Clima

O que são condicionadores de ar passivos, como funcionam

Com o início de um verão quente, surge inevitavelmente o problema do ar condicionado. Embora não em todas as regiões, o ar quente viciado ainda é um problema muito real em muitas regiões, o que pode causar problemas em casa ou no escritório. Para resolver isso, você pode comprar um ar condicionado convencional, também chamado de sistema split. Mas eles são bastante caros por si próprios e também consomem muita eletricidade, o que afeta os custos. O uso de condicionadores de ar convencionais nem sempre é aconselhável e justificado, às vezes é muito mais lucrativo instalar um condicionador de ar de refrigeração passiva em casa. Neste artigo, revelaremos o que são os condicionadores de ar passivos e como funcionam..

Em que consiste um ar condicionado passivo

O ar condicionado pode ser feito de várias maneiras. E estamos acostumados com o fato de que o ar condicionado é uma coisa tão oblonga que fica pendurada no teto. Dela sai o ar frio e, do lado de fora da parede da casa, há uma caixa com um ventilador, de onde pinga a condensação. Portanto, os condicionadores de ar passivos são organizados de uma maneira completamente diferente..

A opção mais simples e relativamente mais barata para arranjar um ar condicionado passivo consiste nos seguintes elementos:

  • Circuito geotérmico (furo no solo).
  • Unidade fan coil.
  • Bomba de circulação.
  • Refrigerante no circuito.

Esse sistema é capaz de baixar a temperatura ambiente em 4 – 6 ° C e tem uma capacidade de 1 a 2 kW. Um indicador de 2 ou mais kW normalmente é declarado pelos fabricantes de sistemas, mas na verdade, muito depende da região, da estrutura do solo e da temperatura geral da região, tanto do ar quanto do solo. Mas você pode contar com segurança com 1 kW de potência.

Se a capacidade de tal sistema for insuficiente, uma bomba de calor é adicionada a ele. Essa unidade é cara e leva muito tempo para pagar. Mas se você criar inicialmente um sistema de aquecimento e ar condicionado baseado em uma bomba de calor com um circuito geotérmico, ele acaba sendo bastante lucrativo. Não é lucrativo usar uma bomba de calor apenas para resfriamento de ar no verão. Observe que não é lucrativo, não porque a eletricidade e outros custos sejam altos, mas porque o custo inicial da bomba de calor é muito alto..

Portanto, vamos dar uma olhada mais de perto nos elementos de um ar condicionado passivo..

Circuito geotérmico e poço

Circuito geotérmico e bem

Um contorno geotérmico é um poço vertical no solo. Quanto mais fundo o poço, mais energia térmica pode ser extraída dele. Por exemplo, um poço de 40 m de profundidade pode fornecer 2 kW de potência, quase como um sistema dividido.

Um reservatório de tubos de plástico em forma de U é baixado para o poço. Outros tubos podem ser usados, mas o plástico é considerado o mais adequado. São baratos e o desempenho é bom o suficiente para o colecionador durar 50 anos..

O tubo é preenchido com líquido que circula pelo sistema. Também é chamado de refrigerante. As bombas de calor convencionais usam um refrigerante anticongelante especial, mas os condicionadores de ar passivos podem usar água normal. Portanto, há menos custos operacionais e reembolso de perdas acidentais.

Importante! Observe que se uma bomba de calor for usada, um líquido especial deve circular como um transportador de calor – um refrigerante.

Normalmente, é o alto custo do trabalho de perfuração que impede os proprietários de moradias nos subúrbios antes de instalarem um ar condicionado passivo. Mas devido ao fato de que os requisitos para um poço no solo são muito menos rigorosos do que para um poço de água, por exemplo. Portanto, para perfurar até mesmo um poço profundo de 40 m, podem ser usadas pequenas sondas de perfuração como o BUR-50. Especialmente se o solo tiver 3-4 graus de perfurabilidade, que incluem argila, areia e calcário.

O custo de perfuração de um poço de 40 m de profundidade não ultrapassa US $ 500. O custo de um conjunto de tubos de plástico e elementos de conexão é de cerca de 100 USD.

Um furo no solo não é a única opção de reservatório para um ar condicionado passivo. Você também pode mergulhar o coletor em água, cuja temperatura é suficiente para que o refrigerante circulante resfrie em pelo menos 3 – 5 ° C. Por exemplo, você pode baixar o reservatório em um poço de água fria ou em um rio de montanha..

Ventiloconvectores

Ventiloconvectores

As unidades de fan coil são o próximo elemento do sistema de resfriamento passivo. Essas unidades também são chamadas de “semi-condicionadores”.

A unidade da bobina do ventilador consiste em trocador de calor, ventilador, filtro e unidade de controle.

O refrigerante / meio de aquecimento circula dentro do trocador de calor. O ventilador sopra o ar para o trocador de calor, onde é resfriado, e sopra o ar frio de volta. O filtro limpa o ar. E a unidade de controle é necessária para regular a temperatura do ar no ambiente..

O princípio de operação de um fan coil

Se você entrar em pequenos detalhes, o ventilador distribui o ar uniformemente por toda a área do trocador de calor para que ele resfrie ou aqueça uniformemente (se a bobina do ventilador for usada para aquecimento).

O motor do ventilador é de dois tipos:

  • tangencial – usado para unidades de fan coil de baixa potência em salas pequenas;
  • centrífugo – usado em unidades de fan coil de média e alta potência. Normalmente, estes são instalados em fábricas ou outras grandes instalações..

Assim, o ventilador sopra ar e o fornece através do trocador de calor. O próprio trocador de calor e os tubos adequados para ele são, na maioria das vezes, de cobre. O refrigerante ou agente de transferência de calor flui através dos tubos dentro do trocador de calor. Pode ser água, fria ou quente, ou solução de etilenoglicol.

As unidades de fan coil podem controlar a temperatura ambiente de duas maneiras: ajustando o volume de ar fornecido ou o volume de água no trocador de calor. O fluxo de água pode ser ajustado por meio de uma válvula especial que altera o diâmetro da seção transversal do tubo. Assim, o fluxo de água que entra no trocador de calor muda..

Importante! A capacidade de regular o volume de água que entra é a diferença fundamental entre os sistemas de água e freon.

O fluxo de ar pode ser controlado alterando a velocidade do ventilador. Assim, ele bombeará o ar em um volume menor ou maior..

Os ventiloconvectores são instalados em todas as divisões onde o ar condicionado é necessário: em halls, quartos, corredores, cozinhas e outras divisões. O custo das unidades de fan coil começa em 200 USD. São idênticos aos condicionadores de ar convencionais com potência de 2 kW, com controle remoto e regulação da velocidade de resfriamento..

Bomba de circulação

Uma bomba de circulação é necessária no sistema para forçar o fluido a circular ao redor do circuito do sistema. A água flui ao longo do circuito geotérmico, é resfriada lá e entra diretamente no trocador de calor da bobina do ventilador.

O consumo de eletricidade pela bomba de circulação é muito baixo, e o custo da bomba em si é de cerca de US $ 100. A instalação de todo o sistema de resfriamento passivo custará cerca de US $ 100. No total, um ar condicionado passivo custará US $ 600, quase o mesmo que um sistema split convencional.

Além dos elementos apresentados do ar condicionado passivo, uma bomba de calor pode ser incluída no sistema. Se a capacidade dos elementos básicos não for suficiente, o refrigerante é adicionalmente resfriado no compressor e só então entra no trocador de calor da fan coil.

Como funciona um ar condicionado passivo

Como funciona um ar condicionado passivo

Vamos dar uma olhada mais de perto no princípio de operação de um ar condicionado passivo e como a ventilação e o ar condicionado funcionam nos quartos..

Então, digamos que a água comum circule no sistema.

Passando por um trocador de calor no solo, que chamamos de circuito geotérmico um pouco mais alto, a água esfria até uma determinada temperatura, que é obviamente mais baixa do que a temperatura ambiente na superfície da Terra. Por exemplo, fora da janela está +30 ° С. A água flui pelo circuito e vai para o trocador de calor na unidade fan coil com uma temperatura de +19,5 ° C.

PRINCÍPIO DE REFRIGERAÇÃO PASSIVA

Ao resfriar o ar que passa pelo trocador de calor do fan coil, a água se aquece e sai do trocador de calor com uma temperatura de +21,2 ° C. Parece que a diferença é muito pequena. Mas vamos cavar mais fundo.

O resfriamento por hora será de 715 watts. E os custos de eletricidade são muito menores: a unidade fan coil consome apenas 70 W, e a bomba de circulação é de 120 W. Aliás, pode haver várias bombas, então o consumo delas deve ser somado.

Depois que a água cedeu seu frio ao ar, ela retorna ao coletor de solo, onde esfria novamente, e assim o ciclo se repete.

Importante! Quanto mais alta for a temperatura externa, maior será a eficiência do ar condicionado passivo. Quando a temperatura é baixa, por exemplo, +20 ° C, a eficiência do resfriamento passivo é praticamente nula, já que a diferença de temperatura entre a água e o ar é pequena.

Se o sistema não circular água, mas uma solução de etilenoglicol e uma bomba de calor com compressor for adicionada ao sistema, a eficiência do ar condicionado será muito maior, mas os custos também serão.

O principal problema dos condicionadores de ar passivos com coletor de solo é a resistência hidráulica, por isso é necessário aumentar a potência das bombas de circulação..

A solução mais simples para este problema é usar o refrigerante menos viscoso possível. Se for água, então destilada, diluída com amaciantes que reduzem a viscosidade.

Além disso, você pode tomar uma série de outras medidas:

  • Reduza a inclinação das curvas do tubo no sistema. Para isso, os elementos giratórios devem ser substituídos por ângulos obtusos oblíquos..
  • Você também deve reduzir o número de acoplamentos que reduzem o diâmetro da seção transversal da tubulação. É melhor usar acoplamentos sem alterar o diâmetro.
  • Minimize o número de válvulas de corte – válvulas.
  • Podem ser usadas unidades de fan coil com tubos trocadores de calor maiores..

A tabela abaixo mostra as seções mais problemáticas do pipeline. Observe que quanto menor for o coeficiente indicado na última coluna, menor será a resistência hidráulica do sistema..

Tabela 1. Coeficiente de resistência dos elementos do duto.

Tabela 1. Coeficiente de resistência dos elementos do duto.

Ao eliminar os elementos com maior resistência do sistema, você pode aumentar significativamente a eficiência de um condicionador de ar passivo com um coletor de solo..

O próximo ponto importante na operação de um ar condicionado passivo é a ventilação. Para que as unidades do fan coil funcionem corretamente, deve haver um suprimento de ar fresco. E aqui deve ser observado que as unidades de fan coil podem ser usadas com uma janela aberta, ao contrário de condicionadores de ar do tipo split..

Além do fluxo de ar pela janela, é possível realizar o abastecimento de ar por meio de um condicionador de ar central, que é instalado na cobertura ou sótão do prédio..

Outras opções de resfriamento passivo

O resfriamento passivo nem sempre é realizado com unidades de fan coil. Por exemplo, em salas onde o movimento excessivo de massas de ar ou ruído de ventiladores de fan coil é indesejável, as chamadas paredes frias, tetos ou pisos frios podem ser usados..

O sistema de piso frio é praticamente igual ao sistema de piso quente. Os tubos passam sob o revestimento do piso, por onde circula o líquido resfriado. Assim, o líquido resfria a superfície do piso..

Paredes frias

Paredes e tetos frios são igualmente eficazes. Do teto resfriado, o ar desce de acordo com as leis da física, criando a temperatura ideal na sala.

É possível chamar o piso, teto e paredes de frios apenas condicionalmente. Normalmente, a temperatura dessas superfícies nunca é inferior a +15 – +16 ° C, de modo que a condensação não se forma.

Para concluir, gostaria de lembrar mais uma vez sobre os benefícios de usar um ar condicionado passivo. O consumo de energia de 2 kW da unidade de resfriamento não excede 80 – 100 W. Um ar condicionado convencional com potência de 2 kW consome pelo menos 800 watts. O benefício é óbvio, um ar condicionado passivo consome 10 vezes menos e, portanto, compensa em várias temporadas.