Como fazer o cálculo da potência do ar condicionado e escolher corretamente o aparelho para suas necessidades

Um cálculo adequado da potência do ar condicionado é a chave para um funcionamento eficiente, contínuo e duradouro do equipamento climático. A escolha da capacidade baseia-se nas dimensões do ambiente e em fatores associados que contribuem para o acúmulo de radiação térmica.

Considerar todos os parâmetros e nuances de operação permite prever uma margem de potência ideal, sem pagar a mais pela supercapacidade do sistema split.

Mas como realizar os cálculos necessários corretamente? Abordaremos essa questão em detalhes em nosso artigo. Além dos dois métodos de cálculo de potência, abordaremos outros critérios importantes que influenciam a escolha do ar condicionado.

O que os valores de potência na documentação indicam?

Na documentação técnica dos aparelhos de ar condicionado, são indicados dois ou três tipos de potência. Os indicadores caracterizam diferentes parâmetros de operação: capacidade de refrigeração e aquecimento, bem como a potência elétrica consumida pelo sistema split.

A variação dos indicadores pode ser enganosa. Em aparelhos elétricos de aquecimento, como um aquecedor de água ou radiador, a potência de liberação de calor corresponde à energia consumida. Para o ar condicionado, esses parâmetros são diferentes.

O sistema split, ao contrário do aquecedor, não converte diretamente a eletricidade, mas a utiliza para operar uma bomba de calor. Esta última é capaz de transferir muito mais energia térmica do que a potência elétrica consumida.

Exemplo de exibição das características de potência no manual do ar condicionado Lennox GHM09, operando em dois modos: refrigeração e aquecimento

A capacidade de refrigeração é a principal característica técnica que determina a capacidade do ar condicionado de remover o calor para fora do edifício. O consumo elétrico é interessante do ponto de vista da seleção do cabo de alimentação e do planejamento de despesas.

A potência de refrigeração é indicada em kW, a faixa de valores para equipamentos domésticos é de 2 a 8 kW. Além disso, muitos fabricantes usam a rotulagem britânica – BTU (Unidade Térmica Britânica) nas descrições técnicas.

A capacidade de refrigeração do split deve corresponder às condições de serviço. Caso contrário, normalizar o microclima até a temperatura definida se tornará uma tarefa impossível para o ar-condicionado e danificará o equipamento.

Dois cenários são possíveis:

• baixa capacidade – funcionamento do aparelho no limite das possibilidades;
• excesso de potência – aumento do número de ligações/desligações, o que afeta negativamente o motor elétrico.

A capacidade de aquecimento do ambiente caracteriza a capacidade térmica do split. A potência de emissão de calor é sempre ligeiramente superior à capacidade de refrigeração. A diferença entre os índices é a relação das perdas de calor no percurso de circulação do freon nos modos de resfriamento e aquecimento.

O indicador de potência térmica é especialmente relevante se o ar-condicionado for planejado para ser usado como fonte de aquecimento entre estações. O sistema split é várias vezes mais eficiente que um aquecedor elétrico. Sobre as particularidades do funcionamento do sistema split no modo aquecimento, falamos aqui.

Para 1 kW de eletricidade consumida, os ar-condicionados modernos produzem cerca de 3,6-5,5 kW de calor. Esse volume é suficiente para aquecer uma área residencial de 36-55 m², respectivamente.

Significado de BTU e decodificação da rotulagem

BTU – unidade térmica britânica para medir energia térmica. O valor determina a quantidade de calor gasta para aquecer uma libra de água em 1° Fahrenheit.

É essa unidade que expressa a capacidade de refrigeração dos equipamentos climáticos e frequentemente está presente na marcação dos produtos.

Relação entre W e BTU/h:

• 1 BTU/h ≈ 0,2931 W, para facilitar o cálculo, usa-se 0,3 W;
• 1 kW ≈ 3412 BTU/h.

O ar-condicionado é uma invenção americana, onde se utiliza o sistema de medidas ocidental. Para praticidade e clareza de exibição, decidiu-se padronizar a capacidade de refrigeração e expressá-la em números redondos, por exemplo: 7000 BTU/h, 9000 BTU/h, etc.

Os modelos de splits têm nomes correspondentes: 'sete', 'nove', etc. Por exemplo, o ar-condicionado LG GO7ANT pertence a unidades de baixa potência – 'sete'. Sua capacidade é de 2,1 kW.

Compreendendo a designação numérica na marcação do equipamento, será possível determinar aproximadamente para qual ambiente o ar-condicionado é projetado.

Consumo elétrico e avaliação da eficiência energética

Como foi mencionado acima, além da capacidade de refrigeração e aquecimento, no manual do sistema split é indicada a potência consumida. O valor determina o gasto de energia elétrica. Recomendamos consultar as regras de cálculo do consumo de eletricidade e formas de economizá-la.

No entanto, mais informativos são o coeficiente e a classe de eficiência energética.

EER e COP são indicadores de eficiência energética do ar condicionado nos modos de resfriamento e aquecimento, respectivamente. O valor é calculado dividindo a capacidade de resfriamento ou aquecimento pela potência consumida.

Em essência, os coeficientes EER e COP mostram a quantidade de frio/calor produzida ao consumir 1 kW de potência elétrica. Quanto maior seu valor numérico, maior a eficiência do sistema de climatização e menor o consumo de energia.

Ou seja, com EER=2,5, o ar condicionado na potência máxima de resfriamento consome eletricidade Q/2,5. Multiplicando o resultado pelo período de operação, é possível saber o consumo diário de energia elétrica.

Com base no EER, os splits são classificados em classes de eficiência energética. À categoria 'A' pertencem os modelos mais econômicos, enquanto o grupo 'G' representa os condicionadores de ar com maior consumo de eletricidade.

Existem três classes premium adicionais que caracterizam equipamentos de climatização eficientes em energia. Um representante digno do grupo A+++ – o split MSZ-LN60VGR da Mitsubishi Electric

Métodos de cálculo independente de potência

Existem várias maneiras de calcular o desempenho dos splits. O mais simples, mas não suficientemente confiável, é o cálculo por área. O mais preciso é o método termotécnico, que considera as características construtivas do ambiente e os ganhos térmicos totais.

Opção #1 — seleção do ar condicionado por área de serviço

É possível determinar a potência aproximada do aparelho sem cálculos matemáticos, recorrendo a um critério prático de avaliação – a área do ambiente.

A capacidade de resfriamento média de um split é de 1 kW por 10 m² de ambiente atendido. Essa norma é válida para residências com pé-direito de 2,5 a 3 m.

Assim, ao calcular a potência do ar condicionado, a área de atendimento deve ser dividida por 10. Por exemplo, para uma sala de 22 m², um modelo com capacidade de 2,2 kW é adequado. O valor obtido corresponde a um 'sete' no sistema BTU.

A potência calculada é aumentada em 20% nos seguintes casos:

• localização do ambiente no lado ensolarado da casa;
• presença de janelas panorâmicas;
• presença de grande quantidade de equipamentos de escritório e eletrodomésticos.

Uma reserva de potência de resfriamento de 20% deve ser prevista se muitos residem ou trabalham no ambiente constantemente.

Ao escolher equipamentos de climatização para ambientes espaçosos a partir de 60 m², edifícios industriais ou comerciais, a dependência direta da potência de resfriamento em relação à área já não funciona

Devido às dimensões imponentes, possíveis ângulos e curvaturas, os fluxos de ar se distribuem de forma desigual. Nesse caso, é aconselhável instalar sistemas de split multimódulo.

Opção #2 — uso do cálculo térmico

Um cálculo térmico mais preciso considera as características construtivas e operacionais do edifício. A seguir, vamos analisar a fórmula típica utilizada nos cálculos.

Fatores determinantes:

• dimensões do ambiente: área e altura exata;
• número de pessoas;
• finalidade do ambiente: academia, trabalho ativo, descanso, etc.;
• fontes de calor, equipamentos domésticos/de escritório;
• presença de fachadas e telhados isolados.

O principal foco na avaliação da potência do ar condicionado é o ganho total de calor.

A metodologia de cálculo térmico proposta é aplicável para escritórios, cômodos isolados de casas particulares e apartamentos em edifícios de alvenaria. Limitação de área – 70 m²

Quanto maior o fluxo de calor, maior deve ser a capacidade de refrigeração do split.

Fórmula típica:

Q=Q1+Q2+Q3,

Onde: Q – potência final de resfriamento; Q1 – ganhos de calor dos elementos construtivos do ambiente; Q2 – ganhos de calor das pessoas; Q3 – liberação de calor dos equipamentos.

Passo #1 – cálculo de Q1

O excesso de calor do ambiente é determinado da seguinte forma:

Q1=V*g,

onde: V – volume do ambiente atendido, calculado pelo produto da área em metros quadrados pela altura do teto; g – coeficiente de transferência de calor calculado.

O valor do coeficiente g depende da orientação das janelas e do nível de iluminação natural do ambiente:

• 40 – lado ensolarado, insolação intensa característica das orientações sul, sudoeste, sudeste;
• 35 – iluminação moderada dos lados leste, noroeste, oeste;
• 30 – predomínio de sombreamento durante o dia é observado em ambientes cujas janelas estão voltadas para norte ou nordeste.

Como podemos ver, para o lado ensolarado, o coeficiente de transferência de calor será o mais alto.

Passo #2 – determinação de Q2

A produção de calor das pessoas depende da idade e da mobilidade.

Para um adulto, os seguintes valores de liberação de calor são típicos:

• estado de repouso – 80 W;
• trabalho leve, cargas moderadas – 125 W;
• atividade ativa – 170 W.

Ao realizar trabalho pesado e exercícios esportivos intensos, a produção de calor atinge 250 W.

Para uma avaliação mais confiável, os ganhos de calor de crianças até 12 anos são considerados com um fator de 0,5, até 17 anos – 0,75

No entanto, essa abordagem é justificada ao escolher um sistema split para instituições infantis. O ar condicionado é adquirido pensando no futuro, portanto, para a família, a liberação de calor das crianças deve ser equiparada aos valores «adultos».

Para um sistema de resfriamento residencial, o parâmetro Q2 é determinado pelo produto do número de moradores pelo valor médio de liberação de calor – cerca de 110 W.

Passo #3 – cálculo de Q3

Os excessos de calor dos equipamentos elétricos são calculados pela fórmula:

Q3=N*m*i,

Onde:

• N – potência da unidade de equipamento;
• m – quantidade de eletrodomésticos;
• i – coeficiente de conversão de energia elétrica em térmica.

Nos cálculos, é necessário considerar também a frequência de uso dos equipamentos durante o dia, considerando o trabalho contínuo como unidade.

Os coeficientes de conversão de energia para diferentes equipamentos são fornecidos na tabela. Valores adicionais de ganhos de calor: televisor – 0,2 kW, copiadora, computador – 0,3 kW, outros equipamentos de iluminação/eletrodomésticos – 30% da potência nominal consumida.

Resumindo o valor total dos ganhos de calor, é possível determinar a potência do ar condicionado. É permitido um excesso de capacidade de refrigeração do aparelho de até 15% do valor calculado ou uma redução de no máximo 5%.

Cálculos passo a passo da potência do equipamento

Primeiro, realizaremos o cálculo da potência necessária do equipamento para uma sala específica de 24 m². Em seguida, veremos em quais situações as correções são aplicadas.

Cálculo de potência para um ambiente específico

Dados de cálculo para determinar a capacidade do split:

• área do cômodo – 24 m², altura do teto – 2,8 cm;
• quarto com uma janela padrão voltada para o sul;
• número de ocupantes – 2 pessoas;
• equipamentos: computador, televisor, geladeira (0,3 kW), lâmpada incandescente (0,1 kW).

É possível o funcionamento simultâneo dos aparelhos elétricos listados.

Passo 1 — determinação dos ganhos de calor das janelas, piso, paredes e teto.

Q1=24*2,7*40=2592 W

O valor obtido pode ser arredondado para 2,6 kW. No cálculo é utilizado o coeficiente g=40, pois o cômodo é bem iluminado.

Passo 2 — cálculo do ganho de calor das pessoas. Consideraremos a produção de calor de um adulto como 110 W.

Q2=2*110=220 W ou 0,22 kW

Passo 3 — os ganhos de calor dos equipamentos são calculados para cada tipo de aparelho, considerando o coeficiente de conversão de energia elétrica:

• computador – 0,3 kW;
• televisor – 0,2 kW;
• lâmpada elétrica – 90 W (100 W*0,9);
• geladeira – 100 W (300 W*0,3).

Q3=300+200+90+100=600 W ou 0,6 kW

Passo 4 — cálculo da capacidade de refrigeração do ar condicionado.

Q=2,6+0,22+0,6=3,42 kW

Para comparação, é possível fazer uma seleção aproximada do ar condicionado apenas pela área, sem considerar o número de ocupantes e os ganhos de calor. Para uma área de 24 m², a capacidade de refrigeração aproximada deve ser de 2,4 kW; considerando boa iluminação, 2,4*1,2=2,88 kW.

Com base nos parâmetros iniciais, recomenda-se escolher um ar condicionado com potência na faixa de 3,3-3,9 kW. A este valor correspondem os splits 'doze' – sua capacidade é de 3,5-3,5 kW

Nesta situação, os resultados dos cálculos pelos dois métodos diferem. A prioridade é o cálculo 'térmico'. A potência de refrigeração do ar condicionado deve compensar todas as possíveis entradas de calor.

Consideração de condições especiais de operação

O método descrito acima, na maioria dos casos, não precisa de ajustes e fornece um resultado preciso.

Merece atenção especial:

• necessidade de ventilação regular;
• localização do cômodo no último andar;
• clima quente da região;
• grande área envidraçada.

Vamos examinar todos esses casos com mais detalhes.

Entrada de ar fresco

Na documentação dos sistemas split, geralmente é especificado que a operação do aparelho com janelas abertas não é recomendada.

O fluxo de ar externo, ao entrar na sala, cria uma carga térmica imprevista para o equipamento de climatização. O volume de ar fresco não é padronizado, sendo difícil prever antecipadamente a margem de potência ideal.

Para manter um microclima normal sem movimentar constantemente a janela, pode-se deixar a janela na posição de microventilação ou instalar uma válvula de admissão de ar. Ambas as opções não provocam correntes de ar com a porta de entrada fechada.

Ao operar o split em condições de ventilação moderada, deve-se considerar:

1. Para compensar a carga térmica adicional, o valor Q1 no cálculo da potência do ar condicionado deve ser aumentado em 20%.
2. O consumo de eletricidade durante a operação do split pode aumentar em até 15%.

Em tempo quente, não se deve confiar na margem de potência. Com entradas de calor significativas, o ar condicionado não garantirá a temperatura desejada.

Último andar de uma residência

Em mansardas e apartamentos nos últimos andares sem sótão, o calor do telhado aquecido é transferido para o interior do cômodo. A situação é agravada na presença de telhados planos de cor escura.

Para compensar as entradas de calor do telhado, é prevista uma margem de capacidade de refrigeração – ao determinar a potência do ar condicionado, o valor Q1 é multiplicado por um coeficiente de 1,15 a 1,2.

Clima quente da região

Uma das regras para o uso seguro do ar condicionado é observar a diferença de temperatura admissível entre o exterior e o interior do edifício. O limite é de 10 °C. Por exemplo, se lá fora estiver 35 °C, a temperatura recomendada no ambiente é não inferior a 25 °C.

A potência nominal dos sistemas split é indicada considerando a operação em condições de até 31-33 °C. Quando o valor aumenta para 40 °C ou mais, a capacidade de refrigeração da unidade é insuficiente para manter os desejados 18-20 °C.

Considerando a propensão do clima para verões muito quentes e as preferências pessoais de nível de frescor, ao fazer os cálculos, o valor Q1 deve ser adicionalmente aumentado em 20-30%.

Janelas grandes no cômodo

A fórmula típica pressupõe a presença de uma janela de tamanho padrão no cômodo – até 2 m². Várias aberturas de janela ou uma estrutura panorâmica aumentam as cargas térmicas não consideradas.

Devido ao maior impacto do fluxo de luz que entra pelas janelas, durante a estação quente o equipamento de climatização gasta metade da sua potência para compensar o calor solar.

O ajuste da potência de resfriamento é feito com base em cada metro quadrado de vidro adicional:

• + 200-300 W – para o lado ensolarado;
• + 100-200 W – insolação moderada do ambiente;
• + 50-100 W – predominância de sombreamento.

Persianas ou cortinas claras ajudam a reduzir as cargas térmicas solares.

Critérios adicionais para escolha do ar condicionado

Além das características de potência do sistema e da classe de eficiência energética, antes da compra é necessário definir os seguintes parâmetros:

• tipo de ar condicionado;
• princípio de funcionamento da unidade;
• funcionalidades;
• fabricante.

A seguir, analisaremos cada um desses critérios em detalhes.

Critério #1 — tipo de ar condicionado

Para uso doméstico, são utilizados monoblocos e sistemas split. A primeira categoria inclui modelos de janela e aparelhos portáteis compactos. Os condicionadores de ar embutidos na janela perderam sua popularidade anterior.

Elas estão sendo substituídas por modificações mais modernas, sem as desvantagens das antecessoras: ruído operacional, redução da iluminação devido à obstrução da janela, limitação na escolha da localização.

Vantagens indiscutíveis dos 'resfriadores' de janela: baixo custo e facilidade de reparo. Essa unidade é mais adequada para uso sazonal em casas de campo do que para apartamentos.

Os monoblocos móveis são equipados com um duto de ar flexível que leva o calor para o exterior. O ar condicionado portátil é a solução ideal para um espaço alugado. Apresentamos a classificação dos melhores modelos móveis neste artigo.

Vantagens do monobloco móvel: possibilidade de transporte, facilidade de instalação. Desvantagens: grandes dimensões, alto nível de ruído, 'dependência' do duto de exaustão.

Os sistemas split ocupam com confiança posições de liderança entre os sistemas de ar condicionado domésticos.

Em termos de design, existem duas categorias de splits:

1. Construção de dois blocos. Um par de módulos é conectado por um circuito fechado de freon. O sistema é simples de operar e praticamente silencioso. Diferentes opções de design para a unidade interna estão disponíveis, e o corpo não ocupa espaço útil no cômodo.
2. Multi-sistema. O módulo externo garante o funcionamento de dois a cinco unidades internas.

O uso de um multi-sistema permite definir diferentes parâmetros de climatização em ambientes separados.

A desvantagem do sistema climático é a dependência das unidades internas de uma única unidade externa. Se ela quebrar, todos os cômodos ficarão sem refrigeração.

Critério #2 — princípio de funcionamento

Existem modelos comuns e inverter.

Ordem de funcionamento do sistema split tradicional:

1. Quando a temperatura aumenta, o ar condicionado liga.
2. Após resfriar até o limite definido, o aparelho desliga.
3. O ciclo de trabalho de ligar/desligar se repete continuamente.

Já o ar condicionado inverter funciona de forma mais 'suave'. Após a partida, o ambiente é resfriado, mas o aparelho continua operando com potência reduzida, mantendo a temperatura desejada.

A versão inverter do split é de 30 a 40% mais econômica que o ar condicionado comum. O valor de eficiência energética EER de alguns modelos atinge até 4-5,15.

Devido à ausência de ciclos 'bruscos' de funcionamento, os aparelhos de ar condicionado inverter são silenciosos e duráveis.

Você também não sabe o que é melhor escolher – ar condicionado inverter ou comum? Nesse caso, recomendamos conhecer as principais diferenças, bem como os prós e contras de cada opção.

Critério #3 — funções e marca

Os fabricantes, na tentativa de conquistar a preferência dos compradores, equipam os sistemas split com opções adicionais.

É bom que o ar condicionado tenha as seguintes funções:

• distribuição em leque do fluxo de ar;
• restauração automática das configurações do aparelho;
• controle remoto;
• temporizador embutido.

Outra função muito procurada pelos usuários de ar condicionado é a entrada de ar fresco. Muitos fabricantes oferecem esses modelos.

Os condicionadores de ar de marcas populares são apresentados em uma ampla gama de modelos de diferentes faixas de preço – desde a classe econômica até sistemas split do segmento premium.

O fabricante do equipamento desempenha um papel importante na escolha – quanto melhor a reputação da marca, maiores os indicadores de qualidade e confiabilidade do equipamento.

No ranking dos principais fabricantes, predominam empresas estrangeiras: Daikin, LG, Sharp, Hitachi, Panasonic e General Climat. Os melhores modelos de ar condicionado foram analisados no próximo artigo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

As recomendações práticas de um especialista ajudarão a determinar as características de potência do ar condicionado:

Compreendendo os princípios de cálculo da capacidade dos sistemas de ar condicionado, será possível determinar de forma independente a faixa de potência admissível.

O cálculo final dos parâmetros adequados é melhor deixar para profissionais – um especialista experiente considerará todas as nuances operacionais e selecionará o modelo de ar condicionado ideal.

Você precisa de um ar condicionado, mas não quer errar na potência e escolher um equipamento insuficientemente eficiente para o apartamento/casa? Talvez você ainda tenha dúvidas sobre os cálculos ou queira esclarecer certos detalhes? Peça conselhos nos comentários – nossos especialistas e visitantes competentes do site tentarão esclarecer todos os pontos.