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Sistemas de ar condicionado: eficiência energética

Conheça mais sobre Processos integrativos para a concepção de um sistema de ar condicionado.

 

Os temas “sustentabilidade” e “eficiência energética” vêm ganhando força e se tornando termos populares e comuns em todas as áreas. Na construção civil não é diferente: tanto no âmbito de projetos como nas atividades de construção (obras, resíduos e materiais), a sustentabilidade vem se intensificando com a demanda cada vez maior de certificações sustentáveis (LEED®, AQUA®, BREEAM® etc.), bem como de selos de eficiência energética (PBE Edifica) nos empreendimentos.

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

Isso, no entanto, não é regra. O grande equívoco tem sido relacionar os projetos de sistemas prediais sustentáveis e eficientes a projetos que possuem sistemas de elevada tecnologia e alta complexidade. Na verdade, está fundamentalmente relacionada ao conceito integrado dos projetos ou processo integrativo de projetos, envolvendo não somente os projetos de sistemas prediais (ar condicionado, elétrico, iluminação, hidráulico etc.), mas principalmente a sinergia de todos com os projetos arquitetônicos, porém, com a visão sistêmica de conceitos correlacionados das diversas disciplinas e não focado apenas em determinação de espaços e compatibilizações físicas de desenhos.

Os projetos arquitetônicos têm grande participação no consumo energético de qualquer empreendimento. Em se tratando de um edifício comercial, por exemplo, o projeto arquitetônico é responsável 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, em grande parte dos projetos, sistemas prediais com instalações e equipamentos de elevada tecnologia e de elevado custo.

A arquitetura, representada principalmente pelo projeto de fachada ou arquitetura bioclimática, tem enorme influência na eficiência energética de qualquer construção, pois é nela que serão especificadas as características físicas da composição dos materiais que irão formar a “casca” do edifício. Entendemos, então, que a “casca” deverá proteger as áreas internas das influências externas. Proteger contra a ação de intempéries (vento, chuva etc.) e principalmente contra a transmissão de calor, composto principalmente pelo ingresso de radiação infravermelha e ultravioleta na edificação. Abordaremos, a seguir, um breve exemplo de um processo integrativo para a concepção de um sistema de ar condicionado.

 

 

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

Após essa otimização arquitetônica, deve-se avaliar como será a utilização e finalidade dos espaços internos, tais como atividades dos ocupantes, taxa de ocupação e nível de ocupação ao longo do tempo (dia, semana, final de semana, feriados etc.), já que essas condições determinarão a melhor concepção operacional do sistema de ar condicionado. Por exemplo, se é melhor um sistema centralizado (uso de centrais de água gelada) em uma grande área de data center ou shopping center, que possuem operação conhecida e constante, ou equipamentos distribuídos e independentes (aparelhos do tipo split ou unidades VRF – Variable Refrigerant Flow), que flexibilizem a operação em função da necessidade não constante de ocupação dos espaços em um escritório corporativo. 

Com a seleção da concepção do sistema, podemos explorar estratégias que reduzam 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 (renovação) através de equipamentos dedicados ou através de recuperadores de energia (calor) ou rodas entálpicas, para redução de carga térmica de ar externo; implementar soluções híbridas com equipamentos de condicionamento artificial que permitam aproveitar as condições externas naturais (ciclo economizador), em função da necessidade, ou outras tecnologias.

E finalmente, após todas as estratégias avaliadas, passamos para a escolha e seleção do melhor equipamento de ar condicionado. Porém, não basta escolher o mais eficiente e sim verificar em qual momento o equipamento opera com a melhor eficiência. Existem equipamentos que têm maior eficiência em condições parciais de operação, ou seja, em momentos nos quais a demanda por resfriamento não é intensa (exemplos: ambiente parcialmente ocupado, ambientes com muita variação de ocupação ao longo do dia ou da semana, dias nublados, inverno etc.). Nesses casos, o ideal é optar por equipamentos que tenham compressores com inversores de frequência ou que o mercado chama de “inverter”, que irão variar o consumo energético em função da demanda variável de resfriamento ou aquecimento, sendo o IPLV (Integrated Part Load Value) o indicador energético adequado para verificação de eficiência nessas condições.

Por outro lado, existem equipamentos que possuem maior eficiência em condições plenas de operação, na qual a demanda por resfriamento é quase constante e próxima da máxima (ambientes de servidores num data center, hospital com 90% de ocupação etc.). Nessas situações 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 sistema de ar condicionado, que demandará menos energia na geração de resfriamento ou aquecimento, reduzindo o consumo. Com todos os estudos e projetos desenvolvidos de acordo com o processo descrito acima, podemos explorar estratégias sustentáveis de geração de energia renovável por geração fotovoltaica, por exemplo, que resultará no projeto arquitetônico e do sistema fotovoltaico mais econômico e eficiente possível, já que teremos a melhor condição na qual a demanda do sistema de ar condicionado, que é representativa, foi amplamente otimizada.

Atualmente, fala-se muito em empreendimentos “Zero Energy” ou “Autossustentáveis” em energia e, certamente, a aplicação do Processo Integrativo nesses casos é fundamental para a viabilização técnica e econômica desses projetos.  A metodologia de Processo Integrativo promove a visão do projeto de forma sistêmica, desde a concepção, execução e entrega do projeto. Todos os envolvidos devem buscar sinergias entre si, coordenando as disciplinas e sistemas, para que possam atender da melhor forma os objetivos do cliente e da comunidade, com conceitos e soluções eficazes.

Alinhado a isso, existe um outro processo que pode contribuir bastante ao longo da cadeia de desenvolvimento de um projeto, que é o Processo de Comissionamento, baseado no Guia 0 (Guideline 0 – The Commissioning Process) da ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers), que, inclusive, é exigido na Certificação LEED® e em outras metodologias. 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. De nada adianta aprovar ou reprovar um teste no final da obra caso o conceito do projeto já “nasceu” desalinhado com as premissas.

De acordo com o Guia 0, para este serviço ter grande eficácia, deve ser contratado no início do projeto, pelo cliente ou proprietário, com o levantamento e definições das necessidades e premissas, sendo apresentado num 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 onde ocorre a sinergia do Processo Integrativo de projetos, já que haverá uma liderança que poderá contribuir para avaliação de todos os conceitos e necessidades dos projetos. Em seguida, a mesma equipe ou empresa de comissionamento deverá acompanhar toda 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.  Logo, é um processo sistêmico que tem grande sinergia multidisciplinar em todas as etapas, estando sempre presente ao longo do desenvolvimento de um novo projeto.

É importante também destacar que, além do Processo Integrativo e Processo de Comissionamento, as metodologias de construção sustentável trouxeram da academia e de boas práticas de engenharia ferramentas que auxiliam arquitetos e engenheiros a buscarem a melhor concepção de projetos, tanto em termos de estudos de fachadas e orientação solar, como de eficiência energética dos equipamentos dos sistemas prediais, que são os softwares de modelagem ou simulação computacional. Essas modelagens de eficiência energética, iluminação natural e de insolação (orientação solar) são as principais ferramentas que irão determinar e auxiliar os projetos na busca da maior eficiência e redução de custos, resultando em edificações efetivamente sustentáveis e definitivamente eficientes. As ferramentas e metodologias estão à disposição e devemos nos apropriar delas para resultados eficazes nos projetos em busca da sustentabilidade real.

 

 

 

 

 

Por Eduardo Seiji Yamada*

*Eduardo Seiji Yamada é engenheiro civil formado pela Escola Politécnica da USP (1997) e mestre em engenharia de Sistemas Prediais (2000) pela mesma instituição. Gerente técnico de sistemas prediais do CTE – Centro de Tecnologia de Edificações. LEED® AP (Accredited Professional). Integrante do Comitê Executivo da ASHRAE BRASIL e do Comitê Diretor do BCA (Building Commissioning Association) BRASIL. Professor do curso de especialização e pós-graduação do PECE-USP “Energias Renováveis, Geração Distribuída e Eficiência Energética”, da FAAP no curso de pós-graduação “Real Estate & Construction Management” e do MACKENZIE no curso de pós-graduação “Sustentabilidade em Arquitetura e Urbanismo”.

 

Imagem: GBC brasil – ilustrativa

 

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