Há casos em que algumas áreas do edifício necessitam de aquecimento ambiente, enquanto outras necessitam de ar condicionado. Isto pode ser resolvido com equipamento de aquecimento e refrigeração independente para cada divisão, mas a instalação pode tornar-se muito cara com esta abordagem. Em vez disso, os engenheiros da MEP recomendam um sistema HVAC centralizado que seja capaz de aquecimento e resfriamento simultâneos.
Alguns tipos de equipamentos HVAC possuem um modo de aquecimento e um modo de resfriamento, mas não podem fornecer ambas as saídas simultaneamente. As bombas de calor sem dutos são um exemplo, projetadas para operar como condicionadores de ar durante o verão e como aquecedores durante o inverno.
Os sistemas HVAC centralizados em grandes edifícios normalmente possuem equipamentos separados de aquecimento e resfriamento; por exemplo, edifícios altos geralmente possuem um resfriador e uma caldeira. Contudo, se a tubagem hidrónica e as condutas de ar forem partilhadas, o aquecimento e o arrefecimento não podem ser fornecidos ao mesmo tempo.
Identifique a melhor configuração de aquecimento e refrigeração para o seu edifício.
Este artigo fornece uma visão geral de três configurações comuns de HVAC que permitem aquecimento e resfriamento simultâneos:
- Sistemas hidrônicos de quatro tubos com chiller e caldeira
- Bombas de calor de origem hídrica com circuito de água comum
- Sistemas de fluxo de refrigerante variável (VRF)
Quando os edifícios precisam de aquecimento e resfriamento simultâneos?
Dependendo do equipamento encontrado num edifício ou da sua disposição física, podem existir cargas de aquecimento e arrefecimento presentes ao mesmo tempo. Considere os seguintes exemplos:
Centros de dados produzem grandes quantidades de calor e normalmente é necessário ar condicionado durante todo o ano, mesmo durante o inverno. No entanto, os espaços de escritórios no mesmo edifício requerem aquecimento ambiente para fornecer uma temperatura adequada aos ocupantes.
Restaurantes e outros edifícios com cozinhas comerciais pode exigir resfriamento do espaço mesmo durante o inverno, para remover o calor liberado pelos alimentos e equipamentos de cozinha.
Alguns layouts de construção levar a necessidades simultâneas de aquecimento e resfriamento. Por exemplo, as áreas próximas das paredes podem necessitar de aquecimento ambiente durante o inverno, enquanto as divisões mais próximas do centro do edifício podem necessitar de arrefecimento ambiente.
Sistemas HVAC de quatro tubos
Os manipuladores de ar em instalações hidrônicas de HVAC normalmente possuem um tubo de alimentação e um tubo de retorno. Como resultado, o sistema pode fazer circular água quente de uma caldeira ou água fria de um refrigerador, mas não ambos. Em outras palavras, todo o edifício recebe aquecimento ou resfriamento.
Uma instalação de quatro tubos tem um layout semelhante com um resfriador, uma caldeira e manipuladores de ar. No entanto, há uma diferença importante: existem dois tubos de alimentação e dois tubos de retorno para cada manipulador de ar, proporcionando a escolha entre água quente e água gelada. Neste caso, o chiller e a caldeira podem funcionar simultaneamente, uma vez que existe um circuito de água independente para cada unidade.
Outra vantagem dos sistemas de quatro tubos é que permitem a desumidificação sem equipamento adicional:
- Um manipulador de ar pode usar uma saída de resfriamento mais alta para condensar a umidade do ar.
- O sobre-resfriamento do processo de desumidificação é compensado pela serpentina de aquecimento.
Como seria de esperar, a principal desvantagem de uma instalação de quatro tubos é o preço, uma vez que o sistema utiliza o dobro da tubulação hidrônica. Esta é a única forma de ter água quente e água fria disponíveis em cada fan-coil.
Bombas de calor de fonte de água
Como mencionado anteriormente, as bombas de calor elétricas podem alternar entre o modo de aquecimento e de arrefecimento. Se um edifício estiver equipado com uma bomba de calor de origem hídrica para cada área, o aquecimento e o arrefecimento simultâneos são possíveis com apenas um tubo de alimentação e um tubo de retorno.
- As bombas de calor no modo de aquecimento extraem calor da água na tubulação hidrônica.
- As bombas de calor no modo de resfriamento removem o calor e o liberam através do circuito de tubulação hidrônica.
Por outras palavras, as bombas de calor de fonte de água estão simplesmente a trocar calor entre áreas do edifício que necessitam de arrefecimento e áreas que necessitam de aquecimento. O calor excedente pode ser liberado para o exterior com a torre de resfriamento quando as cargas de resfriamento são maiores, e uma caldeira pode ser usada quando as cargas de aquecimento são maiores. Alternativamente, todo o sistema pode ser conectado a uma bomba de calor maior e de alta eficiência para fornecer o equilíbrio entre aquecimento e resfriamento.
Sistemas de Fluxo Variável de Refrigerante
Os sistemas de fluxo variável de refrigerante têm uma eficiência muito elevada, utilizando linhas de refrigerante em vez de tubulações hidrônicas. Os sistemas VRF utilizam unidades externas com funções de aquecimento e resfriamento, conectadas a fan coils internos por meio de linhas de refrigerante.
Existem duas configurações principais de VRF que podem fornecer aquecimento e resfriamento simultâneos para áreas separadas do edifício:
- Uma linha de alimentação e retorno para cada fan coil, com um seletor de ramal principal que fornece refrigerante superaquecido ou sub-resfriado conforme necessário.
- Três linhas para cada fan coil, onde duas correspondem ao aquecimento e resfriamento, e a terceira é um retorno comum. Neste caso existe um seletor individual em cada unidade interior.
Os sistemas VRF de dois tubos são mais flexíveis, uma vez que as linhas de refrigerante de todas as unidades internas se encontram no seletor de ramificação, que atua como um hub comum. O sistema pode ser facilmente expandido adicionando mais linhas ao seletor. Os sistemas VRF de três tubos têm uma eficiência energética ligeiramente superior, mas são mais difíceis de expandir porque as linhas de refrigerante existentes devem ser modificadas.
Observações Finais
A engenharia HVAC é caracterizada por uma ampla gama de opções para aquecer e resfriar edifícios, mesmo quando ambas as saídas são necessárias simultaneamente. Como acontece com qualquer outra decisão de engenharia, todas as opções têm pontos fortes e limitações, e a melhor configuração do sistema é determinada pelas condições específicas do projeto. Engenheiros profissionais de HVAC podem analisar as necessidades de aquecimento e resfriamento do seu edifício e projetar uma solução ideal.
