Gerador de calor: o que é e para que serve

Existem muitos métodos e dispositivos para gerar calor dentro de um ambiente, garantindo condições de conforto térmico adequadas a uma residência, e todos eles se baseiam na presença de um gerador de calor.

Projetar um sistema térmico significa, após o cálculo das cargas térmicas da estrutura, escolher o tipo de gerador de calor mais adequado e, em seguida, dimensioná-lo e dimensionar as redes de distribuição do próprio sistema.

O que se entende por gerador de calor?

O gerador de calor é o centro do sistema de aquecimento: é capaz de atender às necessidades de aquecimento dos ambientes transferindo energia térmica para o fluido térmico.

Os geradores de calor podem ser classificados de acordo com:

• a fonte de energia utilizada para produzir calor (como gás, eletricidade ou biomassa);
• o estado em que o combustível utilizado está disponível (gasoso/líquido/sólido no caso das caldeiras);
• o modo de instalação;
• o fluido térmico que sai do gerador e circula no sistema, geralmente ar ou água.

O local onde o gerador é instalado muitas vezes é chamado de “central térmica”, no caso de estruturas públicas e terciárias, estas podem ser salas dedicadas apenas ao gerador. Enquanto, no caso de residências, a central térmica muitas vezes coincide com despensas, lavanderias ou varandas.

Quais são os geradores de calor mais comuns no mercado?

Os geradores de calor mais comuns no mercado são:

• a caldeira;
• o sistema de biomassa;
• a bomba de calor;
• o sistema híbrido.

Vamos analisar juntos as características e funcionalidades.

1. Caldeira

A caldeira é o gerador de calor mais comumente utilizado em residências. Permite a geração e transferência de energia térmica para o fluido térmico através da combustão de vários produtos.

O combustível reage com o oxigênio presente no ar atmosférico e gera uma reação química de oxidação, produzindo calor e produtos gasosos de combustão.

Esquema de caldeira

Elas podem ser classificadas de acordo com:

• do combustível utilizado:
  • geradores a gás natural: podem ser de câmara aberta ou estanque e necessitam de uma rede de distribuição de gás natural nas proximidades. Ocupam pouco espaço, geralmente prefere-se instalá-los no exterior e são econômicos;
  • geradores a GPL: representam uma solução válida onde o gás natural não chega, mas requerem um espaço dedicado e seguro para o tanque de armazenamento de Gás Propano Líquido. O GPL é considerado limpo e não poluente. A função de uma caldeira a GPL é manter constante a potência da mistura de gás e ar, garantindo assim elevados padrões de eficiência;
  • geradores a gasóleo, são utilizados onde é difícil obter outros combustíveis. Geralmente caracterizam-se por emissões mais altas e eficiências mais baixas, no entanto, o custo do combustível é extremamente reduzido. Requerem um espaço dedicado para o tanque de armazenamento do combustível, que por vezes pode até ser incorporado;
  • geradores elétricos, não possuem queimador, mas utilizam resistências elétricas para aquecer água, que vai para o sistema, ou ar, que é então transferido e direcionado através de um ventilador;
• da evacuação dos produtos da combustão:
  • o gerador do tipo A, também chamado de câmara aberta, não está ligado a um conduto para a evacuação de fumos, o que significa que ele retira o ar do ambiente em que está inserido e expulsa os produtos da combustão no mesmo ambiente;
  • o gerador do tipo B é sempre de câmara aberta, e portanto retira o ar do ambiente em que está inserido, mas possui um conduto de evacuação de fumos que expulsa os produtos da combustão para o exterior. A exaustão pode ser natural ou forçada, neste último caso é um ventilador que garante a expulsão dos fumos;
  • o gerador do tipo C, também chamado de câmara estanque ou de exaustão forçada, possui uma câmara de combustão isolada. Atualmente, todas as caldeiras a condensação disponíveis no mercado são deste tipo.
• da gestão do calor: existem geradores de temperatura constante que, quando em funcionamento, mantêm uma temperatura fixa, ou geradores de temperatura variável, que são ativados de acordo com a demanda e as condições climáticas. Estes últimos geralmente apresentam valores de eficiência mais elevados.

Ao longo dos anos, houve uma transição do uso massivo da caldeira a gás para a caldeira a condensação, devido ao seu rendimento muito mais elevado.

As caldeiras a condensação são geradores projetados para maximizar a eficiência energética, recuperando energia dos gases de escape. Nestas caldeiras, o vapor de água presente nos gases é arrefecido até ao ponto de orvalho, transformando-se em condensado. Este processo permite recuperar energia latente que é utilizada para aquecer a água destinada ao sistema de aquecimento ou à produção de água quente sanitária.

2. Caldeiras a biomassa

Com uma caldeira a biomassa, produz-se energia térmica renovável a partir da combustão de biomassa, materiais residuais e de resíduos de origem biológica e vegetal.

Os geradores desta categoria mais comuns são as caldeiras a pellets ou a cavacos: ambos têm origem nos resíduos do processamento de madeira não tratada, mas os pellets são feitos a partir da prensagem desses resíduos, uma vez secos, enquanto os cavacos são simplesmente triturados e transformados em peças uniformes de pequenas dimensões.

Uma caldeira a biomassa permite a geração de energia térmica renovável porque, quando queimada corretamente, a madeira emite a mesma quantidade de dióxido de carbono absorvida pela planta durante o seu crescimento, não perturbando assim o equilíbrio ambiental.

3. Bomba de calor

A bomba de calor é uma máquina capaz de transferir calor de um ambiente a uma temperatura mais baixa para um sistema a uma temperatura mais alta.

A bomba de calor retira calor de uma fonte natural, ar, água ou solo, para transferi-lo para o ambiente a ser condicionado.

É composta por um circuito fechado, com quatro componentes: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.

O rendimento de uma bomba de calor elétrica (chamado COP) é sempre superior ao de uma caldeira a gás, sendo esta uma solução sustentável capaz de reduzir o consumo de energia e atender a todas as necessidades de climatização, inclusive no verão.

Para mais informações, recomendo a leitura do artigo “Bomba de calor: como funciona, tipos e custos”;

4. Sistema híbrido

Um sistema híbrido combina dois geradores de calor: uma bomba de calor e uma caldeira a condensação. A primeira, geralmente alimentada eletricamente, enquanto a segunda, alimentada a gás natural ou GPL.

Esquema do sistema híbrido

Ter dois geradores de calor significa escolher a todo momento o funcionamento mais conveniente, graças à presença de um dispositivo de controle e regulação que dá prioridade a uma máquina em relação à outra, de acordo com as reais necessidades de aquecimento e condições externas.

Este sistema se adapta bem a qualquer situação climática e pode ser conectado diretamente ao sistema existente, prevendo apenas a substituição do gerador de calor anterior.

Tipicamente, com temperaturas externas altas, apenas a bomba de calor funciona; à medida que as temperaturas se aproximam de zero, o sistema funciona de forma combinada, ativando tanto a bomba de calor quanto a caldeira a condensação; para temperaturas muito baixas, apenas a caldeira a condensação funciona.

Dessa forma, o consumo de gás e energia elétrica é minimizado, reduzindo simultaneamente as emissões de CO2 e obtendo benefícios econômicos e ambientais.

Como escolher um gerador de calor?

Para escolher adequadamente um gerador de calor, é importante considerar uma série de aspectos importantes:

• características do edifício: as dimensões, orientação e estrutura influenciam muito o comportamento energético de um edifício e o alcance de determinados níveis de conforto interno;
• tipo de intervenção: se estiver construindo, haverá muito menos restrições práticas em comparação com uma intervenção de reestruturação. No primeiro caso, é possível escolher um gerador de última geração que garanta níveis de desempenho muito elevados; no caso da reestruturação, a menos que seja uma reestruturação importante de primeiro nível, muitas vezes a escolha do gerador é condicionada pelo sistema de distribuição, pelos terminais de emissão existentes e pelos espaços disponíveis;
• fonte de energia disponível: os tipos de geradores variam dependendo do vetor energético a ser utilizado. Gás, energia elétrica ou biomassa, a escolha muitas vezes é ditada pela disponibilidade local e pelos custos.