Aquecimento a ar faça você mesmo: tudo sobre sistemas de aquecimento a ar

A prática mostra que a grande maioria dos proprietários de residências que vivem na Rússia escolhe sistemas de aquecimento com fluido térmico líquido. Talvez, em algum momento, essa tenha sido realmente a opção mais prática.

Mas a tecnologia evolui e surgem projetos cada vez mais eficientes. Como vários sistemas de aquecimento a ar, que permitem aquecer qualquer ambiente de forma rápida e econômica.

Princípio de funcionamento e tipos de aquecimento a ar

É preciso saber que existem dois tipos diferentes de aquecimento do tipo a ar, cada um dos quais pode ser utilizado na prática.

O primeiro é implementado em sistemas com aquecedor de ar. Ele é essencialmente análogo ao aquecimento com fluido térmico líquido, com a diferença de que, em vez de líquido, utiliza-se ar aquecido. O aquecedor canalizado aquece o ar, que se move através de tubos especiais para os ambientes aquecidos.

Os dutos de ar preenchidos com ar quente aquecem o ambiente. Esses sistemas são pouco utilizados hoje em dia, pois durante a operação os dutos inevitavelmente se danificam. Devido à alternância entre aquecimento e resfriamento, os dutos de ar se expandem e contraem, o que enfraquece as juntas e causa rachaduras nas paredes.

Isso leva a uma interrupção no processo de distribuição de ar e, consequentemente, a um aquecimento desigual dos ambientes, o que é indesejável. O sistema de aquecimento a ar do tipo aberto é considerado mais prático.

O sistema de aquecimento a ar tem muito em comum com o sistema tradicional de água e com o sistema a vapor, menos utilizado. A principal diferença é a ausência de aparelhos de aquecimento padrão – os radiadores.

O princípio de funcionamento é o seguinte. O gerador de calor aquece o ar, que é fornecido através de um sistema de tubos para os ambientes a serem aquecidos. Lá, ele sai e se mistura com o ar presente na sala, aumentando assim a temperatura.

O ar resfriado é direcionado para baixo, onde entra em tubos especiais e, através deles, retorna ao gerador de calor para aquecimento.

O fluido térmico dos sistemas de aquecimento a ar é classificado como secundário, pois antes é aquecido pelo fluido térmico primário – vapor ou água (+)

De acordo com o raio de ação, os sistemas de aquecimento a ar são divididos em locais e centrais. Os primeiros incluem circuitos destinados a atender um único objeto (casa, cômodo, dois ou mais ambientes adjacentes), os segundos incluem edifícios de apartamentos, instalações públicas e industriais.

Todos os sistemas são divididos em esquemas com recirculação total do fluido térmico, com recirculação parcial e de fluxo direto.

Os sistemas locais com recirculação total de ar podem ser canalizados (a) e não canalizados (b). São esquemas com movimento natural do ar aquecido. Se o aquecimento for combinado com a ventilação, outros esquemas (c, d) com recirculação parcial são aplicados. De acordo com o qual parte do ar é misturada à massa de ar existente no ambiente sem se mover pelos canais.

Todos os sistemas centrais pertencem à categoria de fluxo direto. Para eles, o fluido térmico do ar é aquecido no centro de aquecimento do edifício e depois fornecido aos ambientes através de distribuidores de ar. Os esquemas centrais são apenas canalizados.

Os sistemas de fluxo direto de ar são muito caros para o setor privado. Eles são instalados onde é construída uma ventilação que processa uma massa de ar igual em volume à massa de ar necessária para o aquecimento.

O aquecimento de ar central é instalado em indústrias que produzem ou utilizam na fabricação substâncias inflamáveis, tóxicas, explosivas, etc. Na construção de casas de campo, este tipo é aplicado se for necessário transportar ar aquecido por uma grande distância.

A organização do esquema para particulares não é viável devido à necessidade de usar equipamentos de ventilação potentes.

Variantes atuais do sistema

Atualmente, existem várias variedades de aquecimento de ar, com as quais todos que pretendem instalar tal sistema em sua casa precisam se familiarizar. Os sistemas podem ser classificados por diferentes critérios. Vamos começar pela forma de circulação do ar. Com base nisso, podemos distinguir dois tipos principais.

A circulação natural pressupõe que o ar aquecido sobe e se move sozinho pelos dutos. Portanto, as saídas de ar são localizadas apenas na parte superior dos ambientes.

Sistema com circulação natural de ar

Para o funcionamento de tal sistema, utiliza-se a propriedade do ar quente de subir. O gás aquecido sobe pelos dutos embutidos nas paredes até os cômodos e sai através de aberturas localizadas no teto do ambiente.

A principal vantagem de tais sistemas é o baixo custo, pois não há necessidade de gastar com equipamentos adicionais.

No entanto, há muitas desvantagens significativas. Em primeiro lugar, a velocidade com que o ar sobe pelos tubos é baixa. Assim, o ambiente levará bastante tempo para ser aquecido.

Além disso, ao usar aquecimento com circulação natural, na maioria das vezes é necessário posicionar as saídas de ar na parte superior do cômodo, o que nem sempre pode ser conveniente.

Uma desvantagem significativa do aquecimento a ar gravitacional (ou seja, sistemas com movimento natural do fluido térmico) reside no seu alcance limitado. Varia na faixa de 8 – 10 m.

Construção com movimento forçado de ar

Esses sistemas são obrigatoriamente equipados com um sistema de ventilação, cuja potência depende da extensão e do número de dutos de ar. Para grandes áreas, será necessária a instalação de vários dispositivos. A principal função do equipamento é impulsionar o ar aquecido através dos dutos até os ambientes aquecidos. Consequentemente, sua velocidade aumenta e o aquecimento das salas é realizado no menor tempo possível.

Apesar da necessidade de instalação de ventiladores, esses sistemas acabam sendo mais econômicos. Devido ao aumento da velocidade de troca de ar, o sistema succiona o ar resfriado da sala a uma temperatura ainda relativamente alta.

Ele simplesmente não tem tempo de esfriar até valores mínimos. Para reaquecê-lo, gasta-se muito menos energia, o que proporciona uma economia significativa no geral.

Para estimular o movimento do ar até o consumidor, os sistemas de aquecimento são equipados com ventiladores, o que os torna dependentes de energia, mas aumenta consideravelmente a eficiência.

Quanto à localização dos dutos de ar, os sistemas de aquecimento também podem ser divididos em dois grupos.

Aquecimento a ar de piso

A característica distintiva do sistema são as saídas dos dutos de ar embutidas no piso ou nos rodapés. Como resultado, obtém-se uma distribuição maximamente eficiente do ar aquecido, que entra na parte inferior do ambiente.

O ar quente tende a subir, resultando em uma mistura bastante rápida das massas de ar, e o ambiente aquece mais rapidamente.

O aquecimento a ar de piso pressupõe que as saídas dos dutos de ar estejam localizadas nos rodapés ou embutidas diretamente no revestimento do piso.

Sistemas de ar suspensos

O esquema prevê a presença de dutos de ar embutidos no teto ou nas paredes, cujas saídas estão localizadas estritamente na parte superior do cômodo. Na maioria das vezes, abaixo do teto. Como alternativa, existem dutos suspensos com saídas semelhantes.

Deve-se admitir que esses sistemas são, em geral, menos estéticos do que os análogos de piso. Embora existam maneiras de decorar e camuflar os dutos de ar.

Além disso, o uso do sistema de piso pressupõe que a temperatura do ar na parte inferior será a mais alta. Na metade superior do cômodo, será um pouco mais frio.

Os médicos consideram essa distribuição de temperaturas a melhor para os seres humanos. Além disso, as saídas de dutos de ar embutidas no piso ou rodapés são praticamente invisíveis, o que melhora significativamente a aparência do cômodo.

A principal desvantagem dos sistemas suspensos, que é especialmente indesejável para casas particulares, é a temperatura do ar mais baixa perto do chão do que no alto. O ar aquecido aquece mais rápida e intensamente a parte superior do ambiente, enquanto o piso permanece fresco. É por isso que tais sistemas raramente são usados em casas residenciais ou são combinados com algum outro aquecimento.

De acordo com o método de troca de calor, todos os sistemas de aquecimento a ar são divididos em três tipos.

Os dutos de ar do tipo suspenso são melhor instalados durante a fase de construção do edifício. Nesse caso, eles podem ser ocultados durante os trabalhos de acabamento.

Esquema de aquecimento de fluxo direto

A variante de fluxo direto é conhecida há vários séculos. Os antigos romanos e os russos medievais aqueceram com sistemas semelhantes. O princípio de funcionamento do aquecimento de fluxo direto é bastante simples. Na parte inferior da construção, geralmente no porão, é instalado um aquecedor que aquece o ar que entra. Em seguida, as massas de ar aquecido fluem através dos dutos para os ambientes aquecidos.

A figura mostra um esquema de disposição do aquecimento a ar do tipo fluxo direto. Tais construções foram usadas já na Roma Antiga.

Depois disso, passando por eles, são descarregados para o exterior. Assim, a energia térmica é gasta não apenas no aquecimento do ambiente, mas literalmente no 'aquecimento da rua'. É por isso que o sistema de fluxo direto é considerado o menos eficiente de todos e apresenta os maiores custos iniciais e operacionais.

A principal vantagem de tal construção é a ventilação completa dos ambientes aquecidos. É usada apenas quando o volume de ventilação necessário é igual ao volume de massas de ar necessárias para o aquecimento. Essa condição pode ser obrigatória na operação de ambientes onde se trabalha com substâncias explosivas, perigosas para a saúde ou com odores desagradáveis.

Para aquecimento doméstico, o sistema de fluxo direto é usado muito raramente. Se por algum motivo for necessário instalá-lo, vale a pena montar equipamentos para recuperação adicional.

Pode ser um trocador de ar, que permitirá usar parte do calor do ar que sai para aquecer as massas de ar de entrada. Dessa forma, será possível reduzir um pouco os custos operacionais.

Sistema de aquecimento por recirculação

O aquecimento do ambiente é realizado através de um ciclo fechado. Primeiro, o ar é aquecido pelo gerador de calor e se move através de tubos para dentro da sala.

Aqui, ele esfria gradualmente e começa a descer em direção ao chão, onde estão localizadas as entradas dos dutos de exaustão. Ao entrar neles, o ar resfriado se move para o gerador de calor, onde é novamente aquecido e o ciclo se repete.

Sistemas com recirculação total da massa de ar são utilizados quando não há necessidade de organizar ventilação artificial do ambiente.

Esse esquema é extremamente eficiente, pois as perdas de calor são praticamente eliminadas. Sua principal desvantagem é a baixa qualidade do ar que circula dentro dos ambientes aquecidos.

Por isso, é mais frequentemente usada para aquecimento de salas não residenciais ou armazéns. Se esse esquema for aplicado em residências, é obrigatória a instalação de equipamentos adicionais para ionização e umidificação do ar.

Esquema com recirculação parcial

Esse sistema permite nivelar a principal desvantagem do esquema de recirculação – a baixa qualidade do ar. Para isso, inclui-se adicional equipamento de ventilação que capta o ar externo e o mistura nas proporções adequadas com as massas de ar que circulam dentro do ambiente. Todo o resto é análogo ao esquema de recirculação total.

Sistemas com recirculação parcial captam parte do ar externo e o misturam com parte da massa de ar presente no ambiente. A mistura é aquecida pelo aquecedor até a temperatura necessária e, em seguida, é direcionada para o ambiente por um ventilador.

O sistema se destaca pela máxima flexibilidade e pode operar em vários modos: como ventilação, como aquecimento, ou como um sistema combinado de aquecimento e ventilação.

Além disso, ele pode captar qualquer quantidade necessária de ar, aquecê-lo ou até resfriá-lo até a temperatura desejada. O esquema de recirculação parcial é considerado ideal para a instalação de aquecimento a ar em uma casa particular.

Argumentos a favor da escolha do sistema de ar

Comparado aos sistemas convencionais que operam com fluido térmico líquido, os esquemas a ar apresentam vantagens significativas. Vamos analisá-los com mais detalhes.

1. Alta eficiência dos sistemas a ar. O desempenho dos circuitos de aquecimento a ar atinge cerca de 90%.
2. Possibilidade de desligar/ligar o equipamento em qualquer época do ano. A interrupção do funcionamento é possível mesmo durante as geadas de inverno mais intensas. Isso significa que o sistema de aquecimento desligado não se deteriora em temperaturas negativas, o que, por exemplo, é inevitável para o aquecimento a água. Pode-se colocá-lo em funcionamento a qualquer momento.
3. Baixo custo operacional do aquecimento a ar. Ausência da necessidade de adquirir e instalar equipamentos bastante caros: válvulas, conexões, radiadores, tubos, etc.
4. Possibilidade de combinar sistemas de aquecimento e ar condicionado. O resultado da combinação permite manter uma temperatura confortável no edifício em qualquer estação.
5. Baixa inércia do sistema. Isso garante um aquecimento extremamente rápido dos ambientes.
6. Possibilidade de instalação de equipamento adicional, que é usado para manter o microclima ideal. Podem ser ionizadores, umidificadores, esterilizadores e similares. Graças a isso, é possível selecionar uma combinação de aparelhos e filtros que atenda exatamente às necessidades dos moradores da casa.
7. Aquecimento máximo uniforme dos ambientes sem zonas locais de aquecimento. As referidas áreas problemáticas geralmente estão localizadas perto de radiadores e fogões. Com isso, é possível prevenir variações de temperatura e sua consequência – a condensação indesejada de vapor de água.
8. Versatilidade. O aquecimento a ar pode ser utilizado para aquecer ambientes de qualquer área, localizados em qualquer andar.

O sistema também tem algumas desvantagens. Entre as mais significativas, destaca-se a dependência de energia elétrica da estrutura. Assim, quando a energia elétrica é cortada, o aquecimento para de funcionar, o que é especialmente perceptível em regiões com interrupções no fornecimento. Além disso, o sistema requer manutenção e supervisão frequentes.

O aquecimento a ar é muito econômico. Os custos iniciais para sua instalação são baixos, e os custos operacionais também são reduzidos.

Outra característica negativa do aquecimento a ar é que a instalação da estrutura deve ser realizada durante a construção. O sistema instalado não pode ser modificado e praticamente não altera suas características operacionais.

Se necessário, é possível instalar aquecimento a ar em um edifício já construído, mas neste caso são utilizados apenas dutos suspensos, o que não é estético e nem sempre é eficiente.

Elementos principais do sistema de aquecimento

Antes de instalar o aquecimento a ar por conta própria, é necessário conhecer os elementos que o compõem.

Dispositivos de aquecimento de ar

A principal função do equipamento é aquecer até a temperatura necessária o ar que entra. Para isso, podem ser utilizadas praticamente todas as fontes de calor conhecidas.

Dependendo do tipo de aparelho de aquecimento, as massas de ar são passadas através de um trocador de calor com vapor quente, água, etc., ou são aquecidas diretamente dentro do aquecedor.

Os geradores de calor usados para aquecer o ar em sistemas de aquecimento a ar não devem aquecer o ar acima de 70º, para que, após a mistura com o ar ambiente, ele não perca suas propriedades como meio adequado para respiração (+)

Na prática, são utilizados quatro tipos de geradores de calor para sistemas de aquecimento a ar:

• Sistemas de combustível de aquecimento direto. Neles, o ar é aquecido pelo calor obtido da combustão de algum combustível. Este tipo inclui aquecedores a carvão, gás, diesel, pellets e outros.
• Equipamento elétrico de aquecimento direto. Consiste em um potente ventilador de aquecimento conectado aos dutos de ar.
• Dispositivos de aquecimento indireto. Pressupõe-se a presença de um trocador de calor no qual um líquido quente circula. Este pode ser aquecido de qualquer forma: por um fogão a lenha ou qualquer outro dispositivo de aquecimento. Como alternativa, pode-se considerar a conexão do fluido de aquecimento a partir de um sistema de aquecimento central.
• Construção combinada. Consiste em dois, às vezes três sistemas de diferentes tipos, unidos em uma estrutura comum. A opção mais eficiente e prática é obtida combinando sistemas elétrico e de líquido.

A última opção é considerada a mais vantajosa, pois tal equipamento pode fornecer calor à casa mesmo em caso de falta de energia ou problemas com combustível. No entanto, por razões óbvias, esses dispositivos têm um custo elevado. Gastar dinheiro neles nem sempre se justifica, especialmente se as interrupções de energia forem muito raras.

Os dutos principais são feitos de metal galvanizado. São estruturas rígidas, às quais são conectadas saídas flexíveis.

Canais para movimento das massas de ar

Um sistema de aquecimento do tipo duto não pode funcionar sem uma rede de dutos de ar. Através deles, as massas de ar se movem para as salas e retornam ao gerador de calor. Na maioria das vezes, é utilizado o transporte circular, pois as construções de tubo único, que também podem ser usadas, têm funcionalidade limitada e muitas desvantagens. No desenho, essa construção se assemelha a duas árvores.

O papel dos troncos é desempenhado por dois dutos principais rígidos, feitos de metal galvanizado. Um deles é de alimentação, o segundo é de retorno. Através de adaptadores, os 'galhos' são conectados a eles.

São dutos de ar flexíveis de menor seção que vão para os cômodos. Eles são obrigatoriamente selados com fita de alumínio e isolados. O isolamento neste caso não apenas preserva o calor, mas também absorve sons.

Para isolamento, geralmente são usados isolantes folheados de diferentes marcas. Para as tubulações principais, escolhe-se um revestimento com espessura de 3 a 10 mm. Para os dutos de distribuição, um material com espessura de 25-30 mm é adequado.

Dentro de edifícios térreos, o ar aquecido é direcionado de baixo para cima, portanto os dutos de ar podem ser embutidos no piso. Em construções de dois andares, a rede de dutos pode ser instalada no teto do primeiro andar ou na espessura da laje entre os andares.

Os dutos de ar devem ser isolados obrigatoriamente. O material isolante não só preserva o calor, mas também absorve sons.

Nesse caso, o ar quente para o primeiro andar é fornecido pelo teto. As saídas dos dutos no segundo andar estão localizadas na parte inferior das paredes internas e no piso. O retorno também é disposto de forma diferente.

No primeiro andar, as aberturas para coleta de ar resfriado estão no nível do piso. No segundo, ao contrário, perto do teto. Aqui se acumulam as massas de ar superaquecidas, que então entram no retorno.

Ventiladores para garantir a circulação do ar

As massas de ar dentro das tubulações são transportadas forçadamente. Essa operação é realizada por ventiladores de duto especiais. O equipamento é instalado tanto nos dutos de retorno quanto nos de insuflamento. Além disso, na maioria das vezes, eles também são elementos estruturais do aquecedor de ar.

Ao escolher um ventilador, além das características técnicas, é desejável considerar os seguintes parâmetros:

• capacidade de operar em diferentes rotações;
• nível mínimo de ruído;
• ausência de sensibilidade a variações de tensão;
• equipamento com sistema de partida suave;
• possibilidade de ajuste suave da velocidade do equipamento.

É preciso entender que os ventiladores são responsáveis pela capacidade de pressão do equipamento, na prática, a determinam. Portanto, os parâmetros técnicos do equipamento devem corresponder exatamente às especificidades do sistema em questão.

Esquema de instalação do ventilador de duto dentro do duto de ar: 1 – ventilador axial; 2 – aquecedor de ar construído com tubos de cobre e placas de alumínio; 3 – distribuidor de ar com persianas que mudam a direção

Distribuição de fluxos: grades e difusores

Todos os dutos de ar que chegam ao cômodo são conectados a grelhas de ventilação ou difusores. Esses elementos destinam-se a separar os fluxos de ar destinados ao aquecimento, ventilação e ar condicionado, bem como a distribuir uniformemente os fluxos de ar dentro do ambiente.

São fabricados dispositivos de piso, parede e teto, entre os quais podem ser encontrados modelos com persianas ajustáveis móveis.

Dampers e válvulas internas dos dutos

Os elementos são projetados para ajuste da capacidade do sistema de aquecimento. Nos dutos de alimentação, são obrigatoriamente instaladas válvulas borboleta. Os dispositivos regulam a pressão das massas de ar que entram em diferentes cômodos e permitem fixá-la quando necessário.

Vários trechos dos dutos são equipados com válvulas. Obrigatoriamente são instaladas válvulas de admissão, que regulam a entrada de ar externo.

Além das válvulas que controlam a entrada e saída do fluxo de ar, os sistemas de ventilação são equipados com válvulas de exaustão de fumaça e equivalentes corta-fogo. Em caso de incêndio, elas impedem a propagação do fogo e dos gases que alimentam a combustão, removendo fuligem e monóxido de carbono dos ambientes.

Equipamento para preparação do ar

Considerando que o aquecimento a ar é frequentemente combinado com sistemas de ar condicionado, o condicionamento do ar torna-se uma opção desejável. Nesse caso, a estrutura é equipada com diversos filtros: de carvão, mecânicos, eletrostáticos.

Eles limpam o ar de todos os tipos de impurezas. Adicionalmente, podem ser instalados umidificadores, ionizadores, anemostatos de ventilação, esterilizadores, desumidificadores e equipamentos similares.

Assim é o difusor, que distribui uniformemente os fluxos na saída do duto

Sistemas automáticos de controle

O aquecimento a ar por si só, especialmente quando combinado com ventilação e ar condicionado, é considerado um sistema bastante complexo. Para coordenar seu funcionamento, são utilizados blocos de controle automático, que permitem alterar rápida e precisamente os parâmetros de operação do sistema.

Quando necessário, o proprietário pode definir as características desejadas, obtendo um microclima extremamente confortável em sua casa.

Os blocos de controle diferem em funcionalidade e são selecionados individualmente para cada sistema de aquecimento específico. Uma automação bem escolhida permite não apenas controlar totalmente o aquecimento a ar, mas também alterar remotamente as configurações programadas, distribuir os fluxos de ar por zonas e integrar o aquecimento ao sistema de casa inteligente.

Particularidades de realizar um cálculo adequado

Apesar das afirmações de profissionais incompetentes, calcular o aquecimento a ar por conta própria é muito difícil. Essa tarefa só está ao alcance de especialistas.

O cliente pode apenas verificar a presença de todos os itens do projeto, que incluem:

• Determinação das perdas térmicas de cada ambiente aquecido.
• Tipo de equipamento de aquecimento com indicação da potência necessária, que deve ser calculada com base nas perdas térmicas reais.
• Quantidade necessária de ar aquecido, considerando a potência do aparelho de aquecimento selecionado.
• Seção necessária dos dutos de ar, seu comprimento, etc.

Estes são os pontos principais do cálculo do sistema de aquecimento. O correto é encomendar o projeto a especialistas. Como resultado, o cliente receberá várias opções de cálculo, das quais poderá escolher e implementar na prática a solução mais apreciada.

O sistema de aquecimento a ar – é uma construção complexa, composta por muitos elementos. Para seu cálculo, é melhor contratar profissionais; para conhecer os componentes, vale a pena estudar detalhadamente o esquema (+)

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Por que escolher o aquecimento a ar:

Como calcular você mesmo o sistema de aquecimento a ar:

Fundamentos da instalação de aquecimento a ar em uma casa particular:

O aquecimento a ar está entre os sistemas seguros, econômicos, extremamente duráveis e confiáveis. É por isso que está se tornando cada vez mais procurado. É bastante simples instalar o sistema por conta própria, mas dificilmente será possível realizar cálculos adequados.

Possíveis erros levarão à redução da eficiência do sistema, correntes de ar constantes e outras consequências desagradáveis. O ideal é obter um projeto profissionalmente preparado e, se desejar, implementá-lo com as próprias mãos.

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