Uma maneira de minimizar problemas de qualidade do ar e de umidade em uma residência, sem precisar abrir uma janela, é a instalação de um sistema de ventilação mecânica, como um trocador de calor ar‑para‑ar. Um trocador de calor ar‑para‑ar coloca em contato térmico duas correntes de ar com temperaturas diferentes, transferindo calor do ar interno que está sendo exaurido para o ar externo que entra durante a temporada de aquecimento.
No verão, o trocador de calor pode resfriar e, em alguns casos, desumidificar o ar quente externo que passa por ele e entra na casa para ventilação. O trocador de calor ar‑para‑ar remove o excesso de umidade e elimina odores e poluentes gerados no interior.
Types
Em geral, os trocadores de calor são classificados de acordo com a forma como o ar circula pela unidade. Em um trocador de fluxo contracorrente, as correntes de ar quente e frio fluem paralelamente em direções opostas. Em uma unidade de fluxo cruzado, as correntes de ar se movem perpendicularmente entre si. Uma unidade de fluxo axial utiliza uma grande roda; o ar aquece um lado da roda, que transfere o calor para a corrente de ar frio à medida que gira lentamente. Uma unidade de tubo de calor usa refrigerante para transferir o calor. Existem ainda outras unidades destinadas a aplicações específicas. Estruturas pequenas, como casas, geralmente utilizam trocadores de fluxo contracorrente ou de fluxo cruzado.
Ventilador de Recuperação de Calor ou Ventilador de Recuperação de Energia e Clima
A maioria dos trocadores de ar para ar instalados em climas do norte são ventiladores de recuperação de calor (HRVs). Essas unidades recuperam o calor do ar exaurido e o devolvem ao edifício.
Avanços recentes na tecnologia também ampliaram o uso de ventiladores de recuperação de energia (ERVs). No passado, os ERVs eram utilizados principalmente em climas com maior umidade, onde a carga de resfriamento era mais intensa do que a de aquecimento. A principal diferença entre os dois é que os HRVs recuperam apenas o calor, enquanto um ERV recupera tanto o calor quanto a umidade. Os ERVs enfrentavam problemas de eficiência reduzida devido à saturação excessiva das rodas dessecantes internas durante períodos prolongados de alta umidade; porém, com instalação e manutenção adequadas, eles podem proporcionar um ambiente mais saudável e maiores economias de energia. Além disso, a maioria dos ERVs vendidos atualmente são do tipo de placa, que não contém roda dessecante. Consulte um profissional especializado em aquecimento e resfriamento para determinar se um HRV ou ERV seria mais vantajoso em sua situação.
Design
O projeto geral de um trocador de calor ar‑ar utiliza uma série de placas, chamadas de núcleo, empilhadas vertical ou horizontalmente. Uma placa ideal apresenta alta condutividade térmica, elevada resistência à corrosão, capacidade de absorver ruídos, baixo custo e peso reduzido. Os materiais de placa mais comuns incluem alumínio, diferentes tipos de chapas plásticas e compósitos avançados. Originalmente, os trocadores de calor utilizavam placas de alumínio. Problemas surgiam devido à corrosão em ambientes úmidos, causada pela condensação, além de características acústicas deficientes. Os plásticos resolveram os problemas de corrosão e alguns aspectos sonoros, mas a condutividade não alcançava a do alumínio e o custo era mais elevado. Atuais trocadores de calor de alta tecnologia empregam materiais compostos que atendem a todos os critérios.
Além do núcleo, a unidade é composta por um recipiente isolado, sistemas de descongelação para evitar o congelamento da umidade sobre o núcleo e ventiladores para movimentar o ar. Todos os trocadores de calor necessitam de isolamento para aumentar a eficiência e reduzir a formação de condensação na parte externa da unidade. Diferentes tipos de mecanismos de descongelação, com sensores internos, estão disponíveis para controlar o processo de descongelação. Os ventiladores movimentam o ar, garantindo a vazão e a taxa de ventilação necessárias.
Os trocadores de calor de fluxo contracorrente são constituídos por um núcleo de placas planas. O ar entra em uma das extremidades do trocador. O calor é transferido através das placas para o ar mais frio. Quanto maior for o tempo de passagem do ar dentro da unidade, maior será a troca de calor. A porcentagem de recuperação de calor corresponde à eficiência da unidade. As eficiências geralmente ficam em torno de 80%. Em geral, essas unidades são longas, rasas e retangulares, com dutos em cada uma das extremidades longitudinais.
Os trocadores de calor de fluxo cruzado também utilizam placas planas, mas o ar flui em ângulos retos. Esses equipamentos ocupam menos espaço e podem até caber em uma janela, porém perdem parte da eficiência do fluxo contracorrente. As eficiências geralmente não ultrapassam 75%. Esses aparelhos costumam ter formato cúbico, com todas as conexões localizadas em uma única face do cubo. A grande maioria dos trocadores de calor utilizados em aplicações residenciais adota o design de fluxo cruzado.
Choices
Escolha o modelo que melhor atenda às suas necessidades específicas. Características como o espaço disponível para instalação, a taxa de troca de ar necessária e a eficiência desejada devem ser levadas em consideração. Infelizmente, quase todos os fabricantes apresentam métodos diferentes para informar os valores de eficiência. Por exemplo, as taxas de ventilação dependem da resistência ao fluxo de ar. Um ventilador com uma vazão de 150 pés cúbicos por minuto (cfm) pode, na verdade, produzir esse fluxo apenas em pressões muito baixas. Da mesma forma, um equipamento pode indicar uma eficiência de 85%, mas, dependendo da temperatura de teste, talvez não seja superior a um aparelho com eficiência de 80%.
Testes e Comparações
Para padronizar as declarações de eficiência dos fabricantes, o Home Ventilating Institute (HVI) realiza testes em trocadores de calor ar-ar e outros equipamentos de ventilação. Esses testes geram uma ficha técnica específica para trocadores de calor ar-ar. Essa ficha normaliza os trocadores em relação a um determinado conjunto de pressões e temperaturas, permitindo comparar eficiências e taxas de fluxo de ar entre diferentes modelos. Os números de desempenho da ventilação relacionam as taxas de fluxo de ar a uma dada pressão, enquanto o desempenho energético associa um conjunto específico de temperaturas externas a diferentes tipos de eficiência. A eficiência mais importante é a eficiência de recuperação sensível pois a maior parte da troca de calor ocorre durante esse tipo de processo. A eficiência de recuperação sensível fornece as eficiências do equipamento em determinadas taxas de fluxo de ar (cfm) e temperaturas. Esses valores podem ser comparados entre diferentes unidades, possibilitando avaliações adequadas em condições de fluxo de ar similares.
