Uma fonte de calor, dois terminais: por que o piso radiante não está quente o suficiente?

Parte 7 — Operação de longo prazo sem limpeza do sistema de piso radiante

Um sistema de bomba de calor ar-água pode funcionar perfeitamente quando é comissionado pela primeira vez. A temperatura da água está correta, o fluxo de circulação é suficiente e cada ambiente atinge a temperatura desejada.

Mas depois de vários anos de operação, algo muda gradualmente:

A bomba de calor ainda está funcionando, mas o piso não está tão quente como antes.

O proprietário pode aumentar a temperatura de saída da água de 40°C para 45°C, ou até mais. O conforto interior pode melhorar temporariamente, mas o consumo de electricidade aumenta e o problema original permanece.

Em muitos casos, o problema não é a bomba de calor em si.

Pode ser causado por algo muito menos visível:

O sistema hidrônico opera há anos sem limpeza e manutenção adequadas.

Isso éParte 7 da nossa série de engenharia “Uma fonte de calor, dois terminais”, focando em comolodo, incrustações, sólidos suspensos e filtros sujospode reduzir gradualmente o desempenho do piso radiante ligado a uma bomba de calor ar-água.

1. Por que um sistema de aquecimento fechado pode ficar sujo?

Uma pergunta comum é:

"O sistema de piso radiante está fechado. Por que precisa de limpeza?"

Um sistema fechado não significa um sistema permanentemente limpo.

Ao longo dos anos de operação, a água circulante interage com tubulações, válvulas, coletores, bombas, trocadores de calor e outros componentes metálicos ou poliméricos.

Dependendo da qualidade da água, dos materiais do sistema, da entrada de oxigénio, da limpeza da instalação e das condições de funcionamento, podem formar-se gradualmente depósitos.

Contaminantes típicos incluem:

• escala mineral;
• produtos de corrosão;
• magnetita ou óxido de ferro;
• sólidos suspensos;
• detritos de construção;
• contaminação biológica em determinadas condições;
• lodo acumulado em áreas de baixo fluxo.

O mecanismo exato varia de sistema para sistema.

O ponto importante da engenharia é quea qualidade da água muda ao longo do tempo e os contaminantes podem acumular-se gradualmente dentro do circuito hidrônico.

2. O que acontece dentro de um sistema de piso radiante após anos de operação?

O aquecimento por piso radiante contém longos circuitos de tubos que funcionam a temperaturas de água relativamente baixas.

Se estiverem presentes contaminantes, eles podem gradualmente assentar ou aderir às superfícies internas.

Esse processo pode ser lento o suficiente para que o proprietário não perceba uma falha repentina.

Em vez disso, o desempenho do sistema deteriora-se progressivamente.

A sequência pode ser assim:

Contaminação → Depósitos internos → Maior resistência hidráulica → Fluxo de água reduzido → Menor transferência de calor → Piso mais frio → Maior tempo de funcionamento da bomba de calor

Eventualmente, o cliente relata:

"A bomba de calor costumava aquecer muito bem a casa. Agora não aquece."

Essa afirmação é importante porque sugere que devemos investigar não apenas a capacidade do equipamento, mas tambémcomo o sistema hidráulico mudou desde o comissionamento.

3. A incrustação é particularmente prejudicial à transferência de calor

A incrustação mineral merece atenção especial.

A água dura contém minerais dissolvidos, principalmente compostos de cálcio e magnésio. Sob condições adequadas, estes minerais podem precipitar e formar depósitos em superfícies de transferência de calor.

Por que isso importa?

Porque a incrustação tem uma condutividade térmica muito menor que a do metal.

O caminho de transferência de calor muda de:

Água Quente → Superfície do Trocador de Calor → Água do Sistema

para algo mais próximo de:

Água Quente → Camada de Incrustação → Superfície do Trocador de Calor → Água do Sistema

A escala atua como resistência térmica adicional.

Mesmo uma camada relativamente fina de depósito em uma superfície crítica de transferência de calor pode afetar negativamente o desempenho. A perda exata de eficiência depende fortemente do material, da composição do depósito, da espessura, das condições de fluxo e do projeto do trocador de calor, portanto, uma porcentagem universal não deve ser assumida para todos os sistemas.

O princípio da engenharia, entretanto, é claro:

Os depósitos nas superfícies de transferência de calor reduzem a eficácia da transferência de calor.

4. Por que aumentar a temperatura da água não é a verdadeira solução

Esta é uma resposta de campo comum.

Suponha que o sistema originalmente fornecesse aquecimento adequado a uma temperatura de saída de água de 40–45°C.

Vários anos depois, o cliente reclama que os quartos estão frios.

Alguém altera o ponto de ajuste para 50°C.

A casa fica mais quente novamente.

Problema resolvido?

Não necessariamente.

O aumento da temperatura da água pode simplesmente compensar a deterioração do desempenho do sistema.

O problema real ainda pode ser:

Fluxo reduzido + incrustações + má transferência de calor.

Para um sistema de bomba de calor, aumentar desnecessariamente a temperatura da água de saída é especialmente indesejável porque a eficiência da bomba de calor geralmente diminui à medida que a temperatura da água necessária aumenta, sendo todo o resto igual.

Então, em vez de aumentar imediatamente o ponto de ajuste, pergunte:

Porque é que o sistema exige agora uma temperatura da água mais elevada do que quando era novo?

Essa pergunta geralmente leva a um diagnóstico muito melhor.

5. O filtro é um dos primeiros lugares a verificar

Ao solucionar problemas de um sistema hidrônico mais antigo, o filtro ou filtro deve estar no topo da lista de inspeção.

Por que?

Porque o filtro foi projetado para capturar a contaminação antes que ela atinja os componentes sensíveis do sistema.

Após anos de operação, um filtro negligenciado pode conter quantidades significativas de:

• lama;
• partículas de ferrugem;
• fragmentos de escala;
• resíduos de construção;
• outros sólidos suspensos.

À medida que o filtro fica entupido, a queda de pressão aumenta.

O resultado é:

Filtro Sujo → Maior Resistência → Menor Fluxo → Transporte de Calor Reduzido

Isso pode produzir sintomas muito semelhantes aos de uma bomba de circulação subdimensionada.

Antes de substituir a bomba, verifique se a bomba existente está simplesmente tentando empurrar a água através de um filtro fortemente restrito.

6. O baixo fluxo de água afeta diretamente a capacidade de aquecimento

A transferência de calor hidrônica pode ser representada aproximadamente por:

Q = ṁ × Cp × ΔT

onde:

• P= taxa de transferência de calor
• ṁ= vazão mássica de água
• CP= capacidade calorífica específica da água
• ΔT= diferença de temperatura da água de alimentação/retorno

Esta equação explica por que a limpeza do sistema e o fluxo de água estão ligados ao desempenho de aquecimento.

Se depósitos ou componentes obstruídos aumentarem a resistência, o fluxo real de água poderá diminuir.

Se os terminais não receberem fluxo suficiente, eles não poderão transferir a quantidade necessária de calor para o edifício.

Assim, a bomba de calor ainda pode ser capaz de gerar a capacidade térmica necessária enquanto o sistema de distribuição se torna o gargalo.

É por isso que enfatizamos repetidamente:

A geração e distribuição de calor devem ser avaliadas separadamente.

7. Por que alguns ambientes ficam frios antes de outros

Um sistema contaminado nem sempre perde desempenho de maneira uniforme.

Alguns circuitos de aquecimento de piso podem ter:

• comprimentos de tubos mais longos;
• maior resistência hidráulica;
• taxas de fluxo iniciais mais baixas;
• mais curvas;
• pior balanceamento hidráulico.

Esses circuitos costumam ser mais sensíveis a resistências adicionais.

À medida que a contaminação aumenta, o circuito mais fraco pode ser afetado primeiro.

O cliente poderá, portanto, reportar:

“A sala está quente, mas o quarto está frio.”

ou:

“O primeiro andar está bom, mas o andar superior demora muito mais para aquecer.”

Isto não significa automaticamente que a bomba de calor seja demasiado pequena.

Os engenheiros devem comparar as taxas de fluxo individuais dos coletores e investigar se alguns circuitos ficaram hidraulicamente restritos.

8. A limpeza do piso radiante não é apenas “deixar um pouco de água pelos canos”

A limpeza profissional do sistema deve ter um objetivo claro:

restaure a circulação e remova a contaminação sem danificar os componentes do sistema.

Dependendo da condição do sistema e dos requisitos do fabricante, a manutenção pode incluir:

1. Inspecionar a condição da água.
2. Verificando a pressão do sistema.
3. Inspeção e limpeza de filtros.
4. Verificação dos separadores magnéticos de sujeira, se instalados.
5. Medir o fluxo antes da limpeza.
6. Isolar e lavar circuitos individuais de aquecimento de piso, quando apropriado.
7. Remoção de lodo acumulado e sólidos em suspensão.
8. Verificação do coletor e dos medidores de vazão.
9. Reabastecer com água adequada.
10. Ventilando o sistema completamente.
11. Restaurando a pressão operacional correta.
12. Equilibrando hidraulicamente os loops novamente.
13. Registro das temperaturas de vazão e alimentação/retorno após a manutenção.

O procedimento exato deve seguir os materiais do sistema, os requisitos do fabricante do equipamento e as práticas locais aplicáveis ​​de tratamento de água.

9. A qualidade da água deve ser considerada desde o início

A limpeza é importante, mas a prevenção é melhor.

A qualidade da água deve ser considerada durante o projeto inicial e comissionamento do sistema.

Dependendo das condições locais da água e dos requisitos do equipamento, os engenheiros podem precisar considerar:

• qualidade da água de enchimento;
• dureza;
• condutividade;
• pH;
• entrada de oxigênio;
• proteção contra corrosão;
• filtração;
• separação magnética de sujeira;
• tratamento de água adequado.

Isto é especialmente importante porque as condições da água variam muito entre as regiões.

Não existe uma estratégia única de tratamento de água que deva ser aplicada cegamente a todos os projetos de bombas de calor.

Verifique sempre os requisitos do fabricante da bomba de calor e as normas locais relevantes.

10. A manutenção é ainda mais importante em sistemas “Uma fonte de calor, dois terminais”

Em nossa série,“Uma fonte de calor, dois terminais”refere-se a uma bomba de calor ar-água que atende dois sistemas terminais diferentes, normalmente:

Aquecimento de piso + unidades ventiloconvectoras

Tal sistema pode conter múltiplas ramificações, bombas, válvulas, coletores e dispositivos de controle.

Se a contaminação aumentar a resistência num ramal, a distribuição hidráulica entre os dois sistemas terminais pode mudar.

Por exemplo:

Bomba de calor

↓

Buffer / Distribuição Hidráulica

↙ ↘

Aquecimento por piso radiante　　Ventiloconvectores

Se o circuito de piso radiante se tornar gradualmente mais restritivo, a distribuição do fluxo pode mudar.

Portanto, a solução de problemas deve examinar toda a rede hidráulica, em vez de tratar cada componente de forma independente.

11. Sequência recomendada de solução de problemas

Se um sistema de piso radiante funcionou bem durante vários anos, mas agora tem dificuldade em atingir a temperatura, utilize uma abordagem sistemática.

Passo 1 — Verifique a bomba de calor

Confirmar:

• deixando a temperatura da água;
• temperatura da água de retorno;
• modo de operação;
• operação do compressor;
• histórico de falhas;
• capacidade de aquecimento real quando mensurável.

Passo 2 — Verifique o fluxo do sistema

Compare o fluxo real com o requisito do projeto.

Passo 3 — Verifique ΔT

Uma diferença anormal de temperatura de fornecimento/retorno pode fornecer informações úteis sobre circulação e transferência de calor.

Passo 4 — Inspecione filtros e peneiras

Não subestime este passo simples.

Passo 5 — Inspecione o fluxo do coletor

Compare os circuitos individuais de aquecimento por piso radiante.

Passo 6 – Verifique se há ar

O acúmulo de ar pode produzir sintomas semelhantes de baixo fluxo.

Passo 7 — Avalie a qualidade da água

Procure descoloração, sólidos suspensos, lama ou outras evidências de contaminação.

Passo 8 — Limpe quando necessário

Lave e limpe o sistema usando um procedimento apropriado.

Passo 9 — Reequilíbrio

Após a limpeza, restaure o equilíbrio hidráulico correto.

Passo 10 — Compare antes e depois

Registro:

Fluxo + ΔT + Temperatura da Água + Temperatura Ambiente + Funcionamento da Bomba de Calor

Isso torna o resultado da manutenção mensurável e não subjetivo.

12. A limpeza deve ser uma manutenção preventiva, não apenas um reparo de emergência

Muitos clientes pensam em limpar somente depois que o piso parar de aquecer adequadamente.

Uma abordagem melhor é a manutenção preventiva.

No entanto, não existe uma regra universal segundo a qual cada sistema de piso radiante deva ser lavado exactamente no mesmo intervalo fixo.

O cronograma de manutenção apropriado depende de:

• qualidade da água local;
• materiais do sistema;
• histórico operacional;
• filtração;
• entrada de oxigênio;
• contaminação anterior;
• requisitos do fabricante.

A inspeção regular é, portanto, mais útil do que aplicar cegamente um intervalo a cada instalação.

Para distribuidores e empresas de serviços de HVAC, isso também cria uma oportunidade de passar da simples venda de equipamentos para o fornecimentoserviço do sistema de longo prazo.

O cliente não necessita apenas de uma bomba de calor.

Eles precisam que o sistema de aquecimento continue a funcionar de forma eficiente durante muitos anos.

13. As sete causas que cobrimos até agora

Nosso“Uma fonte de calor, dois terminais”A série examinou agora sete razões comuns pelas quais o piso radiante pode não atingir a temperatura esperada:

Parte 1 — Comissionamento inicial ou longo período de não utilização

Parte 2 - Ar preso nos tubos de aquecimento por piso radiante

Parte 3 — Projeto e Layout de Tubulação Inadequados

Parte 4 — Área de Dissipação de Calor Efetiva Insuficiente

Parte 5 – Fluxo de Água do Sistema Insuficiente

Parte 6 — Instalação inadequada e mão de obra deficiente

Parte 7 — Operação de longo prazo sem limpeza do sistema

Observe como esses problemas estão conectados.

Para a Parte 7, a cadeia de falhas pode ser semelhante a:

Má qualidade da água/contaminação de longo prazo

↓

Escama + Lodo + Depósitos

↓

Incrustação no filtro/tubo/trocador de calor

↓

Maior resistência hidráulica

↓

Menor fluxo de água e/ou pior transferência de calor

↓

Saída de aquecimento terminal reduzida

↓

O aquecimento por piso radiante não consegue atingir a temperatura necessária

É por isso que a resolução de problemas profissionais da bomba de calor deve serorientado ao sistema em vez de orientado ao componente.

Conclusão: não culpe a bomba de calor muito rapidamente

Quando um sistema de piso radiante está em funcionamento há vários anos e gradualmente se torna menos eficaz, a substituição da bomba de calor não deve ser a primeira resposta.

Comece com o básico:

A água está limpa?

O filtro está limpo?

O fluxo do projeto ainda está sendo alcançado?

Os loops individuais do piso estão circulando corretamente?

A incrustação aumentou a resistência hidráulica?

O sistema agora exige uma temperatura da água mais alta do que quando foi comissionado originalmente?

Uma bomba de calor ar-água de alta eficiência necessita de um sistema hidrônico limpo e com manutenção adequada para manter seu desempenho.

A cadeia completa de engenharia permanece:

Bomba de Calor → Qualidade da Água → Fluxo Hidráulico → Distribuição → Terminais → Transferência de Calor → Conforto Interno

Manter apenas a bomba de calor ignorando o sistema de água é manter apenas metade do sistema de aquecimento.