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Estudos confirmam 34% de redução no consumo de energia em instalações de fluxo por deslocamento e teto radiante

Climatização e Refrigeração no. 97- Ana Paula Basile Pinheiro


Inaugurado em 2005, o Laboratório de Ensino de CAD, localizado na Escola Politécnica da USP, em São Paulo (SP), é tema de vários estudos, em virtude do sistema de ar-condicionado instalado nas duas salas que compõem o Laboratório.

Um desses estudos de mestrado da Poli mostra que o potencial de economia de energia é de 34% em relação aos sistemas convencionais.

Trata-se de um projeto de pesquisa orientado pela professora Brenda Chaves Coelho Leite, do Departamento de Engenharia de Construção Civil (PCC) da Poli.

" Isso se deve à inteligência do sistema, que mantém o equilíbrio da temperatura de acordo com as condições externas (renovação do ar) e internas. Enquanto o sistema convencional resfria todo o volume de ar do ambiente, o sistema de insuflação pelo piso climatiza apenas a área com altura de dois metros, faixa em que se concentram as fontes de calor", explica a professora.

"Nesta faixa, o ar ganha calor e sobe naturalmente, por convecção, à área superior, que não necessita ser esfriada. Como é preciso resfriar menor quantidade de ar, há economia no dimensionamento do sistema", acrescenta Brenda.

Com o apoio de 20 empresas das áreas de ar-condicionado, isolantes térmicos, iluminação, automação, forros e vidros, que doaram equipamentos e materiais, Brenda instalou dois sistemas de climatização que, segundo ela, representam uma quebra de paradigmas em relação aos modelos convencionais. Um deles possui serpentinas de água gelada, instaladas no teto, conhecido como tetos frios, que irradiam frio para o ambiente; o outro possui uma câmara de ar resfriado debaixo do piso, por onde também sai o ar. Ambos os sistemas são objetos de estudo para pesquisadores de pós-graduação, sob a coordenação de Brenda, que estudam a otimização dos mesmos e suprem a falta de informações importantes para os projetistas, instaladores, operadores e usuários desses sistemas.

sistema de distribui??o de ar pelo piso, com fluxo por deslocamento

"Além da economia de energia e do alto grau de automação, ambos contam com uma característica marcante: o elevado nível de conforto. O usuário nem percebe que o ambiente é dotado de ar-condicionado; além de silenciosos, os dois sistemas conseguem uma distribuição uniforme de temperatura, sem correntes de ar turbulentas. Graças a um conjunto de sensores, que enviam informações à central de automação, os ajustes programados por softwares são feitos de modo a manter o equilíbrio e o conforto térmico no ambiente", explica Brenda.

Insuflação pelo piso e teto radiante

Em um dos ambientes está instalado o sistema de distribuição de ar pelo piso, com fluxo por deslocamento. O ar é resfriado em uma máquina que fica no pavimento superior e conduzido por um duto o vazio do piso elevado (plenum), que se torna uma câmara de ar resfriado e pressurizado. O ar frio passa por diferença de pressão, através de difusores, para o ambiente. Ao entrar em contato com as fontes de calor (pessoas e equipamentos), o ar se aquece, o que possibilita sua subida para o teto por convecção natural, de onde sai através de grelhas. "O conforto se deve à baixa velocidade de insuflação do ar", diz Brenda.

Ela acrescenta que outra vantagem é a facilidade de limpeza e manutenção, pois basta remover algumas placas dos pisos elevados para ter acesso ao plenum, e a flexibilidade para mudança de layout, já que as placas, com e sem difusores, podem ser facilmente redistribuídas. "É necessária apenas a limpeza e manutenção do duto principal, já que o sistema dispensa dutos secundários", explica.

condicionamento por teto radiante que distribui o frio para o ambiente

O outro sistema - denominado condicionamento por teto radiante - emprega painéis instalados no teto, formados por placas de forro metálico perfurado, nas quais são acopladas serpentinas de água gelada que irradiam o frio para o ambiente. Mas como conta também com sistema de ar resfriado, embora com menor participação, pode ser definido como um sistema híbrido. Funciona com central de água gelada, chiller e tanque de água gelada. O sistema também é economizador, pois a água é mais eficiente que o ar na troca de calor, exigindo menor quantidade de energia para resfriar o ambiente. "No teto, fizemos uma composição das placas metálicas, com e sem serpentina, onde também foram incorporadas as luminárias, os difusores e as grelhas de retorno, de acordo com as necessidades do ambiente". O sistema conta com grupos de tubulações que conduzem a água fria as serpentinas. E de tubulações de retorno que retiram a água que absorveu o calor de volta para o resfriamento. Válvulas motorizadas, controladas pela central de automação, abrem e fecham os circuitos para o transporte da água. Por meio da automação, o ambiente foi dividido em quatro zonas e cada circuito hidráulico tem uma válvula que trabalha separadamente. "Dessa maneira, foi possível criar diferentes zonas de conforto: quando a sala está parcialmente ocupada, trabalha-se com vazões de água diferenciadas, de modo a manter a homogeneidade da temperatura na sala e, com isso, economizar energia", explica Brenda.

O grande cuidado em relação a este sistema é a condensação do ar, pois, se for atingido o ponto de orvalho, em determinadas condições de temperatura e umidade, pode "chover" no ambiente. São necessários, então, sensores especiais para coleta de informações sobre temperatura e umidade, em pontos adicionais aos usualmente adotados, além de boas estratégias de controle e parâmetros corretos para que o sistema processe adequadamente as informações e evite a condensação.

A automação, neste caso, é mais complexa e conta inclusive com sensor de CO2, pois a tomada de ar externo é feita com base nas condições térmicas externas, mantendo-se, no entanto, a taxa mínima de 27m3 por hora por pessoa. "Este é um sistema de custo inicial um pouco mais alto. E embora existam edificações que já o utilizem no Brasil, como a Fundação Iberê Camargo, em Porto Alegre (RS), além de outros, sua tecnologia ainda é relativamente recente no país e, portanto, exige cuidados e conhecimento para funcionar adequadamente. Aqui na Poli, o fundamental da pesquisa em ambos os sistemas são os parâmetros de funcionamento e produtos de inovação tecnológica que estamos desenvolvendo. Na verdade, uma quebra de paradigmas em relação aos sistemas convencionais", diz Brenda.

Outro estudo de mestrado, também sob a orientação de Brenda, vai estimar o potencial do sistema para a remoção de poluentes, avaliando a qualidade do ar interior no ambiente. "Como o sistema cria 'plumas ou ilhas' de ar, que passam independentes pelo ambiente, sem turbulência e mistura do ar, os poluentes e contaminantes são conduzidos para o teto e extraídos através das grelhas", finaliza Brenda.

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