eficiência energética para

hvac

"HVAC" são siglas que significam "aquecimento, ventilação e ar condicionado" (em inglês "heating, ventilating and air conditioning"), referindo-se às três funções principais e intimamente relacionadas daquela tecnologia. O projeto de sistemas de HVAC é um dos principais campos de atividade da engenharia mecânica, utilizando os princípios da termodinâmica, da mecânica dos fluídos e da transferência de calor. É particularmente importante no projeto de edifícios industriais e de serviços de média ou grande dimensão. Estes locais obrigam a um estrito controlo das condições ambientais, especialmente em termos de temperatura, de humidade e de renovação do ar.

As três funções centrais de aquecimento, de ventilação e de condicionamento de ar estão inter-relacionadas, proporcionando conforto térmico e qualidade do ar interior (QAI) aceitáveis, com custos viáveis de instalação, operação e manutenção. Os sistemas de HVAC fornecem ventilação, reduzem a infiltração do ar e mantêm as relações de pressão entre espaços.

O uso da água como meio de transferência de calor é conhecido como "hidrónica". Cada sistema de aquecimento também inclui ou tubalações em sistemas de ar forçado ou canalizações para distribuição de água aquecida e radiadores para transmissão do calor daquela para o ar ambiente. O termo "radiador" neste contexto é um pouco enganador, uma vez que a maioria da transferência de calor - a partir do permutador de calor - é feita por convecção e não por radiação. Os radiadores podem ser montados tanto nas paredes como enterrados no pavimento.

Em sistemas alimentados por caldeira e de aquecimento por radiação, todos os sistemas - excepto os muito simples - incluem uma ou mais bombas para fazerem a água circular e assegurarem uma distribuição igual de calor por todos os radiadores. A água aquecida também pode servir para alimentar outro permutador de calor (secundário) dentro de um termoacumulador para proporcionar águas quentes sanitárias.

O aquecimento também pode ser realizado através do uso de resistências elétricas, que consistem em filamentos que aquecem ao serem atravessados por corrente elétrica. Este tipo de aquecimento é frequentemente encontrado em aquecedores portáteis e como sistema de reserva ou suplementar do sistema de bomba de calor.

A ventilação constitui o processo de trocar ou substituir o ar em qualquer espaço, com os objetivos de controlar a temperatura, de renovar o oxigénio e de remover humidade, odores, fumos, calor, poeiras, bactérias do ar e dióxido de carbono. A ventilação inclui tanto a troca de ar com o exterior como a circulação de ar no interior do edifício. É um dos fatores mais importantes para manter uma aceitável qualidade do ar
interior em edifícios. Essencialmente, a ventilação de um edifício pode ser feita de duas formas: a mecânica ou forçada e a natural.

A ventilação mecânica ou ventilação forçada é usada para controlar a qualidade do ar interior. O excesso de humidade, os odores e os contaminantes podem normalmente ser controlados através de diluição ou de substituição pelo ar exterior. Contudo, em climas húmidos, será necessária muita energia para remover o excesso de humidade do ar de ventilação.

O ar condicionado e a refrigeração são obtidos através da remoção do calor. A definição de frio é a de "ausência de calor" e todos os sistemas de ar condicionado funcionam segundo este princípio básico. O calor pode ser removido, por irradiação, por convecção ou por aquecimento-arrefecimento, através de um processo conhecido por "ciclo de refrigeração". Os meios de condução - incluindo água, ar, gelo e químicos - são referidos como "refrigerantes".

Um sistema integrado de ar condicionado ou um ar condicionado autónomo, fornece arrefecimento, ventilação e controle de humidade à totalidade ou a parte de um edifício ou veículo.

O ciclo de refrigeração consiste em quatro fases essenciais para a criação de um efeito de resfriamento. Um compressor comprime o refrigerante. A compressão faz com que o refrigerante vaporizado se torne mais denso, libertando calor neste processo. O vapor comprimido é então arrefecido, através da permutação de calor com o ar exterior, condensando-se na serpentina do condensador e transformando-se em líquido. O refrigerante líquido é então bombeado para o interior do edifício, onde entra num evaporador. Neste evaporador, pequenos bicos pulverizam o refrigerante líquido para uma câmara, no interior da qual a pressão baixa, permitindo que o refrigerante se evapore. Como a evaporação absorve o calor em seu redor, essa área em redor arrefece, com o evaporador a retirar, portanto, calor ao ambiente e a colocá-lo no sistema. O refrigerante em vapor volta então a ser enviado para o compressor, repetindo-se o ciclo. Um sistema de contagem (referido como "orifício") age como restrição ao sistema no evaporador, de modo a assegurar que o refrigerante flui para aquele com o caudal apropriado, o que evita que o refrigerante volte ao compressor em estado líquido e permite o controlo da taxa de permutação de calor no evaporador.

Num sistema de ar condicionado, a desumidificação é realizada pelo evaporador. Uma vez que o evaporador opera a uma temperatura inferior à do ponto de orvalho, a humidade do ar condensa-se nos tubos da serpentina do evaporador. Esta humidade é recolhida no fundo do evaporador por um tabuleiro e removida através de um cano de esgoto de condensados para um dreno central ou mesmo para o chão no exterior. Um desumidificador consiste num aparelho do tipo de um ar condicionado, que controla a humidade de um compartimento ou de um edifício completo.

Os edifícios com ar condicionado têm frequentemente as janelas seladas, uma vez que a abertura destas iria prejudicar o esforço do sistema de HVAC em manter constantes as condições do ar interior.

Além disso, a não substituição provocará uma diminuição do fluxo de ar, resultando no congelamento das serpentinas do evaporador.

É importante ter em mente que, uma vez que o ar condicionado, move o calor da serpentina interior (evaporador) para a serpentina exterior (condensador), esta última deve manter-se tão limpa como a anterior. Isto significa que, além da substituição do filtro de ar junto à serpentina do evaporador, também é necessário limpar regularmente a serpentina do condensador. A falha em manter o condensador limpo irá resultar eventualmente em danos no compressor, uma vez que a serpentina do condensador é responsável por descarregar tanto o calor interior (captado pelo evaporador) como aquele gerado pelo motor elétrico que aciona o compressor.

A refrigeração consiste no processo de remoção de calor de um espaço fechado ou de uma substância, movendo-o para um local onde o mesmo não seja problemático. Qualquer processo natural ou artificial pelo qual o calor seja dissipado está incluído na refrigeração. O processo de produzir artificialmente temperaturas extremamente baixas é conhecido como "criogenia".

Desde a década de 1970, tem havido um esforço crescente, por parte de fabricantes e projetistas de sistemas de HVAC, no sentido de os tornar energicamente mais eficientes. Inicialmente, este esforço teve como força motriz o crescimento dos custos da energia.

Para além da eficiência energética, têm sido tomadas outras medidas no sentido de tornar os sistemas de HVAC ambientalmente mais sustentáveis, como a eliminação dos fluídos refrigerantes prejudiciais à camada de ozônio.