Recuperação de Energia – Pré-tratamento de ar exterior
A eficiência energética dos sistemas de ar condicionado não pode mais ser uma característica secundária dos projetos. Deve ser uma regra!
O Empreendedor moderno não deve ter o olhar voltado apenas para o investimento inicial e o retorno no curto prazo. Deve pensar a frente! Deve se preocupar com os custos de operação do sistema, que vão impactar diretamente na eficiência e rentabilidade dos seus negócios. Deve tomar decisões que colaborem com a preservação ambiental, assunto que não pode mais ser adiado.
Os sistemas de ar condicionado, por serem um dos principais consumidores de energia dentro de uma edificação, devem ser projetos com o objetivo de reduzir ao máximo o consumo energético, diminuindo os custos operacionais e contribuindo para um planeta mais saudável.
Para isso, todo projeto deve ser pensado de maneira eficiente, a começar pela definição da carga térmica, que deve ser calculada com o máximo de precisão possível evitando fatores de segurança elevados e superdimensionamento de equipamentos.
O projetista deve desenvolver soluções de HVAC que efetivamente promovam a redução da carga térmica e trabalhar junto com a arquitetura para o mesmo objetivo, em frentes como a definição da envoltória do edifício (característica das coberturas, paredes e vidros externos), projeto de iluminação e outros.
É importante optarmos por equipamentos de alta eficiência, utilizando sempre que possível variadores de frequência em compressores, bombas e ventiladores para que a instalação opere o máximo de tempo possível nos parâmetros ideais. O sistema de automação, bem executado e posteriormente bem operado, também exercerá papel fundamental nesse quesito.
Uma prática que vem ganhando cada vez mais espaço em projetos que colocam a eficiência como requisito básico, são os sistemas de recuperação de energia que utilizam o ar de retorno, que seria exaurido, para pré-tratamento o ar exterior, quente e úmido.
A captação de ar exterior é um procedimento fundamental para a conservação da qualidade do ar. A norma NBR-16401-3 regulamenta que todas as instalações com capacidade superior a 10kW (aproximadamente 3TRs) devem ter sistema de ventilação forçado. Essa norma apresenta uma fórmula para o cálculo da vazão de ar exterior demandada e uma extensa tabela, com coeficientes que relacionam 3 fatores: a aplicação do local climatizado (escritório, escola, hotel etc.), o número de pessoas que utilizarão simultaneamente o ambiente e a área do ambiente.
Apesar de ser fundamental para a qualidade o ar interior, o ar exterior captado representa uma parte significativa da carga térmica de um edifício. Fatores como concentração de pessoas por metro quadro e características climáticas do local da instalação influem no impacto desse fator sobre a carga térmica total.
No Rio de Janeiro predomina um clima quente e úmido. Por isso, na maioria dos projetos, o ar exterior tem um peso relevante sobre a carga térmica. Nesse cenário podemos ter bons resultados “recuperando o calor” do ar exaurido nas condições de retorno, com o pré-tratamento do ar exterior quente e úmido.
Princípios Físicos
A segunda lei da termodinâmica define que o calor é naturalmente transferido de uma superfície quente para uma superfície fria. A mesma lógica pode ser aplicada a transferência de massa, que flui de uma região de pressão mais alta para uma de pressão mais baixa.
A partir desses princípios, os sistemas de recuperação de calor de-ar-para-ar podem possibilitar a troca de calor sensível e latente entre o ar exaurido e o ar exterior.
Para isso devem ser utilizados unidades de tratamento de ar chamadas ventiladores de recuperação de energia. Esse tipo de equipamento possui trocadores de calor pelos quais passam os dois fluxos de ar.
Dentre os vários tipos de trocadores utilizados nestas máquinas, existem opções que trocam apenas calor sensível entre os fluidos e opções que permitem também a passagem de umidade, que flui do o ar “mais úmido” para o ar “mais seco”. Essa segunda opção permite a remoção simultânea de calor sensível e latente do ar exterior reduzindo significativamente a carga térmica carregada por esse meio.
É importante ressaltar, que apesar do sistema permitir a troca de calor e, em alguns casos, de umidade entre os fluxos de ar, ele impede a troca de gases e outros possíveis contaminantes, não prejudicando a qualidade do ar captado.
Por esse princípio, a energia consumida para resfriar o ar, que já havia cumprido o seu papel no sistema, é recuperada fazendo o pré-tratamento do ar exterior. Esse processo demanda energia apenas dos ventiladores, um responsável por captar o ar de retorno para a máquina e outro para captar o ar exterior e entregá-lo ao sistema.
Considerações de Aplicação
Alguns fatores devem ser observados pelo projetista ao adotar esse tipo de sistema:
Diferença de temperatura – quanto maior a diferença entre a temperatura do ar exterior e do ar exaurido, maior o fluxo de energia recuperado pelo sistema;
Variação da diferença de temperatura no decorrer do ano – Não basta analisar os pontos críticos, é importante entender como a diferença de temperatura se comporta durante o ano para se calcular a economia potencial do sistema;
Custo da Energia – O custo unitário da energia na região é determinante para viabilização do sistema;
É importante considerar também que, além da redução observada na conta de energia, esse sistema pode reduzir o custo inicial da instalação. Ao reduzir a carga térmica do sistema, os equipamentos de refrigeração também poderão ser reduzidos e sendo de menor capacidade, serão mais baratos. Essa avaliação deve ser feita caso a caso.
Estudos de Payback devem ser realizados comparando os custos dos equipamentos, da infraestrutura e da instalação do sistema de recuperação de energia com a economia que ele pode gerar em termos de energia e equipamentos.
O ASHRAE-Handbook-2016-HVAC-Systems-and-Equipment Indica que para aplicações de conforto em locais de clima quente e úmidos, como é o caso do Rio de Janeiro, o Payback pode ser inferior a um ano. Já os benefícios vão ser colhidos durante todo o ciclo de vida do sistema.
Investir em eficiência energética é uma ação rentável e ao mesmo tempo ecológica. O custo inicial de uma instalação de alta eficiência pode ser mais elevado, mas os benefícios de médio e longo prazo serão compensadores.
Eng. Rafael de Melo Felipe
A.Salles Engenharia