Impacto na mudana de set points em sistemas de climatizaoAlterao contribui para a economia de energia

A preocupao com a reduo do consumo de energia em edificaes pauta constante em diversos setores da construo civil e mecnica, e hoje, vivemos uma situao em que solues inovadoras para atingir metas de reduo de consumo mais altas so cada vez mais exigidas. Porm, muitas vezes, algumas oportunidades de atingir estas metas no so exploradas de forma adequada e isto no ocorre, pois o profissional que est envolvido no projeto de sistemas de climatizao no tem tempo de avaliar alternativas de forma adequada, em funo dos prazos a serem cumpridos.Uma destas oportunidades est relacionada com os nveis de temperatura adotados nos projetos de sistemas de climatizao. O objetivo deste artigo avaliar a possibilidade de alterao doset pointde alguns pontos do sistema de climatizao e verificar o impacto destas alteraes no desempenho energtico do sistema de climatizao e global do edifcio, a saber:- Temperatura de bulbo seco no ambiente climatizado;- Temperatura de sada da gua gelada no chiller;- Temperatura de entrada da gua de condensao no chiller.

Estudo de casoPara esta anlise, ser proposta uma edificao virtual (Figura 1) que servir de referncia para avaliao do impacto do desempenho neste artigo. Esta edificao ser simulada com o aplicativo EnergyPlus verso 7.1 (DOE, 2012) e ter um perfil de ocupao tpico de uma edificao comercial, com:- Nmero de andares: 20;- rea de cada andar: 1050 m2;- Horrio de ocupao: das 9h s 18h;- Densidade de potncia de iluminao: 16 W/m2(ASHRAE, 2007);- Densidade de potncia de equipamentos: 10,7 W/m2(densidade mdia segundo ABNT, 2008);- Densidade de ocupao de pessoas: 11,6 m2/pessoa (densidade mdia segundo ABNT, 2008);- Sistema de climatizao com compressor alternativo (COP=5,5) com condensao gua;- Porcentagem de rea envidraada: 40% da rea da parede;- Envidraamento: vidro simples de 6 mm com coeficiente de sombreamento igual a 0,8.O sistema de climatizao da edificao de referncia ter os seguintes parmetros de operao:- Temperatura de bulbo seco do ar no ambiente climatizado: 25C;- Umidade relativa do ar no ambiente climatizado: 50%;- Temperatura de sada da gua gelada no chiller: 7C;- Variao de temperatura da gua gelada: 5C;- Temperatura de entrada da gua de condensao no chiller: 29C;- Variao de temperatura da gua de condensao: 5C.

Simulando esta edificao para condies climticas de um ano tpico para a cidade de So Paulo, obtm-se a matriz de consumo de energia desagregada apresentada na Figura 2.

Influncia da temperatura de bulbo seco no ambiente climatizadoApesar da crescente preocupao com a operao racional dos sistemas de uma edificao, ainda persiste a prtica de definio da temperatura de bulbo seco do ambiente climatizado em nveis muito baixos (em torno de 21 a 22C). Deve-se sempre buscar nveis mais adequados, pois os sistemas hoje projetados tm definidos valores maiores (tipicamente 25C). A ao de modificar a temperatura de bulbo seco do ambiente climatizado tem um custo de investimento nulo (bastando modificar oset pointno ambiente climatizado) e tem benefcios imediatos. A Figura 3 apresenta uma comparao do consumo de energia da edificao em referncia para diferentes nveis de temperatura de bulbo seco do ambiente climatizado.

Pode-se verificar que, analisando a Figura 3, aumentos de 1C na temperatura de bulbo seco no ambiente climatizado promovem redues no consumo anual de energia de 2 a 3%. Portanto, do ponto de vista comportamental, pode-se atuar para um melhor desempenho das edificaes mudando este set point e, para tanto, adotar cdigos de vestimenta mais leves que permitiriam aumentos na temperatura do ambiente climatizado, sem detrimento dos nveis de conforto trmico.Influncia da temperatura de sada da gua gelada no chillerNa Figura 4 pode-se observar um esquema simplificado de sistema de climatizao com chiller com condensao gua. Usualmente, o valor da temperatura de sada da gua gelada no chiller adotado como 7C. Porm, o sistema pode operar com diferentes nveis desta temperatura e o impacto da mudana deste parmetro pode ser avaliado na Figura 5. Tomando como base de comparao os resultados obtidos para a situao com temperatura igual a 7C, observa-se uma reduo do consumo de energia do sistema de climatizao (1,4%) para a situao com a temperatura de sada da gua gelada a 9C e um aumento em relao ao consumo de energia do sistema a 5C (4,8%). O uso final que mais contribui para estes resultados o resfriamento (chiller) seguido dos ventiladores. Para a edificao analisada, a reduo de consumo de energia total de 0,5% para a situao na qual a temperatura de sada da gua gelada de 9C.

Influncia da temperatura de sada da gua de condensao no chillerPara a avaliao do efeito da temperatura de sada da gua de condensao (valor tpico = 29C), observa-se na Figura 6 um impacto mais significativo do efeito da variao desta temperatura no desempenho do sistema de climatizao e, consequentemente, no consumo anual da edificao que o observado no item anterior. Tomando como base de comparao os resultados obtidos para a situao com temperatura igual a 29C, observa-se uma reduo do consumo anual de energia do sistema de climatizao (5,3%) para a situao com a temperatura de sada da gua de condensao a 27C. Pode-se verificar tambm que o uso final que mais contribui para estes resultados o resfriamento (chiller) seguido das torres de resfriamento.Para a edificao analisada, a reduo de consumo de energia total de 1,8% para a situao na qual a temperatura de sada da gua de condensao de 27C. Deve-se ressaltar que esta estratgia proporciona um aumento do COP do chiller (3%), que possibilita a maior parte das redues obtidas. Porm a reduo desta temperatura deve ser feita com critrio, consultando os fornecedores da torre de resfriamento, pois valores abaixo de 27C podem causar problemas de operao.Combinando as modificaes nas temperaturas de sada da gua gelada e de condensao para 9 e 27C, respectivamente, atinge-se uma reduo no consumo total de energia da edificao de 2,2%, mantendo-se os demais parmetros constantes.

ConclusesOs resultados aqui apresentados demonstram um potencial de reduo no consumo de energia em edificaes com plantas de gua gelada com condensao a gua, promovidos por modificaes no set point da temperatura de bulbo seco no ambiente climatizado, de sada da gua gelada e de sada da gua de condensao. Para se atingir estas redues, paradigmas relacionados a nveis de temperatura considerados usuais tem que ser questionados para que se possa melhorar o desempenho das instalaes novas e existentes no Brasil.Alberto Hernandez Neto POLI-USPReferncias BibliogrficasABNT. NBR 16401 - Parmetros de projetos de sistemas de ar condicionado - Partes 1, 2 e 3. 2008.ANSI/ASHRAE/USGBC/IES. Standard 90.1-2007 - Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings, 190 pgs., 2007.DOE. Energy Plus Reference Manual. Department of Energy EUA, 4387 pginas, 2007.

Economia tambm em edificacoes com mltiplos chillers Os Variadores de Frequncia proporcionaro economia tanto em instalaes com um s chiller quanto em instalaes com mltiplos chillers. Em instalaes com mltiplos chillers, o desligamento alternado dos chillers, medida que a carga diminui, resultar em aumento de carga nos chillers remanescentes. Num primeiro momento, isso parece reduzir a chance de os Variadores de Frequncia economizarem energia. No entanto, preciso lembrar que, apesar de as cargas do chiller permanecerem elevadas, muito provvel que a temperatura de entrada da gua do condensador tenha cado. E essas redues de temperatura de entrada da gua geram uma oportunidade ainda maior para realar a eficincia do chiller nas redues de carga sendo mais econmico manter vrios chillers operando at a mais eficiente carga parcial antes de desligar um deles, mantendo os outros operando at mesma situao. Portanto, os Variadores de Freqncia proporcionaro tambm maiores economias energticas em instalaes com mltiplos chillers.