A Ashrae, desdede junho de 2022, recomenda a adoção de estratégias de descarbonização de edifícios para reduzir as emissões de gases de efeito estufa até 2030

Nos primeiros anos da atual década fatores objetivos, como o avanço do colapso climático e a proliferação de epidemias e pandemias, têm indicado tendências de soluções para os sistemas de ar-condicionado. Dentre esses fatores destacam-se a necessidade da descarbonização, o uso racional de energia elétrica e a qualidade do ar de interiores. A partir daí, várias tendências nos diversos tipos de equipamentos para climatização e tratamento do ar têm se desenhado.

No lado da produção do frio, seja em sistemas de expansão direta ou de água gelada, a preocupação é com a redução do consumo energético e a substituição dos atuais fluidos refrigerantes. No lado ar, a corrida é por sistemas que sejam capazes de prover ar limpo e tratado, também com o menor dispêndio energético possível.Com esses objetivos, a indústria do AVAC-R apressa-se por conquistar o mercado com suas várias soluções

“Com a preocupação cada vez mais latente em aquecimento global, a palavra descarbonização vem sendo bastante utilizada nos dias de hoje. No mercado de AVAC,descarbonização é a bola da vez e traz a demanda por sistemas cada vez mais eficientes.Com sistemas mais eficientes, a matriz energética local é menos exigida e isso diminui a emissão de carbono”, diz Rafael Rebelo, Engenheiro de Aplicações para VRF da Trane.

Wilson José de Souza, engenheiro de aplicação da Armstrong Fluid Technology, lembra que a Ashrae estabeleceu uma força-tarefa para a descarbonização de edifícios. “O documento da Ashrae, emitido em junho de 2022, recomenda a adoção de estratégias de descarbonização de edifícios para reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) até 2030. Todos os novos edifícios devem ter zero emissões líquidas de gases de efeito estufa na operação; a modernização de uma forma geral da eficiência energética dos ativos existentes deve ser implantada; o carbono incorporado das novas construções deve ser reduzido em pelo menos 40%. A expectativa é que para garantir que isso aconteça ‘todos os engenheiros de sistema devem defender e alcançar carbono líquido zero em seus projetos: carbono operacional até 2030 e carbono incorporado até 2040’. Para que isto ocorra, também os fabricantes de equipamentos deverão fazer a sua parte.”

Eletrificação do calor

Rabelo ressalta que outro processo que vem sendo amplamente promovido é o da eletrificação do calor. Ao invés de se utilizar caldeiras na indústria, que queimam combustíveis fosseis aumentando as emissões de gases e contribuindo para o aquecimento global, utilizam-se equipamentos do tipo bomba calor que aquecem a água sem emissão de gases, pois são movidos a energia elétrica. “Trata-se de sistemas muito eficientes. Em um sistema onde se tem chillerresfriando e bomba de calor aquecendo a água, tanto pode-se usar o rejeito do chiller para somar ao processo da bomba-calor, o que chamamos de recuperação do calor, como também o rejeito da bomba-calor pode ser utilizado no chiller, tornando-o muito mais eficiente”.

O engenheiro da Trane alerta para a necessidade de olhar para a qualidade do ar interno, “um tema que tem sido amplamente discutido e promovido no mercado de AVAC, principalmente após a pandemia que passamos.A preocupação do lado ar do sistema, com filtragens especiais e automação dedicada para controle de vazão, temperatura e umidade do ar insuflado no ambiente.”

Tendências em equipamentos e sistemas

Rabelo aponta alguns caminhos para a eficiência energética. “Ainda com a preocupação em eficiência energética, os projetos atuais indicamo uso de variadores de frequência em compressores e ventiladores, bombas mais eficientes e tudo interligado em um sistema de automação bem configurado.”

Neste aspecto, Souza, da Armstrong, aponta os avanços nos sistemas de bombeamento de água gelada e de condensação.“As últimas gerações de bombas com motor de imã permanentes estão chegando com hidráulica otimizada acionada por motores de alta eficiência (nível IE5), e com controles e inversores de frequência para operação com velocidade variável integrados. Soluções altamente eficientes que reduzem a demanda de energia elétrica, fornecem até 65% de redução no consumo de energia, com tamanho e peso reduzidos, e com cerca de 50% de redução de carbono incorporado em comparação com as gerações de bombas anteriores. Além disso, essas bombas possuem inteligência integrada e são capazes de fornecer leitura da vazão, otimizar automaticamente sua operação, sem sinais ou controles externos, e possuem capacidade IoT, que permitem a conexão em nuvem com analíticos para gerenciamento de desempenho ativo ao longo de sua vida útil.”

Também a substituição pelos novos fluidos é lembrada por Rabelo, da Trane. “Sistemas com diferentes gases refrigerantes que se adequem a atual demanda do protocolo de Montreal com a adição da emenda de Kigali, com zero ODP (potencial de destruição da camada de ozônio) e baixo GWP (potencial de aquecimento global) vêm sendo estudados a fim de oferecer eficiência sem prejudicar o meio ambiente”, diz ele.

Condensação a ar ou água?

“Sabemos que cada edificação tem sua peculiaridade e há diferentes sistemas para diferentes condições. Vamos pensar em sistemas com condensação a ar versus condensação à água.Na condensação a ar o equipamento deve estar em local aberto, pois o calor é rejeitado no ambiente externo em forma de ar quente. Para o sistema a água, o chiller pode ser colocado em qualquer lugar da edificação, uma vez que o calor é rejeitado através da água. Porém, para tal deve-se criar um sistema de água de condensação, com bombas e torres de resfriamento.Há ainda uma grande vantagem no sistema à água quando falamos em recuperação de calor. A água quente residual do sistema pode ser utilizada em algum processo de aquecimento e até mesmo somada ao sistema de bomba-calor que exista em uma indústria, por exemplo”, explica Rabelo.

“No caso de sistemas de expansão direta”, continua o engenheiro da Trane,“o VRF segue sendo a principal escolha. Além de ser um sistema bastante eficiente, possui inúmeros sensores e automação embarcada em prol da eficiência. Algo que não deve ser desprezado é o tamanho dos módulos que compõe o sistema.A facilidade de transportá-los pelo elevador da edificação faz com que não haja necessidade de guinchos para posicionar as condensadoras na cobertura.”

Ainda em relação aos sistemas de expansão direta, Rabelo aponta a condensação a ar como a principal escolha. “Na grande maioria temos sistemas de condensação a ar evitando a necessidade de bombas de água e torres de resfriamento. Com várias tecnologias empregadas em prol da eficiência energética, há sistemas VRF que possibilitam recuperação de calor, utilizando o resíduo de calor transportado pelo fluido refrigerante para aquecer a água.”

O que esperar da automação

Sistemas de automação respondem por grande parte da eficiência presente em um sistema de AVAC. Uma automação bem configurada pode representar um ganho de 30% de eficiência no sistema de climatização de um edifício.

“Há, porém, um passo além sendo dado por sistemas de automação que são serviços de inteligência e monitoramento. Com o uso de sensores espalhados pelo sistema de AVAC, inúmeros dados são enviados para uma central onde profissionais usam os dados para gerar gráficos e,desta forma, visualizar o funcionamento do sistema. Com tais dados é possível criar curvas de tendência e trabalhar junto ao time de serviços para que comissionem o sistema da melhor forma possível em prol de melhor eficiência. E no monitoramento do sistema garante-se também grande diminuição de falhas em paradas, visto que os dados poderão acusar quando um componente do sistema estiver apresentando defeito ou mau funcionamento”, explica Rafael Rabelo.

“Com uso dos sistemas de otimização e controle, hoje o poder de analisar de forma transparente os dados nos oferece a capacidade de evitar os desvios energéticos em projetos que muitas vezes resultam na degradação da eficiência das plantas. Estudos mostram que isso pode chegar a até 30% em apenas três anos. No entanto, por meio do uso de dados transparentes e gestão ativa do desempenho, as economias podem ser mantidas a longo prazo, garantindo a realização da sua proposta de valor inicial e o retorno sobre investimento dos seus projetos. O Active Performance Management é uma abordagem de gerenciamento de sistemas que otimiza os sistemas AVAC em qualquer estágio do ciclo de vida de um edifício, aprendendo continuamente com uma ampla rede de instalações e respondendo às mudanças nos requisitos do AVAC. A combinação de comissionamento inteligente com alertas em tempo real, permite o acompanhamento de desvios de desempenho e mantém o conforto dos ocupantes. Ele também fornece rastreamento do consumo de energia, histórico de manutenção e supre os gerentes de instalações com diagnósticos de bombas e sistemas. Isso permite a mudança da manutenção preventiva cara e pesada em carbono para a manutenção baseada em condições, ao mesmo tempo em que oferece melhor disponibilidade dos ativos e vida útil prolongada do equipamento, reduzindo novamente o carbono incorporado”, complementa Souza, da Armstrong.

Estratégias de projeto

As respostas para as necessidades urgentes da nossa época, como em todas as anteriores, nascem na concepção do projeto da edificação e dos sistemas a ela incorporados. Assim, urge integrar os projetos de AVAC às demais disciplinas, particularmente àquelas com interação imediata, como iluminação e produção de água quente em processos industriais e em edificações de conforto e de uso hospitalar, por exemplo.

“Sistemas de AVAC com recuperação de calor, sejam de expansão direta como indireta, e uso de bomba-calor para processos industriais geram enorme eficiência energética. Se o sistema for automatizado e monitorado, a eficiência é ainda maior. Quando pensamos em geração de energia com placas solares, quanto mais eficiente o sistema, menos placas são necessárias”, alerta Rabelo, da Trane.

“Como sabemos os projetos Net Zero Carbon requerem atenção urgente e implementação imediata em novas construções e retrofits. A boa notícia é que a tecnologia de bombeamento existente pode proporcionar uma redução significativa de carbono sem aumentar os custos. O bombeamento inteligente e os serviços em nuvem desempenham um papel fundamental na redução do custo ao longo do ciclo de vida (LCC).Projetos de bombas menores e mais leves reduzem o carbono incorporado em 50% em comparação com a geração anterior emaior eficiência e recursos de controles embarcados reduzem o carbono operacional ao longo da vida útil do produto. Os recursos integrados inteligentes simplificam as instalações, eliminam o número de componentes e seu carbono incorporado, reduzindo o custo de instalação e melhorando a resistência do sistema. A vida útil prolongada do produto e o desempenho mantido reduzem ainda mais o LCC”, conclui o engenheiro da Armstrong.

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É preciso buscar a solução mais adequada para cada tipo de aplicação