O papel do ar externo em ambientes climatizados está relacionado a alguns fatores, como:
– Diluição de contaminantes
– Reposição de ar de expurgo
– Controle de pressão entre áreas/ambientes diferentes
– Garantia do cumprimento de normas, códigos, leis e regulamentos
– Conforto e produtividade das pessoas
– Exigências específicas de processos etc.
Apesar da maioria dos sistemas de ar-condicionado – centralizados ou descentralizados – serem eficientes no tratamento do calor sensível interno, eles são muito ineficientes quando misturam ar externo e ar de retorno. Isso é especialmente crítico para ambientes com demandas de controle de umidade, pois toda a massa de ar deve ser resfriada até que se alcance um ponto de orvalho adequado à manutenção da umidade interna, geralmente à custa de água gelada com baixa temperatura para todo o sistema, utilização de energia de reaquecimento (para compensar o resfriamento excessivo) e estratégias de controle mais sofisticadas e onerosas.
Recomenda-se, desta forma, a aplicação de Sistemas Dedicados de Ar Externo (DOAS em inglês), estratégia também inserida no conceito conhecido como “desacoplamento de cargas”. Assim, as necessidades de desumidificação (seja por resfriamento ou por dessecante) são proporcionais ao montante de ar externo do projeto, na maioria das vezes muito menores em relação à vazão de ar total do sistema de climatização. Também é preferível que essa solução seja capaz de abastecer o sistema de ar-condicionado com pontos de orvalho menores do que os set-points previstos para os ambientes climatizados, pois assim haverá capacidade suficiente para combater as cargas latentes internas, além de permitir que os demais sistemas de climatização fiquem dedicados apenas ao calor sensível, proporcionando melhor gestão no controle das condições internas e eficiência energética.
Data Centers são ambientes de missão crítica que demandam muita energia de resfriamento. Igualmente crítico é o processo de seleção dos sistemas de climatização, que devem ser suficientemente sofisticados e confiáveis para atender a todos os requisitos de controle, exigindo cada vez mais dos projetistas. Adicionado a esses desafios, está a necessidade de se encontrar soluções mais eficientes e que reduzam o custo operacional dos clientes. Assim, uma das principais estratégias de climatização para estes ambientes é a aplicação e aperfeiçoamento de práticas de utilização do chamado free cooling. As mudanças que ocorreram nas diretrizes da ASHRAE nos últimos anos permitiram maior flexibilidade de operação e, consequentemente, contribuíram para a utilização de tal conceito, com impacto direto nos índices de eficiência de utilização de energia dos Data Centers (PUE, na sigla em inglês). Projetos de climatização de Data Centers podem incluir, como diferencial, algumas soluções, dentre as quais citamos:
- Economizadores Diretos
Resfriamento de acordo com a temperatura de bulbo seco do ar externo: A forma mais simples de economizar é insuflar ar externo diretamente no ambiente do Data Center. Isso pode ser feito desde que o ar externo esteja dentro de condições favoráveis em relação às condições projetadas para o ambiente do Data Center. Um sistema complementar de resfriamento mecânico e um controle de dampers são necessários para satisfação total das condições de projeto.
Resfriamento de acordo com temperatura de bulbo úmido do ar externo: Esse recurso permite, em muitos projetos, o aumento no número de horas de resfriamento com free cooling. Utiliza-se um sistema de resfriamento evaporativo direto que, combinado com um sistema complementar de resfriamento mecânico e controle de dampers, tem condições de atender às condições de projeto durante boa parte do ano em algumas regiões.
- Economizadores Indiretos
Trocadores de calor ar-ar: Os mais comuns são os de placas, heat pipes e rodas recuperadoras de calor sensível. Por uma série de vantagens operacionais, na maioria dos projetos é preferível resfriar o ar de retorno ao invés de insuflar ar externo diretamente no ambiente do data center. Entretanto, trocadores de calor permitem a utilização dos benefícios de sistema evaporativo direto sem que o ar externo “contamine” o ar de processo (ar resfriado). Esta tecnologia combina a técnica de resfriamento evaporativo direto com um trocador de calor (geralmente trocadores a placa) para aproveitar vantagens termodinâmicas do ar externo em alguns períodos do ano, reduzindo a demanda de refrigeração mecânica dos equipamentos de climatização.
Trocadores de Calor ar-ar integrados / torre de resfriamento: Diferentemente do sistema anterior, onde existem dois processos (resfriamento evaporativo + trocador de calor), nesta opção as tecnologias são integradas em apenas um processo, conhecido como Resfriamento Evaporativo Indireto. Uma alternativa mais eficiente em relação à alternativa com processos separados. Assim, como mencionado anteriormente, não há contaminação do ar de processo (recirculado) pelo ar externo.
Para proceder ao tratamento do ar de renovação com a máxima eficiência é extremamente importante que o responsável pelo projeto entenda as reais necessidades do seu cliente/usuário final e considere todas as tecnologias disponíveis para equilibrar valores de investimentos e custos operacionais. Não há, portanto, uma única solução para todos os tipos de projeto.
Sistemas Dedicados de Tratamento de Ar Exterior (DOAS) são, em sua essência, desumidificadores e há muito esforço na parametrização das tecnologias disponíveis para se obter bases de comparação justas e que ajudem na tomada de decisão.
Para auxiliar nesse sentido uma nova métrica foi desenvolvida. Com visão mais apropriada nas eficiências de tais sistemas, a AHRI Standard 920 traz os conceitos de Moisture Removal Capacity (MRC), Moisture Removal Efficiency (MRE) e Integrated Seasonal Moisture Removal Efficiency (ISMRE), e estabelece, entre outras coisas, requisitos de testes e de desempenho para diferentes classes de eficiência.
Murilo Leite, engenheiro de vendas na Munters do Brasil
