Unidades de ventilação de insuflação e exaustão: revisão comparativa de diferentes tipos de equipamentos

O sistema natural de circulação de ar frequentemente falha – seu desempenho depende de fatores naturais e do uso de vidros duplos selados. A ventilação forçada não possui essas desvantagens.

Para normalizar a troca de ar, utiliza-se uma unidade de ventilação de insuflação e exaustão – uma solução prática e eficiente. A diversidade de equipamentos climáticos permite escolher um modelo para condições específicas de operação. No entanto, decidir sobre o dispositivo adequado às vezes é problemático, concorda?

Nós ajudaremos você a resolver essa questão. O artigo apresenta informações sobre os princípios de funcionamento e características de operação de diferentes tipos de unidades de insuflação e exaustão. Para facilitar a escolha, destacamos as principais características e parâmetros dos dispositivos que devem ser considerados na compra.

Elementos constituintes da ventilação forçada

O módulo de insuflação e exaustão é o principal componente do sistema de ventilação com impulso. A unidade garante a circulação normatizada de ar em um espaço fechado – fornecimento de fluxos limpos e exaustão de massas de ar usadas.

O módulo de ventilação representa um conjunto de equipamentos contido em um único invólucro (unidade monobloco) ou montado a partir de elementos modulares.

Diagrama do sistema de ventilação forçada: 1 – módulo de insuflação e exaustão (UVIE), 2 – dutos de ar, grelhas de entrada de ar, adaptadores, 3 – distribuidores de jatos de ar, 4 – unidade de automação (+)

A construção do conjunto de insuflação e exaustão obrigatoriamente inclui os seguintes elementos:

1. Ventilador. Componente básico para o funcionamento do sistema artificial de troca de ar. Em UVIE com rede ramificada de dutos, são instalados ventiladores radiais que mantêm alta pressão de ar. Em UVIE portáteis, é permitido o uso de modelos axiais.
2. Válvula de ar. É instalada atrás da grelha externa e impede a entrada de ar externo quando o sistema está desligado. Na sua ausência, no inverno, fluxos frios infiltrarão no ambiente.
3. Rede de dutos de ar. O sistema utiliza duas linhas de dutos: uma para insuflação e outra para exaustão de ar. Ambas as redes passam pela UTA. Ao primeiro duto é conectado o ventilador de insuflação, e ao segundo, o de exaustão.
4. Automação. O funcionamento da unidade é regulado por um sistema de automação embutido, que reage às leituras dos sensores e aos parâmetros definidos pelo usuário.
5. Filtros. Para a limpeza das massas de ar que entram, é utilizada uma filtração abrangente. Na entrada do duto de insuflação, é instalado um filtro de limpeza grossa, cuja função é reter pelos, insetos e partículas de poeira.

A principal finalidade da limpeza primária é proteger os componentes internos do sistema. Para uma filtração mais "fina", antes dos difusores de ar, são instalados filtros fotocatalíticos, de carvão ou outro tipo de barreira.

Estrutura de uma UTA usando como exemplo o modelo Vents VUT com recuperação e aquecedor. O projeto inclui um bypass para proteger o trocador de calor no inverno (+)

Alguns sistemas são equipados com funcionalidades adicionais: resfriamento, condicionamento, umidificação, sistema de filtração de múltiplos estágios e ionização do ar.

Princípio de funcionamento do complexo de insuflação e exaustão

O ciclo de trabalho da UTA é baseado em um esquema de transporte de dois circuitos.

Todo o processo de ventilação pode ser dividido em várias etapas:

1. Captação do fluxo de ar externo, sua limpeza e fornecimento aos difusores através do duto de ar.
2. Entrada das massas de ar poluídas no duto de exaustão e seu transporte subsequente para a grade de saída.
3. Descarga dos fluxos de ar exaurido para o exterior.

O esquema de circulação pode ser complementado com estágios de transferência de energia térmica entre os dois fluxos, aquecimento adicional do ar de entrada, etc.

Funcionamento da UTA. Legendas na figura: 1 – módulo de insuflação e exaustão, 2 – fornecimento de ar fresco, 3 – captação de ar exaurido, 4 – descarga do ar usado para o exterior (+)

O funcionamento do sistema forçado oferece uma série de vantagens em comparação com a ventilação natural:

• manutenção dos parâmetros definidos – os sensores reagem às mudanças na atmosfera e ajustam o modo de operação da UTA;
• filtração do fluxo de entrada e a possibilidade de seu tratamento – aquecimento, resfriamento, umidificação;
• economia nos custos de aquecimento – relevante para equipamentos com recuperação de calor.

As desvantagens do uso de UTA incluem: alto custo do sistema de ventilação, dificuldade de instalação após a conclusão das obras de reforma e efeito de ruído. Em unidades monobloco, esta última desvantagem é eliminada pelo uso de uma carcaça com isolamento acústico.

Tipos de unidades: características de construção e operação

Custo, desempenho, consumo de energia dependem das funcionalidades do sistema de ventilação forçada. A variedade de modelos é dividida condicionalmente nos seguintes grupos: unidades com recuperação de calor, unidades com aquecimento e ar condicionado. Uma categoria separada – aparelhos 'móveis'.

Módulo de insuflação e exaustão com recuperador de calor

O sistema de ventilação forçada, além das vantagens descritas acima, também tem uma desvantagem significativa – um aumento substancial das perdas térmicas. Juntamente com o ar exausto, 'evapora-se' também o calor gerado pelo sistema de aquecimento.

Os custos representam cerca de 60%. A solução do problema é a transferência de energia do fluxo de ar extraído para o fluxo de ar de entrada.

A recuperação parcial de calor é realizada no recuperador – um módulo com trocador de calor e ventilador para impulsionar os fluxos em direções opostas. A troca de energia ocorre através das paredes do trocador de calor – as correntes de ar não se misturam (+).

Atualmente, a maioria das unidades de ventilação forçada são fabricadas com recuperadores de calor. Apesar do alto custo do equipamento, a viabilidade do sistema de recuperação é economicamente justificada.

Valores de eficiência do 'trocador de calor':

• 30-60% – baixo nível de recuperação térmica;
• 60-80% – bom indicador de eficiência;
• acima de 80% – troca térmica de alta qualidade.

É interessante que mesmo a presença de um recuperador com eficiência de 30% é economicamente mais vantajosa do que uma UTA de configuração básica sem trocador de calor. O período médio de retorno de uma unidade de ventilação com recuperação é de até 5 anos.

A eficiência do sistema de ventilação forçada, o esquema de movimento do fluxo de ar, o consumo de energia elétrica e o preço do módulo dependem do design do recuperador.

Distinguem-se vários tipos de trocadores de calor:

• rotativo;
• de placas;
• tubos de calor;
• módulo de câmara;
• unidade de glicol.

Os dois primeiros modelos são amplamente difundidos.

Recuperador rotativo

No interior do sistema de ventilação forçada há um trocador de calor cilíndrico rotativo com placas de metal corrugado. Durante o funcionamento, os compartimentos são preenchidos alternadamente com fluxos de ar em direções opostas.

A zona com o ar exausto aquece; após a rotação do tambor, o calor é transferido para as massas frias recém-chegadas, coletadas no canal adjacente.

A recuperação de calor é de 60-90%.

Vantagens adicionais:

• recuperação parcial de umidade;
• consumo econômico de energia elétrica.

A velocidade de rotação do tambor pode ser ajustada, escolhendo assim a intensidade da troca de ar e o nível de eficiência.

Argumentos contra a modificação de tambor:

• mistura do ar exausto com o fluxo fresco – 3-8%;
• transferência parcial de odores de volta para o ambiente;
• pressão acústica do rotor rotativo;
• necessidade de manutenção regular dos elementos móveis;
• grandes dimensões.

Devido à complexidade do mecanismo, os sistemas de ventilação forçada com recuperador rotativo custam mais caro do que as modificações de placas.

Trocador de calor de placas

Os dutos de ar 'se encontram' em um bloco hermético com vários canais. Os compartimentos são separados por divisórias termicamente condutoras.

Os caminhos formados são dispostos em direção cruzada – na zona de turbulência, a eficiência da troca de calor aumenta. Ocorre simultaneamente resfriamento/aquecimento das divisórias do cassete do recuperador em ambos os lados.

Argumentos a favor:

• fornecimento de ar puro sem mistura de 'ar de exaustão';
• custo acessível;
• simplicidade de ajuste e confiabilidade do módulo – sem elementos móveis.

Eficiência do recuperador de placas – até 70%. A principal desvantagem é a formação de condensação e aparecimento de gelo no canal de exaustão no inverno. A operação no modo 'descongelamento' (redirecionamento do fluxo de ar quente desviando o cassete) reduz a eficiência do sistema em 20%.

Atualmente, existem muitos sistemas de ventilação de insuflação e exaustão com recuperação de calor de diversos fabricantes no mercado. Possuindo um conjunto semelhante de características, eles diferem em preço, qualidade, área de serviço e muitos outros critérios.

Assim, recomendamos dar uma olhada na unidade de ventilação de insuflação e exaustão com recuperador de placas e automação integrada da Naveka, que nos últimos tempos esta solução tem se destacado no mercado devido à sua confiabilidade e operação bastante silenciosa. O controle integrado por controle remoto, monitoramento em display LCD externo, programação de horários de funcionamento e muito mais já estão incorporados neste equipamento.

Um “representante” típico de uma unidade de insuflação e exaustão com recuperador de placas – Naveka Node1 500AC. Modelo compacto, com espessura de painel de 25mm, preenchido com lã mineral não inflamável. Uma das inúmeras vantagens desta solução é o controle remoto com display LCD, através do qual é possível controlar o funcionamento de todo o sistema de forma muito conveniente.

Entre outras marcas, recomendamos prestar atenção aos sistemas com recuperação da Mitsubishi, Maico e VENTO.

Unidades economizadoras de energia com aquecimento

A recuperação por si só muitas vezes não é suficiente para compensar totalmente a diferença de temperatura entre os fluxos opostos. Esta função é assumida por um aquecedor embutido. Além disso, o elemento protege o trocador de calor contra congelamento.

Nas unidades de ventilação de insuflação e exaustão (UVIE) são usados dois tipos de aquecedores: a água e elétricos. Vamos examinar cada um com mais detalhes.

Aquecimento a água

No corpo da unidade de ventilação forçada está instalado um radiador com tubos por onde circula o fluido de transferência de calor. A serpentina possui aletas para aumentar a área de contato com as correntes de ar que passam.

Exemplo de dispositivo de UVIE com aquecedor (Vents VUT 1000 VG): 1 – radiador de água, 2 – recuperador, 3 e 4 – ventiladores de insuflação e exaustão, respectivamente (+)

O elemento de aquecimento líquido entra em funcionamento se o ar fornecido na saída do recuperador estiver mais frio que a temperatura definida.

Aquecedor elétrico

As unidades com aquecedor elétrico são capazes de aquecer o ar fornecido a temperaturas mais altas do que as modificações a água.

No entanto, o aquecedor elétrico é mais exigente quanto às condições de funcionamento:

• velocidade do fluxo de ar – 2 m/s ou mais;
• temperatura do ar fornecido entre 0-30°C, umidade – até 80%;
• antes do elemento de aquecimento, é recomendado instalar um filtro adicional.

Em comparação com o aquecimento a água, o módulo elétrico, em termos de operação, é mais caro – os custos de eletricidade aumentam.

O controle do aquecedor é feito pelo módulo de controle central. É obrigatória a presença de um temporizador de funcionamento e da opção de desligamento do aparelho em caso de superaquecimento (+)

Complexos com ar condicionado

Certos modelos combinam funções de ventilação forçada e ar condicionado. Todos os elementos são integrados em um único conjunto de isolamento térmico. Um exemplo notável de equipamento multifuncional é a série de unidades «Klimat».

Construção do agregado climático: 1 – filtros, 2 – ventiladores de fluxo bidirecional, 3 – compressor do circuito de freon, 4 – aquecedor elétrico, 5 – aquecedor a água, 6 – trocadores de calor, 7 – automação, 8 – carcaça (+)

No esquema há uma bomba de calor reversível – um circuito selado de freon carregado, conectado aos trocadores de calor nos dutos de exaustão e insuflação.

O funcionamento da UVE com ar condicionado ocorre em dois modos:

1. Resfriamento. O trocador de calor no duto de insuflação atua como evaporador e reduz a temperatura do ar que entra. Por sua vez, o trocador de calor-condensador é resfriado pelo ar frio vindo do ambiente.
2. Aquecimento. O recuperador do duto de exaustão transfere o calor do ar de exaustão para as massas de ar fresco. Na saída da UVE, antes de ser fornecido à casa, é possível um aquecimento adicional do ar.

O modo de funcionamento é definido automaticamente graças a controladores e sensores que leem os parâmetros atmosféricos.

Unidade portátil sem dutos

Uma solução interessante para espaços confinados – unidades de ventilação móveis de insuflação com capacidade de purificar, aquecer e resfriar o ar.

Características distintivas dos módulos portáteis:

• ausência de dutos de ar volumosos;
• instalação dentro do ambiente ventilado;
• dimensões compactas e possibilidade de instalação em 2-3 horas;
• multifuncionalidade: insuflação, tratamento e exaustão de massas de ar;
• baixo nível de ruído – dentro de 35 dB;
• ausência de correntes de ar.

Para configurar uma ventilação descentralizada, é necessária a instalação de uma UVE portátil em cada ambiente separado.

Esquema da unidade de ventilação móvel: 1,3 – silenciador, 2 – compartimento de recuperação e ventilação, 4 – aquecedor elétrico, 5 – filtro de carvão, 6 – elemento filtrante de alta eficiência, 7 – filtro de pré-limpeza, 8 – válvula de persiana, 9 – acionamento elétrico (+)

Unidades de ventilação sem dutos são utilizadas principalmente em edifícios públicos (salas de aula, academias, auditórios, etc.).

A classificação dos equipamentos climáticos móveis é apresentada em neste artigo.

Variedades por método de instalação

Existem três opções de instalação do módulo de ventilação:

• no piso;
• na parede;
• suspenso (sob o teto).

A instalação no piso é típica para unidades de ventilação de alto desempenho e volumosas, com vazão de ar a partir de 8000 m³/h. Apesar da presença de isolamento de vibração nas seções de ventilação, a instalação de módulos volumosos requer uma base sólida.

Os modelos de parede caracterizam-se por baixa capacidade – até 1500 m³/h e tamanhos compactos. A instalação é feita por fixação com chumbadores à parede, com conexão dos dutos de ar pela parte superior. A unidade pode ser colocada em um cômodo técnico (varanda, banheiro, closet).

Os módulos de fixação suspensa ou sob teto são os mais populares. Geralmente, o equipamento tem configuração com dutos e é destinado à instalação sob o teto.

A principal vantagem dos modelos suspensos é a instalação oculta. No entanto, para instalar a unidade em um ambiente já em uso, será necessário utilizar parcialmente a altura do teto.

Parâmetros principais de seleção da unidade de ventilação

A instalação e montagem de sistemas de ventilação exigem investimentos significativos e considerável mão de obra. Portanto, a abordagem para escolher o 'coração' do sistema de ventilação baseia-se em cálculos precisos e análise de vários parâmetros.

Avaliação e cálculo das características técnicas

Antes de tudo, é necessário determinar os valores adequados de vazão e pressão estática.

Vazão

O cálculo da unidade baseia-se nas normas de renovação de ar conforme SNiP, na finalidade do ambiente, na área atendida e no número de ocupantes.

É necessário realizar dois cálculos (com base no número de pessoas e na taxa de renovação de ar), comparar os valores e escolher o maior.

Normas de vazão de ar por pessoa: valor típico – 60 m³/h, em repouso – 30 m³/h. Taxa de renovação de ar regulamentada: 1-2 – para edifícios residenciais, 2-3 – escritórios, centros comerciais

Exemplo de determinação da vazão (L) para uma casa nas seguintes condições:

• número de membros da família – 3 pessoas;
• área da casa – 70 m²;
• altura do teto – 3 m.

Fórmula 1. Cálculo pelo número de ocupantes:

L=N*norm,

onde:

• N – número de moradores;
• norm – vazão de ar (não inferior a 40 m³/h).

L=3*40=120 m³/h.

Fórmula 2. Cálculo pela taxa de renovação do ar:

L=S*H*n,

onde:

• S – área;
• H – altura;
• n – índice normatizado de renovação do ar.

L=70*3*1,5=315 m³/h.

Conclusão: para garantir a circulação de ar suficiente, é necessária uma instalação com capacidade de pelo menos 315 m³/h.

Indicadores típicos de unidades de ventilação:

• 100-500 m³/h – apartamentos e cômodos individuais;
• 500-2000 m³/h – residências particulares, casas de campo;
• 1000-10000 m³/h – edifícios industriais, oficinas, escritórios.

Pressão estática

O valor indica a pressão criada pelo ventilador para oferecer resistência ao caminho de circulação do ar. O cálculo preciso da pressão estática requer a consideração da resistência de todos os elementos da rede.

O cálculo 'manual' sem a experiência adequada é difícil de realizar. Os especialistas utilizam um conjunto de programas como o MagiCad.

Valores médios de pressão com velocidade do fluxo de ar de 3-4 m/s: apartamentos de 50-150 m² – 75-100 Pa, casas de campo de 150-350 m² – 100-150 Pa

Os dados fornecidos são relevantes especificamente para unidades de ventilação modulares, e não para conjuntos montados, onde deve ser considerada a queda de pressão na válvula de ar, no aquecedor, no filtro e em outros componentes.

Além dos parâmetros mencionados, deve-se avaliar:

1. Eficiência energética. Para cada um dos modelos possíveis, é necessário calcular os custos de eletricidade por 1 ano, considerando o modo de operação no inverno e no verão. A classe de consumo de energia indica a relação entre a energia consumida e o volume de calor produzido.
2. Rendimento do recuperador de calor. Deve-se comparar os valores de rendimento em diferentes modos de operação da UVA. Um alto índice de eficiência é encontrado em trocadores de calor com cassete de placas duplas e zona intermediária – o rendimento atinge 70-90%.
3. Potência do aquecedor. O valor típico para unidades de ventilação residenciais é de 3-5 kW.

É melhor dar preferência a modelos com a capacidade de reduzir automaticamente a velocidade do ventilador para ajustar a carga na rede.

Nível de ruído e grau de filtragem

A potência acústica mostra o quão 'alto' será o funcionamento da unidade montada.

O efeito sonoro é determinado por duas grandezas:

• LwA – nível de potência acústica;
• LpA – nível de pressão sonora.

A avaliação do 'ruído' real deve ser feita pelo primeiro indicador. Diferentes fabricantes podem medir a potência acústica por diferentes métodos, portanto, os mesmos valores às vezes têm resultados diferentes na prática.

Um método eficaz para avaliar o 'som' da unidade é testar o equipamento em uma sala de demonstração. O valor admissível de ruído em uma residência é de 25-45 dB

A qualidade do ar de entrada depende do sistema de purificação utilizado.

Possíveis estágios de filtração:

• barreira contra poeira grossa de rua, pelos e penugem – limpeza grossa com filtros G4, G3 com eficiência de 90%;
• proteção contra poeira fina de 1 mícron – classe de filtração F7-F9;
• limpeza absoluta, proporcionando barreira contra partículas de 0,3 mícrons – filtros HEPA (H10-H14), eficiência – 99,5%.

Para residências, as duas primeiras etapas de limpeza são suficientes. A filtração de alta eficiência é utilizada em instituições médicas, salas para produção de medicamentos, alimentos e eletrônicos.

Facilidade de operação: funcionalidades necessárias

As unidades de tratamento de ar residenciais são equipadas com sistema de automação embutido, controle remoto, display LCD que exibe todos os parâmetros de troca de ar. Além das opções básicas (ajuste de velocidade do ventilador, temperatura), é desejável a presença de funções práticas.

Temporizador. O controle por cenário permitirá otimizar o modo de operação para um determinado horário do dia ou dia da semana.

Para ajuste preciso, é recomendável escolher dispositivos com ventilador de 5 ou mais velocidades, além de relógio em tempo real sem reinicialização quando a energia é desligada.

Reinicialização. Possibilidade de ligação automática e preservação dos parâmetros definidos em caso de falha de energia.

Indicador de sujidade do filtro. Opção conveniente – notificação de substituição do elemento filtrante. Modelos de alta tecnologia são equipados com sensores de variação de pressão na entrada do filtro de ar – quando sujo, a diferença de pressão aumenta.

Autodiagnóstico. Qualquer equipamento eventualmente falha. É útil se a automação 'notifica' sobre uma falha ocorrida – isso ajudará a identificar e resolver o problema a tempo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Sistema de ventilação economizador de energia com recuperação do tipo suspenso Daikin VAM/800FB:

Dispositivo, características e tecnologia de instalação do módulo portátil de ventilação Vents Micro 60/A3:

UTA 400 da Ventrum com aquecedor elétrico e recuperador rotativo:

A instalação de ventilação usando um módulo de tratamento de ar é utilizada em ambientes de diferentes finalidades e tamanhos.

Garantir uma troca de ar de qualidade depende de um cálculo e seleção adequados do equipamento climático. Se houver dúvidas sobre a própria capacidade, é melhor consultar profissionais para determinar os parâmetros e elaborar o projeto.

Tem algo a acrescentar ou surgiram dúvidas sobre a escolha da unidade de tratamento de ar? Pode deixar comentários na publicação e participar da discussão do material – o formulário de contato está no bloco inferior.