Como é que uma casa funciona? Parece uma pergunta disparatada. As casas são objectos imóveis, não são? Que mais há para saber? À primeira vista, pode parecer que sim; no entanto, as actividades físicas de uma casa estão sempre em movimento e em constante mudança. O ar está sempre a fluir a ritmos que mudam com o clima e quando os sistemas mecânicos são ligados e desligados. Isto influencia o nosso nível de conforto, a qualidade do ar que respiramos, a quantidade de energia que consumimos e pode mesmo afetar o tempo de vida de certas partes estruturais da casa.
Todos os sistemas mecânicos que instalamos numa casa vêm com um manual de instruções, mas e o resto da casa? Alguma vez viu um construtor fornecer um manual de instruções ou de utilizador para a própria casa? Para um investimento tão grande, seria de esperar que houvesse um guia que mostrasse como cada parte da casa deve funcionar, como resolver problemas e como cada componente deve ser substituído no fim da sua vida útil ou, pelo menos, ajustado no caso de algo mudar. Infelizmente, não existe. E provavelmente nunca o farão. As casas são estruturas complexas que não têm um manual de instruções completo. Felizmente, os comportamentos físicos de cada casa são regidos pelas mesmas leis, e essas leis permitem que os comportamentos mudem ao longo do ano e em diferentes zonas climáticas. O objetivo deste artigo é mostrar como funciona uma casa e de onde vêm muitos problemas relacionados com o conforto, a energia, a durabilidade e a qualidade do ar interior (QAI).
As casas com estrutura de madeira são os edifícios unifamiliares mais comuns nos Estados Unidos. Têm uma longa história que remonta a antes da Guerra da Revolução. Nos primeiros tempos, estas casas serviam como grandes caixas que nos mantinham secos e seguros. À medida que as novas invenções, materiais e processos avançaram com a tecnologia, as nossas casas tornaram-se mais complexas, com muitos componentes que têm de funcionar em conjunto para serem eficazes e eficientes, tal como o corpo humano (voltaremos a este assunto mais tarde). Por conseguinte, se alterarmos uma parte da casa, isso pode ter um impacto noutra. Para além da segurança e da proteção, o principal objetivo de uma casa moderna é proporcionar conforto e qualidade do ar interior a um custo de funcionamento razoável. Há duas partes principais da casa que tornam possível um conforto e uma qualidade do ar óptimos: a envolvente do edifício e o equipamento mecânico. É imperativo que estes dois sistemas trabalhem em conjunto para evitar problemas como a humidade elevada, a má qualidade do ar, divisões desconfortáveis, bolor, podridão, poeira e pisos de madeira empenados.
O sistema mecânico
Em primeiro lugar, vamos abordar o óbvio. O sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC) e os seus muitos componentes têm a importante tarefa de proporcionar conforto térmico durante todo o ano. No entanto, os sistemas devem ser corretamente dimensionados e concebidos para proporcionar o máximo desempenho. Para determinar o dimensionamento correto, deve ser efectuado um cálculo de carga do Manual J da ACCA. E para melhorar a precisão do Manual J, deve ser efectuado um teste de porta de insuflação para determinar a quantidade de infiltração de ar exterior (mais sobre isto adiante). Infelizmente, uma grande percentagem de novos sistemas é instalada sem empregar este processo. O dimensionamento do equipamento é muitas vezes calculado apenas com base na metragem quadrada da casa, normalmente 46 metros quadrados por tonelada. Este método pode sobredimensionar o sistema e provocar ciclos curtos, o que significa que o ponto de regulação do termóstato é atingido demasiado depressa. Isto pode reduzir a vida útil do equipamento e impedir que o sistema de ar condicionado desumidifique a casa devido aos tempos de funcionamento mais curtos.
Um componente chave que é frequentemente omitido nas casas americanas é o "V" em HVAC, que significa ventilação. Discutiremos mais tarde como a ventilação é uma forma de o sistema mecânico poder trabalhar com a envolvente do edifício. Uma ventilação bem concebida é fundamental para proporcionar um ar interior mais limpo. Quando não trazemos ar exterior, fazemos circular o mesmo ar pela casa vezes sem conta. Com o tempo, esse ar acumula compostos orgânicos voláteis (COV) libertados pelos materiais de construção e aparelhos, juntamente com outros poluentes que respiramos. Isto faz com que uma boa filtragem seja outro componente essencial para melhorar a qualidade do ar. A ventilação e a filtragem adequadas funcionam bem em conjunto para proporcionar um espaço de vida mais saudável.
Existem muitas opções disponíveis para a ventilação residencial. Os ventiladores de recuperação de energia e de calor (ERVs e HRVs) proporcionam uma ventilação equilibrada, trazendo o ar exterior e expelindo o ar interior viciado ao mesmo ritmo. Os cicladores de ar são outra opção. Trata-se de uma conduta ligada ao lado de retorno do sistema a partir do exterior da habitação. Há um registo motorizado na conduta que se abre de acordo com um horário definido para permitir que o ar condicionado aspire ar exterior filtrado. Atualmente, estão disponíveis opções de controlo da ventilação que operam a ventilação com base nas leituras fornecidas por um monitor de qualidade do ar. Os desumidificadores de ventilação são outra opção que pode fornecer desumidificação e ar exterior filtrado ao mesmo tempo para casas em climas húmidos. Os cicladores de ar e os desumidificadores de ventilação aplicam uma ligeira pressão positiva à envolvente do edifício, o que por vezes pode impedir que a humidade e outros contaminantes se infiltrem tão facilmente.
A envolvente do edifício
A envolvente do edifício serve de contentor para o produto que os empreiteiros de AVAC fornecem aos seus clientes. Esta pele exterior do edifício contém todo o ar condicionado que nos mantém confortáveis. Por isso, não quereríamos saber se a envolvente do edifício está a cumprir a sua função? Outra forma de ver a questão é a seguinte: Digamos que o nosso trabalho é manter a água num balde, não quereríamos primeiro saber se esse balde tem fendas ou buracos? À medida que o ar condicionado escapa da envolvente de um edifício com fugas, também se infiltra ar exterior indesejado no interior, que é frio no inverno e quente no verão. Isto faz com que algumas divisões tenham uma temperatura indesejada, tornando difícil controlar totalmente o conforto no interior da casa. Quanto mais permeável for a envolvente, menos controlo temos para manter um espaço de vida confortável.
Um recinto hermético é essencial para um conforto e uma qualidade do ar óptimos. O mito de que "uma casa tem de respirar" é um conceito errado que a nossa indústria tem vindo a combater há décadas. Antes de a indústria da construção começar a centrar-se nos invólucros herméticos, dependíamos das fugas de ar para a ventilação. Como já foi referido, é verdade que precisamos de ar exterior para manter um ambiente de vida saudável. No entanto, confiar em fissuras e lacunas na envolvente não é a fonte ideal de ar "fresco". Esta é uma prática de uma época anterior, antes de nós, como indústria, sabermos como medir a estanquidade ao ar e o seu impacto no conforto, energia, qualidade do ar e durabilidade. Atualmente, dispomos de ferramentas e software sofisticados para avaliar os recintos dos edifícios e os sistemas de condutas de forma rápida e eficiente. Temos também a capacidade e a conceção de sistemas de ventilação mecânica que proporcionam um ar mais limpo sem comprometer a integridade da envolvente. Esta é uma das formas em que o sistema AVAC e a envolvente do edifício trabalham em conjunto.
Existe uma grande diferença entre infiltração e ventilação. Ventilação é quando o ar exterior é cuidadosamente quantificado, filtrado e frequentemente pré-condicionado antes de entrar no espaço habitacional. Infiltração é quando o ar exterior não planeado entra em sua casa, transportando tudo, desde o calor e a humidade nos dias quentes de verão até aos contaminantes nos sótãos, caves e cavidades das paredes. Se a casa tiver fugas suficientes, vários tipos de pragas podem entrar e deixar para trás substâncias indesejáveis que podem ser transportadas pelo ar e entrar no espaço habitacional com o ar infiltrado. Como pode imaginar, isto é um grande imposto sobre a qualidade do ar. O pólen e outros poluentes atmosféricos também podem viajar para as vias de fuga a partir do exterior.
Tratar a origem e não o sintoma: a abordagem do médico
Anteriormente, mencionámos como os vários componentes da envolvente do edifício e do sistema AVAC podem ter um impacto mútuo semelhante à funcionalidade do corpo humano. Por exemplo, se um medicamento for tomado para um sintoma, pode ter um efeito secundário noutra parte do corpo. As casas e os sistemas AVAC funcionam de forma semelhante. É importante que nós, como técnicos de diagnóstico, compreendamos como cada parte da casa pode ter impacto noutra.
Quando vamos ao médico por causa de um sintoma que temos, é-nos feita uma série de perguntas juntamente com alguns testes para identificar a origem do nosso desconforto. Os técnicos podem seguir um processo semelhante, fazendo a si próprios algumas perguntas: O que é necessário mudar para que o cliente fique satisfeito? Poderá ser um problema de equipamento? Um problema de condutas? Um problema de recintos? Uma mistura? Que testes fazem sentido para encontrar a origem do desconforto?
Diagnóstico da envolvente do edifício
Para compreender plenamente se a envolvente do edifício está a contribuir para os sintomas de conforto e de qualidade do ar interior, há três coisas que temos de esclarecer. Precisamos de:
Determinar a quantidade de fugas na envolvente do edifício- parece ter mais fugas do que deveria?
Determine como é que as fugas estão distribuídas por toda a casa. Há zonas que são mais graves do que outras? Essas zonas coincidem com as queixas dos clientes?
Determine como os sistemas mecânicos da casa interagem com as fugas na envolvente. As pressões nas divisões mudam quando o sistema AVAC está ligado ou desligado? A pressão geral da casa muda quando o(s) sistema(s) AVAC ou os exaustores estão a funcionar?
Estes passos são normalmente executados por esta ordem. Nesta secção, discutiremos uma série de métodos que podem ser utilizados para localizar problemas na envolvente do edifício. E, referindo-nos à nossa comparação com os profissionais de saúde, por vezes é melhor utilizar mais do que um método para ver se coincidem uns com os outros. Isto pode aumentar a confiança nas nossas conclusões à medida que trabalhamos para reduzir a fonte de desconforto dos ocupantes.
Para iniciar o nosso processo, temos de determinar o grau de fuga da envolvente do edifício. Para o fazer, utilizamos uma porta de insuflação: a ferramenta mais importante quando se trata de analisar o desempenho de uma habitação. Imagine ser um ortopedista sem uma máquina de raios X... é assim que uma porta de insuflação é importante.
Os procedimentos de teste e diagnóstico da envolvente são um assunto muito complicado e existem muitos recursos gratuitos disponíveis para aprender tudo sobre estes tópicos em grande pormenor. Para resumir rapidamente, utilizamos a porta de insuflação para pressurizar ou despressurizar a envolvente da habitação a uma pressão conhecida e controlada em relação ao exterior (WRT), normalmente +/-50 pascal. Isto permite um ambiente de investigação estável, uma vez que esta pressão induzida é suficiente para anular quaisquer efeitos de empilhamento e pressões induzidas pelo vento.
Com algumas ferramentas adicionais, a porta de insuflação também pode mostrar onde estão localizadas as fugas. Existem várias formas de o fazer, e o melhor método para uma determinada casa num determinado dia pode depender das condições climatéricas e/ou do tipo de construção. Este guia detalhado sobre a pressão do ar e as fugas de ar nas casas é uma óptima referência para uma análise mais aprofundada do assunto.
Imagem térmica e detectores de fumo
Depois de medirmos a fuga de ar total através da envolvente, precisamos de ter uma ideia de como a fuga está distribuída pela casa. Em muitos casos, o teste da porta de insuflação pode parecer aceitável, mas podemos descobrir mais tarde que a maior parte da fuga está concentrada numa área. As fugas de ar podem ser difíceis de localizar, principalmente porque não conseguimos ver o que está a acontecer a olho nu. Qualquer forma de tornar as fugas visíveis ajuda-nos a localizar rapidamente as fontes de desconforto. Uma boa câmara de imagem térmica pode ser uma das melhores formas de o fazer, uma vez que nos permite fotografar fugas que, de outra forma, não conseguiríamos ver. Afinal de contas, ver para crer.
As imagens térmicas podem revelar rapidamente padrões de fluxo de calor através de cavidades nas paredes e/ou fugas na envolvente. No entanto, é necessário que haja uma diferença de temperatura suficiente entre o interior e o exterior para que uma fuga seja facilmente visível. Normalmente, 10 graus ou mais de diferença de temperatura são suficientes.
Os traçadores ou sopradores de fumo são outra excelente ferramenta visual. Não se trata de fumo verdadeiro. Em vez disso, é um nevoeiro produzido a partir de uma solução de glicol, como se vê nas máquinas de nevoeiro dos teatros. Ao pressurizar o edifício com o ventilador da porta, o nevoeiro move-se com as correntes de ar geradas pelo ventilador e conduz-nos às áreas problemáticas.
Diagnóstico de pressão de zona (ZPD)
O ZPD é uma excelente forma de avaliar rapidamente a forma como as fugas estão distribuídas pela casa, determinando a extensão das fugas no telhado, no chão ou na garagem anexa. Infelizmente, ao longo de anos de más práticas, tornou-se num processo de "estimativa" de fugas em divisões interiores. Embora esta prática ajude certamente o lado das vendas dos testes de desempenho de casas, pode ter muito pouca legitimidade técnica. No entanto, quando utilizado corretamente, o ZPD pode dar-nos muita informação sobre a distribuição das fugas na envolvente. O manómetro de alta resolução que vem com o sistema de porta de insuflação pode ser utilizado para efetuar esses testes.
Esta série explica mais pormenorizadamente o funcionamento da ZPD.
O efeito do sistema de ar condicionado na envolvente (AVAC)
Uma casa negativa é má
Em muitas partes dos Estados Unidos, os sistemas de condutas estão frequentemente localizados fora da envolvente do edifício, no todo ou em parte. Este local pode ser um sótão ventilado, um espaço de rastejamento ventilado, uma cave não condicionada ou qualquer outro recinto exterior ventilado. No caso de sistemas de condutas localizados fora da envolvente do edifício, as condutas que têm mais fugas no lado da alimentação do que no lado do retorno reduzem a pressão da casa. Isto torna a casa negativa em relação ao exterior da habitação. Quando o sistema AVAC funciona, aspira ar do interior da casa e expele-o para fora do espaço condicionado através das fugas nas condutas de alimentação. Isto permite que o retorno retire mais ar da casa do que o fornecimento distribui de volta para dentro da casa, tornando a casa negativa.
Por exemplo, se o fornecimento tiver mais 100 CFM de fugas do que o retorno, esta quantidade de ar condicionado está a ser perdida a cada minuto que o sistema AVAC funciona. Ao mesmo tempo, o ar de infiltração indesejado e não tratado do exterior está a ser atraído para o interior através de fugas na envolvente. Algumas partes do ano serão mais extremas do que outras. Dependendo do clima e/ou da época do ano, este ar exterior pode ser muito húmido ou muito seco. Por conseguinte, este problema específico pode dar origem a uma série de problemas de QAI, conforto, durabilidade e consumo de energia.
Uma casa positiva é também uma casa má
Por vezes, pode acontecer o contrário, com o lado do retorno a ter a maior parte das fugas nas condutas. Isto torna a casa positiva em relação ao exterior. Se uma conduta de retorno com fugas passar por um espaço não condicionado, irá extrair ar do exterior da envolvente e entregá-lo ao espaço habitacional. Este problema é agravado quando os filtros de ar montados nas grelhas de retorno ficam sujos, uma vez que mais ar é forçado a passar pela conduta com fugas. Nalguns casos, os problemas de conforto são atenuados quando os filtros de ar são substituídos por outros menos restritivos.
No que diz respeito à qualidade do ar interior, nada de positivo pode sair de uma casa com pressão positiva devido a uma fuga nas condutas de retorno. De onde vem este ar, do sótão? Do espaço de rastejamento? Dependendo da zona climática, ambos os locais têm potencial para humidade elevada, bolor e poeira. A qualidade do ar, o controlo da humidade e o conforto geral são grandemente afectados por esta situação.
Portanto, se as condutas forem estanques, não temos de nos preocupar, certo?
Não é esse o caso. Há outras nuances que interagem na relação envolvente/HVAC que afectarão a pressurização da casa e, por defeito, o conforto interior.
Para cada divisão que possa ser isolada por uma porta e que tenha um percurso de ar de insuflação (por exemplo, um quarto), deve existir um percurso de ar de retorno adequado e equivalente. Com a porta fechada, cada CFM de ar de insuflação fornecido a uma divisão deve ter uma via de retorno para o sistema AVAC. Esta via pode ser uma conduta de retorno ativa ou uma via de retorno de ar passiva, como uma grelha de transferência, uma conduta de salto, uma abertura de porta Tamarack, etc. Quando a pressão da divisão é igual à do corpo principal da casa enquanto o sistema AVAC está em funcionamento, considera-se que a pressão está "equilibrada". Este teste de equilíbrio de pressão deve ser efectuado com um manómetro de alta resolução, como o que vem com um kit de verificação de condutas ou de porta de insuflação. As pressões que iremos medir serão em unidades de Pascal, pelo que o manómetro HVAC típico não será suficiente. Os manómetros de alta resolução têm uma precisão de uma pequena fração de um pascal.
A medição da pressão para cada divisão pode ser efectuada em conjunto com as medições do caudal de ar para cada fornecimento e retorno. Estas medições de caudal de ar são normalmente efectuadas com uma campânula de fluxo. O caudal correto para cada fornecimento e retorno é gerado através da realização de um cálculo de carga por divisão. O sistema instalado deve ser introduzido no software para fornecer objectivos de caudal realistas. Cada conduta de alimentação e retorno deve ter um registo ajustável para equilibrar a divisão. A melhor forma de ajustar isto é utilizar o manómetro de alta resolução e o exaustor de caudal em conjunto. Isto remete para a abordagem médica: a existência de vários testes concordantes entre si aumenta a nossa confiança à medida que identificamos a origem dos problemas de conforto. Normalmente, pretendemos que os caudais estejam dentro de 10% do objetivo. A propósito, as campânulas de fluxo mais precisas utilizam o seu próprio ventilador calibrado e um manómetro de alta resolução para efetuar as leituras.
Se uma divisão tiver ar de insuflação suficiente mas um caminho de ar de retorno insuficiente para o equipamento, o perfil de pressão na casa pode tornar-se irregular. Utilizando um cálculo de carga por divisão, digamos que determinámos que um determinado quarto necessita de 150 CFM de ar condicionado. Digamos também que a disposição das condutas de fornecimento é adequada para fornecer essa quantidade de ar. Mas, como vemos em muitos cenários, o caminho do ar de retorno apenas permite que 100 desses 150 CFM regressem ao ventilador. Isto acontece quando não são tomadas medidas para garantir que a divisão está equilibrada. Este é um problema comum em muitas casas, tal como a falta de verificação após a instalação dos sistemas. Se a porta do quarto estiver normalmente aberta, quem é que se importa? Mas o que é que acontece quando a porta está fechada? Numa divisão com um caminho de retorno tão insuficiente, a divisão é pressurizada a 5-10 pascal (por vezes muito mais) com a porta fechada. Neste caso, é de esperar uma perda de, pelo menos, 10-20% do caudal de ar fornecido.
No nosso quarto hipotético, com a porta aberta, temos 150 CFM de caudal de alimentação. Mas quando a porta é fechada, o caudal de fornecimento pode cair para 125 CFM e apenas 100 CFM chegam ao ventilador. Isto deixa 25 CFM que são expelidos através de fugas nas condutas, pelo que nunca chegam à divisão. Mais uma vez, os outros 25 CFM são empurrados para fora através das fugas na envolvente. Esta quantidade pode não parecer um grande problema, mas, mais uma vez, trata-se apenas de uma divisão. Se tivermos uma casa de 4 divisões com cada divisão a comportar-se da mesma forma, são 100 CFM de ar que se perdem para o exterior a cada minuto que o sistema está a funcionar. E lembra-se do que acontece quando temos mais fugas no fornecimento do que no retorno? Se for esse o caso, o resto da casa fica negativo, agravando assim as vias de infiltração noutras áreas da casa.
Outro aspeto a ter em conta é que as fugas de ar podem comportar-se de forma diferente num sistema de condutas com fugas instalado fora da envolvente do edifício do que as fugas modeladas no cálculo da carga. Quando um número de porta de insuflação é introduzido num cálculo de carga, é convertido em ACHn (mudanças de ar natural). Esta é a quantidade de ar exterior que se infiltra em condições normais de funcionamento. É ótimo que o software faça isto por nós, no entanto, as pressões exercidas pelo sistema AVAC irão ultrapassar as forças naturais que empurram e puxam a pele da casa. Por conseguinte, o valor ACHn calculado a partir do número da porta do ventilador pode ser uma sub-representação grosseira da carga de infiltração real. Esta questão pode ser explorada aqui com mais pormenor. Compreender as fugas na envolvente utilizando apenas uma porta de insuflação é um grande passo em frente. Mas se se suspeitar de uma fuga significativa nas condutas, é importante medir o seu impacto e fazer recomendações para a sua correção.
Quando os técnicos de AVAC não conseguem medir, localizar e quantificar os efeitos das fugas na envolvente de uma casa, a frustração pode aumentar tanto para o técnico como para o cliente. A fonte da reclamação de conforto é ignorada, resultando em várias visitas à casa para resolver a mesma reclamação repetidamente. Com cada visita, o sobreaquecimento, o subarrefecimento e a pressão estática podem atingir níveis aceitáveis. Vale a pena dar um mergulho mais profundo na casa para avaliar a envolvente do edifício e ver como está a afetar o sistema AVAC.
Pode não haver um manual, mas há um processo
A infeliz verdade é que não existe um manual físico ou um guia de resolução de problemas para cada casa individual que os técnicos possam consultar quando surgem problemas. Mas pode utilizar os passos apresentados neste artigo para preparar o caminho para localizar as fontes de desconforto dos seus clientes. Quando tiver a certeza das suas descobertas, pode desenvolver um plano de correção. Se tudo o resto falhar nos seus procedimentos normais de resolução de problemas, certifique-se de que não está a ignorar o problema. Lembre-se das três coisas a investigar:
Determinar a quantidade de fugas na envolvente do edifício. Parece haver mais fugas do que deveria?
Determine como as fugas estão distribuídas por toda a casa. Existem áreas mais graves do que outras? Estas áreas coincidem com as queixas dos clientes?
Determine como os sistemas mecânicos da casa interagem com as fugas na envolvente. As pressões nas divisões mudam quando o sistema AVAC está ligado ou desligado? A pressão geral da casa muda quando o sistema AVAC ou os exaustores estão a funcionar?
Quando começar a aplicar estas práticas nas suas consultas sobre conforto e qualidade do ar, a sua confiança na sua capacidade de diagnóstico continuará a aumentar. Assim, mesmo que a casa não tenha um manual de referência, terá o seu próprio manual para aplicar em todas as casas que visitar.
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