Ventilação de insuflação e exaustão: princípio de funcionamento e características de instalação

Em um ambiente cheio de ar fresco, é mais fácil respirar, trabalhar com mais produtividade e dormir profundamente. Mas abrir a janela para ventilar a cada 2-3 horas é problemático, você não concorda? Especialmente à noite, quando todos os membros da família estão dormindo tranquilamente.

Uma das soluções automatizadas para essa tarefa é a ventilação de insuflação e exaustão (VEE) do ambiente. Mas como fazer isso corretamente? Nós ajudaremos você a estudar o princípio de funcionamento e entender as características da instalação.

Em nosso artigo, são abordados os elementos componentes do sistema de insuflação e exaustão, as regras para seu cálculo e as normas de renovação do ar em ambientes de diferentes tipos.

Foram selecionados esquemas de instalação de ventilação, fotos de elementos individuais do sistema, e fornecidas recomendações em vídeo úteis sobre a construção de um sistema de ventilação em uma casa particular pelas próprias mãos.

O que é ventilação?

Com que frequência ventilamos o quarto? A resposta deve ser a mais honesta possível: 1-2 vezes ao dia, se não esquecemos de abrir a janela. E à noite, quantas vezes? Pergunta retórica.

De acordo com as normas sanitárias e higiênicas, a massa total de ar em um ambiente onde pessoas estão constantemente deve ser completamente renovada a cada 2 horas.

Por ventilação comum entende-se o processo de troca de massas de ar entre um espaço fechado e o ambiente externo. Esse processo molecular-cinético permite a remoção do excesso de calor e umidade através de um sistema de filtração.

A ventilação também garante que o ar do ambiente atenda aos requisitos sanitários e higiênicos, o que impõe restrições tecnológicas próprias ao equipamento que irá gerar esse processo.

A subsistema de ventilação é um conjunto de dispositivos tecnológicos e mecanismos para captação, remoção, movimentação e purificação do ar. Ela faz parte do sistema integrado de comunicações de ambientes e edifícios.

Recomendamos não comparar os conceitos de ventilação e condicionamento de ar – categorias muito semelhantes, mas que possuem uma série de diferenças.

1. Ideia principal. O condicionamento de ar garante a manutenção de determinados parâmetros do ar em um espaço fechado, nomeadamente temperatura, umidade, grau de ionização de partículas e similares. Já a ventilação realiza a substituição controlada de todo o volume de ar por meio de insuflação e exaustão.
2. Característica principal. O sistema de condicionamento de ar trabalha com o ar que está no ambiente e a própria entrada de ar fresco pode estar totalmente ausente. O sistema de ventilação sempre opera na fronteira entre o espaço fechado e o ambiente externo por meio de troca.
3. Meios e métodos. Diferentemente da ventilação, em sua forma simplificada, o condicionamento de ar consiste em um esquema modular de vários blocos, que processa uma pequena parte do ar e, assim, mantém os parâmetros sanitário-higiênicos do ar dentro da faixa especificada.

O sistema de ventilação em casa pode ser expandido para qualquer escala necessária e garante, em caso de emergência no ambiente, uma substituição bastante rápida de todo o volume de massa de ar. Isso ocorre com a ajuda de ventiladores potentes, aquecedores, filtros e um sistema ramificado de tubulações.

Você pode ter interesse nas informações sobre a disposição de tubulação de ventilação em dutos de ar plásticos, abordadas em nosso outro artigo.

Além da função principal, os sistemas de ventilação podem fazer parte do interior em estilo industrial, que é aplicado em escritórios, estabelecimentos comerciais e de entretenimento

Existem várias classes de ventilação, que podem ser divididas quanto ao método de geração de pressão, distribuição, arquitetura e finalidade.

A injeção artificial de ar no sistema é realizada por meio de unidades de pressurização — ventiladores, sopradores. Aumentando a pressão no sistema de tubulações, é possível mover a mistura de gás e ar por longas distâncias e em grande volume.

Isso é característico de instalações industriais, ambientes de produção e instalações públicas com sistema central de ventilação.

A geração de pressão de ar no sistema pode ser de vários tipos: artificial, natural ou combinada. O método combinado é frequentemente usado.

Os sistemas de ventilação são considerados locais e centrais. Os sistemas de ventilação locais são soluções “pontuais” direcionadas para ambientes específicos que exigem conformidade rigorosa com os padrões.

A ventilação central oferece a possibilidade de criar uma troca de ar regular para um número significativo de ambientes com a mesma finalidade.

E a última classe de sistemas: insuflação, exaustão e combinados. Os sistemas de ventilação de insuflação e exaustão garantem simultaneamente a entrada e a saída de ar no espaço. Este é o subgrupo mais comum de sistemas de ventilação.

Essas construções proporcionam fácil escalabilidade e manutenção para os mais variados ambientes industriais, comerciais e residenciais.

Base física do sistema de ventilação

O sistema de ventilação de insuflação e exaustão é um complexo multifuncional de processamento ultrarrápido da mistura de gás e ar. Embora seja um sistema de transporte forçado de gás, sua base consiste em processos físicos totalmente explicáveis.

Para criar o efeito de convecção natural dos fluxos de ar, as fontes de calor são colocadas o mais baixo possível, e os elementos de exaustão no teto ou abaixo dele.

A própria palavra “ventilação” está intimamente ligada ao conceito de convecção. Ela é um dos elementos-chave no deslocamento das massas de ar.

Convecção é o fenômeno de circulação de energia térmica entre fluxos de gás frios e quentes. Existe convecção natural e forçada.

Um pouco de física escolar para entender a essência do que acontece. A temperatura do ambiente é determinada pela temperatura do ar. As moléculas são os transportadores de energia térmica.

O ar é uma mistura gasosa multimolecular composta por nitrogênio (78%), oxigênio (21%) e outros componentes (1%).

Estando em um espaço fechado (cômodo), temos uma heterogeneidade de temperatura em relação à altura. Isso está relacionado à heterogeneidade da concentração de moléculas.

Considerando a uniformidade da pressão do gás em um espaço fechado (cômodo), de acordo com a equação fundamental da teoria cinética molecular: a pressão é proporcional ao produto da concentração de moléculas pela sua temperatura média.

Se a pressão é a mesma em todos os lugares, então o produto da concentração de moléculas pela temperatura na parte superior da sala será equivalente ao mesmo produto da concentração pela temperatura:

p=nkT, n_superior*T_superior=n_inferior*T_inferior, n_superior/n_inferior=T_inferior/T_superior

Quanto menor a temperatura, maior a concentração de moléculas e, portanto, maior a massa total do gás. Por isso, diz-se que o ar quente é “mais leve”, e o ar frio é “mais pesado”.

A ventilação adequada, em conjunto com o efeito de convecção, é capaz de manter no ambiente a temperatura e umidade estabelecidas durante os períodos de desligamento automático do aquecimento principal.

Diante do exposto, torna-se claro o princípio fundamental da disposição da ventilação: a entrada (insuflação) de ar geralmente é instalada na parte inferior do ambiente, e a saída (exaustão) — na parte superior. Este é um axioma que deve ser considerado durante o projeto do sistema de ventilação.

Características da ventilação de insuflação e exaustão

A ventilação de insuflação e exaustão interage com dois fluxos de ar diferentes em composição e finalidade, que posteriormente são processados.

No sistema de ventilação de insuflação e exaustão (VIE), todo o equipamento necessário e sistemas adicionais estão dispostos em uma única estrutura, que pode ser instalada dentro da loggia, no sótão, na parede externa da casa, etc.

A construção especial do equipamento oferece amplas possibilidades para garantir a ventilação de praticamente qualquer número de cômodos no edifício.

Além da função principal de movimentação do ar, a ventilação de insuflação e exaustão inclui o seguinte arsenal de subsistemas auxiliares e funções adicionais.

Dentre os quais, os seguintes:

• resfriamento e aquecimento do ar;
• ionização e umidificação das partículas;
• desinfecção e filtração do ar.

Vamos considerar um ciclo de trabalho típico de um sistema de ventilação de insuflação e exaustão, que se baseia em um modelo de transporte de dois circuitos.

Na primeira etapa, ocorre a captação de ar frio do ambiente externo e a exaustão de ar quente do ambiente. Em ambos os lados, o ar passa por um sistema de limpeza.

Depois, o ar frio é transferido para o aquecedor (calorífero) — característico de sistemas de VIE com recuperação de calor. Além disso, o calor é transferido para o gás frio a partir do ar quente extraído — característico de sistemas comuns.

Após o aquecimento e a troca de calor, o ar exausto usado é removido através de um canal externo, e o ar fresco aquecido é fornecido ao ambiente.

A configuração popular do módulo de ventilação inclui uma câmara de troca de calor (recuperador), onde ocorre a troca de energia térmica entre os fluxos de ar opostos. Em qualquer caso, cada fluxo passa por um sistema duplo de filtração

Os principais princípios de funcionamento da ventilação de insuflação e exaustão são eficiência e economia.

O esquema clássico de ventilação de insuflação e exaustão tem as seguintes vantagens:

• alto grau de purificação do fluxo de entrada
• operação e manutenção acessíveis dos elementos removíveis
• integridade e modularidade da construção.

Para expandir a funcionalidade, as unidades de ventilação de insuflação e exaustão são equipadas com blocos auxiliares de controle e monitoramento, sistemas de filtro, sensores, temporizadores automáticos, silenciadores, alarmes de sobrecarga do motor elétrico, blocos recuperadores, bandejas de condensado, etc.

Parâmetros dinâmicos da ventilação

O projeto do sistema de ventilação envolve muitas questões, pois, em caso de cálculo incorreto das características, um complexo de ventilação bastante econômico pode se tornar um 'monstro' desperdiçador de recursos energéticos.

Isso afeta diretamente os custos financeiros de sua manutenção. Como resultado, a própria ideia de operação econômica do equipamento não é considerada.

A maior parte da carga do sistema de ventilação recai sobre o ventilador. O desempenho do ventilador depende da forma do impulsor (roda com pás), da qualidade dos materiais e da montagem do equipamento

Para projetar corretamente a ventilação de insuflação e exaustão, recomenda-se realizar cálculos algébricos do desempenho da unidade e dos parâmetros dinâmicos dos fluxos de ar.

Existem várias metodologias e algoritmos de cálculo diversos, mas será apresentada uma das opções mais simples e confiáveis.

Tudo o que está relacionado a processos secundários de umidificação, ionização adicional e purificação secundária não precisa ser considerado nesta etapa.

Normas para instalação

Listar completamente as normas e regras sanitárias (SNiP) que são exigidas para vários sistemas de ventilação não é racional, pois o material daria para alguns livros, mas é necessário conhecer as constantes de referência para residências e escritórios.

No que diz respeito aos escritórios, ao projetar o sistema de ventilação, a atenção principal é dada aos ambientes onde o pessoal do escritório estará presente.

A seguir, todos os padrões são indicados por pessoa. Em um edifício de escritórios clássico, em um andar, há um conjunto completo de salas de diferentes finalidades.

Por exemplo, em um escritório, em uma hora, deve ocorrer a troca de 60 m³ de ar; em salas operacionais — 30-40 m³; em banheiros — 70 m³; em fumódromos — mais de 100 m³; em corredores e saguões — 10 m³.

De acordo com as normas sanitárias gerais para residências, em uma hora ocorre a troca completa da massa de ar na quantidade de 30 m³ por pessoa — cálculo baseado no número de moradores.

Existe outra abordagem para calcular o volume de ar — por área. Para cada metro quadrado de espaço residencial, correspondem 3 m³.

Vale a pena mencionar separadamente a ventilação de instalações industriais e hangares de armazenamento — 20 m³ por unidade de área. Em salas tão grandes, os sistemas de ventilação são construídos com base em um sistema multicomponente de ventiladores emparelhados (4, 8, 16 ou mais unidades em uma estrutura).

Para os demais cômodos auxiliares, existem parâmetros normativos prontos. Assim, cozinha com fogão elétrico — mais de 60 m³, com fogão a gás — mais de 80 m³, banheiro — pelo menos 25 m³, etc.

Além disso, é preciso lembrar que para os cômodos residenciais, a velocidade dos fluxos de ar não deve exceder 2 m/s, e para a cozinha e o banheiro, a velocidade deve ser de 4-6 m/s.

Fórmulas e explicações correspondentes

Passamos diretamente para as características e fórmulas. Os cálculos ocorrem em várias etapas, em cada uma das quais calculamos uma das características do sistema de ventilação.

Volume de ar de trabalho

Vamos considerar o cálculo do volume de ar de trabalho (m³/h).

Para escritórios, recomendamos fazer o cálculo pelo número de pessoas:

V=35*N,

Onde N é o número de pessoas simultaneamente presentes no ambiente.

Para apartamentos e casas particulares, é necessário realizar o cálculo em relação ao volume do espaço residencial:

V=2*S*H,

Onde: 2 — coeficiente de taxa de troca de ar por unidade de tempo (por 1 hora); S — área residencial; H — altura dos cômodos.

Cálculo da seção transversal do duto

A seção do duto de ventilação é calculada em cm². Os dutos principais de ar têm dois tipos de seção: redondos e retangulares.

A área da seção do tubo é calculada pela relação:

S_sechen=V*2,8/ω

Onde: S_seção — área da seção transversal; V — volume de ar (m³/h); 2,8 — coeficiente de ajuste dimensional; ω — velocidade do fluxo no duto principal (m/s).

A velocidade do fluxo de ar que passa pelo duto principal é geralmente equivalente a 2-3 m/s.

Calculando a área da seção transversal do duto, é possível determinar o diâmetro para um duto circular ou a largura/altura para um duto retangular. Conhecendo a largura, podemos encontrar a altura da seção e vice-versa. O diâmetro da seção circular será igual a √(4*S_seção/π).

Quantidade e tamanho dos difusores

A seguir, vejamos como calcular a quantidade e o tamanho dos difusores. As dimensões do difusor geralmente são escolhidas de 1,5 a 2 vezes maiores do que a área da seção transversal do duto principal.

Quanto à quantidade de difusores, é um pouco mais complexo; eles são calculados pela fórmula:

N=V/(2820*ω*d²),

Onde: N — quantidade desejada de difusores; V — vazão de massa de ar (m³/h); ω — velocidade do fluxo de ar (m/s); d — diâmetro do difusor (m), se for circular.

Se o difusor for de seção retangular, então:

N=π*V/(2820*ω*4*a*b),

Onde: π — número Pi, a e b — dimensões da seção.

Parâmetros de desempenho da unidade

Duas características mais importantes do bloco de ventilação são conhecidas: potência e nível de pressão gerada. A potência da estação de ventilação é calculada da seguinte forma:

P=ΔT*V*Cv/1000,

Onde: ΔT — delta de temperatura do ar na entrada/saída (°C); V — vazão de massa de ar (m³/h); Cv — capacidade térmica do ar (0,336 Wh/m³·°C).

A pressão gerada é determinada pela curva característica de desempenho do ventilador principal.

Este parâmetro deve ser equivalente à resistência aerodinâmica da rede de ar. Os fabricantes de ventiladores fornecem o gráfico da curva na ficha técnica do produto.

Além disso, é importante ter uma noção geral sobre o aquecedor do fluxo de ar de entrada — o aerotermo. Esta é uma parte separada do sistema de ventilação onde o ar é aquecido. Ao passar, por exemplo, por um radiador térmico, o ar é aquecido.

O aerotermo, no qual o aquecimento ocorre através de um radiador e da troca de energia térmica com o fluxo de exaustão, é chamado de recuperador. Existem recuperadores de uma e várias seções, que permitem misturar fluxos de ar com grande diferença de temperatura de entrada.

Para concluir, vale mencionar a tensão da rede de alimentação para o bloco de ventilação. Recomenda-se utilizar uma rede de tensão de 380 V, que garantirá a operação confiável da unidade de qualquer potência.

Especificidades da instalação de ventilação mecânica

Com a montagem de uma unidade de ventilação do tipo de insuflação, um mestre doméstico, sem dúvidas, conseguiria lidar sem contratar trabalhadores.

No entanto, é importante lembrar que os trabalhos são realizados em altura perigosa para um executante inexperiente. Por isso, é melhor contratar quem tem experiência, ferramentas e equipamentos de segurança para executar as seguintes etapas:

Após a conclusão de manipulações nada simples de montagem da própria unidade de insuflação, resta apenas conectá-la às comunicações.

Vamos examinar este processo em detalhes com a seguinte seleção de fotos.

As informações sobre a sequência de instalação de unidades de ventilação forçada ajudam a evitar muitos erros graves cometidos por instaladores inexperientes.

Características da construção de VEE natural

Ao desenvolver uma ventilação natural de insuflação e exaustão de qualidade, a maioria dos especialistas segue uma espécie de “regulamento” de trabalhos de projeto e instalação.

Estas regras ajudam a criar soluções verdadeiramente eficientes e econômicas mesmo para as disposições mais incomuns de salas e despensas em uma casa particular e em um apartamento com vários quartos de um prédio alto.

Ao projetar a ventilação, é necessário tentar criar um fluxo natural de ar das salas de estar, através dos corredores, para o banheiro e a cozinha.

Nesse caso, os corredores funcionam como espaços de fluxo. Portanto, o bloco principal de ventilação do sistema deve ser colocado no centro da casa, na parte superior dos corredores ou salas de serviço.

Por exemplo, o módulo de ventilação para uma casa particular de 2 andares pode ser colocado no primeiro andar, no topo da despensa ou do corredor principal. Para uma casa de 1 andar, como opção, na parte inferior do sótão.

Ao instalar a tubulação principal, lembre-se de que o ar de insuflação deve ir para as salas de estar, e o ar de exaustão deve sair através das cozinhas e salas de serviço.

Portanto, os difusores de insuflação são colocados na fronteira condicional “cômodo-ambiente”, e as exaustões na cozinha, banheiro, despensa, sanitário.

Os difusores combinam duas funções: distribuição uniforme do ar fresco e remoção do ar já utilizado. Eles podem ter formas muito variadas. São fabricados em chapa fina de metal e plástico.

Existem observações quanto à altura da localização das aberturas de entrada e saída de ar. A saída do sistema de ventilação deve ser colocada acima do nível do telhado do edifício.

Isso protegerá o sistema de ventilação de insuflação e exaustão de uma recaptação do ar que acabou de ser expelido através das aberturas de exaustão.

A captação de ar fresco deve ser feita a uma altura de pelo menos 2 metros da superfície do solo.

Porque pequenas partículas abrasivas e poeira podem ser levantadas por correntes de vento a mais de 1 metro de altura e entrar nos difusores de insuflação, obstruindo rapidamente os filtros de limpeza primária.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

No vídeo, são explicadas e demonstradas as características de projeto e instalação de ventilação de insuflação e exaustão em uma casa particular:

Mais um exemplo claro de uma solução pronta para ventilação de uma casa particular de madeira de 1 andar:

Resumindo as informações acima, notamos que a ventilação de insuflação e exaustão é um sistema simples de projetar, acessível para aquisição e instalação.

A ventilação em conjunto com o sistema de aquecimento permite organizar um equilíbrio de ar fresco e aquecido no ambiente.

Você já cuidou da instalação de ventilação na casa de campo? Ou conhece os segredos de projeto e montagem de sistemas de ventilação em apartamentos? Por favor, compartilhe sua experiência – deixe seus comentários neste artigo.