Os edifícios modernos são construídos de forma mais estanque do que nunca, o que é excelente para a eficiência energética, mas cria um verdadeiro problema de qualidade do ar interior quando a ventilação mecânica não é devidamente concebida. Os padrões ASHRAE 62.1 e 62.2 definem o ar externo mínimo que deve ser fornecido aos espaços ocupados para diluir os contaminantes gerados pelos ocupantes e a liberação de gases do material de construção. Compreender como esses requisitos são calculados ajuda a projetar sistemas HVAC que atendam aos códigos e mantenham a saúde dos ocupantes.
Por que a ventilação mecânica é necessária em edifícios apertados
Antes que os códigos energéticos modernos tornassem as envolventes dos edifícios mais rígidas, as casas e os edifícios comerciais dependiam da infiltração natural através de lacunas na estrutura para fornecer ar fresco. Uma casa com vazamentos da década de 1970 pode ter sofrido de 0,5 a 1,0 trocas naturais de ar por hora, fornecendo inadvertidamente uma diluição substancial do ar externo sem qualquer assistência mecânica. À medida que os edifícios se tornaram mais apertados – com melhores janelas, penetrações vedadas, coberturas domésticas e barreiras de ar contínuas – essa infiltração natural caiu para 0,1–0,2 ACH ou menos em construções bem construídas e em conformidade com o código. Nesses níveis baixos, o dióxido de carbono gerado pelos ocupantes acumula-se em concentrações que prejudicam a função cognitiva, os COV provenientes de materiais de construção e mobiliário atingem concentrações pouco saudáveis, e a humidade proveniente da cozinha, do banho e da respiração conduz à condensação e ao crescimento de bolor. ASHRAE 62.2 para edifícios residenciais e 62.1 para edifícios comerciais definem o ar externo mecânico mínimo que deve substituir a infiltração que uma construção mais estanque não fornece mais naturalmente. Ambas as normas são adotadas por referência no Código Internacional de Construção e no Código Residencial Internacional, tornando seus mínimos de ventilação um requisito legal na maioria das jurisdições dos EUA e em muitos mercados internacionais.
Como a ASHRAE 62.2 funciona para residências
ASHRAE 62.2 usa uma fórmula simples com dois componentes. O componente baseado em área – 0,01 CFM por metro quadrado de área condicionada – aborda a emissão de gases de carpetes, tintas, adesivos e móveis que ocorre independentemente de quantas pessoas ocupam a casa. O componente baseado na ocupação – 7,5 CFM por pessoa, com pessoas estimadas como quartos mais um – cobre CO₂, odor corporal e outros contaminantes gerados pelos ocupantes. Para uma casa típica de 2.000 pés quadrados e 3 quartos, a taxa de ventilação necessária é 0,01 × 2.000 + 7,5 × 4 = 50 CFM continuamente. Isto pode ser fornecido por um ventilador de exaustão em funcionamento contínuo, um ventilador de alimentação canalizado para o retorno do sistema HVAC ou um ventilador de recuperação de calor balanceado (HRV) ou ventilador de recuperação de energia (ERV). Um HRV ou ERV recupera 60–80% da energia do ar exaurido, reduzindo drasticamente o custo de aquecimento ou resfriamento da ventilação. O padrão também permite operação intermitente em vazões mais altas como alternativa à operação contínua.
Como funciona a ASHRAE 62.1 para edifícios comerciais
ASHRAE 62.1 usa o Procedimento de Taxa de Ventilação (VRP), que calcula as necessidades de ar externo com base na ocupação e na área útil e, em seguida, ajusta a eficácia com que o sistema de fornecimento fornece ar fresco aos ocupantes. O fluxo de ar externo da zona de respiração (Vbz) é igual a Rp × Pz + Ra × Az, onde Rp é a taxa de ar externo por pessoa em CFM por pessoa (varia de 5 cfm/pessoa para escritórios a 10 cfm/pessoa para salas de conferência), Pz é a ocupação da zona de pico, Ra é a taxa de ar externo por área em CFM por pé quadrado (normalmente 0,06 cfm/pé quadrado para escritórios) e Az é a zona área do piso. O fluxo de ar externo da zona (Voz) é então Vbz dividido pela eficácia da distribuição de ar da zona Ez. Ez é igual a 1,0 para sistemas padrão de fornecimento de teto e retorno de teto, 0,8 para sistemas de fornecimento de piso ou quando a temperatura de fornecimento está abaixo da temperatura ambiente no modo de aquecimento e até 1,2 para sistemas de ventilação de deslocamento. Um Ez mais baixo significa que o ar fornecido é misturado de forma menos eficaz, portanto, mais ar externo deve ser fornecido para atingir a concentração necessária na zona de respiração.
O custo energético do ar externo
Cada metro cúbico por minuto de ar externo que entra em um edifício deve ser condicionado termicamente à temperatura ambiente antes que os ocupantes o respirem. Num clima frio, isso significa aquecer o ar exterior no inverno de 10°F a 70°F – um aumento de temperatura de 60°F que consome energia de aquecimento significativa. Num clima quente e húmido, significa arrefecer e desumidificar o ar quente exterior. Esta carga de condicionamento é chamada de carga de ventilação e, em edifícios comerciais bem construídos, pode representar 20–40% do consumo total de energia HVAC. A ventilação com recuperação de energia – utilizando um HRV ou ERV para extrair calor e humidade do ar de exaustão e transferi-los para o ar exterior que entra – é a forma mais eficaz de satisfazer os requisitos de ventilação sem pagar o custo total de condicionamento. Os ERVs transferem calor sensível e umidade, tornando-os particularmente eficazes em climas úmidos. Os HRVs transferem apenas calor sensível e são mais adequados para climas frios e secos, onde a umidificação no inverno é uma prioridade. Um ERV ou HRV bem projetado pode recuperar 70-80% da energia térmica que de outra forma seria exaurida, reduzindo a penalidade de energia de ventilação a uma pequena fração do custo incondicionado.
Erros comuns de projeto de ventilação
Vários erros recorrentes de projeto resultam em sistemas de ventilação que não atendem aos códigos ou impõem custos de energia desnecessariamente altos. O erro mais comum na construção residencial é instalar um exaustor de banho e chamá-lo de sistema de ventilação, deixando-o ligado em um interruptor manual que os ocupantes nunca usam. ASHRAE 62.2 requer operação automática contínua ou programada – um ventilador operado manualmente não se qualifica como um sistema de ventilação compatível, a menos que esteja em um temporizador ou controles que garantam um tempo de funcionamento mínimo. Em edifícios comerciais, um erro frequente é dimensionar o registo de ar exterior e o sistema de abastecimento apenas para a ocupação projetada, sem ter em conta as condições de carga parcial em que a ventilação mínima baseada na ocupação deve modular com a ocupação real. A ventilação controlada por demanda (DCV) usando sensores de CO₂ pode reduzir o ar externo durante períodos de baixa ocupação, economizando energia substancial sem sacrificar a qualidade do ar. Outro erro comum é colocar entradas de ar externas perto de saídas de exaustão, áreas de estacionamento ou docas de carga, contaminando o ar fornecido na fonte. A ASHRAE 62.1 especifica distâncias mínimas de separação e direções predominantes do vento que devem ser consideradas durante a colocação do equipamento.