Uma fonte de calor, dois terminais: por que o piso radiante não esquenta? Parte 2 — Ar preso nas tubulações UFH

Como os bloqueios de ar reduzem o fluxo de água e causam aquecimento deficiente em sistemas de bomba de calor ar-água

Uma bomba de calor ar-água está funcionando normalmente.

A temperatura de saída da água está correta.

O tubo de alimentação do coletor do piso radiante está quente.

Mas o tubo de retorno permanece frio, os medidores de vazão mostram vazão pequena ou instável e o piso simplesmente não aquece.

O que você deve verificar primeiro?

Uma das causas mais comuns é surpreendentemente simples:

Ar retido no interior dos tubos do piso radiante.

O ar dentro de um sistema hidrônico pode parecer um problema menor, mas pode reduzir significativamente a circulação. Em casos graves, umbloqueio de arpode interromper parcial ou completamente o fluxo de água através de um circuito de aquecimento por piso radiante.

Isto é especialmente importante em umuma fonte de calor, sistema de dois terminais, onde uma bomba de calor ar-água serve tanto os fan coils como o piso radiante.

Se os fan coil funcionarem normalmente, mas o UFH permanecer frio, o ar preso deve ser um dos primeiros itens na lista de verificação de solução de problemas.

1. Um sintoma simples: tubo de abastecimento quente, tubo de retorno frio

Uma das maneiras mais fáceis de identificar um possível bloqueio de ar é comparar as temperaturas de fornecimento e retorno.

Imagine esta situação:

Tubo de abastecimento UFH → Quente

Tubo de Retorno UFH → Frio ou significativamente mais frio que o esperado

A bomba de calor está obviamente a produzir água quente, mas esse calor não está a ser transportado eficazmente através dos circuitos do piso.

Isto sugere imediatamente que o problema pode estar relacionado comcirculação insuficiente.

As possíveis causas incluem:

• ar preso;

• válvulas fechadas;

• filtros bloqueados;

• cabeça da bomba insuficiente;

• configurações incorretas da bomba;

• alças UFH bloqueadas;

• problemas múltiplos.

Entre estes, o ar preso é particularmente comum após instalação, manutenção, drenagem/reabastecimento ou uma parada prolongada.

2. Por que o ar entra em um sistema de aquecimento hidrônico?

Muitas pessoas presumem que um sistema fechado de água deve conter apenas água.

Na prática, alguma quantidade de ar ou gás dissolvido é quase inevitável.

O ar pode entrar ou permanecer no sistema durante:

• preenchimento inicial;

• manutenção;

• drenagem e reabastecimento do sistema;

• instalação de tubos;

• testes de pressão;

• vazamento ou perda de pressão;

• comissionamento inadequado.

A própria água também pode conter gases dissolvidos.

À medida que a temperatura da água muda, alguns gases dissolvidos podem sair da solução e formar pequenas bolhas.

Estas bolhas podem viajar através do sistema e acumular-se em:

• pontos altos;

• variedades;

• curvas de tubos;

• áreas de baixa velocidade;

• trocadores de calor;

• seções de tubos mal projetadas.

Com o tempo, pequenas bolhas podem se combinar em bolsas maiores de ar.

É assim que umbloqueio de arpode desenvolver.

3. O que é uma fechadura de ar?

Uma câmara de ar é uma bolsa de ar presa dentro de um circuito de água que restringe ou impede significativamente a circulação da água.

A água é efetivamente incompressível na operação hidrônica normal, enquanto o ar é compressível.

Quando uma bomba de circulação tenta empurrar a água através de um tubo contendo uma bolsa de ar substancial, parte da energia da bomba pode ser desperdiçada comprimindo ou movendo o ar retido, em vez de estabelecer uma circulação estável de água.

O resultado pode ser:

Fluxo reduzido → transferência de calor reduzida → água de retorno fria → piso frio

Em um caso grave:

Bolsa de ar → quase nenhuma circulação → O circuito UFH para de aquecer

É por isso que o ar retido não deve ser tratado apenas como uma questão de ruído.

É umproblema de desempenho hidráulico.

4. Por que o piso radiante é particularmente sensível ao ar retido?

Os sistemas de aquecimento por piso radiante podem conter muitos circuitos de tubos longos.

Um coletor típico pode servir vários circuitos distribuídos em salas diferentes.

O sistema contém, portanto:

• comprimentos de tubos longos;

• múltiplas curvas;

• variedades;

• válvulas;

• atuadores;

• medidores de vazão;

• elevações diferentes.

Isso cria muitas oportunidades para o ar ficar preso.

Se um circuito contém ar e os outros não, o resultado pode ser:

Sala de estar quente

Quarto quente

Banheiro quente

Um quarto completamente frio

A bomba de calor pode estar a funcionar perfeitamente.

O problema é simplesmente que uma das malhas UFH tem circulação insuficiente.

5. Sintomas típicos de ar em tubos de aquecimento por piso radiante

Engenheiros e instaladores devem procurar vários sintomas comuns.

Fornecimento quente, mas retorno frio

O coletor de abastecimento recebe água quente, mas o lado de retorno permanece excepcionalmente frio.

Leitura do medidor de vazão muito baixa ou zero

Um ou mais medidores de vazão múltiplos mostram pouca ou nenhuma circulação.

Alguns quartos aquecem enquanto outros permanecem frios

Isto sugere fortemente um problema específico do ramo, em vez de uma capacidade total insuficiente da bomba de calor.

Barulhos gorgolejantes ou borbulhantes

Você pode ouvir sons como:

barulho borbulhante, borbulhante ou intermitente da água

dentro de tubos ou coletores.

Fluxo instável

As leituras do medidor de vazão flutuam em vez de permanecerem estáveis.

Grande diferença de temperatura entre fornecimento e retorno

Um ΔT muito grande pode indicar fluxo de água insuficiente.

Esses sintomas não provam que o ar seja a única causa possível, mas fornecem fortes pistas diagnósticas.

6. Por que o baixo fluxo torna o piso frio

A relação entre transferência de calor, fluxo e diferença de temperatura da água pode ser expressa como:

$$Q=ponto{m}c_pDelta T$$

Para cálculos práticos do lado da água:

$$Q(kW)aproximadamente 1,163vezes Fluxo(m³/h)vezesDelta T(K)$$

Onde:

• P= calor transferido;

• Fluxo= vazão de água;

• ΔT= diferença de temperatura da água de alimentação e retorno.

Se o ar reduzir substancialmente a vazão, a quantidade de calor que pode ser transportada para o piso também cai.

É por isso que um sistema pode ter uma temperatura de saída de água perfeitamente aceitável, mas ainda assim fornecer um aquecimento insuficiente do ambiente.

A temperatura da água por si só não determina o desempenho do aquecimento. Você também precisa de fluxo de água suficiente.

Este é um dos conceitos mais importantes na solução de problemas de bombas de calor hidrônicas.

7. Não aumente imediatamente a temperatura da água da bomba de calor

Quando o piso não esquenta, uma resposta comum é:

“Aumente a temperatura da água de saída.”

Por exemplo:

35°C → 40°C → 45°C → 50°C

Mas se o verdadeiro problema for uma obstrução de ar, o aumento da temperatura da água não restaura a circulação.

Você pode simplesmente acabar com:

Água de abastecimento mais quente + fluxo fraco + piso frio + menor eficiência da bomba de calor

A sequência correta é:

Verifique primeiro o fluxo → resolva o problema hidráulico → depois otimize a temperatura da água.

Para uma bomba de calor, isto é particularmente importante porque as altas temperaturas desnecessárias da água de saída geralmente aumentam a elevação do compressor e reduzem a eficiência.

8. Não instale automaticamente uma bomba de circulação maior

Outra resposta comum é:

“O fluxo é baixo, então precisamos de uma bomba maior.”

Novamente, não necessariamente.

Se o ar ficar preso no tubo, uma bomba muito maior ainda poderá não conseguir estabelecer a circulação adequada.

O superdimensionamento da bomba de circulação também pode criar outros problemas:

• velocidade excessiva da água;

• aumento do consumo de eletricidade;

• ruído de tubulação;

• ruído da válvula;

• pressão diferencial excessiva;

• mau equilíbrio do sistema.

Uma bomba de circulação deve ser selecionada de acordo com:

Fluxo necessário + queda de pressão do sistema + resistência hidráulica

não como um substituto para a remoção correta do ar.

Uma bomba maior não pode corrigir um procedimento de comissionamento fundamentalmente deficiente.

9. Purgar cada loop UFH individualmente costuma ser a melhor solução

Quando há suspeita de ar preso, simplesmente abrir uma ventilação automática pode não ser suficiente.

Para sistemas de piso radiante multi-loop, um dos métodos de comissionamento mais eficazes épurgue os loops individualmente.

Um procedimento típico é:

Etapa 1:Desligue a fonte de calor se exigido pelo procedimento de comissionamento do fabricante.

Etapa 2:Feche todos os loops UFH, exceto um.

Etapa 3:Lave a água pelo circuito aberto.

Etapa 4:Continue até que nenhuma bolha de ar visível seja descarregada e o fluxo se torne estável.

Etapa 5:Feche esse circuito e abra o próximo.

Etapa 6:Repita para cada loop UFH.

Etapa 7:Restaure todos os circuitos às suas posições projetadas.

Etapa 8:Equilibre o coletor de acordo com as taxas de fluxo necessárias.

Geralmente, isso é mais eficaz do que tentar remover o ar de cada circuito simultaneamente.

10. Ventiladores de ar automáticos devem ser instalados em pontos altos importantes

O ar tende naturalmente a migrar para pontos altos em um sistema hidrônico.

Portanto, o projeto do sistema deve fornecer pontos de remoção de ar adequados.

Deve ser dada especial atenção a:

• pontos altos na tubulação principal;

• salas de instalações de bombas de calor;

• tanques tampão;

• separadores hidráulicos;

• variedades;

• risers verticais.

Uma ventilação automática pode remover continuamente pequenas quantidades de ar acumulado durante a operação normal.

No entanto:

Uma ventilação automática não substitui a lavagem inicial e o comissionamento adequados.

Um circuito de piso fortemente bloqueado por ar ainda pode precisar ser purgado manualmente.

11. Não se esqueça do coletor de piso radiante

O manifold é um dos locais mais importantes tanto para comissionamento quanto para solução de problemas.

Um coletor bem projetado normalmente fornece:

• distribuição de suprimentos;

• cobrança de devolução;

• isolamento de loop individual;

• ajuste de fluxo;

• medidores de vazão;

• atuadores;

• pontos de enchimento/drenagem;

• ventilação de ar.

Durante a solução de problemas, inspecione o coletor cuidadosamente.

Perguntar:

Todos os loops estão abertos?

Os medidores de vazão mostram circulação?

Algum atuador está fechado?

O ar é visível nos medidores de vazão?

Existe uma grande diferença de temperatura entre os loops individuais?

As saídas de ar do coletor estão funcionando?

Estas simples observações podem muitas vezes identificar o problema sem tocar na bomba de calor.

12. Um tanque tampão pode ajudar na remoção de ar?

Um tanque tampão adequadamente projetado pode contribuir para a separação do ar porque a velocidade da água dentro do tanque é muito menor do que na tubulação principal.

À medida que a água diminui, o ar arrastado pode separar-se mais facilmente e subir em direção a um ponto apropriado de remoção de ar.

Mas isto não deve ser mal compreendido.

Um tanque tampão não está instaladoapenaspara remover o ar.

Dependendo do projeto hidráulico, também pode fornecer:

• volume adicional de água do sistema;

• separação hidráulica;

• fluxo mais estável da bomba de calor;

• ciclismo curto reduzido;

• energia térmica para degelo;

• separação entre circuitos primário e secundário.

Em algumas aplicações de bombas de calor, isto pode tornar o funcionamento do sistema significativamente mais estável.

13. Por que a hidráulica primária-secundária pode ser útil

Para alguns projetos, particularmente sistemas com vários tipos de terminais, umconfiguração primário-secundáriopode ser útil.

Um acordo simplificado pode ser:

Bomba de Calor → Circuito Primário → Tanque Tampão / Separador Hidráulico

então:

Bomba Secundária → Aquecimento de Piso Radiante

e/ou

Bomba Secundária → Fan Coils

Isto permite que a bomba de calor e os circuitos terminais funcionem com condições hidráulicas mais independentes.

Por exemplo, a bomba de calor pode exigir um determinado caudal mínimo enquanto o circuito UFH requer um caudal diferente dependendo de quantas zonas estão abertas.

A separação hidráulica pode facilitar o gerenciamento desses diferentes requisitos.

Também pode fornecer locais convenientes para:

• separação de ar;

• separação de sujeira;

• detecção de temperatura;

• enchimento do sistema;

• balanceamento hidráulico.

14. Uma fonte de calor, dois terminais facilitam o diagnóstico

Considere esta situação:

Ventiladores

Aquecimento normalmente.

Aquecimento por piso radiante

Não estou esquentando.

Bomba de calor

Operando normalmente.

O que isso nos diz?

Isso sugere fortemente que a fonte de calor é capaz de produzir calor.

O foco da solução de problemas deve, portanto, mudar para o lado UFH:

Bomba UFH → válvula misturadora → coletor → atuadores → medidores de vazão → ar → circuitos de piso

Agora considere o oposto:

Ventiladores

Não aquece.

Aquecimento por piso radiante

Não aquece.

Então o problema pode estar mais a montante:

Bomba de calor → bomba primária → tanque tampão → válvulas principais → sistema de controle

É por isso que um sistema de fonte única e dois terminais fornece informações de diagnóstico úteis.

15. Mais saídas de ar geralmente são melhores do que poucas - mas a localização é importante

Adicionar pontos de remoção de ar apropriados durante a instalação é geralmente muito mais fácil do que tentar resolver problemas crónicos de ar após a conclusão do edifício.

No entanto, simplesmente instalar muitas aberturas de ventilação aleatoriamente não é uma boa engenharia.

Eles devem ser posicionados onde o ar se acumula naturalmente.

Os locais típicos incluem:

Pontos altos + risers + coletores + separadores hidráulicos/tanques tampão + separadores de ar da sala de fábrica

Um bom projeto de sistema deve tornar a remoção de arprevisível e útil.

Um sistema de bomba de calor bem instalado que não pode ser preenchido, lavado e ventilado adequadamente não é um sistema hidrônico bem projetado.

16. Por que o ar pode danificar a bomba de circulação

O ar dentro do sistema faz mais do que reduzir o desempenho do aquecimento.

Se uma bomba de circulação operar com conteúdo de ar significativo, poderá ocorrer:

• operação instável;

• barulho;

• desempenho hidráulico reduzido;

• perda de lubrificação/resfriamento em alguns projetos de bombas;

• condições semelhantes à cavitação;

• desgaste prematuro.

Esta é outra razão pela qual o borbulhar ou gorgolejar persistente não deve ser ignorado.

Se a tubulação parecer que a água e o ar estão continuamente se movendo juntos, investigue-a.

17. Uma sequência prática de solução de problemas

Se você suspeitar de ar nas tubulações UFH, utilize um processo sistemático.

Passo 1 — Verifique a temperatura da água de saída da bomba de calor

Confirme se a fonte de calor está realmente produzindo água quente.

Passo 2 — Compare as temperaturas de fornecimento e retorno

Um fornecimento quente e um retorno anormalmente frio podem indicar fluxo insuficiente.

Passo 3 — Verifique os medidores de vazão do coletor

Identifique circuitos com fluxo zero, baixo ou instável.

Passo 4 — Verifique válvulas e atuadores

Certifique-se de que os loops afetados estejam realmente abertos.

Passo 5 — Verifique o funcionamento da bomba de circulação

Confirme o fluxo real e não simplesmente se o motor da bomba está funcionando.

Passo 6 — Inspecione filtros e filtros

Exclua o bloqueio de sujeira.

Passo 7 — Purgue os circuitos UFH individualmente

Remova o ar preso, loop por loop.

Passo 8 — Verifique as saídas de ar automáticas

Confirme se as aberturas de ventilação estão instaladas corretamente e funcionando.

Passo 9 — Reinicie e observe

Verifique se o fluxo se torna estável.

Passo 10 — Reequilibrar o coletor

Ajuste cada loop ao fluxo de design necessário.

Somente após essas verificações você deverá começar a alterar o tamanho da bomba ou as configurações de temperatura da água da bomba de calor.

Tabela de diagnóstico rápido

Perguntas frequentes

Como posso saber se há ar nos canos do piso radiante?

Os sinais comuns incluem ruídos borbulhantes, fluxo instável ou nulo no coletor, alguns circuitos permanecendo frios e um tubo de fornecimento quente combinado com um tubo de retorno excepcionalmente frio.

O ar pode interromper completamente o aquecimento do piso?

Sim. Uma bolsa de ar suficientemente grande pode criar um bloqueio de ar que restringe severamente ou interrompe a circulação através de um circuito individual.

Uma bomba de circulação maior removerá uma trava de ar?

Não é confiável. A solução correta é purgar e ventilar adequadamente o circuito. A seleção da bomba deve ser baseada na vazão necessária e na queda de pressão do sistema.

Porque é que a bomba de calor produz água quente mas o chão ainda está frio?

A produção de água quente confirma a geração de calor, mas não confirma a distribuição de calor. Fluxo insuficiente causado por ar preso, válvulas, problemas na bomba ou bloqueio pode impedir que o calor chegue ao chão.

Todo coletor de piso radiante deve ter ventilação?

Disposições adequadas de remoção de ar devem ser incorporadas no projeto hidrônico, especialmente em coletores e pontos altos. A instalação exata deve seguir o projeto do sistema e os requisitos locais.

Um tanque tampão remove o ar?

Um tanque tampão pode ajudar na separação do ar devido à menor velocidade da água dentro do recipiente, especialmente quando combinado com componentes apropriados de remoção de ar. Entretanto, sua função principal depende do projeto do sistema hidráulico e não substitui a purga adequada.

O princípio de engenharia a ser lembrado

Quando o piso radiante estiver frio, não pergunte apenas:

“A água está quente o suficiente?”

Perguntar:

“Há água quente suficiente fluindo pelo chão?”

Uma bomba de calor pode produzir água perfeitamente quente enquanto o edifício permanece frio se essa energia térmica não puder ser transportada através do sistema hidrónico.

Para um circuito UFH com travamento pneumático, a lógica de solução de problemas deve ser:

Fonte de calor OK → Temperatura de fornecimento OK → Verificar fluxo → Identificar ar → Loops de purga → Verificar bomba → Rebalancear → Verificar novamente ΔT

E em umuma fonte de calor, dois terminaissistema, sempre compare o comportamento do fan coil e dos circuitos UFH. Essa comparação pode dizer rapidamente se o problema está no lado da fonte de calor ou no lado da distribuição do terminal.

Uma fonte de calor, dois terminais – Série de solução de problemas

Parte 1:Comissionamento inicial ou desligamento de longo prazo
Parte 2:Ar preso em tubos de aquecimento por piso radiante
Próximo:Causas mais práticas para o mau desempenho do aquecimento por piso radiante

NoBomba EcoHeat, acreditamos que o bom desempenho da bomba de calor depende não apenas da própria bomba de calor, mas também da corretaprojeto hidráulico, instalação, comissionamento e combinação de sistemas de terminais.

Também damos as boas-vindas a engenheiros de HVAC, instaladores e profissionais de bombas de calor para partilharem a sua experiência no terreno e ajudarem a identificar qualquer coisa que possa ser adicionada ou melhorada nesta série.

Para obter mais conhecimento de engenharia de bombas de calor ar-água e soluções de aplicação:

www.ecoheat-pump.com