Por que VAV, e por que agora
A distribuição de Volume de Ar Variável é a estratégia de HVAC comercial dominante porque economiza bastante energia de ventilador em carga parcial. Um escritório comercial típico opera a 30-60% da carga máxima de resfriamento na maior parte das horas de operação. Os sistemas de Volume de Ar Constante mantêm o ventilador a 100% da vazão, independentemente da carga; o VAV reduz a vazão proporcionalmente à carga. A energia do ventilador varia com o cubo da vazão, de modo que uma redução de 50% na vazão economiza cerca de 87% da potência do ventilador naquele ponto de operação. A ASHRAE 90.1 exige VAV na maioria das edificações comerciais acima de 25.000 sqft (2.300 m²) por esse motivo, e a maioria dos sistemas de certificação de edificações sustentáveis (LEED, Green Star, BREEAM, DGNB) concede créditos de energia a sistemas VAV.
Tipos de terminais VAV
VAV de duto único (o mais comum)
Um duto de insuflamento leva ar frio a temperatura constante (13-14°C). A caixa terminal VAV tem um damper que modula a vazão para acompanhar a carga de resfriamento da zona. O retorno à UTA se dá pelo plenum do forro ou por um duto de retorno dedicado. O mais eficiente e o mais comum. Subtipos:
- Somente resfriamento: damper simples, sem capacidade de aquecimento. Usado em zonas internas onde não há necessidade de aquecimento.
- Com reaquecimento (água quente ou elétrico): damper mais serpentina de aquecimento a jusante. Reduz a vazão de resfriamento e depois ativa o reaquecimento em condições de baixa carga ou em zonas de perímetro no inverno.
- Independente da pressão: inclui sensor de velocidade e controle com realimentação para manter a vazão comandada, independentemente da variação da pressão estática no duto. Padrão em edificações comerciais.
VAV com ventilador (FPB)
Caixa VAV com ventilador embutido que mistura o ar de retorno do plenum com o ar primário de insuflamento. Usada para manter a vazão mínima em condições de baixa carga, aproveitando o calor da iluminação e dos equipamentos no plenum. Subtipos:
- Série (ventilador em paralelo): o ventilador funciona continuamente em todas as cargas e o damper primário modula. Maior consumo contínuo de energia do ventilador.
- Paralelo: o ventilador funciona apenas em condições de baixa vazão primária. Mais eficiente, mas com controle mais complexo.
VAV de duplo duto
Dois dutos de insuflamento: um frio (13-14°C) e um quente (35-40°C). O terminal VAV mistura as duas correntes para entregar qualquer temperatura intermediária. Grande flexibilidade de controle, mas alto consumo de energia do ventilador e o dobro de massa de duto. Usado em algumas edificações antigas; raramente especificado em obras novas.
VAV por indução
O ar primário de insuflamento é descarregado em alta velocidade por um bocal, induzindo ar secundário do plenum através do terminal. Autoalimentado (sem ventilador). Capacidade limitada; usado em algumas aplicações de hotelaria e em retrofits de edificações antigas.
Dimensionamento da caixa VAV
Três vazões por zona
- Vazão máxima de resfriamento: dimensionada para a carga sensível de pico de resfriamento com a temperatura de insuflamento de projeto (normalmente 13-14°C). A carga de pico inclui ganho solar, cargas internas de iluminação/equipamentos/pessoas e condução pelo envelope nas condições de projeto.
- Vazão mínima: o maior valor entre a exigência de ventilação da ASHRAE 62.1, 30% da máxima para estabilidade do controle térmico ou o mínimo do código local.
- Vazão em modo de reaquecimento: na vazão mínima, com a serpentina de reaquecimento ativa. Normalmente 50% da máxima em sistemas FPB com reaquecimento e 30-40% em reaquecimento de duto único.
Seleção do diâmetro de entrada
As caixas VAV têm entradas de duto redondas em diâmetros padrão. Faixa de vazão aproximada por entrada, com orçamentos de perda de carga típicos:
- Φ150 mm: 50-200 L/s
- Φ200 mm: 100-400 L/s
- Φ250 mm: 200-700 L/s
- Φ300 mm: 350-1.100 L/s
- Φ400 mm: 600-2.000 L/s
- Φ500 mm: 1.000-3.500 L/s
Os principais fabricantes (Trox, Titus, Krueger, Price, Carnes, Tuttle & Bailey, Halton) publicam softwares de seleção detalhados que consideram perda de carga, classificação NC e autoridade do damper.
Fator de diversidade
O dimensionamento do ventilador e da UTA no nível do sistema usa a vazão de pico do sistema, que é menor que a soma das vazões de pico de todas as zonas. O motivo: as zonas têm o pico em horários diferentes. O perímetro leste atinge o pico entre 9h e 11h (sol da manhã). O perímetro oeste, entre 14h e 16h. A zona interna, no pico de ocupação. O ventilador nunca precisa entregar o pico de todas as zonas ao mesmo tempo.
Fatores de diversidade típicos:
- Escritório comercial: 0,70-0,85
- Comercial de uso misto: 0,75-0,85
- Hospital (cuidados agudos): 0,85-0,95 (menos diversidade, carga mais constante)
- Hotel: 0,65-0,75 (muita diversidade, a ocupação varia bastante)
- Varejo: 0,70-0,80
- Educacional: 0,60-0,75 (ocupação sazonal, salas de aula com picos em horários diferentes)
A modelagem energética detalhada da edificação (eQUEST, EnergyPlus, IES VE, TAS) calcula a diversidade específica do projeto. As regras práticas do setor valem quando não há modelo energético.
Vazão mínima conforme a ASHRAE 62.1
A ASHRAE 62.1 especifica a ventilação mínima de ar externo por zona com base na área de piso e na ocupação. Valores típicos para escritório:
- Área de escritório: 0,06 cfm/sqft de piso + 5 cfm/pessoa (≈ 0,30 L/s/m² + 2,5 L/s/pessoa)
- Sala de reunião: 0,06 cfm/sqft + 5 cfm/pessoa (a maior densidade de ocupação é que determina isso)
- Sala de aula: 0,12 cfm/sqft + 10 cfm/pessoa
- Quarto de paciente em hospital: 0,18 cfm/sqft + 25 cfm/pessoa mais mínimo de 6 ACH
- Varejo: 0,06 cfm/sqft + 7,5 cfm/pessoa
O ajuste mínimo do VAV deve igualar ou superar, o tempo todo, a exigência de ventilação calculada. Sistemas multizona com UTA compartilhada usam o cálculo multizona da ASHRAE 62.1, que ajusta o ar externo na UTA com base na diversidade de ocupação no nível da zona.
Classe de pressão do duto VAV
O duto de insuflamento a montante das caixas VAV opera com pressão estática mais alta que o de jusante:
- A montante do VAV (entre o ventilador e a entrada da caixa): SMACNA +3 a +4 in.wg / EN 1505 Classe C-D / AS/NZS Classe C-D. O ventilador entrega a pressão estática necessária para alimentar todas as caixas VAV mais as perdas do duto.
- A jusante do VAV (entre a saída da caixa e o difusor): SMACNA +1 in.wg / EN Classe A / AS/NZS Classe A. A caixa VAV reduz a pressão a níveis de alimentação dos difusores.
Implicação para a fabricação: os troncos de insuflamento exigem chapa mais grossa (normalmente calibre 20-18 para média pressão) e vedação mais rigorosa que os ramais (calibre 22-24 para baixa pressão). A linha automática de dutos SBAL-V da Taokron armazena receitas de CLP para as duas classes de pressão; o operador seleciona por trecho de duto. Isso evita fabricar ramais de baixa pressão com construção de média pressão sem necessidade.
Considerações acústicas
Os sistemas VAV geram ruído por três fontes:
- Ventilador e UTA: a fonte dominante de baixa frequência, controlada com atenuadores perto da UTA e câmara plenum revestida
- A própria caixa VAV: a modulação do damper cria ruído regenerado, que aumenta à medida que o damper fecha a partir da abertura total. Típico de 25-40 dB(A) na vazão máxima, aumentando conforme a caixa estrangula.
- Difusor de ar: ruído do dispositivo terminal, controlado pela seleção do difusor e pela velocidade frontal
O ruído da caixa VAV costuma dominar no nível da zona. A seleção deve verificar a classificação NC em todos os pontos de operação, e não apenas na vazão de pico. Muitos projetos usam dutos de entrada do VAV com revestimento acústico (300-600 mm de duto revestido internamente a montante da caixa) para atenuar o ruído do ventilador que se propaga pela caixa. Veja o nosso guia de revestimento acústico de dutos.
Erros comuns de projeto VAV
- Mínimo do VAV abaixo de 30% do máximo: reclamações de conforto por má mistura nos difusores; instabilidade na modulação do damper. Ajuste sempre o mínimo em ≥ 30% ou o que a ASHRAE 62.1 exigir (o que for maior).
- Reaquecimento acima de 30% do projeto: a ASHRAE 90.1 proíbe aquecimento e resfriamento simultâneos acima de 30%. Fique atento a isso na especificação do projeto, para a auditoria de conformidade.
- Duto de entrada insuficiente a montante do VAV: menos de 3 diâmetros de duto reto na entrada causa distorção do fluxo e falha no controle independente da pressão. Providencie sempre 3D no mínimo, 5D como ideal.
- Classe de pressão errada no duto a jusante: fabricar o duto de baixa pressão da caixa ao difusor como se fosse de média pressão desperdiça 30-40% do custo de fabricação. Em sentido contrário, a construção de baixa pressão a montante do VAV reprova na classe de vazamento.
- Fator de diversidade não aplicado no nível do sistema: ventilador e UTA superdimensionados. Desperdiça capex e opera com baixa eficiência no ponto de projeto.
- Diversidade aplicada no nível do ramal: ramais subdimensionados. Cada ramal deve ser dimensionado para o pico da sua zona, e não para o pico do sistema.
Solicite um orçamento de SBAL-V configurada para as classes de pressão VAV →
Perguntas frequentes
O que é um sistema VAV?
Volume de Ar Variável: temperatura de insuflamento constante (13-14°C), vazão da zona modulada pela caixa terminal VAV para acompanhar a carga de resfriamento. Economiza 30-60% da energia de ventilador em relação ao CAV em carga parcial. Exigido pela ASHRAE 90.1 na maioria das edificações comerciais >25.000 sqft.
O que é fator de diversidade?
Ajuste para picos de zona não coincidentes. O ventilador/UTA do sistema é dimensionado para o pico do sistema (70-85% da soma dos picos das zonas em escritórios). Os ramais são dimensionados para o pico da zona (sem diversidade).
Como dimensionar uma caixa terminal VAV?
O dimensionamento de uma caixa VAV exige três vazões por zona: vazão máxima de resfriamento (dimensionada para a carga sensível de pico com insuflamento a 13-14°C), vazão mínima (o maior valor entre a exigência de ventilação da ASHRAE 62.1 e 30 por cento da máxima para controle térmico) e vazão em modo de reaquecimento (normalmente 50 por cento da máxima em sistemas com ventilador ou com reaquecimento por zona). A seleção no catálogo da caixa VAV então compara o diâmetro de entrada com a vazão exigida, dentro da perda de carga desejada (normalmente 50-150 Pa). Diâmetros de entrada redondos: Φ200 mm para ~400 L/s, Φ250 mm para ~700 L/s, Φ300 mm para ~1.100 L/s. Principais fabricantes de caixas VAV: Trox, Titus, Krueger, Price, Carnes, Tuttle & Bailey.
Qual é o ajuste de vazão mínima do VAV?
A vazão mínima é o maior valor entre: (1) a exigência de ventilação da ASHRAE 62.1 para a zona (normalmente 0,5 L/s por m² de área de piso + 5-10 L/s por ocupante em escritório), (2) 30 por cento do máximo de projeto para estabilidade do controle térmico e (3) qualquer mínimo específico do código local (por exemplo, a AS 1668 na Austrália). Na vazão mínima, a caixa VAV modula de 30 por cento a 100 por cento ao longo de sua faixa de operação. Abaixo de 30 por cento, a mistura nos difusores de forro fica inadequada, as reclamações de conforto aumentam e o sistema pode se tornar instável. A ASHRAE 90.1 limita o reaquecimento a no máximo 30 por cento para evitar aquecimento e resfriamento simultâneos.
Que classe de pressão o duto VAV exige?
O duto de insuflamento a montante das caixas VAV costuma ser de Média Pressão (Classe SMACNA +4 in.wg / Classe C da EN 1505 / Classe C da AS-NZS), porque a caixa VAV exige 50-200 Pa de pressão estática mínima para operar corretamente em toda a sua faixa de vazão. A jusante da caixa VAV (o trecho da caixa até o difusor), a Baixa Pressão (Classe SMACNA +1 in.wg / Classe A da EN / Classe A da AS-NZS) é suficiente. Implicação para a fabricação: troncos e prumadas de insuflamento precisam de chapa mais grossa e vedação mais rigorosa que os ramais. As receitas da SBAL-V da Taokron incluem as duas classes de pressão; o operador seleciona por trecho de duto.
