O conceito de sistema de aquecimento é muito amplo e o termo pode ser usado para descrever muitos tipos diferentes de instalações. Alguns sistemas de aquecimento utilizam a combustão de combustível como fonte de calor, enquanto outros são alimentados por eletricidade. Outra diferença é a forma como o calor chega aos espaços interiores; enquanto alguns sistemas aquecem o ar interno diretamente, outros usam um fluido intermediário como água ou vapor.
Os tipos mais comuns de equipamentos de aquecimento são caldeiras, fornos, aquecedores e bombas de calor. Como em qualquer decisão de engenharia, cada opção apresenta vantagens e limitações.
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Caldeiras
As caldeiras aquecem um fluido que circula pela tubulação e o calor é então transferido do fluido para o ar interno por meio de trocadores de calor. O fluido normalmente é água quente ou vapor – a água quente fornece calor através dos fan coils e o vapor o fornece através dos radiadores.
Nas aplicações modernas, a água quente é considerada o fluido de aquecimento mais econômico para caldeiras. O aquecimento a vapor é viável quando um edifício utiliza vapor para outros fins além do aquecimento, como processos de fabricação. Quando uma caldeira for usada apenas para aquecimento ambiente, os engenheiros mecânicos normalmente recomendarão a distribuição de água quente.
As caldeiras também podem ser classificadas com base nos combustíveis que utilizam. Os combustíveis diferem em termos de custo e emissões, e a seguir estão alguns exemplos:
- Gás natural é um combustível comum e econômico para caldeiras. Por ser entregue como serviço utilitário, não há necessidade de agendamento de entrega de combustível por caminhão.
- Óleo de aquecimento é outra opção comum no Nordeste dos EUA. É também um combustível económico, mas tem emissões mais elevadas do que o gás natural. Como o óleo para aquecimento deve ser entregue por caminhão, os proprietários dos edifícios devem agendar as entregas para garantir que não acabem.
- Biomassa é um combustível viável para caldeiras quando o proprietário tem acesso a grandes quantidades de resíduos orgânicos que podem ser transformados em biocombustíveis. O aquecimento a biomassa pode ser muito caro quando o biogás ou o biodiesel devem ser adquiridos de um fornecedor externo.
- Propano também é usado como combustível para caldeiras. Deve ser entregue por caminhão como o óleo para aquecimento, mas opera com maior eficiência e menores emissões.
Existem também caldeiras de resistência elétrica, mas seu custo operacional pode ser muito alto, principalmente em locais com eletricidade cara. Se estiver a considerar uma opção de aquecimento eléctrico para evitar o consumo de combustível, uma bomba de calor geotérmica pode poupar mais de 70% em comparação com uma caldeira de resistência, e uma bomba de calor de fonte de ar pode poupar mais de 40%.
Fornos
Os fornos operam com as mesmas fontes de energia que as caldeiras e, como resultado, os dois tipos de equipamentos são frequentemente confundidos. A principal diferença é que os fornos aquecem o ar interno diretamente, enquanto as caldeiras fornecem aquecimento indireto com água quente ou vapor.
Os fornos são mais simples e menos dispendiosos de instalar do que as caldeiras, mas considere que o calor é fornecido apenas com fluxo de ar forçado. A água é um meio mais eficaz que o ar quente para distâncias verticais, e a tubulação hidrônica é mais compacta que os dutos de ar. Os fornos também podem ser barulhentos, pois requerem ventiladores potentes para estabelecer o fluxo de ar necessário.
Em geral, os fornos são mais acessíveis que as caldeiras, podendo ser utilizados em edifícios com disposição adequada para os dutos de ar correspondentes. Quando o edifício envolve distâncias verticais e aquecimento zonado, as caldeiras são a opção recomendada.
Aquecedores de ambiente
Embora caldeiras e fornos sejam utilizados em sistemas de aquecimento central, os aquecedores de ambiente são uma opção comum quando áreas de edifícios necessitam de aquecimento independente. Os aquecedores de ambiente funcionam como fornos de escala reduzida, pois aquecem o ar interno diretamente com a combustão de combustível ou resistência elétrica.
- Os aquecedores elétricos são convenientes e móveis porque utilizam a fonte de alimentação do edifício. Os aquecedores de ambiente têm um custo inicial baixo, mas um alto custo operacional.
- Os aquecedores a gás são menos dispendiosos para operar, mas requerem fornecimento de gás. Devem ser devidamente ventilados, uma vez que a combustão fechada produz substâncias nocivas para os seres humanos – o monóxido de carbono, em particular, pode ser letal.
Bombas de Calor
As bombas de calor são dispositivos modernos que podem atingir baixos custos operacionais, como aquecedores de combustão, e ao mesmo tempo ter operação limpa, como aquecedores de resistência. Uma bomba de calor utiliza um ciclo de refrigeração, tal como um ar condicionado, mas a direção do movimento do calor é invertida:
- Numa bomba de calor, o refrigerante é expandido e evaporado para recolher o calor do exterior do edifício e depois comprimido e condensado para libertar o calor no interior.
- Para efeito de comparação, um ar condicionado reúne calor interno com expansão e evaporação do refrigerante, para liberá-lo para fora por meio de compressão e condensação.
As bombas de calor podem ser descritas como unidades de fonte de ar ou de fonte terrestre, dependendo da fonte de onde extraem calor. Embora as bombas de calor de fonte aérea (ASHP) sejam as mais acessíveis, as bombas de calor de fonte terrestre (GSHP) são as mais eficientes. No entanto, ambos os tipos de bombas de calor são muito mais eficientes que os aquecedores de resistência.
- As bombas de calor de fonte de ar são mais acessíveis, mas a sua eficácia é reduzida quando as temperaturas exteriores atingem a faixa de congelamento. Os melhores modelos chegam a -20°C.
- As bombas de calor geotérmicas não têm esta limitação, uma vez que a temperatura do solo varia menos que a temperatura do ar ao longo do ano. No entanto, eles são mais caros.
Muitos modelos de bombas de calor são projetados para operação reversível, o que significa que podem ser usados como condicionadores de ar durante o verão. Desta forma, você consolida dois sistemas mecânicos em uma única instalação. Contudo, é importante garantir que a bomba de calor é reversível; alguns modelos possuem apenas modo de aquecimento e não podem ser usados como condicionadores de ar.
Alguns modelos de bombas de calor são projetados para aquecer o ar diretamente, como os fornos, enquanto outros utilizam água quente, como as caldeiras. As bombas de calor também estão disponíveis em versões compactas, com aparência semelhante aos aparelhos de ar condicionado mini-split.
Conclusão
Existem muitos tipos de sistemas de aquecimento e os equipamentos recomendados mudam dependendo do orçamento disponível e das necessidades do edifício. Fornos e caldeiras são as opções convencionais, enquanto as bombas de calor estão a emergir como uma solução de aquecimento viável.
Em geral, o aquecimento por combustão atinge um custo operacional mais baixo do que o aquecimento por resistência elétrica, mas as bombas de calor podem muitas vezes igualar o custo de aquecimento dos combustíveis. Ao comparar fornos e caldeiras, os fornos são normalmente a opção mais acessível, mas as caldeiras podem se adaptar a mais aplicações.
