertando as moléculas umas contra as outras e toda a sua energia em um espaço menor (ou seja, as moléculas colidem mais vezes, então sua energia cinética aumenta), e a temperatura sobe.
  É esse ato de compressão que aquece o vapor. Agora o refrigerante está bem quente, geralmente por volta de 50-70 °C (120-160 °F) - quente o bastante para continuar sendo um gás, apesar de agora também ter um ponto de ebulição mais alto.
• Passo 3: O refrigerante então passa para a unidade interna e por outra serpentina chamada condensador. Agora o refrigerante está consideravelmente mais quente (sua energia está mais concentrada) que o ar interno, então o calor é liberado naturalmente e flui para o cômodo. Ao fazer isso, ele esfria. Ele não precisa esfriar muito para ficar abaixo de seu novo ponto de ebulição, elevado pela pressão maior na serpentina do condensador. Então, ele se condensa facilmente de volta em líquido e libera essa enorme quantidade de energia latente - o bastante para aquecer um cômodo inteiro ou uma casa.
• Passo 4: Agora o refrigerante é um líquido frio (perto da temperatura ambiente), sob alta pressão, que já perdeu a maior parte de sua energia térmica, e passa por uma válvula de expansão que reduz a pressão. Isso reduz a pressão no tubo e permite que o refrigerante se expanda - assim, suas moléculas podem se espalhar e deixar a energia restante se dissipar para fora. Isso devolve o refrigerante a uma mistura de líquido e vapor e o deixa de repente muito frio, pronto para começar o ciclo de novo e passar de volta pelo evaporador para captar mais calor.

Isso mostra como manipular pressão, mudanças de fase e calor latente pode mover grandes quantidades de energia, muito mais do que seria possível mover apenas com gradientes básicos de temperatura usando só o calor sensível. Em comparação, a água quente no seu radiador dissipa rapidamente o calor sensível que você consegue sentir (que, comparado ao calor latente, sabemos que é relativamente pouco), então, para aquecer um cômodo inteiro, ela precisa ser reposta o tempo todo com mais água quente passando pelos radiadores. A vazão do refrigerante em uma bomba de calor pode ser bem menor para fornecer a mesma quantidade de calor. Felizmente, bombas de calor também podem ser combinadas com caldeiras e sistemas de aquecimento a água para transferir calor para a água que circula pelos radiadores, pelo aquecimento de piso e pelo abastecimento doméstico de água (veja Tipos de bombas de calor).

^† Nota: O calor ou energia térmica ainda existe mesmo quando a temperatura está abaixo de 0 °C - só está bem espalhado. O próprio 0 °C é um marco arbitrário em uma escala contínua de temperatura (a escala Celsius), baseada no ponto de derretimento/congelamento da água sob pressão atmosférica normal. Por isso, a escala Celsius pode descer abaixo de zero, para números negativos.

O verdadeiro ‘zero absoluto’ se baseia em uma escala absoluta de energia (a escala Kelvin), que define a menor temperatura teoricamente possível para qualquer composto, em que a energia está no mínimo absoluto. A escala Kelvin não desce abaixo de 0 K, que equivale a -273 °C, porque não pode existir energia negativa. Acima dessa temperatura, uma bomba de calor pode funcionar em teoria. Na prática, bombas de calor modernas conseguem extrair energia de ar tão frio quanto -20 °C (ou seja, 253 K). Se o desempenho for ruim acima dessas condições, normalmente é por causa do projeto ou da instalação, e não da tecnologia em si.

As bombas de calor usam eletricidade para mover o calor de um lugar para outro, em vez de gerá-lo. Já os sistemas de aquecimento tradicionais geram calor, seja por resistência elétrica (‘aquecimento resistivo’, usado em aquecedores elétricos) ou queimando combustíveis fósseis como carvão mineral ou gás em um forno ou caldeira.

Isso torna as bombas de calor muito mais eficientes. No máximo, um forno ou caldeira a gás típico pode chegar a cerca de 90% de eficiência - parte da energia da combustão inevitavelmente escapa junto com a fumaça quente quando o vapor d’água é liberado (na forma de energia latente não capturada). Nos aquecedores elétricos, usar eletricidade da rede elétrica - gerada pela queima de combustíveis fósseis e transportada por transformadores e quilômetros de linhas de transmissão desde as usinas - aproveita apenas cerca de 40% da energia química original contida nesses combustíveis fósseis queimados longe dali.

As bombas de calor, por sua vez, consomem uma quantidade relativamente pequena de eletricidade para acionar os ventiladores das unidades interna e externa e alimentar o compressor. O refrigerante dentro do circuito muda de fase em um processo natural e espontâneo - a bomba de calor só cria as condições certas para isso acontecer. Por isso, uma bomba de calor bem projetada e bem instalada pode mover mais de 3 vezes a quantidade de energia que consome em eletricidade (ou seja, 300%). Em condições ideais (veja Sistemas de aquecimento), isso pode passar de 5 ou chegar a até 8 vezes mais eficiência (500-800%).

Eficiência = A energia fornecida (o calor que você recebe) ÷ A energia ou combustível usado (pelo que você paga)

Dependendo de onde você mora, os preços da eletricidade costumam ser bem mais altos que os do gás. Por exemplo, no Reino Unido, a eletricidade custa cerca de 3 vezes o preço do gás. Mas, como as bombas de calor podem operar com eficiências acima de 300%, elas podem custar menos para funcionar do que caldeiras a gás - especialmente à medida que a diferença de preço entre eletricidade e gás diminui com a mudança para redes elétricas mais limpas e novas políticas, e o preço da eletricidade cai.

A opção mais barata e eficiente é usar bombas de calor com eletricidade renovável. Mas, mesmo se uma bomba de calor for alimentada por eletricidade gerada com combustíveis fósseis, ela ainda pode ser mais eficiente e barata do que sistemas de aquecimento tradicionais. Uma bomba de calor operando com uma medida de eficiência de apenas 2,5 talvez só consiga usar 40% da energia original do gás natural queimado na usina, mas, ao usar essa eletricidade para mover 2,5 vezes a energia que consome, ela eleva esses 40% a 100% - e assim supera até os 90% de eficiência alcançados ao queimar o gás no local.

A forma como a eficiência de uma bomba de calor se traduz em desempenho real e custos de funcionamento depende de:

• Tamanho da casa: casas maiores precisam de mais energia para aquecer.
• Isolamento: casas bem isoladas retêm o calor e permitem que as bombas operem em temperaturas mais baixas e eficientes.
• Projeto e instalação do sistema: uma instalação ruim ou unidades mais antigas podem funcionar mal e custar mais do que uma caldeira, mas unidades modernas bem instaladas podem gerar uma economia significativa.

Existem vários tipos de bomba de calor, mas todas usam os mesmos princípios básicos. Os tipos mais comuns extraem calor do ar:

• As bombas de calor ar-ar são basicamente sistemas de ar-condicionado ao contrário. Ambas usam dois trocadores de calor com ventiloconvector, em que um ventilador sopra ar sobre cada serpentina que contém o refrigerante para absorver ou liberar calor. Há pouca diferença em relação aos aparelhos de ar-condicionado, exceto que o refrigerante move o calor na direção oposta - nos aparelhos de ar-condicionado, o evaporador fica dentro para absorver calor, e o condensador fica fora para liberá-lo.
  As bombas de calor ar-ar podem aquecer os cômodos mais rápido e às vezes ser reversíveis para resfriar. Aqui, o evaporador e o condensador são intercambiáveis, e uma válvula extra inverte o fluxo do refrigerante sem precisar inverter o compressor. Isso também pode trazer ar-condicionado e desumidificação: a serpentina do evaporador absorve calor ao redor e, por isso, deixa tudo à sua volta bem frio - o vapor d'água condensa do ar ao entrar em contato com a serpentina, reduzindo a umidade no cômodo.
  Elas são mais baratas e flexíveis para posicionar entre os móveis; porém, em geral são menos confortáveis em espaços de convivência (podem fazer barulho, soltar correntes de ar e criar movimentos turbulentos, além de ultrapassar e ficar abaixo da temperatura desejada repetidamente), e é mais difícil equilibrar o calor pela casa toda, muitas vezes exigindo várias unidades internas em cômodos diferentes, ou um sistema de dutos para levar ar quente por todo o prédio. Além disso, você ainda precisaria de algum tipo de aquecimento extra para a água quente de uso doméstico.
• As bombas de calor ar-água usam uma serpentina ou um trocador de calor de placa metálica para transferir calor do refrigerante para a água que circula pelos seus radiadores e pelo aquecimento de piso, ou para a água dentro do seu reservatório de água quente doméstica (são sistemas separados; você não vai querer tomar banho na água dos radiadores!). Esses sistemas demoram mais para aquecer, mas também para esfriar. Por isso, combinam com um ambiente mais confortável e estável. Isso também permite usar o reservatório de água quente como uma forma de armazenamento de energia. Porém, são bem mais caros e podem exigir grandes mudanças na tubulação e nos radiadores (que ocupam espaço na parede e podem ser bloqueados por móveis). Além disso, alguns lugares, como os EUA, talvez ainda não tenham sistemas hidráulicos instalados.
• Os sistemas combinados podem usar radiadores e ventiloconvectores, dependendo do cômodo, por exemplo, radiadores nos banheiros e unidades com ventilador nos outros cômodos. Já os sistemas de recuperação de calor podem usar o calor extraído pelos sistemas de ar-condicionado que normalmente seria expelido para fora no verão e usá-lo para aquecer a água quente doméstica.

As unidades de bombas de calor de fonte de ar também vêm em configurações diferentes:

• As unidades split são historicamente as mais comuns, com uma unidade de troca de calor dentro e outra fora. O compressor e a válvula de expansão geralmente ficam na unidade externa para limitar o incômodo do barulho e ocupar menos espaço interno. A tubulação de refrigerante então circula de fora para dentro, onde as unidades podem ficar separadas para otimizar o uso do espaço.
• As unidades monobloco estão se tornando cada vez mais populares. Geralmente são bombas de calor ar-água, com os dois trocadores de calor e todo o circuito de refrigerante em uma única unidade externa, enquanto a tubulação leva água quente aos radiadores internos. Isso evita a necessidade de tubulação de refrigerante feita sob medida entrando e saindo da casa, economizando tempo e dinheiro e reduzindo riscos.

As bombas de calor de fonte de ar funcionam bem na maioria das condições, embora possam ter dificuldade abaixo de -20 °C. Assim como os aparelhos de ar-condicionado podem desumidificar o ar, no inverno a água pode condensar e congelar na serpentina ou unidade externa, causando acúmulo de gelo. Isso pode ser fácil de resolver (por exemplo, os sistemas invertem automática e temporariamente o ciclo de refrigeração para derreter o gelo), mas pode reduzir a eficiência média com o tempo (embora existam novas tecnologias ativas de degelo ou prevenção de gelo).

As bombas de calor geotérmicas geralmente são mais eficientes e eficazes em temperaturas mais baixas, pois as temperaturas do solo são mais estáveis e constantes do que as do ar, especialmente no inverno, quando o aquecimento é mais necessário. Elas usam outro circuito fechado de um fluido circulante (geralmente uma mistura de água e anticongelante) chamado coletor, que absorve calor do solo (ou deposita calor se estiver funcionando ao contrário para resfriar) e transfere calor para o refrigerante pelo evaporador. Há dois tipos principais de coletores:

• Os arranjos horizontais usam tubulação instalada em valas rasas. Quanto mais espalhada (menos agrupada) estiver a tubulação, mais calor ela pode extrair e, portanto, mais eficiente será. Isso também reduz o risco de retirar tanto calor que o solo congele (o que pode ser bem prejudicial). Os coletores mais eficientes cobrem o máximo possível de solo em um único circuito contínuo.
• Os arranjos verticais exigem muito menos espaço e penetram fundo no solo (até onde qualquer infraestrutura subterrânea existente permitir - são necessários estudos do solo!). Eles vêm em duas configurações diferentes:
• • Circuito fechado - um poço profundo é perfurado com um único e longo circuito de tubulação, que depois é preenchido novamente. Vários poços podem ser necessários para uma casa típica, dependendo da profundidade de cada um.
  • Circuitos abertos usam aquíferos, ou seja, usam a água subterrânea diretamente como o fluido de transferência de calor que circula pelo circuito do coletor. São mais eficientes (têm um ponto/barreira a menos de transferência de calor), mas exigem mais especialização e manutenção (água suja exige limpeza regular dos filtros do sistema).

As bombas de calor geotérmicas muitas vezes dependem da água no solo para conduzir e repor calor, o que depende da porosidade e da permeabilidade do solo. Uma opção mais fácil é extrair calor direto de um corpo d'água.

As bombas de calor de fonte de água podem ser ainda mais eficientes e estáveis do que as bombas de calor geotérmicas e envolvem circuitos fechados ou abertos do mesmo jeito: usam um circuito fechado separado de fluido coletor passando pela água, ou a água da fonte diretamente (o que novamente melhora a eficiência, mas exige limpeza regular). A velocidade com que a água (e, portanto, o calor disponível) é reposta é importante - água corrente pode ser mais eficaz do que água parada, sem correntes ativas repondo as águas ao redor. Também é melhor extrair calor a montante e despejar a água usada e resfriada a jusante, para maximizar a eficiência e evitar recircular água mais fria que já foi usada.

As bombas de calor geotérmicas e de fonte de água envolvem custos iniciais de instalação bem maiores e exigem acesso a espaço ou água suficientes, mas, com maior eficiência, podem gerar economias maiores nos custos de funcionamento ao longo do tempo. Porém, as bombas de calor de fonte de ar melhoraram muito e deixaram a competição mais equilibrada - hoje há menos foco na temperatura e estabilidade da fonte de calor e mais em otimizar o projeto hidráulico e o próprio sistema de aquecimento.

Sensores e controle do sistema:

• Termostatos inteligentes - podem ajudar a manter o aquecimento estável ao ajustar cuidadosamente a temperatura em pequenas mudanças, em vez de desligar e ligar o aquecimento de novo repetidamente.
• Compensação climática - o aquecimento é moderado de forma proativa usando sensores que detectam a temperatura externa, antes que ela afete a temperatura dentro da sua casa.

Temperaturas da água em sistemas hidráulicos:

• Radiadores maiores e tanques de água maiores podem conter mais água e, portanto, mais energia térmica em uma determinada temperatura. Isso significa que eles podem manter a água em temperaturas mais baixas para armazenar a mesma quantidade de calor que tanques ou radiadores menores (ou seja, com menor densidade térmica). Isso reduz as diferenças de temperatura entre a água e o ambiente ao redor, o que desacelera a transferência de calor. Embora isso diminua a velocidade com que o sistema aquece sua casa, radiadores maiores também oferecem uma área de superfície maior para liberar calor, o que compensa a transferência mais lenta. Isso também aumenta a estabilidade ao fornecer calor de forma mais constante e desacelerar a perda de calor indesejada e desperdiçadora dos tanques e tubulações conectadas.
  Além disso, isso permite que o sistema de aquecimento funcione com temperaturas de circulação mais baixas no geral. Como o refrigerante precisa estar mais quente que a água para que o calor passe para ela, água mais fria permite que a temperatura-alvo do refrigerante fique mais baixa. A fonte de calor sempre precisa estar mais quente para impulsionar a transferência de calor, então uma temperatura de circulação ou do tanque mais alta força uma bomba de calor a operar mais quente, enquanto temperaturas de circulação ou do tanque mais baixas permitem que a temperatura do refrigerante também seja menor.
  Uma temperatura-alvo menor do refrigerante também significa uma diferença de temperatura menor em relação à fonte de calor externa que a bomba de calor precisa superar. Assim, o compressor tem menos trabalho para aumentar a pressão e a temperatura do refrigerante, reduzindo o consumo de eletricidade e melhorando a eficiência.
• A estratificação (ou seja, a formação natural de um gradiente de temperatura - ou ‘termoclina’ - dentro do seu tanque de água) pode ajudar a baixar a temperatura da água que recebe calor do refrigerante, aumentando assim a velocidade da transferência de calor ou reduzindo a necessidade de um refrigerante mais quente. Portanto, é melhor colocar a serpentina do trocador de calor na parte inferior do tanque, onde a água mais fria e pesada fica sob a água mais quente.
  Por isso, é melhor ter cilindros mais altos e finos, que acentuam essa termoclina, e direcionar a água fria que volta dos radiadores pela casa para a parte inferior do tanque junto com o restante da água fria (em baixa pressão e velocidade para evitar mexer a água que já está no tanque).

Tubulações e trocadores de calor:

• Trocadores de calor mais potentes podem aquecer a água mais rápido ou com diferenças de temperatura menores em todo o sistema. Por exemplo, serpentinas mais longas ou com aletas têm uma área de superfície maior e, por isso, podem melhorar a transferência de calor. Porém:
• • Deixe o caminho do fluxo longo ou estreito demais e ele vai restringir a vazão do refrigerante e, portanto, a entrega de calor. Então, a bomba terá de trabalhar mais, aumentando a temperatura necessária do refrigerante ao entrar na bomba de calor.
  • Deixe o diâmetro interno da serpentina largo demais e a pressão vai cair, e o fluido vai se mover devagar demais, o que permitirá a formação de uma camada isolante na parede do tubo, restringindo a transferência de calor.
  
  Isso também vale para os canos e serpentinas de água que vão até e passam pelos seus radiadores. Os canos precisam ser bem ajustados e equilibrados para maximizar a transferência de calor no radiador, mas minimizar a perda de calor em toda a tubulação de conexão.

(Conteúdo extra baseado em informações da Technology Connections & Heat Geek)