Os sistemas HVAC são as cargas que mais consomem energia em edifícios residenciais e comerciais. Por esta razão, as medidas de eficiência energética que visam o HVAC podem alcançar grandes poupanças. No entanto, as atualizações de HVAC que economizam energia não devem afetar a qualidade ambiental interna, ou podem causar desconforto e problemas de saúde. Em ambientes empresariais, isto também tem um impacto negativo na produtividade.
A inteligência artificial tem aplicações promissoras em HVAC, uma vez que pode melhorar a eficiência energética e a qualidade ambiental interior. A IA pode otimizar variáveis como fluxo de ar, temperatura e umidade – conservando a qualidade do ar com o menor consumo de energia possível.
Torne seu sistema HVAC mais inteligente e eficiente.
Controle HVAC: um desafio técnico
Controlar eficazmente um sistema HVAC é difícil porque as condições do edifício estão sempre a mudar. Considere os seguintes aspectos:
- A temperatura exterior está sempre a mudar e afecta o aquecimento ou arrefecimento necessário para manter uma temperatura interior adequada.
- As pessoas entram e saem dos edifícios o tempo todo, e isso afeta as necessidades de ventilação e controle de temperatura.
- As atividades realizadas em ambientes fechados também afetam as necessidades de HVAC. Por exemplo, uma cozinha comercial precisa de mais ventilação e refrigeração do que um escritório do mesmo tamanho.
As necessidades de ventilação, aquecimento e refrigeração de um edifício estão sempre a mudar. Somente um sistema de controle inteligente pode processar todos esses dados em tempo real e ajustar o sistema HVAC de acordo. Um sistema HVAC com controles manuais não pode atingir o desempenho máximo devido às condições de trabalho variáveis.
Controles Inteligentes para Sistemas de Ventilação
Os manipuladores de ar consomem menos energia do que os condicionadores de ar e aquecedores de ambiente. No entanto, o fluxo de ar exterior fornecido a um edifício afecta as necessidades de aquecimento e arrefecimento.
- Por exemplo, se um sistema de ventilação aumenta o fluxo de ar durante o inverno, é necessário mais calor para um maior volume de ar frio exterior.
- O mesmo se aplica ao ar condicionado quando o sistema de ventilação aumenta o fluxo de ar durante o verão.
Muitos edifícios possuem sistemas de ventilação que operam com fluxo de ar total o tempo todo. Isto representa um grande desperdício de energia, pelas razões descritas anteriormente. Quando os controles de ventilação possuem IA, eles podem determinar o fluxo de ar ideal exigido pelo edifício. O sistema também pode rastrear o número de ocupantes do edifício e a concentração dos principais poluentes atmosféricos, como VOCs e partículas.
A sobreventilação representa um desperdício de energia, enquanto a subventilação é prejudicial para a qualidade do ar interior. Um controle de ventilação com IA ajuda a prevenir ambos. Existe apenas um requisito importante: o sistema de ventilação nunca deve reduzir o fluxo de ar abaixo do valor mínimo exigido pelos códigos de construção locais.
Otimizando o aquecimento ambiente e o ar condicionado
Existem agora fornos, caldeiras, chillers, mini-splits e outros equipamentos HVAC com inteligência artificial incorporada. Como resultado, podem ser esperadas grandes poupanças de energia simplesmente através da modernização de equipamentos antigos. No entanto, é possível melhorar o desempenho quando controles inteligentes são usados para todo o sistema HVAC.
Tal como os controlos de ventilação devem equilibrar o consumo de energia e a qualidade do ar, os controlos de aquecimento e arrefecimento devem equilibrar o consumo de energia e o conforto humano. De acordo com um estudo do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), a produtividade humana atinge o seu pico por volta dos 21°C – 22°C.
- À medida que a temperatura aumenta ou diminui, começa a causar desconforto.
- Quando a temperatura se torna mais extrema, torna-se prejudicial à saúde e, eventualmente, ameaça a vida.
Temperaturas extremas são improváveis em interiores de edifícios, mesmo com uma instalação HVAC deficiente. Porém, a qualidade ambiental interna (QIE) piora gradativamente à medida que a temperatura se desvia da faixa ideal.
Como a IA pode alcançar sinergia com medidas de eficiência energética
As medidas de eficiência energética podem tornar-se mais eficazes quando a IA é adicionada ao mix, conseguindo maiores poupanças. Dois exemplos de atualizações de HVAC que funcionam melhor com IA são os economizadores do lado ar e os ventiladores de recuperação de energia.
Os economizadores do lado ar podem economizar muita energia em alguns climas. Quando o ar externo tem temperatura e umidade adequadas para “resfriamento livre”, o economizador aumenta as taxas de ventilação enquanto reduz a saída do ar condicionado. A eletricidade é economizada porque os ventiladores são mais baratos de operar do que os condicionadores de ar. Os controles inteligentes podem otimizar o economizador do lado ar para maximizar essas economias.
A ventilação com recuperação de energia também alcança sinergia com a ventilação inteligente. Quando o fluxo de ar externo é otimizado, evita-se o desperdício de energia para aquecer ou resfriar o ar extra. O sistema ERV pode então trocar calor entre o ar fornecido e o ar de exaustão, reduzindo ainda mais a carga de trabalho do HVAC. O ERV funciona tanto com ar condicionado quanto com aquecimento ambiente: o ar interno pré-resfria o ar externo no verão e pré-aquece o ar externo no inverno.
Certificações de edifícios como LEED e WELL têm requisitos exigentes de desempenho para aquecimento, refrigeração e ventilação. Os controles automáticos com IA podem ajudar a atender a esses requisitos, otimizando a operação dos sistemas HVAC.
Engenharia HVAC: os diferentes desafios
Você pode adorar ligar o aquecedor durante o inverno ou o ar condicionado durante o verão. É rápido e fácil, mas nem sempre foi assim. A engenharia e a indústria de HVAC estão em constante evolução. Com o avanço da tecnologia, atender às demandas dos clientes costuma ser um desafio.
Aqui estão algumas das coisas nas quais a indústria de engenharia HVAC está se concentrando no momento
1. Ser energeticamente eficiente
A eficiência energética é o que os consumidores procuram. A crise energética da década de 1970, por exemplo, fez com que os países se concentrassem na conversação e na eficiência. Isso significava que os engenheiros de HVAC tinham que ser dinâmicos e encontrar novas formas de realizar a mesma tarefa em equipamentos com menor consumo de energia. O uso abundante de combustíveis fósseis tornou-se uma preocupação.
Os consumidores de hoje também compreendem a necessidade de eficiência energética e o seu impacto no custo global. Os sistemas HVAC são hoje muito mais eficientes energeticamente do que antes, mas é preciso fazer mais. Temos certeza de que você não quer contas altas de aquecimento todo inverno!
2. Encontrando o equipamento certo
Para os engenheiros de HVAC, a coordenação com arquitetos, engenheiros civis, engenheiros estruturais, engenheiros hidráulicos e engenheiros elétricos antes da instalação continua sendo uma preocupação. Aqui estão algumas coisas que os engenheiros de HVAC devem observar.
- A localização, tamanho do equipamento e posicionamento do equipamento a ser usado durante o processo de design.
- O tipo de material utilizado na construção do edifício também é um fator para o equipamento a ser utilizado.
- A paisagem também pode impactar as cargas térmicas.
- Seguindo os códigos de construção, códigos de incêndio e proteção.
3. Demandas do cliente
Os clientes procuram mais. Oferecer as melhores soluções para o edifício dentro do orçamento é um aspecto desafiador quando se trata de engenharia de HVAC. Você precisa projetar o layout, qual material usar e até mesmo qual material usar.
Tudo isso garantindo que o baixo orçamento não afetará a qualidade geral. No longo prazo, os clientes não gostariam de incorrer em altos custos de manutenção.
4. O Clima
Cada lugar é diferente. Os sistemas HVAC precisam funcionar corretamente mesmo quando as condições climáticas são extremas. A engenharia HVAC precisa manter o ar condicionado e a ventilação funcionando para manter a temperatura interna.
Para fazer isso, os engenheiros devem ter em mente diversos fatores como:
- A temperatura externa,
- O número de pessoas,
- A distribuição da ventilação por todas as zonas do edifício.
Eles também precisam trabalhar no controle da umidade e garantir que nenhum mofo se forme. Além disso, é necessário calcular a pressão do ar interna e externa para evitar qualquer formação indesejável de umidade no interior do edifício.
5. Para manter a QAI
Manter a Qualidade do Ar Interior (QAI) é outro desafio. Os engenheiros de HVAC precisam ter em mente o fator do projeto e que as doenças transmitidas pelo ar não podem sobreviver no interior. A questão aqui é: se a qualidade do ar exterior for má, como garantiriam uma melhor qualidade interior?
Embora os desafios permaneçam, não é segredo que a indústria continuará a registar um crescimento significativo. O Engenharia HVAC estima-se que a indústria só nos EUA gere receitas de mais de 60 milhões de dólares nos próximos doze meses.
Padrões técnicos usados por um engenheiro HVAC
O trabalho de um Engenheiro de climatização inclui a concepção de sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado de acordo com as necessidades de cada edifício. Existem muitas organizações da indústria de HVAC e elas publicaram padrões para garantir o projeto e a instalação corretos desses importantes sistemas prediais. As normas HVAC aplicam-se em todos os EUA e os códigos de construção locais normalmente utilizam-nas como referência – algumas normas foram até adotadas internacionalmente.
Uma instalação HVAC deve manter condições internas adequadas para a ocupação humana, e estas incluem temperatura ambiente, umidade relativa e fornecimento de ar externo. Os sistemas HVAC caracterizam-se pelo seu elevado consumo de energia, superando todos os outros sistemas construtivos combinados em aplicações residenciais e comerciais. Medidas de eficiência energética são fortemente recomendadas para reduzir o seu custo operacional.
A seguir estão algumas das principais associações industriais que publicam padrões técnicos para sistemas HVAC:
- ACCA – Empreiteiros de Ar Condicionado da América
- ARI – Instituto de Ar Condicionado e Refrigeração
- ASHRAE – Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado
- NFPA – Associação Nacional de Proteção contra Incêndios
- SMACNA – Associação Nacional de Empreiteiros de Chapas Metálicas e Ar Condicionado
Como um engenheiro HVAC aplica padrões no design de projetos
As normas técnicas fornecem procedimentos de cálculo para muitos aspectos do projeto de HVAC, considerados as melhores práticas do setor. Por exemplo, o Manual ASHRAE é um dos padrões mais importantes para engenheiros mecânicos e consiste em quatro volumes: Fundamentos, Refrigeração, Aplicações HVAC e Sistemas e Equipamentos HVAC.
O Manual ASHRAE é constantemente revisado e atualizado por comitês técnicos. Um engenheiro HVAC membro da ASHRAE recebe a edição mais recente todos os anos como um dos benefícios da associação. O Manual está disponível nas versões impressa, CD-ROM e online.
A ASHRAE também possui a Norma 90.1, que tem sido usada nacional e internacionalmente para melhorar a eficiência energética dos edifícios, e muitos códigos de energia locais a utilizam como referência. A Norma 90.2 é semelhante, mas com foco em construções residenciais baixas.
A ACCA publicou um conjunto de manuais técnicos com procedimentos de cálculo para muitos aspectos do projeto de HVAC, bem como diretrizes de seleção de equipamentos. Existem versões residenciais e comerciais dos manuais ACCA, abrangendo os seguintes tópicos:
- Conceito de sistema
- Cálculo de carga
- Zoneamento do sistema
- Distribuição de ar
- Seleção de equipamentos
- Cálculo do tamanho do duto
- Ajuste, teste e balanceamento
Os padrões SMACNA são muito importantes em instalações HVAC que utilizam dutos de ar, pois fornecem os requisitos de projeto para dutos de chapa metálica e de fibra de vidro. Seguindo os procedimentos de cálculo dos padrões SMACNA, os engenheiros de HVAC podem garantir que os dutos de ar sejam dimensionados adequadamente, ao mesmo tempo que atendem aos requisitos de fluxo de ar e pressão estática.
As normas da NFPA tratam da proteção contra incêndio, que é um aspecto muito importante para equipamentos de aquecimento que queimam gás natural, óleo para aquecimento ou qualquer outro combustível. Uma das normas da NFPA é o Código Elétrico Nacional (NEC) – aplica-se a todos os circuitos que fornecem energia às instalações HVAC, bem como aos seus sistemas de proteção.
Os padrões da indústria podem parecer esmagadores à primeira vista, mas garantem alto desempenho e segurança ao projetar sistemas construtivos. Um qualificado Engenheiro de climatização está familiarizado com todos os padrões aplicáveis e pode usá-los de forma eficaz durante o processo de design.
