Novo sistema de dutos de ar para HVAC residencial

Como a pesquisa estratégica da Building America ajudou a criar uma solução HVAC inovadora e pronta para o mercado para dutos de aquecimento e resfriamento em espaços condicionados

Por quase um século, os encanadores instalaram tubos da mesma maneira antiga, cortando e soldando tubos de metal no campo. Então, na década de 1990, surgiu um material revolucionário chamado polietileno reticulado, mais conhecido como PEX.

Como sabemos agora, o PEX é um tubo flexível que requer muito menos conexões e nenhuma cola ou solda para instalar... e não é corroído. Alguns encanadores resistiram ao PEX no início, mas logo perceberam que a facilidade e a velocidade do sistema eram melhores para seus resultados, sem sacrificar a qualidade. Hoje, o PEX é o sistema de encanamento predominante em novas construções residenciais.

Agora, um novo sistema de dutos está pronto para transformar o setor de aquecimento e resfriamento doméstico da mesma forma, graças aos investimentos iniciais do Escritório de Tecnologias de Construção do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE).

A Rheia, uma nova empresa que cresceu a partir de pesquisas financiadas em parte pelo Programa Building America do DOE, está se associando a alguns dos principais construtores de residências do país para demonstrar um sistema de duto de ar "plug-and-play" com patente pendente, projetado para ser instalado dentro de espaço condicionado nas novas casas energeticamente eficientes de hoje.

O sistema consiste em um coletor, dutos de diâmetro uniforme, conectores e componentes do difusor que se encaixam para formar um sistema de entrega quase hermético sem o uso de fita ou mástique. Os dutos são pequenos o suficiente para caber dentro das cavidades da parede, facilitando a manutenção dos dutos dentro do espaço condicionado, o que melhora o desempenho e a eficiência energética de todo o sistema.

Rheia é um exemplo perfeito de inovações "do laboratório para a sala de estar" nas quais o programa Building America vem trabalhando nos últimos 25 anos, um processo que tradicionalmente começa com a construção de especialistas em ciências mexendo em seus laboratórios para eventualmente ter essa inovação usada por algumas das maiores construtoras do país.

Os sistemas convencionais de dutos de ar estão repletos de problemas:

Pense desta forma: se você tem um forno classificado com 90% de eficiência, mas 30% do ar está vazando antes de ser entregue, ele está operando essencialmente com apenas 60% de eficiência. Eficiência não é apenas sobre o equipamento; é sobre todo o sistema."

Os construtores entendem essas questões, mas a maioria não deseja abrir mão de um valioso espaço interior para dutos que pelo menos conteriam vazamentos dentro do envelope térmico condicionado do edifício. Também é difícil fazer tetos falsos e sofitos parecerem bons.

Em 2015, a IBACOS, sediada em Pittsburgh - parceira de longa data da Building America com quase três décadas de pesquisa em sistemas de fornecimento de ar - fez parceria com a Housing Innovation Alliance em um projeto da Building America para resolver os problemas.

Considerando várias ideias, a equipe finalmente chegou a um sistema de dutos "plug-and-play" simples e fácil de usar, localizado dentro de um espaço condicionado. O sistema usa apenas cinco componentes em comparação com 18 para um sistema convencional de dutos HVAC tronco-e-ramal, e a maioria dos componentes que conectam os dutos é feita com um tecido de fibra de vidro sobre uma estrutura de arame enrolado.

Na verdade, o IBACOS usou o "modelo PEX" ao desenvolver o sistema. "Tivemos a ideia de que, com casas de baixa carga, podemos usar dutos menores", diz Andrew Poertschke, especialista em desempenho de construção da IBACOS. "Se você colocar todos eles em um coletor central, terá um fluxo de ar melhor e mais previsível. Além disso, você pode encaixá-los em um espaço condicionado." O sistema também usa muito menos componentes do que um sistema HVAC convencional.

Parte do projeto era desenvolver uma metodologia de projeto para determinar o comprimento e o número de trechos de dutos. Como os dutos são todos do mesmo tamanho, algumas salas requerem mais de um duto; mesmo assim, a facilidade de instalação economiza tempo.

De 2015 a 2017, o IBACOS realizou testes de laboratório e modelagem para validar a tecnologia. Ela construiu uma maquete de uma residência urbana de dois andares no IBACOS Innovation Center e a usou para comparar custos de material e mão de obra para um sistema HVAC tronco-e-ramal e dois sistemas plug-and-play. Os resultados desse estudo de tempo e movimento mostraram uma queda significativa nos custos de mão de obra para o sistema plug-and-play.