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Como obter mais eficiência dos sistemas de ar condicionado?

13 de maio de 2021

Melhorar o desempenho dos sistemas de refrigeração é algo imperativo, seja pela necessidade de reduzir impactos ambientais, seja pelo desejo de racionalizar custos operacionais.

Entre as estratégias que podem ajudar a conquistar esse objetivo, uma das mais efetivas é o Processo Integrativo que pode ser aplicado na concepção dos sistemas de ar condicionado. Essa metodologia promove uma visão do projeto de forma sistêmica e traz resultados impactantes, como mostra Eduardo Seiji Yamada, mestre em Engenharia de Sistemas Prediais e gerente técnico de Sistemas Prediais do CTE.

No artigo a seguir, Yamada apresenta mais detalhes sobre essa abordagem. Aproveite e tenha uma ótima leitura!

Processo Integrativo para obtenção de eficiência em sistemas de ar condicionado.

Por Eduardo Seiji Yamada*

A sustentabilidade na cadeia da construção civil, tanto no âmbito de projetos, quanto nas atividades das construtoras, vem se intensificando com a demanda crescente por certificações sustentáveis (LEED®, AQUA®, BREEAM®, etc.), bem como por selos de eficiência energética (PBE Edifica).

Por conta dessa procura, identificamos projetos que, alavancados pelos processos de certificação sustentável e eficiência energética, resultam em empreendimentos com soluções de sistemas prediais de custo elevado, especificamente em sistemas de ar condicionado. 

Um grande equívoco tem sido relacionar os projetos de sistemas prediais sustentáveis e eficientes a sistemas de elevada tecnologia e complexidade. Na verdade, as melhores soluções passam pelo Processo Integrativo de Projetos, que propõe uma visão sistêmica de conceitos correlacionados em diversas disciplinas, não focando apenas em determinação de espaços e compatibilizações físicas de desenhos.

Os projetos de arquitetura têm grande impacto no consumo energético dos empreendimentos. Em se tratando de um edifício comercial, eles respondem por quase 25% da participação no consumo energético global. Mas como isso é possível, já que a arquitetura não possui componentes que consomem energia? O desconhecimento da resposta a essa pergunta é o que gera, na maior parte das vezes, sistemas prediais com instalações e equipamentos complexos e caros.

A arquitetura, representada principalmente pelo projeto de fachada ou de arquitetura bioclimática, tem enorme influência na eficiência energética de qualquer construção. Afinal, é nela que serão especificadas as características físicas dos materiais que formarão a “casca” do edifício, responsável por proteger as áreas internas das influências externas, incluindo intempéries e a transmissão de calor via radiação infravermelha e ultravioleta.

Como funciona na prática?

Abordaremos a seguir um exemplo de Processo Integrativo para a concepção de um sistema de ar condicionado.

Primeiramente, um projeto arquitetônico eficiente considera os efeitos da arquitetura bioclimática para estabelecer estratégias de concepção, desenho (orientação e forma), escolha de materiais (vidros, vedação, cobertura, etc.) e sistemas de proteção passivas (brises soleil, peitoril, etc.). O objetivo fundamental deve promover conforto térmico, lumínico e acústico dos ocupantes, além de reduzir a demanda de cargas internas, especialmente para o sistema de ar condicionado.

Uma vez realizada essa otimização, é preciso avaliar como será a utilização dos espaços internos, tais como atividades dos ocupantes, taxa de ocupação e nível de ocupação ao longo do tempo. Essas condições determinarão a melhor concepção operacional do sistema de ar condicionado. O que é melhor? Um sistema centralizado em uma grande área de data center ou shopping center com operação conhecida e constante, ou recorrer a equipamentos distribuídos e independentes, que flexibilizem a operação em função da necessidade não constante de ocupação dos espaços em um escritório corporativo?

Após a definição da concepção do sistema, é possível explorar estratégias para reduzir a demanda de resfriamento, como:

  • Aproveitar somente o sistema de ventilação forçada, sem acionamento de equipamentos de refrigeração para condicionar o ambiente (free cooling a ar) em função das condições climáticas externas favoráveis; 
  • Tratar ou pré-resfriar o ar externo por meio de equipamentos dedicados, através de recuperadores de energia, ou ainda de rodas entálpicas para redução de carga térmica;
  • Implementar soluções híbridas com equipamentos de condicionamento artificial para aproveitar as condições externas naturais (ciclo economizador) em função da necessidade, ou outras tecnologias.

Finalmente, depois de todas as estratégias avaliadas, passamos para a seleção do melhor equipamento de ar condicionado. Nesse ponto, não basta optar pelo mais eficiente. É necessário verificar em qual momento o equipamento opera com o melhor desempenho. 

Há equipamentos com maior eficiência em condições parciais de operação, ou seja, em momentos nos quais a demanda por resfriamento não é intensa. Isso acontece em ambientes parcialmente ocupados ou com muita variação de ocupação ao longo do dia ou da semana, em dias nublados, etc. Nesses casos, o recomendável é recorrer a equipamentos com compressores com inversores de frequência, conhecidos no mercado como “inverter”, que variam o consumo energético em função da demanda de resfriamento ou aquecimento. O IPLV (integrated part load value) é o indicador energético adequado para verificação de eficiência nessas condições.

Por outro lado, há equipamentos com melhor desempenho em condições plenas de operação, quando a demanda por resfriamento é quase constante e próxima da máxima. Tais situações costumam ocorrer em ambientes de servidores, data centers, hospitais com 90% de ocupação, etc. Nessas horas, é importante optar por equipamentos que possuem a melhor eficiência em condições plenas, sendo o COP (coeficiente de performance) o melhor indicador energético. 

Quanto maior for o IPLV e o COP, mais eficiente é o ciclo de compressão de vapor do equipamento de refrigeração do ar condicionado. Consequentemente, a demanda por energia na geração de resfriamento ou aquecimento é menor.

“Com todos os estudos e projetos em alinhamento ao processo descrito acima, é possível explorar estratégias de geração de energia renovável. Um exemplo é a geração fotovoltaica, que tende a ter concepção mais econômica e eficiente, em função da maior otimização da demanda interna do empreendimento, representada principalmente pelo sistema de ar condicionado. Portanto, a aplicação do Processo Integrativo também é determinante para viabilizar técnica e economicamente os projetos autossustentáveis em energia ou zero energy.”

A metodologia de processo integrativo promove a visão do projeto de forma sistêmica, desde a concepção até a execução e a entrega do projeto. Todos os envolvidos devem buscar sinergias, coordenando as disciplinas e sistemas para que possam atender, da melhor forma possível, os objetivos do cliente e da comunidade com conceitos e soluções eficazes. 

Processo de comissionamento

O processo de comissionamento também pode contribuir bastante com a cadeia de desenvolvimento de um projeto. Ele se baseia no Guia 0 (Guideline 0 — The Commissioning Process) da ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers). 

Infelizmente o mercado da construção civil brasileira possui um entendimento um pouco equivocado com relação ao comissionamento. Muitos entendem que este serviço está relacionado às atividades de testes e calibração no final das instalações. Mas, de nada adianta aprovar ou reprovar um teste no final da obra, quando o conceito do projeto já “nasceu” desalinhado com as premissas.

Segundo o Guia 0, para ter grande eficácia, o comissionamento deve ser contratado pelo cliente ou proprietário no início do projeto, com o levantamento e as definições das necessidades e premissas apresentadas em um documento denominado OPR (Owner Project Requirements). Definido esse documento, todos os projetos arquitetônicos e multidisciplinares deverão ser concebidos para atender as premissas, sendo acompanhadas e avaliadas pela empresa ou equipe de comissionamento.

Essa fase inicial é justamente quando ocorre a sinergia do Processo Integrativo de Projetos, uma vez que prevê uma liderança para avaliação de todos os conceitos e necessidades dos projetos. Em seguida, a mesma equipe ou empresa de comissionamento deverá acompanhar as demais etapas da cadeia de construção, passando pela avaliação das contratações (construtora e instaladores), verificação da qualidade das instalações em obras, validação de compras, acompanhamento e validação de testes, avaliação dos manuais de operação/manutenção e dos treinamentos.

“Além do Processo Integrativo e de comissionamento, as metodologias de construção sustentável agregaram, no últimos anos, ferramentas que auxiliam arquitetos e engenheiros a buscarem a melhor concepção de projetos, a exemplo dos softwares de modelagem ou simulação computacional. Essas modelagens de eficiência energética, iluminação natural e de insolação são ferramentas valiosas para determinar e auxiliar os projetistas na busca por eficiência e redução de custos, resultando em edifícios efetivamente sustentáveis e definitivamente eficientes. 

As ferramentas e metodologias estão à nossa disposição. Precisamos, apenas, nos apropriar devidamente delas para obtermos resultados eficazes nos projetos em busca da sustentabilidade real.


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