ventilação com recuperação de elevada eficiência no setor residencial

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informação técnico‑comercial

ventilação com recuperação de elevada eficiência no setor residencial VANTAGENS PARA A SAÚDE E O CONFORTO. Josep Castellà Diretor Técnico Zehnder Group Ibérica Indoor Climate S.A.

A ventilação de conforto oferece importantes vantagens em termos de eficiência energética, mas a sua contribuição positiva para os aspetos relativos à saúde e ao conforto são de comparável importância.

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA A atual legislação espanhola em matéria de construção, CTE e RITE, refere a obrigação de incorporar em todas as novas construções de habitações um sistema de ventilação forçada, capaz de assegurar um caudal de ar de renovação constante no interior da habitação. Isto significa que, em função do número de ocupantes, do tamanho, do número de quartos de banho, entre outros, uma habitação pode precisar de renovar o volume de ar total contido no seu interior, a cada hora ou a cada duas horas. Esta exigência significa uma mudança profunda das necessidades de calor ou de frio de uma habitação, ao longo dos últimos anos. Esta ventilação mecânica significa uma perda de calor que pode chegar a superar 50% das necessidades térmicas da habitação.

Solo: 3%

Tetos: 4%

Pontes térmicas: 8%

Muros: 12% Ventilação (infiltração): 52% Janelas: 21%

Gráfico 1. Distribuição das perdas térmicas de uma habitação, considerando os valores de ventilação e isolamento atualmente exigidos pelo CTE. Fonte: Ortiz y Leon & Feilden,Clegg and Bradley.

SAÚDE E CONFORTO A aspiração diária e continuada dos agentes contaminantes - como o pólen, o pó, entre outros - existentes no ambiente é uma fonte de problemas de saúde, que aumenta dia após dia, e que afeta não só crianças e idosos, mas também a população em geral, que vê reduzida a sua esperança de vida em função da pior qualidade do ar que respiramos. A abundância de agentes contaminantes na atmosfera de uma grande cidade, como Barcelona ou Madrid, reduz em mais de um ano a esperança de vida de cada indivíduo.

Por isso, um sistema de ventilação de conforto assegura uma gestão correta do ar interior evitando, mediante o seu sistema de filtros, os problemas de saúde e conforto atrás referidos. Com estes sistemas é possível desfrutar de uma elevada qualidade do ar interior superior à do ar exterior numa habitação e, consequentemente, de uma saúde melhor e de um maior conforto. www.oelectricista.pt o electricista 63

Ou seja, a incidência da ventilação sobre a climatização de uma habitação é, atualmente, muito importante. A utilização de um sistema de ventilação de conforto com recuperação de calor pode representar uma importante redução do consumo energético da habitação. Estes sistemas estão compostos por um circuito de duplo fluxo, que transporta o ar de renovação e expulsa o ar viciado, circulando ambos os fluxos em direções opostas, sem se misturarem, no intercambiador de calor.

O recuperador de calor contém no seu interior um intercambiador de calor, onde se produz o intercâmbio entre o ar interior carregado de energia e o ar fresco exterior que se introduzirá na habitação. Existem diversos tipos de recuperadores de calor para ventilação, sendo os mais habituais, no caso da habitação, os recuperadores de fluxo cruzado e os recuperadores de fluxo oposto.

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INTERCAMBIADOR DE CALOR DE FLUXO DE AR CRUZADO Devido à configuração geométrica do intercambiador, a eficiência do recuperador de calor de fluxo cruzado raramente supera os 55-60%.

Expulsão Ar Viciado

Admissão Ar Renovado

Texp = 10ºC

Tadm = 13ºC

Tomada externa

Retorno Ar Viciado

Text = 2ºC

Tret = 21ºC

Eficiência = η T =

Tadm – Text Tret – Text

=

13º – 2º

= 58%

21º – 2º

Figura 1. Exemplo de funcionamento de um recuperador de calor de fluxo de ar cruzado. Note-se que, sem consumo energético, o ar é projetado para o interior da habitação a 13ºC, recuperando 58% do calor sensível.

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE FLUXO DE AR A CONTRA-CORRENTE O percurso do fluxo de ar e o desenho das lâminas e dos micro-canais do recuperador de calor de fluxo na contra-corrente permite obter uma eficiência que chega a superar os 90-95%.

Expulsão Ar Viciado

Admissão Ar Renovado

Texp = 3ºC

Tadm = 20ºC

Tomada externa

Retorno Ar Viciado

Text = 2ºC

Tret = 21ºC

Eficiência = η T =

Tadm – Text Tret – Text

=

20º – 2º 21º – 2º

= 94%

Figura 2. Exemplo de funcionamento de um recuperador de calor para fluxo de ar a contra-corrente. Note-se que, sem consumo energético, o ar é projetado para o interior da habitação a 20ºC, recuperando assim 94% do calor sensível.

É importante notar a diferença nos valores de eficiência de ambos os casos. O recuperador de calor de fluxo cruzado envia o ar para o interior da habitação a 13ºC. O recuperador de calor de fluxo a contra-corrente envia o ar para o interior da habitação a 20ºC, sem um consumo extra de energia:

ηt %

Tomada Externa Text [ºC]

Expulsão Ar Viciado Text [ºC]

Admissão Ar Renovado Tadm [ºC]

Retorno Ar Viciado Tret [ºC]

∆t renovação Tret – Tadm [K]

94%

2

3

20

21

1

58%

2

10

13

21

8

Tabela 1. Tabela comparativa das temperaturas de funcionamento de um sistema de ventilação de conforto com recuperação de calor, com uma eficiência de 94%, em comparação com um recuperador de calor com uma eficiência de 58%.

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50%

55% 60% 65%

70%

75% 80%

85%

90% 95%

–

Eficiência do Recuperador de Calor Gráfico 2. Gráfico do Fator (Ф) de Eficiência Energética de diferentes recuperadores com uma eficiência entre 40% e 98% em comparação com um recuperador standard de eficiência 55% (Ф = 1).

95%

85%

90%

75%

80%

65%

70%

10% de fugas 5% de fugas 3% de fugas

95%

45%

90%

40%

35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%

Tret = 21

85%

2

Text = -3º

75%

4

% Erro na Temperatura de Impulsão

80%

6

70%

8

Eficiência do Recuperador de Calor

65%

10

60%

12

55%

14

Tret = 21

16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 60%

16

Text = 2º

55%

18

% Erro na Temperatura de Impulsão

45%

Obviamente, este Fator de Eficiência cresce assincronicamente, à medida que a eficiência do recuperador se aproxima dos 100%, sendo este crescimento responsável pelas grandes diferenças de eficiência real dos vários tipos de recuperadores de calor. Se tomarmos como referência um recuperador standard com uma eficiência de 55% e comparamos diferentes recuperadores, obteremos o seguinte gráfico:

50%

Tret – Tadm2

45%

Tret – Tadm1

50%

1

40%

Ф = Fator de Eficiência Energética =

estão conscientes de que um dos fatores que mais contribui para deformar os resultados é a falta de estanqueidade do recuperador. Como este requer manutenção, deve ser desmontável, o que faz com que as juntas de união nunca sejam 100% estanques.

Dada a inexistência de uma norma europeia que regule estes testes, os diferentes laboratórios de certificação optaram por definir individualmente as suas tolerâncias. Assim, as entidades certificadoras do prestigioso standard TUV alemão admitem um máximo de fugas interiores de 5%. No entanto, algumas entidades de certificação mais estritas, especializadas em Edifícios de Energia Quase Nula, como PassivHaus, limitam o valor máximo de fuga interna a 3%. Este rigor nos valores de fuga é facilmente explicado, comparando o crescimento do erro na Temperatura de Impulsão Timp quando se reduz a eficiência do recuperador:

40%

Apesar da aparentemente escassa diferença de eficiência entre 58% e 94%, a realidade é que o ar projetado pelo recuperador de alta eficiência (94%) a 20ºC apenas requer um aumento de temperatura de 1ºC. O ar do recuperador com uma eficiência de 58% necessita aumentar a sua temperatura em 8ºC. Ou seja, o recuperador de fluxo a contra-corrente é 8 vezes mais eficiente do que o de fluxo cruzado. Desta maneira podemos definir o Fator relativo de Eficiência Energética como o valor inverso do quociente dos intervalos térmicos a superar pelo ar de renovação:

Ф = Fator de Eficiência Energética

100

Eficiência do Recuperador de Calor

Evidentemente, os altos rendimentos obtidos (superiores a 90%) devem ser certificados laboratórios de certificação independentes.

Gráfico 3 e 4. Gráficos de % de Erro da Temperatura de Impulsão em função da estanqueidade do sistema. Repare-se no aumento da % de erro com a diminuição da temperatura exterior.

Figura 3. Exemplo de relatório de teste de uma máquina Zehnder ComfoAir 200 no laboratório CETIAT de Paris.

INFLUÊNCIA DA ESTANQUEIDADE NA EFICIÊNCIA DO RECUPERADOR Dado que a eficiência de um intercambiador de calor se define como o quociente das diferenças de temperatura entre as temperaturas de admissão e de retorno relativamente à temperatura exterior, é óbvio que qualquer anomalia que altere o aumento da temperatura de admissão se traduzirá num falseamento dos resultados obtidos. Os laboratórios www.oelectricista.pt o electricista 63

É importante assinalar que o erro se reduz com o aumento da eficiência do recuperador. Com efeito, ao aumentar a eficiência das duas temperaturas que a definem - Tadm e Tret -, estas aproximam-se, atenuando assim as influências negativas que pudessem exercer uma sobre a outra. Esta é outra das vantagens dos recuperadores de Alta Eficiência Energética.

O conceito de estanqueidade é fundamental, ao ponto de constituir o principal obstáculo para a homologação de máquinas de caudal médio e elevado. Ao contrário do que ocorre com a geração de calor, em que a concentração de meios eleva o nível de eficiência, no caso da ventilação de conforto com recuperação de calor a eficiência aumenta à medida que se reduzem os caudais, melhorando ao mesmo tempo a estanqueidade. As instalações centralizadas não só perdem eficiência, como também aumentam consideravelmente as fugas. Na ventilação com recuperação de calor, a máxima eficiência energética é proporcionada pelas instalações individuais.

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