No artigo anterior falamos sobre a importância dos controladores e da automação em geral para sistemas AVAC-R. Agora, é hora de falarmos sobre as estratégias de controle que podem ser utilizadas para dar eficiência ao sistema.

As estratégias de controle em sistemas AVAC-R têm dois objetivos principais e correlacionados: 1) Garantir a Qualidade do Ar Interno (IAQ) e 2) Fazer com que o sistema seja energeticamente eficiente.

São esses objetivos que colocam o controle de sistemas AVAC-R cada vez mais em pauta. A situação em que vivemos globalmente demanda a garantia da Qualidade do Ar Interno e consequentemente a redução de riscos à saúde originados por contaminações, assim como é de suma importância a busca pela redução de consumo de energia, dada a escassez de recursos e o aumento de custos relativos aos sistemas energéticos.

Para atingir os objetivos de reduzir o consumo de energia, sem deixar de lado a garantia da qualidade do ar, são utilizadas estratégias de controle, desde as mais simples e baratas até as mais complexas e de maior custo de implementação. Neste texto veremos algumas das principais estratégias utilizadas com ótimo custo-benefício em suas implementações.

Ajuste de setpoints e horários

Esta estratégia é muito simples e pode ser utilizada como ponto de melhoria em todos os sistemas de AVAC-R. Trata-se basicamente do ajuste das temperaturas de referência do sistema de acordo com as zonas de resfriamento ou aquecimento e a necessidade, ou não, de operação em determinada temperatura de referência ou, até mesmo, o desligamento completo do sistema ou de parte dele. É muito comum haver áreas dentro de edifícios comerciais que são utilizadas apenas em períodos específicos e que mesmo em períodos de não utilização permanecem com os sistemas de Ar-Condicionado em operação. Para a implementação dessa estratégia de forma eficiente é importante não depender da ação humana, por isso é essencial a utilização da automação para que esses ajustes possam ser configurados apenas uma vez, ou quando necessária alguma alteração de parâmetro, e que a operação cotidiana seja desempenhada pela automação, garantindo assim a máxima eficiência. Uma estratégia também utilizada é adotar parâmetros de horário para determinar mudanças de ajuste de temperatura ou até mesmo detectores de movimento, no caso de escritórios ou salas de reunião, por exemplo. Dessa forma, só há funcionamento do sistema de condicionamento de ar quando há presença de pessoas no ambiente.

Sistemas economizer

Os chamados economizer são sistemas que avaliam as condições de temperatura e umidade do ambiente externo, permitindo a utilização do ar externo diretamente no sistema AVAC, misturando-se ao ar já existente (ar misturado) quando as condições ambientais externas estão adequadas. Isso resulta em menos trabalho para o compressor e para todo o sistema de condicionamento, fazendo com que este consuma menos energia. Os economizer controlam o fornecimento de ar externo ao sistema AVAC através de controladores, sensores e dampers, mantendo a melhor razão possível entre ar externo e interno que garanta a qualidade do ar interno e seja eficiente energeticamente. Isso também vale para os casos de aquecimento em que pode ser utilizado ar externo que já esteja em temperaturas adequadas para utilização com reduzida carga de trabalho do sistema para atingir as condições ideais de temperatura aos parâmetros ajustados. Essa é uma opção que fica dependente das condições externas de temperatura para que seja viável sua aplicação, sendo que na maioria dos locais não é possível sua utilização em todos os períodos do ano.

Controle do nível de CO2

Para manter a qualidade do ar interno é essencial reduzir a concentração de compostos danosos à saúde presentes no ar, tais como compostos orgânicos e impurezas. Um parâmetro muito utilizado para determinação da qualidade do ar interno é o nível de dióxido de carbono (CO2) e, portanto, é importante monitorar o nível deste parâmetro e atuar na redução da concentração quando necessária. Essa redução de concentração é feita através da inserção de ar externo no sistema AVAC-R e no ambiente interno, realizando as trocas de ar e renovando o ar do ambiente interno, o que reduz o nível de concentração de CO2. A tomada de ar externo é feita através dos ventiladores que compõem o sistema e os controles podem auxiliar na otimização do funcionamento desses ventiladores, reduzindo assim seus consumos energéticos. Isso se dá através da medição do nível de CO2 do ambiente interno, utilizando um sensor de CO2. Dessa forma evita-se, por exemplo, um trabalho de ventiladores para renovação de ar em um momento em que há baixa ou nenhuma ocupação e, portanto, os níveis de CO2 estão abaixo do máximo permitido. Ou seja, o controlador recebe do sensor a informação do nível de concentração de CO2 atual no ambiente e determina se o ventilador precisa ou não iniciar o processo de renovação de ar, em conjunto com o damper motorizado.

Sistema de volume de ar variável (VAV)

Os sistemas de Volume de Ar Variável são aqueles que dividem o ambiente a ser condicionado em zonas que receberão diferentes quantidade de ar de acordo com a sua necessidade. Isso requer que cada zona tenha seu próprio sistema de controle, com seus controladores, sensores e dampers de atendimento. Os ventiladores utilizados para injeção de ar podem ter sua rotação variada através de inversores de frequência, de acordo com a necessidade, ou seja, isso cria a possibilidade de o sistema trabalhar em cargas parciais, reduzindo assim o consumo de energia do sistema. (Teremos um outro artigo dedicado a este tema.)

Estratégias integradas

É importante dizer que as estratégias mencionadas aqui são apenas exemplos comuns, porém existem diversas outras que podem e devem ser utilizadas em busca da manutenção da qualidade do ar e da eficiência energética e operacional. O gestor predial deve conhecer seu local para assim determinar quais estratégias são mais apropriadas para a sua necessidade. E mais uma vez lembra-se aqui da importância da integração entre sistemas e do constante monitoramento dos seus comportamentos. Para isso, torna-se fundamental a questão já abordada em artigo na edição Maio de 2021 da revista Abrava + Climatização & Refrigeração: a automação e o monitoramento centralizado remoto são fundamentais! A combinação de estratégias tende a aumentar a eficiência, porém, torna o sistema cada vez mais complexo e por isso ter os dados de forma organizada e de fácil entendimento em uma plataforma de gerenciamento é crucial.

Para finalizar este texto trazemos, como exemplo, algumas diretrizes que estados dos EUA determinam para novos sistemas AVAC-R, visando a eficiência:

– Os ventiladores devem ser de velocidade variável;

– O controle da referência de temperatura de condensação deve ser constantemente ajustado de acordo com as condições de temperatura ambiente. Não utilizar referências fixas;

– O controle da diferença de temperatura interna e externa deve ser otimizado para que a velocidade de rotação dos ventiladores seja de aproximadamente 60% a 80% durante operação normal;

– Compressores e grupos de sucção multi compressores devem ter um controle de pressão de sucção flutuante de modo a reajustar a referência da pressão de sucção saturada baseando-se nos requerimentos de temperatura dos equipamentos de refrigeração aos quais estão acoplados.

Temos inúmeros exemplos como este mundo afora. A tecnologia está a nosso dispor para alavancar estas estratégias e tornar nossos sistemas de AVAC-R mais eficientes, mantendo a qualidade do ar interno. Vamos aproveitar e implementar!

Ricardo Konda, engenheiro eletricista pela USP – São Carlos é engenheiro de vendas de soluções de refrigeração e automação na Danfoss e membro do DN de Automação e Controle.

(Todo o conteúdo da seção automação e controle é gerado sob supervisão do DN Automação e Controle da Abrava)