O design de sistemas HVAC necessita de uma avaliação metódica das opções

Os engenheiros devem avaliar a segurança, custos, eficiência de VRF contra hidrónica.

Com aquecimento e arrefecimento entre os maiores custos em edifícios comerciais, a seleção do sistema HVAC é um componente importante tanto em projetos novos como em projetos de modernização para manter os custos controlados e alcançar os objetivos em eficiência de energia. Os sistemas hidrónicos oferecem um aquecimento e arrefecimento à base de água, um meio sustentável, acessível e com provas dadas.

O aumento dos custos de energia e um movimento na direção da sustentabilidade estão a impelir mudanças no mercado comercial HVAC. Enquanto os engenheiros de projeto, proprietários de edifícios e empreiteiros mecânicos se concentrarem no aumento do conforto e manutenção da qualidade do ar, ao mesmo tempo que reduzem o consumo geral de energia, a tecnologia e componentes dos sistemas HVAC estarão a ser constantemente reavaliados.

Com o aquecimento e arrefecimento entre os maiores custos para a maioria dos edifícios, os proprietários estão decididos a encontrar novas abordagens eficazes para os novos edifícios e a melhorar o desempenho das unidades existentes. E à medida que o setor continua a mudança para práticas de construção sustentáveis que maximizam o desempenho do edifício, ao mesmo tempo que minimizam o impacto ambiental, o tipo de sistema HVAC será um fator importante no alcance dos objetivos de eficiência de energia. Fatores adicionais como segurança e código de conformidade, custos relacionados com a operacionalidade e o ciclo de vida encontram-se entre os que também devem ser tidos em consideração na avaliação de sistemas HVAC.

Dois métodos de aquecimento e arrefecimento frequentemente comparados em termos de consumo energético e desempenho do sistema são os sistemas hidrónicos e os sistemas de caudais de refrigeração variáveis.

Os sistemas hidrónicos enquanto tecnologia de conforto no lar têm sido utilizados sob alguma forma há séculos. Os sistemas hidrónicos atuais oferecem aquecimento e arrefecimento à base de água através de tubagens, condutas e outros componentes como bombas, variadores, controlos, permutadores de calor e válvulas.

Os sistemas VRF utilizam refrigerante como meio principal de aquecimento/arrefecimento, constituídos por uma unidade principal de compressor ligada através de linhas de refrigeração a múltiplas unidades de cassete interiores que podem ser controladas individualmente. Foram desenvolvidos nos anos de 1980 na Europa e na Ásia e apresentados nos Estados Unidos há cerca de uma década.

Embora cada uma tenha o seu lugar em sistemas HVAC em edifícios comerciais, os engenheiros de especificação devem ser diligentes na revisão dos parâmetros de projeto e nos códigos de segurança aplicáveis dos padrões ASHRAE 15 e 34 para garantir que estão a fazer escolhas adequadas. Uma análise atenta de áreas-chave de diferenciação entre hidrónica e VRH também pode ajudar os designers do sistema durante esse processo.

Os sistemas hidrónicos têm muitas vantagens sobre os sistemas VRF, incluindo custos iniciais, longevidade, segurança e operacionalidade.

Quando se especifica um sistema, é importante considerar não apenas a dimensão do edifício, como também a dimensão do próprio sistema HVAC. Os sistemas hidrónicos são melhor adequados para lidar com edifícios necessitando de 50 a 100 toneladas ou mais de capacidade para arrefecimento. Os sistemas hidrónicos também têm a capacidade de bombear água eficientemente ao longo de grandes distâncias, como um campus universitário ou um arranha-céus de escritórios.

Por outro lado, a eficiência do sistema em VRF desce com base no comprimento da tubagem de refrigeração. Os Padrões ASHRAE 15 e 34 definem os limites de concentração de refrigeração específicos com base em libras de refrigeração por milhares de pés cúbicos de volume interior para além da sua toxicidade aguda esperada. Normalmente, a carga refrigerante num sistema VRF é de 4 a 6 libras de refrigeração por tonelada de arrefecimento. Para aderir às exigências ASHRAE 15, o sistema VRF pode necessitar de ser decomposto em circuitos de refrigeração mais pequenos, comprometendo assim os benefícios de cargas desviadas.

Os sistemas VRF limitam-se, normalmente, a edifícios com menos de 10 pisos devido ao comprimento do percurso da canalização estar limitado e adequadamente dividido em zonas de modo a transportar refrigerantes e óleos pelo edifício de acordo com as especificações do fabricante. Longas distâncias de canalização podem colocar em perigo o desempenho da unidade, variando desde a acumulação de óleo ou refrigerante na canalização a eficiências reduzidas.

Devem ser tomadas medidas para garantir que a canalização da refrigeração não é instalada em corredores ou no piso plano de um grande espaço aberto de escritórios, dado que ambos são considerados meios de evacuação pelos padrões estabelecidos por ASHRAE e pela International Association of Plumbing and Mechanical Officials (IAPMO). Mesmo com sistemas de supressão de incêndio e de aspersores montados no teto, estas zonas continuam a ser consideradas meios de evacuação.

Embora seja possível a ocorrência de fugas em ambos os sistemas, hidrónico e VRF, uma fuga num sistema VRF pode ser fatal.

As fugas de refrigeração VRF não podem ser detetadas por visão nem por cheiro, o que as torna difíceis de encontrar e reparar. Em espaços com uma ventilação mínima, grandes concentrações de gás refrigerante no ar podem colocar as pessoas em risco de asfixia.

Os sistemas hidrónicos com unidades de arrefecimento também necessitam de refrigerante para funcionarem, mas o sistema médio utiliza menos 66 a 75 por cento de refrigerante do que um sistema VRF com a mesma dimensão, segundo a Hydronics Industry Alliance. Os sistemas hidrónicos não estão isentos dos códigos ASHRAE e IAPMO que regem o HVAC e setores da canalização, contudo, o refrigerante num sistema hidrónico é normalmente contido no interior de uma casa de máquinas, a qual, pelo código, tem de ser adequadamente ventilada para lidar com uma fuga potencial.

Além da pequena quantidade de refrigerante associada a unidades de arrefecimento num sistema hidrónico, a água que corre através do sistema e nas suas tubagens não representa um risco para a segurança ou para o ambiente ao longo da vida do sistema.

O mesmo não pode ser dito para os refrigerantes VRF. A Agência de Proteção do Ambiente emitiu importantes alterações às regras da Secção 608 da Clean Air Act, que rege o tratamento, utilização e venda de refrigerantes.

A mais notável é o regulamento que proíbe a utilização de hidrofluorcarbonetos como o R-410A em novos refrigeradores (refrigerados a ar, refrigerados a água, deslocação, torção e centrífugo), unidades de telhado e sistemas VRF a partir de 2024.

Sob as regras atualizadas, a EPA expandiu o programa de gestão de refrigerantes, ampliou o regulamento para substitutos sem escoamento de ozono como hidrofluorcarbonetos. Esta ação reduz a taxa de fuga permitida para refrigeração de conforto e eletrodomésticos de refrigeração. Também integra as melhores práticas do setor, como a verificação de reparações e a realização de inspeções de fugas anuais para sistemas que perderam uma pequena quantidade da sua carga de refrigeração.

Sistemas VRF patenteados necessitam de técnicos especializados para instalação e manutenção — os quais podem fazer subir os custos — comparado com sistemas de água hidrónicos concebidos com componentes universais que podem ser instalados e alvo de manutenção por parte de qualquer técnico de manutenção HVAC. Os componentes num sistema hidrónico são produzidos em fábrica e testados, reduzindo a taxa de avaria após instalação.

Uma vez que a tubagem VRF necessita de brasagem e de soldadura, a qualidade da instalação depende do nível de perícia do instalador. Os instaladores também devem ser certificados para trabalhar com refrigerantes sob pressões extremamente elevadas e ter conhecimento sobre deteção de fugas e requisitos de ventilação pela IAPMO e do International Code Council, que adotaram os Padrões ASHRAE 15.

Além disso, cada fabricante VRF tem um protocolo diferente, que reduz ainda mais o conjunto de técnicos qualificados para a instalação e manutenção. A instalação e manutenção desadequadas podem provocar uma avaria prematura dos sistemas VRF.

Com sistemas hidrónicos, os fabricantes de componentes podem ser alterados e podem ser instaladas novas tecnologias sem terem impacto nos outros componentes do sistema.

O custo inicial de um sistema hidrónico é normalmente mais baixo, e os sistemas oferecem uma gama muito mais ampla de flexibilidade para componentes, funcionamento e manutenção, tanto em termos de peças como manutenção. Os sistemas avançados incluem a aplicação de tecnologias como sistemas de tubagem integrada e simples que reduzem drasticamente a tubagem e os custos, e bombas equipadas com unidades de velocidade variável que aumentam a eficiência energética.

Os sistemas VRF têm, normalmente, uma longevidade mais curta do que os sistemas hidrónicos. É sabido que os sistemas hidrónicos duram 20 a 25 anos, enquanto os sistemas VRF podem necessitar de substituição aos 10 ou 15 anos após a instalação. O compressor num sistema VRF é obrigado a esforço adicional durante os ciclos de aquecimento, reduzindo a longevidade do compressor.

A temperaturas mais baixas, os sistemas hidrónicos são mais fiáveis do que os sistemas VRF. Isso deve-se ao facto de o sistema VRF necessitar de uma fonte de calor suplementar em climas frios, como calor elétrico, o que pode anular a eficiência energética do sistema. Sem outra fonte de calor, o compressor VRF pode ser configurado para funcionar na sua capacidade máxima no aquecimento matinal, mas isso consome mais eletricidade, negando potencialmente quaisquer benefícios em eficiência, incluindo redução dos custos de energia.

O sistema VRF pode oferecer simultaneamente aquecimento e arrefecimento, e pode recuperar calor de uma zona e utilizá-lo noutra. Isto é eficaz em edifícios com múltiplas zonas de temperatura, como um hotel. No entanto, um sistema VRF não tem a capacidade para armazenar energia. Água num sistema hidrónico pode retirar o calor ou o frio de uma divisão e transportar essa energia de volta para o sistema para armazenamento para posterior utilização, reduzindo o consumo de energia e os custos.

Estas e outras considerações têm relevância para proprietários de edifícios, arquitetos, engenheiros de projeto e todos os que têm um interesse no design, instalação, funcionamento e manutenção do sistema HVAC de um edifício comercial. Aqueles que influenciam a escolha do sistema devem ser diligentes na sua análise para garantir que os sistemas estão em conformidade com o código, são energeticamente eficientes e adaptáveis a fontes de energia futuras. Os sistemas mais eficientes em termos de custo, desempenho e eficiência serão procurados para ajudar a atingir objetivos energéticos e a manter os custos de construção sob controlo.