Seleção do sistema de aquecimento de inverno: bomba de calor versus resistência elétrica versus caldeira a gás ¢ análise do custo total de propriedade
Seleção do sistema de aquecimento de inverno: bomba de calor versus resistência elétrica versus caldeira a gás ¢ análise do custo total de propriedade
Introdução: Por que a escolha do sistema de aquecimento é mais importante do que nunca
O aquecimento e o arrefecimento representam 40~60% do consumo total de energia nos edifícios comerciais, tornando o HVAC a maior despesa operacionalPara gerentes de instalações, proprietários de edifícios e desenvolvedores de projetos,A escolha do sistema de aquecimento de inverno não é apenas uma decisão técnica ̇ é um compromisso financeiro que bloqueia os custos operacionais durante 15 a 25 anos.
Três tecnologias de aquecimento primário dominam o mercado:bombas de calor a ar(incluindo os sistemas de bomba de calor VRF),aquecimento por resistência elétrica, eCaldeiras a gásCada um apresenta estruturas de custos, perfis de eficiência e características operacionais fundamentalmente diferentes.Este artigo fornece uma comparação baseada em dados para ajudar os compradores B2B e os tomadores de decisão de engenharia a tomar decisões informadas de aquisição.
1. Visão geral da tecnologia
1.1 Bombas de calor a ar (incluindo sistemas de bombas de calor VRF)
As bombas de calor de origem de ar (ASHPs) não geram calor, mas o movem.extraem energia térmica de baixa qualidade do ar exterior e a atualizam para temperaturas utilizáveisA métrica chave é aCoeficiente de desempenho (COP): a relação entre a produção de calor e a entrada eléctrica.
Os ASHPs modernos atingem valores de COP de3.0 ¢4.5a uma temperatura exterior de 7°C, o que significa que fornecem de 3 a 4,5 unidades de calor por cada unidade de electricidade consumida.
Sistemas de bomba de calor VRF (fluxo variável de refrigerante)representam o nível premium desta tecnologia. Eles usam compressores movidos por inversores que modula a capacidade até 10% da potência nominal,com um comprimento de saída superior a 50 mm,De acordo com estudos de campo do NEEP e dados do fabricante, os sistemas de bomba de calor VRF conseguem:
•COP a 8°C (47°F):3.0 ¢4.5
•COP a -15°C (5°F):2.0 ¢3.5(dependendo da otimização para climas frios)
•COP a nível do sistema de5 ¢ 6em condições climáticas amenas, quando a recuperação de calor é ativa em todas as zonas
Os sistemas de recuperação de calor VRF (configuração de três tubos) podem aquecer e arrefecer simultaneamente diferentes zonas,transferência de energia de zonas que necessitam de arrefecimento para zonas que necessitam de aquecimento.
1.2 Aquecimento por resistência elétrica
O aquecimento por resistência elétrica, incluindo aquecedores de base, caldeiras elétricas e tiras de aquecimento, converte a electricidade em calor com uma eficiência máxima deCOP 1.0Um quilowatt de eletricidade produz exatamente um quilowatt de calor.
Embora o custo do equipamento seja baixo e a instalação simples, o aquecimento por resistência elétrica é a forma mais cara de fornecer calor em quase todos os mercados onde os preços da eletricidade excedem os preços do gás
1.3 Caldeiras a gás
As caldeiras a gás queimam gás natural para produzir calor.90-95% (AFUE)As unidades não condensadoras mais antigas operam a 7085%..
A vantagem das caldeiras a gás reside no menor custo do combustível por kWh em muitos mercados e na potência de alta temperatura adequada para distribuição por radiador.As desvantagens incluem a manutenção relacionada com a combustão, emissões de carbono e restrições regulatórias crescentes em muitas jurisdições.
2Comparação económica
2.1 Investimento inicial
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Tipo de sistema
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Custo do equipamento (USD)
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Custo instalado (USD)
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Notas
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Resistência elétrica (comercial)
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500 ¢3,000
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1,000 ¢5,000
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Custo inicial mais baixo
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Caldeira de condensação de gás (300 m2)
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6,00015,000
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8,000 ¢ 20,000
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Requer tubulação de gás, chaminé, sala de caldeiras
|
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ASHP comercial (300 m2)
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11,000£25,000
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16,00035,000
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Caldeira a gás 2×3×, compensada por descontos em muitos mercados
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Sistema de bomba de calor VRF (10 zonas)
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15,000£50,000
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25,000 ¢80,000
|
Inclui capacidade de recuperação de calor
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As bombas de calor transportam um2 ¢ 3 × prémioNo entanto, incentivos governamentais em muitos mercados (como o UK's Boiler Upgrade Scheme a £7,500, ou vários descontos de serviços públicos dos EUA) podem reduzir a diferença para 10~20% dos custos das caldeiras a gás.
2.2 Custos de exploração
O cálculo dos custos operacionais fundamentais é o seguinte:
Custo por kWh de calor fornecido = Preço da energia ÷ Eficiência do sistema
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Sistema de aquecimento
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Eficiência
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Custo por kWh de calor (USD)
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Custo relativo
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Resistência elétrica
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COP 1.0
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- $0.250
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3.5 ×
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Caldeira a gás (92% AFUE)
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0.92
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- $0.087
|
1.2 ×
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ASHP (COP 3.5, clima moderado)
|
COP 3.5
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- $0.071
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1.0× (linha de base)
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Bomba de calor VRF (COP 4.0, clima ameno)
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COP 4.0
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- $0.063
|
0.9 ×
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ASHP (COP 2.2, em climas frios de -15°C)
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COP 2.2
|
- $0.114
|
1.6 ×
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Para um edifício comercial que exija15,000 kWh de aquecimento anual:
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Sistema
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Custo anual de aquecimento (USD)
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Resistência elétrica
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Três dólares.750
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Caldeira a gás (92%)
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$1.305
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ASHP (COP 3.5)
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$1.065
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Recuperação de calor VRF (COP médio 4,5)
|
$788.
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Principais conclusões: As bombas de calor proporcionam o menor custo de funcionamento em climas moderados, superando até mesmo as caldeiras a gás em 1525%.9x o custo do gás e 3.5 vezes o custo de uma bomba de calor.
2.3 Custos de manutenção
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Artigo de custo
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Caldeira a gás
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Bomba de calor ASHP / VRF
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Serviço anual
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$80$120/ano
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R$ 100 ¢ R$ 200/ano
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Reparações típicas (médio de 10 anos)
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R$ 100 ¢ R$ 200/ano
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$50$100/ano
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Substituição de componentes importantes
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$500$1500 (cambiador de calor)
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$1,500$2,500 (compressores, raros)
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Manutenção total de 10 anos
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- Dois dólares.000
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- $1.500
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As bombas de calor têm menos pontos de falha relacionados com a combustão (sem corrosão do fumo, sem escalonamento do trocador de calor a partir dos gases de combustão).A menor frequência de falhas resulta numa modesta vantagem de manutenção de aproximadamente
150 por ano.
2.4 Duração de vida do equipamento
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Sistema
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Duração de vida típica
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Resistência elétrica
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5 ¢ 8 anos
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Caldeira a gás
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10 ¢ 15 anos
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Bomba de calor ASHP/VRF
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15 ¢ 25 anos
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Durante um período de 20 anos, um proprietário de edifícios normalmente substitui duas caldeiras a gás, mas apenas um sistema de bomba de calor, um fator que afeta significativamente o custo de toda a vida.
2.5 Custos totais de propriedade (20 anos)
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Categoria de custos
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Caldeira a gás (USD)
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ASHP (USD)
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Bomba de calor VRF (USD)
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Resistência elétrica (USD)
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Instalação inicial
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12,000
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22,000
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40,000
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3,000
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Substituição (meia-vida)
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12,000
|
0
|
0
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6,000 (× 2 substituições)
|
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Custo energético de 20 anos
|
26,100
|
21,300
|
15,760
|
75,000
|
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Manutenção de 20 anos
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4,000
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3,000
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3,500
|
2,000
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Total de 20 anos
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54,100
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46,300
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59,260*
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86,000
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* O custo do sistema VRF varia significativamente; esta estimativa reflecte uma configuração de recuperação de calor para um edifício comercial de dimensão média.O sistema VRF substitui o equipamento de arrefecimento separado, melhorando a comparação económica.
A opção da resistência elétrica custa 60-85% mais em 20 anos do que qualquer outra alternativa.Para edifícios com cargas significativas de aquecimento, é a escolha mais cara em todas as fases.
3Análise das zonas climáticas
O desempenho da bomba de calor depende do clima.
3.1 Zona de clima ameno (temperatura de projecto superior a 0°C)
•Polícia de Segurança:3.5 ¢4.5 ¢ faixa de eficiência máxima
•Caldeira a gás: competitiva em termos de custos de combustível, mas com menor eficiência global
•Veredicto: A bomba de calor é o claro vencedor económico. Os custos de exploração são 20~40% inferiores ao gás. Período de recuperação do investimento incremental:2 ¢ 4 anos.
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