Climatização

A origem da tecnologia de AVAC baseia-se em invenções e descobertas levadas a cabo por pessoas como Nikolay Lvov, Michael Faraday, Willis Carrier, Reuben Trane, James Joule, William Rankine, Sadi Carnot e muitos outros. A invenções dos componentes do que viriam a ser os sistemas de AVAC acompanhou de perto a Revolução Industrial. Ainda hoje em dia, novos métodos de modernização, de aumento da eficiência e de controlo dos sistemas são constantemente introduzidos por empresas e inventores de todo o mundo. As três funções centrais de aquecimento, de ventilação e de condicionamento de ar estão inter-relacionadas, proporcionando conforto térmico e qualidade do ar interior (QAI) aceitáveis, com custos viáveis de instalação, operação e manutenção. Os sistemas de AVAC fornecem ventilação, reduzem a infiltração do ar e mantêm as relações de pressão entre espaços. Nos edifícios modernos, o projeto, instalação e controlo destas funções está integrado num ou mais sistemas de AVAC. Em edifícios de muito pequena dimensão, é normalmente o próprio empreiteiro a dimensionar e a escolher o equipamento e os sistemas de AVAC a instalar. Já em edifícios maiores, a análise, o projeto e a especificação dos sistemas de AVAC fica normalmente a cargo de engenheiros especialistas, sendo a instalação e montagem daqueles realizada por subempreiteiros especializados em instalações especiais. Hoje em dia, na maioria dos países, existe legislação a definir as condições em que os sistemas de AVAC devem ser projetados, instalados, mantidos e operados, bem como quem está habilitado para isso.

Existem muitos tipos diferentes de sistemas de aquecimento. O aquecimento central é frequentemente usado em climas frios para aquecimento de casas e de edifícios públicos. Estes sistemas incluem caldeiras, fornalhas e bombas de calor para o aquecimento de água ou de ar, concentrados num local central, como uma casa da fornalha ou uma casa das caldeiras. O uso da água como meio de transferência de calor é conhecido como "hidrónica". Cada sistema de aquecimento também inclui ou tubagens em sistemas de ar forçado ou canalizações para distribuição de água aquecida e radiadores para transmissão do calor daquela para o ar ambiente. O termo "radiador" neste contexto é um pouco enganador, uma vez que a maioria da transferência de calor - a partir do permutador de calor - é feita por convecção e não por radiação. Os radiadores podem ser montados tanto nas paredes como enterrados no pavimento. Em sistemas alimentados por caldeira e de aquecimento por radiação, todos os sistemas - excepto os muito simples - incluem uma ou mais bombas para fazerem a água circular e assegurarem uma distribuição igual de calor por todos os radiadores. A água aquecida também pode servir para alimentar outro permutador de calor (secundário) dentro de um termoacumulador para proporcionar águas quentes sanitárias.

A ventilação constitui o processo de trocar ou substituir o ar em qualquer espaço, com os objetivos de controlar a temperatura, de renovar o oxigénio e de remover humidade, odores, fumos, calor, poeiras, bactérias do ar e dióxido de carbono. A ventilação inclui tanto a troca de ar com o exterior como a circulação de ar no interior do edifício. É um dos fatores mais importantes para manter uma aceitável qualidade do ar interior (QAI) em edifícios. Essencialmente, a ventilação de um edifício pode ser feita de duas formas: a mecânica ou forçada e a natural.

O ar condicionado e a refrigeração são obtidos através da remoção do calor. A definição de frio é a de "ausência de calor" e todos os sistemas de ar condicionado funcionam segundo este princípio básico. O calor pode ser removido, por irradiação, por convecção ou por aquecimento-arrefecimento, através de um processo conhecido por "ciclo de refrigeração". Os meios de condução - incluindo água, ar, gelo e químicos - são referidos como "refrigerantes". Um sistema integrado de ar condicionado ou um ar condicionado autónomo, fornece arrefecimento, ventilação e controle de humidade à totalidade ou a parte de um edifício ou veículo. O ciclo de refrigeração consiste em quatro fases essenciais para a criação de um efeito de resfriamento. Um compressor comprime o refrigerante. A compressão faz com que o refrigerante vaporizado se torne mais denso, libertando calor neste processo. O vapor comprimido é então arrefecido, através da permutação de calor com o ar exterior, condensando-se na serpentina do condensador e transformando-se em líquido. O refrigerante líquido é então bombeado para o interior do edifício, onde entra num evaporador. Neste evaporador, pequenos bicos pulverizam o refrigerante líquido para uma câmara, no interior da qual a pressão baixa, permitindo que o refrigerante se evapore. Como a evaporação absorve o calor em seu redor, essa área em redor arrefece, com o evaporador a retirar, portanto, calor ao ambiente e a colocá-lo no sistema. O refrigerante em vapor volta então a ser enviado para o compressor, repetindo-se o ciclo. Um sistema de contagem (referido como "orifício") age como restrição ao sistema no evaporador, de modo a assegurar que o refrigerante flui para aquele com o caudal apropriado, o que evita que o refrigerante volte ao compressor em estado líquido e permite o controlo da taxa de permutação de calor no evaporador.

A refrigeração consiste no processo de remoção de calor de um espaço fechado ou de uma substância, movendo-o para um local onde o mesmo não seja problemático. Para além de ser uma das funções do ar condicionado e mesmo da ventilação, existe também uma tecnologia específica de refrigeração, vocacionada sobretudo para a conservação de alimentos e de outros produtos, que frequentemente é agrupada com a AVAC, formando a AVAC & R. Os principais fins desta tecnologia são o de baixar a temperatura do espaço ou substância a refrigerar e o de manter essa baixa temperatura. Qualquer processo natural ou artificial pelo qual o calor seja dissipado está incluído na refrigeração. O processo de produzir artificialmente temperaturas extremamente baixas é conhecido como "criogenia". O frio consiste na ausência de calor. Assim, para se reduzir a temperatura tem que se "retirar calor" e não "adicionar frio". De modo a satisfazer a Segunda Lei da Termodinâmica, para se obter aquilo, tem que ser realizada alguma forma de trabalho. Este trabalho é tradicionalmente realizado de forma mecânica, mas pode também ser realizado através de magnetismo, de laser e de outras formas.

Desde a década de 1970, tem havido um esforço crescente, por parte de fabricantes e projetistas de sistemas de AVAC, no sentido de os tornar energicamente mais eficientes. Inicialmente, este esforço teve como força motriz o crescimento dos custos da energia. Posteriormente, também contribuiu fortemente para esse esforço a consciência ambiental e a consequente necessidade da redução da poluição e do aquecimento global. Para além da eficiência energética, têm sido tomadas outras medidas no sentido de tornar os sistemas de AVAC ambientalmente mais sustentáveis, como a eliminação dos fluídos refrigerantes prejudiciais à camada de ozônio.