Os sistemas de aquecimento a vapor são comuns na cidade de Nova York, especialmente em apartamentos pré-guerra e outros edifícios antigos. No entanto, as caldeiras a vapor e os radiadores tendem a ser ineficientes devido à sua idade e design, e a conversão para água quente pode gerar poupanças de energia consideráveis. Além de serem mais eficientes, os sistemas de água quente também oferecem um tempo de resposta mais rápido do que os radiadores a vapor, ao mesmo tempo que reduzem os custos de manutenção e proporcionam uma operação mais segura.
Ao atualizar o sistema de aquecimento de um edifício de vapor para água quente, existem duas abordagens possíveis:
- Adaptação da instalação existente para utilização de água quente. Esta é a opção com melhor custo-benefício quando o edifício não sofrerá grandes reformas no curto prazo. Porém, parte da eficiência de uma instalação de água quente é perdida quando se utilizam equipamentos originalmente dimensionados e especificados para vapor.
- Substituição completa do sistema de aquecimento. Esta opção é proibitivamente dispendiosa em edifícios existentes, uma vez que envolve a abertura de paredes e pisos para substituir tubagens e acessórios associados. No entanto, é rentável quando um edifício vai passar por uma grande reforma.
Os sistemas de aquecimento a vapor são recomendados em novas construções onde o vapor é necessário para fins adicionais além do aquecimento, como esterilização; ou quando o vapor residual estiver disponível em um processo industrial ou usina de energia. No entanto, a água quente é geralmente a melhor opção para a maioria das outras instalações.
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Como o aquecimento a vapor foi projetado no século 20
A ineficiência do aquecimento a vapor provém, em grande parte, das práticas de design que eram comuns no início do século XX: as regulamentações sanitárias exigiam que os sistemas de aquecimento fossem dimensionados para edifícios com janelas abertas, mesmo durante os dias mais frios do inverno. Portanto, os radiadores a vapor tendem a superaquecer os espaços internos e abrir as janelas é a única forma de regular a temperatura. Esta prática representa um desperdício significativo de energia, uma vez que parte da produção de aquecimento é despejada no exterior.
A operação desperdiçada não é a única desvantagem dos sistemas convencionais de vapor encontrados nos edifícios de Nova York. Eles também sofrem das seguintes limitações:
- Os tubos de vapor são geralmente maiores do que os tubos de água quente, o que significa que o sistema ocupa mais espaço. Nas novas construções, o custo inicial é aumentado.
- Os sistemas de aquecimento a vapor são menos tolerantes quando se trata de falhas e vazamentos. Um vazamento de água quente é relativamente fácil de detectar e consertar, mas os vazamentos de vapor geralmente envolvem jatos de alta temperatura que podem causar queimaduras graves. Considere que as chances de uma falha aumentam à medida que o sistema envelhece, portanto, os sistemas de aquecimento a vapor em edifícios anteriores à guerra requerem mais atenção.
O vapor era usado em sistemas de aquecimento mais antigos pela simples razão de que sobe pela tubulação sem a necessidade de bomba, e um único tubo pode fornecer vapor e recuperar água condensada de um radiador. No entanto, o custo adicional de funcionamento de uma caldeira a vapor supera em muito o custo de bombeamento associado a um sistema moderno de água quente. O aquecimento a vapor também tem um tempo de resposta muito lento, limitando o uso de controles automáticos.
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Vantagens de eficiência da água quente em relação ao vapor
A principal razão para atualizar um sistema de aquecimento a vapor para água quente é a eficiência energética: por exemplo, um projeto de conversão de sistema de aquecimento da Universidade da Colúmbia Britânica alcançou um aumento de eficiência de 60 para 85 por cento. Os sistemas baseados em vapor também apresentam despesas de manutenção mais elevadas, que podem ser 10 vezes superiores às de um sistema de água quente equivalente.
Os sistemas de água quente também oferecem maior eficiência porque têm tempos de resposta mais rápidos e são mais fáceis de controlar. Variáveis como temperatura e vazão da água podem ser controladas com uma precisão que simplesmente não é possível com vapor, otimizando o consumo de energia e reduzindo gastos com energia.
Procedimento de conversão do sistema de aquecimento
Como mencionado anteriormente, os sistemas de aquecimento a vapor são frequentemente sobredimensionados porque foram concebidos para cumprir padrões de saúde ultrapassados. O primeiro passo antes de mudar do vapor para a água quente é calcular corretamente a carga de aquecimento.
Cálculo da carga de aquecimento e capacidade da caldeira
Usar “regras práticas” pode ser tentador porque são simples, mas muitas vezes resultam em um sistema de aquecimento superdimensionado, anulando parcialmente o propósito da atualização. Além de serem ineficientes, as caldeiras superdimensionadas funcionam em ciclos mais curtos, desgastando seus componentes e reduzindo sua vida útil. Isto aumenta as despesas de manutenção e reduz o tempo entre as substituições da caldeira. A caldeira quase sempre é reduzida quando é realizada uma conversão de vapor em água quente, e é altamente recomendável entrar em contato com um engenheiro de projeto ou empresa qualificada para obter uma instalação de tamanho adequado.
Embora as caldeiras a vapor existentes possam ser modificadas para fornecer água quente, atualizar a unidade geralmente é uma ideia melhor:
- Uma unidade moderna com eficiência superior pode ser especificada.
- A redução do tamanho da unidade proporciona economias adicionais além daquelas obtidas com a melhoria da eficiência.
Reutilizando radiadores a vapor
Ao passar de vapor para água quente, é importante determinar se os radiadores podem ser reutilizados. Alguns radiadores são projetados exclusivamente para vapor e modificá-los geralmente é caro e não recomendado; nestes casos, a melhor opção é utilizar um meio de distribuição de calor diferente, como um fan coil.
Embora os radiadores devam ser verificados por um profissional qualificado, existe uma maneira de determinar imediatamente se eles são exclusivos para vapor: se as seções individuais do radiador não estiverem conectadas com um tubo na parte superior, a água quente não poderá ser usada.
A configuração da tubulação do radiador também é importante na hora de decidir se deve reutilizá-los ou não. Como o nome indica, os sistemas de tubo único fornecem vapor e recuperam água condensada através do mesmo tubo; enquanto os sistemas de dois tubos possuem um tubo separado para cada função. Dois tubos são obrigatórios para sistemas de água quente, pelo que a atualização torna-se mais complexa se a instalação de vapor existente utilizar apenas um por radiador. Às vezes, até mesmo os sistemas de dois tubos exigem que os tubos de retorno sejam atualizados; se forem projetados para um pequeno fluxo de água condensada, podem não conseguir lidar com o fluxo total de um sistema de água quente.
Usando tubulação de vapor para água quente
Tenha em mente que a tubulação estará sujeita a um conjunto muito diferente de condições operacionais quando a instalação for atualizada para água quente:
- O vapor sobe sozinho, enquanto a água quente é bombeada.A tubulação deve ser capaz de tolerar a pressão da água na saída da bomba, bem como a pressão estática da água no sistema.
- Tanto as linhas de abastecimento como de retorno transportarão água. Embora a linha de retorno seja projetada para isso, a linha de abastecimento é maior porque foi dimensionada para transportar vapor, e normalmente são necessárias válvulas para equilibrar o fluxo.
A tubulação de vapor possui uma série de acessórios e acessórios que não são necessários quando se utiliza água quente e só provocam desperdício de energia na forma de queda de pressão. Quaisquer componentes que não sejam mais necessários após a atualização do sistema para água quente devem ser removidos, e atenção especial deve ser dada aos purgadores termostáticos, que podem dificultar bastante o fluxo de água quente.
Alternativa à conversão: substituição completa do sistema
Substituir um sistema de aquecimento a vapor por uma instalação de água quente totalmente nova é viável, mas o custo pode ser proibitivo em instalações existentes devido à necessidade de abrir paredes e substituir tubagens. No entanto, se um edifício for submetido a uma grande renovação, representa uma excelente mudança para refazer completamente o sistema de aquecimento.
- A tubulação pode ser dimensionada especificamente para água quente, eliminando a necessidade de usar válvulas em linhas superdimensionadas que foram originalmente calculadas para vapor. Equilibrar o fornecimento e o retorno de água é muito mais simples se a tubulação for dimensionada adequadamente.
- Os radiadores podem ser substituídos por alternativas mais eficientes, como sistemas hidrônicos de aquecimento de piso ou bombas de calor de fonte de água.
- A automação pode ser implantada em todo o sistema de água quente, alcançando o menor custo operacional possível.
Isto só é rentável quando uma grande renovação é realizada. Por exemplo, demolir pisos e paredes apenas para instalar novas tubagens raramente é justificado em termos de custo e benefício.
Quando os sistemas Steam são recomendados?
Na maioria dos ambientes residenciais e comerciais, a água quente é claramente a vencedora do vapor em termos de custo inicial, conveniência e eficiência. No entanto, existem aplicações específicas onde um sistema baseado em vapor é mais adequado.
Aplicações onde a esterilização é necessária
O vapor é frequentemente usado para esterilização de equipamentos em aplicações como saúde ou processamento de alimentos, e a opção mais econômica é usar a mesma caldeira para esterilização e aquecimento. Outra vantagem do vapor é que qualquer bactéria na água condensada é imediatamente morta durante a vaporização.
Em aplicações onde a esterilização é necessária, a utilização de água quente para aquecimento ambiente exigiria a utilização de duas caldeiras separadas, o que tem um custo inicial extremamente elevado. Conseqüentemente, o aquecimento à base de vapor é econômico.
Disponibilidade de vapor residual
O vapor está frequentemente disponível como resíduo de processos industriais e de geração de energia e fornece essencialmente uma entrada de energia gratuita para sistemas de aquecimento. Com um chiller de absorção também é possível utilizar vapor para ar condicionado e refrigeração, mas representa um investimento considerável que só se justifica quando existe vapor gratuito ou de baixo custo.
Conclusões
O vapor é um meio de aquecimento económico quando está disponível como resíduo de processo ou quando pode ser utilizado para outras aplicações, mas a água quente oferece maior eficiência, segurança e conveniência em aplicações residenciais e comerciais. Se você está pensando em converter um sistema de aquecimento, é altamente recomendável entrar em contato com profissionais qualificados, para que você possa determinar quais componentes do sistema podem ser reutilizados e quais modificações serão necessárias. Alternativamente, se for realizada uma grande renovação nas suas instalações, considere mudar completamente o sistema de aquecimento para maximizar a eficiência.
