Para quem trabalha no setor de HVAC, os cálculos de carga são uma parte crítica do processo de projeto. É importante calcular corretamente as cargas de projeto para garantir que o sistema seja dimensionado corretamente e opere de forma eficiente. Este artigo fornece uma breve visão geral do processo de cálculo de carga HVAC e sua importância.
Os cálculos de carga são necessários para todos os tipos de sistemas HVAC, desde residenciais até comerciais e industriais. O objetivo principal dos cálculos é determinar a quantidade de aquecimento e resfriamento necessária para manter as temperaturas internas desejadas. Para isso, o engenheiro projetista deve levar em consideração todos os fatores que influenciam a carga, como o tamanho do edifício, os níveis de isolamento e o número de ocupantes.
Os cálculos de carga também fornecem informações sobre os componentes do sistema necessários para acomodar a carga calculada. Isso inclui o tamanho e o tipo de equipamento, como resfriadores e caldeiras, bem como os dutos e tubulações que serão necessários.
Etapas de cálculo de carga
As etapas necessárias para realizar cálculos de carga HVAC:
- Reúna as informações do edifício:
- Colete planos de construção, desenhos e plantas.
- Observe a localização do edifício, a orientação e o tipo de construção.
- Determine a envolvente do edifício:
- Identifique os componentes da envolvente do edifício, como paredes, telhado e janelas.
- Determine as propriedades térmicas de cada componente, incluindo o valor R do isolamento e o fator U.
- Determine a área e a orientação de cada componente.
- Identifique fontes internas de calor:
- Determine o número de ocupantes e seus níveis de atividade.
- Identifique os equipamentos e eletrodomésticos do edifício.
- Determine a carga de iluminação e sua programação.
- Determine as condições externas:
- Obtenha dados meteorológicos históricos para o local.
- Determine as condições de projeto externo com base nos padrões ASHRAE.
- Calcule ganhos e perdas de calor:
- Use software ou cálculos manuais para determinar a quantidade de calor ganho ou perdido através de cada componente da envolvente do edifício.
- Calcule os ganhos de calor de fontes internas.
- Calcule as perdas ou ganhos de calor provenientes da ventilação e infiltração.
- Determine as cargas de aquecimento e resfriamento:
- Combine os ganhos e perdas de calor para determinar as cargas de aquecimento e resfriamento para cada ambiente ou zona.
- Calcule as cargas totais de aquecimento e resfriamento para todo o edifício.
- Selecione o equipamento HVAC:
- Determine o tamanho apropriado do equipamento HVAC com base nas cargas de aquecimento e resfriamento.
- Escolha o equipamento com maior eficiência energética para o edifício.
- Revise e ajuste os cálculos:
- Verifique a precisão e integridade dos cálculos.
- Ajuste os cálculos conforme necessário com base nas alterações no projeto ou uso do edifício.
Assim que os cálculos de carga forem concluídos, o engenheiro de projeto poderá iniciar o processo de seleção dos equipamentos e componentes apropriados para o trabalho. O tamanho e o tipo de equipamento devem ser escolhidos cuidadosamente para garantir que o sistema funcionará de forma eficiente e atenderá aos requisitos de temperatura interna desejados.
É importante observar que os cálculos de carga não são um processo único. Os cálculos devem ser revistos periodicamente para garantir que o sistema está a funcionar de forma óptima e que quaisquer alterações nas condições, tais como alterações na ocupação, são tidas em conta.
A importância dos cálculos de carga HVAC não pode ser exagerada. Sem os cálculos adequados, o sistema pode não ser dimensionado corretamente e não funcionar de forma eficiente. É essencial que sejam feitos projetos e cálculos adequados para garantir que o sistema funcione corretamente e atenda aos requisitos de temperatura interna desejados.
O cálculo preciso das cargas de aquecimento e resfriamento é essencial para fornecer uma ponte sólida entre as decisões fundamentais do projeto de construção e um edifício em operação. Se as cargas forem substancialmente subestimadas, os ocupantes e usuários provavelmente sentirão calor ou frio. Se as cargas forem substancialmente superestimadas, o equipamento ficará superdimensionado (geralmente desperdiçando dinheiro, reduzindo a eficiência, aumentando o consumo de energia e muitas vezes colocando em risco o conforto). Cálculos precisos de carga são uma parte importante do processo de projeto. Esta importância é sublinhada pela constante evolução das metodologias de cálculo de carga – que tem tornado os cálculos de carga cada vez mais complexos, menos intuitivos e mais dependentes de computadores.
É imperativo que um engenheiro iniciante em HVAC&R tenha uma boa compreensão dos fundamentos dos conceitos de cálculo de carga. A dependência total de software de computador para análise de carga não é sensata. O ditado “entra lixo, sai lixo” aplica-se perfeitamente aos cálculos de carga.
Equipamentos e sistemas são dimensionados a partir de cargas de “projeto”, que são calculadas usando valores estatisticamente significativos condições do tempo que refletem o clima do local do edifício. Uma carga de aquecimento projetada representa a perda de calor de um edifício sob uma série de suposições geralmente aceitas. Uma carga de resfriamento projetada representa o fluxo de calor para um edifício através da envolvente do edifício e de fontes internas, novamente sob um conjunto de suposições comumente aceitas. O termo ganho de calor é geralmente usado para descrever o fluxo de calor indiferenciado em um edifício ou espaço. O termo carga de resfriamento é usado para descrever a porção do ganho de calor que afetará a temperatura do ar (em oposição ao material e conteúdo da construção) em um determinado momento. A grande maioria dos sistemas de ar condicionado responde diretamente às cargas de refrigeração através do controlo termostático (e apenas indiretamente aos ganhos de calor).
As cargas são sensíveis (afetando a temperatura do ar) ou latentes (afetando a umidade relativa) ou uma combinação de sensíveis e latentes. As cargas podem ser externas (passando pela envolvente do edifício) ou internas (originadas na envolvente do edifício). As cargas espaciais afetam uma parte específica de um edifício em algum momento; cargas do equipamento são aquelas vistas pelo equipamento em algum momento. As cargas dos equipamentos para componentes centrais podem não ser iguais à soma das cargas do espaço de projeto devido à diversidade (não coincidência) de cargas, como entre salas voltadas para o leste e para o oeste.
Cargas sensíveis e latentes de aquecimento e resfriamento surgem da transferência de calor através da envolvente opaca do edifício; ganho de calor solar através de janelas e claraboias; infiltração através de aberturas na envolvente do edifício; ganhos de calor interno devido à iluminação, pessoas e equipamentos nos espaços condicionados; e fluxo de ar externo para ventilação e pressurização do edifício. Essas cargas são descritas detalhadamente em vários capítulos do Manual ASHRAE – Fundamentos. Normalmente, os cálculos de carga de aquecimento de projeto não incluem ganhos de calor para o espaço, uma vez que as perdas de pico normalmente ocorrem durante a noite (horas desocupadas para a maioria dos edifícios não residenciais). Quando apropriado, o crédito de aquecimento pode ser obtido para uma parte dos ganhos de iluminação, ocupação e equipamento – mas não para ganhos solares (edifícios com aquecimento solar passivo são uma exceção a esta regra geral).
O desenvolvimento de uma análise energética abrangente do edifício exige que o projetista de HVAC&R considere as muitas cargas, além da carga de projeto, que ocorrem ao longo de um ano típico na vida de um edifício. Este tipo de análise requer dados meteorológicos horários de um ano inteiro (em vez de apenas condições de projeto) e cálculos substanciais para calcular cargas em condições fora de pico e a resposta resultante do equipamento a tais cargas. Embora existam alguns métodos manuais que permitem uma aproximação, análises precisas de energia requerem capacidades de simulação computacional bastante sofisticadas. Existem vários programas de software que podem fornecer tais análises, mas geralmente são programas especializados com curvas de aprendizado acentuadas.