Energia aerotérmica é a energia térmica que uma bomba de calor extrai do ar ambiente. É legalmente considerada energia proveniente de fonte renovável de acordo com a Diretiva 2009/28/CE da União Europeia, em vigor, relativa à promoção da utilização de energia proveniente de fontes renováveis e pela qual as Diretivas 2001/77/CE e 2003/30/CE são modificadas e revogadas. É considerado renovável porque não atinge o COP mínimo (coeficiente de desempenho, desempenho) (4.5), exceto em condições de laboratório.
Nos sistemas aerotérmicos, a bomba de calor é do tipo ar-ar ou ar-água. O primeiro dos dois termos indica o meio externo (ar) com o qual a máquina troca calor, enquanto o segundo indica o meio interno. Para fornecer 100 unidades de energia térmica (calor), a energia aerotérmica precisa injetar cerca de 30 unidades de energia elétrica. (A eficiência é maior quanto menor for a diferença de temperatura).[5].
Quando funciona para aquecimento, o dispositivo aerotérmico extrai calor do ar externo e o injeta em seu interior. Ao operar para resfriamento, extrai calor do ar interno e o libera para o exterior. Neste modo de funcionamento, a maioria dos aparelhos de ar condicionado (ar condicionado) também extraem (por questões de conforto) o vapor de água do ar interior e expelem-no para o exterior na forma de água líquida. Operando para aquecimento em condições ótimas, a energia aerotérmica consome (custo variável) apenas 25% da energia elétrica[6] que o aquecimento elétrico convencional (resistência) consumiria, embora o custo fixo do dispositivo seja muito maior. Além do aquecimento, o dispositivo aerotérmico pode produzir água quente sanitária (AQS).[5].
Origem e impacto no setor de ar condicionado
A energia aerotérmica tem suas raízes teóricas nos princípios da termodinâmica desenvolvidos no século por Nicolas Léonard Sadi Carnot e Lord Kelvin.[7] O primeiro sistema funcional de bomba de calor foi construído em 1856 pelo engenheiro austríaco Peter von Rittinger, que o utilizou para secagem de salmoura, marcando uma das primeiras aplicações práticas desses conceitos.[8].
Durante as décadas seguintes, os sistemas baseados em ciclos de compressão de vapor foram aperfeiçoados. Na Suíça, entre as décadas de 1940 e 1950, foram instaladas as primeiras bombas de calor à escala industrial. O interesse por essas tecnologias intensificou-se após a crise energética da década de 1970, devido à necessidade de fontes de energia mais eficientes e acionadas eletricamente.[9].
Sistema aerotérmico
Introdução
Em geral
Energia aerotérmica é a energia térmica que uma bomba de calor extrai do ar ambiente. É legalmente considerada energia proveniente de fonte renovável de acordo com a Diretiva 2009/28/CE da União Europeia, em vigor, relativa à promoção da utilização de energia proveniente de fontes renováveis e pela qual as Diretivas 2001/77/CE e 2003/30/CE são modificadas e revogadas. É considerado renovável porque não atinge o COP mínimo (coeficiente de desempenho, desempenho) (4.5), exceto em condições de laboratório.
Nos sistemas aerotérmicos, a bomba de calor é do tipo ar-ar ou ar-água. O primeiro dos dois termos indica o meio externo (ar) com o qual a máquina troca calor, enquanto o segundo indica o meio interno. Para fornecer 100 unidades de energia térmica (calor), a energia aerotérmica precisa injetar cerca de 30 unidades de energia elétrica. (A eficiência é maior quanto menor for a diferença de temperatura).[5].
Quando funciona para aquecimento, o dispositivo aerotérmico extrai calor do ar externo e o injeta em seu interior. Ao operar para resfriamento, extrai calor do ar interno e o libera para o exterior. Neste modo de funcionamento, a maioria dos aparelhos de ar condicionado (ar condicionado) também extraem (por questões de conforto) o vapor de água do ar interior e expelem-no para o exterior na forma de água líquida. Operando para aquecimento em condições ótimas, a energia aerotérmica consome (custo variável) apenas 25% da energia elétrica[6] que o aquecimento elétrico convencional (resistência) consumiria, embora o custo fixo do dispositivo seja muito maior. Além do aquecimento, o dispositivo aerotérmico pode produzir água quente sanitária (AQS).[5].
Origem e impacto no setor de ar condicionado
A energia aerotérmica tem suas raízes teóricas nos princípios da termodinâmica desenvolvidos no século por Nicolas Léonard Sadi Carnot e Lord Kelvin.[7] O primeiro sistema funcional de bomba de calor foi construído em 1856 pelo engenheiro austríaco Peter von Rittinger, que o utilizou para secagem de salmoura, marcando uma das primeiras aplicações práticas desses conceitos.[8].
O desenvolvimento específico da tecnologia ar-água, na qual se baseia a moderna energia aerotérmica, começou a consolidar-se na segunda metade do século como uma solução eficaz para a climatização de espaços e para a produção de água quente sanitária (AQS). Este tipo de bomba de calor permite extrair energia térmica do ar exterior mesmo a baixas temperaturas, o que tem facilitado a sua integração em vários climas. [10].
A partir das décadas de 1950 e 1960, diversas empresas especializadas em ar condicionado passaram a incorporar essa tecnologia em seus catálogos de produtos. Por exemplo, a Daikin desenvolveu um dos primeiros sistemas de bombas de calor reversíveis para utilização residencial em 1958[11]. Posteriormente, outras marcas como Mitsubishi Electric, Panasonic, Bosch, Vaillant ou Saunier Duval promoveram a expansão da energia aerotérmica com gamas concebidas para melhorar a eficiência energética, adaptar-se a diferentes zonas climáticas e integrar-se com outras fontes renováveis.
Estas empresas têm desempenhado um papel relevante na expansão da energia aerotérmica em mercados como a Europa, onde a sua implementação tem sido favorecida por diretivas comunitárias que promovem a utilização de energia limpa em edifícios, como a Diretiva 2009/28/CE e as suas atualizações no âmbito do Acordo Verde Europeu. [12].
Atualmente, a energia aerotérmica é uma tecnologia em expansão no setor do ar condicionado,[13] tanto em novas construções como em reabilitação, devido à sua capacidade de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e à sua compatibilidade com os objetivos de neutralidade climática a médio prazo.
Estrutura do aparelho
Normalmente um dispositivo aerotérmico é composto por uma unidade externa (compressor) e uma unidade interna, conectadas por cabos elétricos e tubos de fluido.[5] Possui também uma unidade de armazenamento ACS, que também pode ser incluída na unidade interna, e com sistema de aquecimento e/ou resfriamento.[14].
Diferença com um trocador de calor
A diferença entre um trocador de calor e uma bomba de calor é que o primeiro transfere calor de um fluido mais quente para um fluido mais frio (no sentido normal de fluxo de calor), enquanto a segunda transfere calor de um fluido mais frio para um fluido mais quente, aproveitando a propriedade dos gases de liberar calor quando se expandem e consumi-lo quando são comprimidos. Mas para realizar essa transferência contrária ao fluxo normal é necessário injetar energia.
Aplicações da energia aerotérmica em sistemas de ar condicionado
Aquecimento aerotérmico
O aquecimento aerotérmico, também conhecido como bomba de calor aerotérmica, é um sistema de aquecimento que utiliza o ar externo como fonte de energia térmica. O fluido (em estado gasoso) do circuito fechado é absorvido por um compressor, que aumenta sua temperatura através de um processo de compressão. O gás (quente e a alta pressão) é transferido para um permutador de calor, onde aquece a água do sistema de aquecimento central[15](circuito secundário). Quando a temperatura do gás (circuito primário) cai, ele se liquefaz. A água quente (do circuito secundário) é distribuída por toda a casa através de radiadores ou piso radiante. O líquido quente e de alta pressão do circuito primário passa para o exterior, onde se expande (dentro do circuito primário) e se torna um estado gasoso. Neste processo absorve muita energia do ambiente externo.
Piso radiante aerotérmico
O piso radiante aerotérmico apresenta uma série de vantagens em relação a outros sistemas de aquecimento, como radiadores de água quente ou sistemas de ar quente. Em primeiro lugar, é muito mais eficiente energeticamente, uma vez que o calor é transmitido de forma mais uniforme e direta ao ambiente. Isto significa que é necessária menos energia para aquecer a divisão, o que, por sua vez, reduz a sua conta de aquecimento.
Em segundo lugar, o piso radiante não produz correntes de ar, sendo ideal para quem sofre de alergias ou asma. O ar quente pode secar a garganta e o peito, agravando os sintomas dessas condições. O piso radiante, por outro lado, emite um calor suave e constante que não agrava estes problemas.
Outra vantagem do piso radiante é que pode ser instalado sob qualquer tipo de piso, incluindo madeira, linóleo ou ladrilho. Isto os torna ideais para aquelas pessoas que desejam manter o estilo e a estética de sua casa. São também uma opção muito segura, uma vez que não existe nenhum tipo de chama ou fogo envolvido no seu funcionamento.
A energia aerotérmica pode apresentar alguns problemas como custo de aquisição ou manutenção, que deve ser realizada por alguém especializado.
Sistemas tipo split e soluções ar-ar/ar-água [16]
As bombas de calor ar-térmicas permitem configurações ar-água e ar-ar, operando tanto com emissores e fan coils do tipo split quanto com unidades internas distribuídas. Além disso, muitas marcas oferecem sistemas que permitem tanto aquecimento, como arrefecimento e AQS, adaptando-se assim a diversas tipologias e necessidades construtivas.
Sistemas híbridos
Combinam uma bomba de calor aerotérmica com uma caldeira a gás ou diesel. Esta abordagem facilita a manutenção de uma elevada eficiência mesmo em condições de frio extremo, alternando automaticamente entre fontes com base na procura térmica e na temperatura exterior. [16].
Integração com radiadores de baixa temperatura.
Permite a utilização de circuitos de água com impulsos entre 30°C e 45°C, compatíveis com radiadores concebidos para baixas temperaturas.[17] Representa uma solução prática na reabilitação de edifícios onde não é viável a instalação de piso radiante.
Estas aplicações oferecem ar condicionado abrangente (aquecimento, arrefecimento e água quente sanitária) adaptado a diferentes tipos de edifícios e contextos climáticos, demonstrando a flexibilidade e eficiência energética da energia aerotérmica.
Vantagens e desvantagens
Vantagens
As vantagens mais relevantes da energia aerotérmica são:[18][19].
Desvantagens
As principais desvantagens ou desafios a considerar são:[20][21].
Eficiência energética: COP e SCOP
Contenido
La eficiencia energética de las bombas de calor aerotérmicas se evalúa mediante dos indicadores fundamentales: el Coeficiente de Rendimiento (COP) y el Coeficiente Estacional de Rendimiento (SCOP). Ambos permiten comparar el rendimiento de distintos equipos y tecnologías en función del consumo eléctrico requerido para generar energía térmica.[22].
COP (Coeficiente de Desempenho)
O COP é uma medida instantânea de eficiência que expressa a relação entre a energia térmica útil produzida e a energia elétrica consumida em condições operacionais padrão. Por exemplo, um sistema com um COP de 4 fornece 4 kWh de calor para cada kWh de eletricidade utilizada. Este valor é determinado em laboratórios acreditados em condições padronizadas (temperatura exterior e interior constante), pelo que representa um dado de referência, não necessariamente um reflexo do desempenho real ao longo do ano.[23].
SCOP (Coeficiente de Desempenho Sazonal)
O SCOP reflete a eficiência sazonal da bomba de calor durante um período anual completo, tendo em conta as variações de temperatura e as condições climáticas típicas de uma determinada área geográfica.[24] É um parâmetro mais representativo do comportamento real do equipamento em situações quotidianas. Os sistemas com um SCOP superior a 3,4 são classificados nas categorias energéticas mais elevadas de acordo com os regulamentos europeus de rotulagem energética (Regulamento Delegado (UE) 811/2013).
A Diretiva 2018/2001 do Parlamento Europeu e do Conselho reconhece como renováveis os sistemas de bombas de calor cujo desempenho excede um limite mínimo de eficiência energética. Desta forma, o cumprimento de determinados valores COP e SCOP é fundamental para considerar a energia aerotérmica como fonte de energia renovável e para a sua elegibilidade em programas de subsídios públicos ou de reabilitação energética de edifícios. [25].
[7] ↑ Erlichson, Herman (1 de enero de 1999). «Sadi Carnot, `Founder of the Second Law of Thermodynamics'». European Journal of Physics 20 (3): 183-192. ISSN 0143-0807. doi:10.1088/0143-0807/20/3/308. Consultado el 8 de agosto de 2025.: https://doi.org/10.1088/0143-0807/20/3/308
[25] ↑ Directiva (UE) 2018/2001 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de diciembre de 2018, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables (versión refundida) (Texto pertinente a efectos del EEE.) 328, 11 de diciembre de 2018, consultado el 11 de agosto de 2025 .: http://data.europa.eu/eli/dir/2018/2001/oj/spa
Durante as décadas seguintes, os sistemas baseados em ciclos de compressão de vapor foram aperfeiçoados. Na Suíça, entre as décadas de 1940 e 1950, foram instaladas as primeiras bombas de calor à escala industrial. O interesse por essas tecnologias intensificou-se após a crise energética da década de 1970, devido à necessidade de fontes de energia mais eficientes e acionadas eletricamente.[9].
O desenvolvimento específico da tecnologia ar-água, na qual se baseia a moderna energia aerotérmica, começou a consolidar-se na segunda metade do século como uma solução eficaz para a climatização de espaços e para a produção de água quente sanitária (AQS). Este tipo de bomba de calor permite extrair energia térmica do ar exterior mesmo a baixas temperaturas, o que tem facilitado a sua integração em vários climas. [10].
A partir das décadas de 1950 e 1960, diversas empresas especializadas em ar condicionado passaram a incorporar essa tecnologia em seus catálogos de produtos. Por exemplo, a Daikin desenvolveu um dos primeiros sistemas de bombas de calor reversíveis para utilização residencial em 1958[11]. Posteriormente, outras marcas como Mitsubishi Electric, Panasonic, Bosch, Vaillant ou Saunier Duval promoveram a expansão da energia aerotérmica com gamas concebidas para melhorar a eficiência energética, adaptar-se a diferentes zonas climáticas e integrar-se com outras fontes renováveis.
Estas empresas têm desempenhado um papel relevante na expansão da energia aerotérmica em mercados como a Europa, onde a sua implementação tem sido favorecida por diretivas comunitárias que promovem a utilização de energia limpa em edifícios, como a Diretiva 2009/28/CE e as suas atualizações no âmbito do Acordo Verde Europeu. [12].
Atualmente, a energia aerotérmica é uma tecnologia em expansão no setor do ar condicionado,[13] tanto em novas construções como em reabilitação, devido à sua capacidade de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e à sua compatibilidade com os objetivos de neutralidade climática a médio prazo.
Estrutura do aparelho
Normalmente um dispositivo aerotérmico é composto por uma unidade externa (compressor) e uma unidade interna, conectadas por cabos elétricos e tubos de fluido.[5] Possui também uma unidade de armazenamento ACS, que também pode ser incluída na unidade interna, e com sistema de aquecimento e/ou resfriamento.[14].
Diferença com um trocador de calor
A diferença entre um trocador de calor e uma bomba de calor é que o primeiro transfere calor de um fluido mais quente para um fluido mais frio (no sentido normal de fluxo de calor), enquanto a segunda transfere calor de um fluido mais frio para um fluido mais quente, aproveitando a propriedade dos gases de liberar calor quando se expandem e consumi-lo quando são comprimidos. Mas para realizar essa transferência contrária ao fluxo normal é necessário injetar energia.
Aplicações da energia aerotérmica em sistemas de ar condicionado
Aquecimento aerotérmico
O aquecimento aerotérmico, também conhecido como bomba de calor aerotérmica, é um sistema de aquecimento que utiliza o ar externo como fonte de energia térmica. O fluido (em estado gasoso) do circuito fechado é absorvido por um compressor, que aumenta sua temperatura através de um processo de compressão. O gás (quente e a alta pressão) é transferido para um permutador de calor, onde aquece a água do sistema de aquecimento central[15](circuito secundário). Quando a temperatura do gás (circuito primário) cai, ele se liquefaz. A água quente (do circuito secundário) é distribuída por toda a casa através de radiadores ou piso radiante. O líquido quente e de alta pressão do circuito primário passa para o exterior, onde se expande (dentro do circuito primário) e se torna um estado gasoso. Neste processo absorve muita energia do ambiente externo.
Piso radiante aerotérmico
O piso radiante aerotérmico apresenta uma série de vantagens em relação a outros sistemas de aquecimento, como radiadores de água quente ou sistemas de ar quente. Em primeiro lugar, é muito mais eficiente energeticamente, uma vez que o calor é transmitido de forma mais uniforme e direta ao ambiente. Isto significa que é necessária menos energia para aquecer a divisão, o que, por sua vez, reduz a sua conta de aquecimento.
Em segundo lugar, o piso radiante não produz correntes de ar, sendo ideal para quem sofre de alergias ou asma. O ar quente pode secar a garganta e o peito, agravando os sintomas dessas condições. O piso radiante, por outro lado, emite um calor suave e constante que não agrava estes problemas.
Outra vantagem do piso radiante é que pode ser instalado sob qualquer tipo de piso, incluindo madeira, linóleo ou ladrilho. Isto os torna ideais para aquelas pessoas que desejam manter o estilo e a estética de sua casa. São também uma opção muito segura, uma vez que não existe nenhum tipo de chama ou fogo envolvido no seu funcionamento.
A energia aerotérmica pode apresentar alguns problemas como custo de aquisição ou manutenção, que deve ser realizada por alguém especializado.
Sistemas tipo split e soluções ar-ar/ar-água [16]
As bombas de calor ar-térmicas permitem configurações ar-água e ar-ar, operando tanto com emissores e fan coils do tipo split quanto com unidades internas distribuídas. Além disso, muitas marcas oferecem sistemas que permitem tanto aquecimento, como arrefecimento e AQS, adaptando-se assim a diversas tipologias e necessidades construtivas.
Sistemas híbridos
Combinam uma bomba de calor aerotérmica com uma caldeira a gás ou diesel. Esta abordagem facilita a manutenção de uma elevada eficiência mesmo em condições de frio extremo, alternando automaticamente entre fontes com base na procura térmica e na temperatura exterior. [16].
Integração com radiadores de baixa temperatura.
Permite a utilização de circuitos de água com impulsos entre 30°C e 45°C, compatíveis com radiadores concebidos para baixas temperaturas.[17] Representa uma solução prática na reabilitação de edifícios onde não é viável a instalação de piso radiante.
Estas aplicações oferecem ar condicionado abrangente (aquecimento, arrefecimento e água quente sanitária) adaptado a diferentes tipos de edifícios e contextos climáticos, demonstrando a flexibilidade e eficiência energética da energia aerotérmica.
Vantagens e desvantagens
Vantagens
As vantagens mais relevantes da energia aerotérmica são:[18][19].
Desvantagens
As principais desvantagens ou desafios a considerar são:[20][21].
Eficiência energética: COP e SCOP
Contenido
La eficiencia energética de las bombas de calor aerotérmicas se evalúa mediante dos indicadores fundamentales: el Coeficiente de Rendimiento (COP) y el Coeficiente Estacional de Rendimiento (SCOP). Ambos permiten comparar el rendimiento de distintos equipos y tecnologías en función del consumo eléctrico requerido para generar energía térmica.[22].
COP (Coeficiente de Desempenho)
O COP é uma medida instantânea de eficiência que expressa a relação entre a energia térmica útil produzida e a energia elétrica consumida em condições operacionais padrão. Por exemplo, um sistema com um COP de 4 fornece 4 kWh de calor para cada kWh de eletricidade utilizada. Este valor é determinado em laboratórios acreditados em condições padronizadas (temperatura exterior e interior constante), pelo que representa um dado de referência, não necessariamente um reflexo do desempenho real ao longo do ano.[23].
SCOP (Coeficiente de Desempenho Sazonal)
O SCOP reflete a eficiência sazonal da bomba de calor durante um período anual completo, tendo em conta as variações de temperatura e as condições climáticas típicas de uma determinada área geográfica.[24] É um parâmetro mais representativo do comportamento real do equipamento em situações quotidianas. Os sistemas com um SCOP superior a 3,4 são classificados nas categorias energéticas mais elevadas de acordo com os regulamentos europeus de rotulagem energética (Regulamento Delegado (UE) 811/2013).
A Diretiva 2018/2001 do Parlamento Europeu e do Conselho reconhece como renováveis os sistemas de bombas de calor cujo desempenho excede um limite mínimo de eficiência energética. Desta forma, o cumprimento de determinados valores COP e SCOP é fundamental para considerar a energia aerotérmica como fonte de energia renovável e para a sua elegibilidade em programas de subsídios públicos ou de reabilitação energética de edifícios. [25].
[7] ↑ Erlichson, Herman (1 de enero de 1999). «Sadi Carnot, `Founder of the Second Law of Thermodynamics'». European Journal of Physics 20 (3): 183-192. ISSN 0143-0807. doi:10.1088/0143-0807/20/3/308. Consultado el 8 de agosto de 2025.: https://doi.org/10.1088/0143-0807/20/3/308
[25] ↑ Directiva (UE) 2018/2001 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de diciembre de 2018, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables (versión refundida) (Texto pertinente a efectos del EEE.) 328, 11 de diciembre de 2018, consultado el 11 de agosto de 2025 .: http://data.europa.eu/eli/dir/2018/2001/oj/spa