UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS
AMÉRICA LATINA SUSTENTÁVEL
PÓS GRADUAÇÃO LATU SENSO –
EDIFÍCIOS SUSTENTÁVEIS – PROJETO E PERFORMANCE
ANA MARIA PERACIO CEPPAS ARAUJO
MODERNIZAÇÃO DE SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO DE ANDARES DE
EDIFÍCIO COMERCIAL ANTIGO NO RIO DE JANEIRO COM BASE NO
CONFORTO TÉRMICO DOS OCUPANTES
Rio de Janeiro
2011
ANA MARIA PERACIO CEPPAS ARAUJO
MODERNIZAÇÃO DE SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO DE ANDARES DE
EDIFÍCIO COMERCIAL ANTIGO NO RIO DE JANEIRO COM BASE NO
CONFORTO TÉRMICO DOS OCUPANTES
Trabalho
de
Conclusão de
Curso
apresentado ao curso de Pós Graduação
em Edifícios Sustentáveis – Projeto e
Performance da Universidade Católica de
Petrópolis como requisito parcial para
obtenção do grau de Especialista. Área de
Concentração: Sistema de Climatização.
Orientador:
Engº Julio Vieira Neto, M.Sc.
Rio de Janeiro
2011
Ficha Catalográfica
M514 ARAUJO, Ana Maria Peracio Ceppas
Modernização de Sistemas de Climatização de Andares de Edifício Comercial
Antigo no Rio de Janeiro com Base no Conforto Térmico dos Ocupantes / Ana Maria
Peracio Ceppas Araujo. –Rio de Janeiro, RJ : [s.n.], 2011.
89 f.
Orientador: Engº Julio Vieira Neto, M.Sc.
Trabalho de Conclusão de Curso (MBA EDIFÍCIOS SUSTENTÁVEIS: PROJETO
E PERFORMANCE) – Universidade Católica de Petrópolis, 2011.
1. Climatização. 2. Temperatura Ambiente. 3. Estudo de Modernização.
CDD 692.5
ANA MARIA PERACIO CEPPAS ARAUJO
MODERNIZAÇÃO DE SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO DE ANDARES DE
EDIFÍCIO COMERCIAL ANTIGO NO RIO DE JANEIRO COM BASE NO
CONFORTO TÉRMICO DOS OCUPANTES
Trabalho
de
Conclusão de
Curso
apresentado ao curso de Pós Graduação
em Edifícios Sustentáveis – Projeto e
Performance da Universidade Católica de
Petrópolis como requisito parcial para
obtenção do grau de Especialista. Área de
Concentração: Sistemas de Climatização.
Aprovada em de
2011.
BANCA EXAMINADORA
Engº Julio Vieira Neto, M.Sc.
Universidade Federal Fluminense
Rio de Janeiro
2011
Dedico este trabalho
Aos meus filhos Patrícia e Manoel, à minha mãe Carmen, à minha irmã Cristina, aos
sobrinhos Ricardo, Guilherme e Felipe, à Tia Laura, à prima Silvana, e à amiga
Renata, pelo incentivo, confiança e paciência.
AGRADECIMENTOS
Ao meu pai Manoel, que me ensinou a maior herança que podemos deixar para um
filho - a educação, por minha formação moral e acadêmica.
Aos amigos, pela colaboração e compreensão durante estes quase dois anos, sem
as quais não poderia concluir esta minha mais nova empreitada.
Aos meus novos amigos, conquistados no decorrer do curso.
Aos professores, pois tive poucas oportunidades de lhes agradecer.
E, principalmente, a Deus, por me fortalecer e apoiar durante toda a minha vida, me
concedendo mais esta oportunidade de me aperfeiçoar profissionalmente e de
crescimento pessoal.
“Quanto mais conhecimento conseguimos acumular,
mais
entendemos
que
ainda
falta
muito
para
aprendermos. É por isso que sofremos”.
Livro Eclesiastes – Velho Testamento
RESUMO
Nos edifícios comerciais, o conforto térmico é um dos itens que mais influencia
a percepção de satisfação e bem-estar no ambiente de trabalho. Em edifícios
antigos esta satisfação e bem-estar estão comprometidos pelo mau resultado
apresentado pelos sistemas de refrigeração antiquados e ultrapassados. O
conforto térmico para o homem depende de variáveis pessoais e ambientais,
que influenciam seu sistema termoregulador, que tenta manter a temperatura
corporal em torno de 37ºC. Os sistemas de climatização de edifícios antigos
(mais de 30 anos) não apresentam mais capacidade suficiente de
resfriamento, nem mesmo eficiência energética, necessários aos dias atuais. A
carga térmica para cálculo dos projetos de climatização com idade superior a
30 anos era muito inferior à atual, as temperaturas externas eram menores, e
eram usados gases prejudiciais à camada de ozônio e de efeito estufa. Há
muitos estudos atuais para verificar como se dá a troca de calor do homem
com o ambiente, e novas tecnologias descobertas para equacionar as
soluções. Este trabalho visou o estudo de soluções, buscando eficiência
energética e ganho de produtividade de um sistema de climatização mais
eficiente, com redução de custos e propiciando maior conforto térmico aos
ocupantes de edifícios comerciais antigos na Cidade do Rio de Janeiro,
obedecidas as Normas Técnicas.
Palavras-chave:
Sustentabilidade.
Conforto
térmico.
Climatização.
Eficiência
Energética.
ABSTRACT
In commercial buildings, thermal comfort is one of the items that most influences the
perception of satisfaction and well-being in the workplace. In older buildings this
satisfaction and well-being are compromised by poor results presented by
refrigeration systems antiquated and outdated. The thermal comfort for man depends
on personal and environmental variables that influence their thermoregulatory
system, which tries to maintain body temperature at 37 degrees C. The HVAC
systems in older buildings (more than 30 years) does not have enough cooling
capacity anymore, even energy efficiency needed now a days. The heat load
calculation for HVAC projects over 30 years ago was much lower than the current,
the ambient temperatures were lower, and were used greenhouse gases. There are
many current studies to verify how the heat exchange between man and the
environment, new technologies and discoveries to consider solutions. This work
aimed to study solutions, seeking efficiency and productivity gain of an air
conditioning system more efficient, reducing costs and providing better thermal
comfort for the occupants of commercial ancient buildings in the city of Rio de
Janeiro, in compliance with the Technical Standards.
Keywords: Thermal comfort. Air conditioning. Energy Efficiency. Sustainability.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1
Gradações de Temperatura (corpo humano/meio ambiente)
21
Figura 2
Gráfico do PMV
23
Figura 3
Ciclo de Refrigeração a Compressão a Vapor
25
Figura 4
Sistemas de Ar de Janela
28
Figura 5
Sistemas Self-Contained
30
Figura 6
Sistemas Splits
31
Figura 7
Sistemas Fan-coil/Chillers
33
Figura 8
Sistemas por Absorção
35
Figura 9
Fatores Climáticos
50
Figura 10
Rede de Automação
54
LISTA DE TABELAS
Tabela 1
Comparativo de Consumo de Chillers (antigos/novos)
52
Tabela 2
Comparativo de Gases Refrigerantes (R22/M059)
56
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
TE
Temperatura Efetiva
ºC
Graus Celsius
IST
Índice de Sobrecarga Térmica
NR
Norma Reguladora
IBUTG
Índice de Bulbo Úmido – Temperatura de Globo
WBGT
Wet Bulb Globe Temperature
ISO
International Organization for Standardization
PMV
Predicted Mean Vote
VME
Voto Médio Estimado
PPD
Predicted Percentage of Dissatisfied
PPI
Percentagem de Pessoas Insatisfeitas
ASHRAE
American Society of Heating, Refrigerating and Air Condicioned
Engeneers, INC) (Sociedade Americana de Engenheiros de
Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado)
TR
Tonelada de Refrigeração
kWh
kilowat/hora
NBR
Norma Brasileira
GM
Gabinete do Ministro/Ministério da Saúde
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABNT/CB
Associação Brasileira de Normas Técnicas/Comitês Brasileiros
ABNT/NOS
Associação Brasileira de Normas Técnicas/Organismos de
Normalização Setorial
ABNT/CEE
Associação Brasileira de Normas
Técnicas/Comissões de
Estudos Especiais
ABNT/CE
Associação Brasileira de Normas
Técnicas/Comissões de
Estudos
PMOC
Plano de Manutenção, Operação e Controle
CONFEA
Conselho Federal de Engenharia, Arquitetura e Agronomia
CREA
Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia
ANVISA
Agência Nacional de Vigilância Sanitária
EAS
Estabelecimentos Assistenciais de Saúde
IBAMA
Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais
Renováveis
CONAMA
Conselho Nacional do Meio Ambiente
TAB
Testes de Ajuste e Balanceamento
BRASINDOOR
Sociedade Brasileira de Meio Ambiente e Controle de Qualidade
de Ar de Interiores
IAQ
Qualidade do Ar Interior
dB
Decibéis
CO²
Monóxido de Carbono
RE
Resolução
m³
Metro Cúbico
I
Quantidade de Fungos no Ambiente Interior
E
Quantidade de Fungos no Ambiente Exterior
mg
Miligramas
TBS
Temperatura de Bulbo Seco
m/s
Metro por segundo
PBCO
Programa Brasileiro de Eliminação das Substâncias que
Destroem a Camada de Ozônio
CH4
Metano
N²O
Óxido Nitroso
HFC’s
Hidrofluorcarbonos
PFC’s
Perfluorcarbonos
SF6
Hexafluoreto de Enxofre
CFC’s
Clorofluorcarbonos
HCFC’s
Hidroclorofluorcarbonos
ODP
Ozone Depletion Potential
EPE
Empresa Pesquisa Energética
VAV
Volume de Ar Variável
FAU/USP
Faculdade de Arquitetura e Urbanismo/Universidade de São
Paulo
EER
Economia de Energia
COP
Coeficiente de Performance
Q
Vazão
N
Rotação
P
Potência
CAG
Central de Água Gelada
TS
Transdutor de Temperatura
FS
Medidor de vazão
OS
Transdutor de Pressão
TCP/IP
Protocolo de Comunicação Ethernet
VRV
Volume de Refrigerante Variável
VRF
Variable Refrigerant Flow
BMS
Building Management System – Sistema de Gerenciamento
Predial
SUMÁRIO
1
1.1
1.2
1.3
1.3.1
1.3.2
1.4
1.5
2
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.4
2.4.1
2.4.2
2.5
3
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.1.7
4
INTRODUÇÃO ..................................................................................
CONSIDERAÇÕES INICIAIS ...........................................................
SITUAÇÃO PROBLEMA ...................................................................
OBJETIVOS DO ESTUDO ...............................................................
Objetivo Geral .................................................................................
Objetivos Específicos .....................................................................
JUSTIFICATIVA ................................................................................
METODOLOGIA CIENTÍFICA ..........................................................
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................................................
CONFORTO TÉRMICO ....................................................................
CLIMATIZAÇÃO ...............................................................................
Sistemas de Ar de Janela ...............................................................
Sistemas Self-contained ................................................................
Sistemas Splits ...............................................................................
Sistemas Fan-coil/Chillers .............................................................
Sistemas por Absorção ..................................................................
LEGISLAÇÃO PARA SISTEMAS DE AR CONDICIONADO ............
Parâmetros de Conforto Térmico para o Verão ..........................
Parâmetros de Conforto Térmico para o Inverno .......................
Parâmetros de Qualidade do Ar Interior .......................................
PROTOCOLOS .................................................................................
Protocolo de Montreal ....................................................................
Protocolo de Kyoto .........................................................................
PARÂMETROS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .............................
ESTUDO DE MODERNIZAÇÕES ....................................................
MODERNIZAÇÃO DE SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO ..................
Substituição de Chillers .................................................................
Motores com Inversor de Frequência (Inverter) ..........................
Sistemas VAV – Volume de Ar Variável ........................................
Implantação de Rede de Automação ............................................
Substituição de Gases Refrigerantes ...........................................
Sistemas VRF – Volume de Refrigerante Variável .......................
Sistemas de Climatização por Energia Solar ...............................
CONCLUSÕES .................................................................................
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................
ANEXOS ...........................................................................................
ANEXO 1 – PARÂMETROS DE CONFORTO TÉRMICO ABNT
NBR 16401-2:2008
ANEXO 2 – PORTARIA 3.523/GM DE 28/08/1998
ANEXO 3 – RETROFIT DO CENESP – CENTRO EMPRESARIAL
DE SÃO PAULO
ANEXO 4 – RETROFIT DO EMPIRE STATE BUILDING – NEW
YORK
16
16
16
17
17
17
18
18
19
19
24
28
29
31
32
34
36
39
39
40
44
44
44
45
47
48
51
52
53
53
55
57
59
61
64
67
67
73
86
93
16
1
INTRODUÇÃO
1.1
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O sistema de condicionamento de ar tem como objetivo proporcionar
condições controladas de temperatura, umidade, renovação e qualidade do ar,
adequadas ao perfeito funcionamento da climatização dos ambientes, oferecendo
conforto térmico e sensação de bem-estar aos seus ocupantes.
A eficiência do consumo de energia elétrica de um edifício está diretamente
ligada ao funcionamento das instalações elétricas do prédio, principalmente do
sistema de refrigeração, que respondem por 32% do consumo de energia elétrica no
Brasil. Os sistemas de condicionamento de ar antigos normalmente usam sistemas
de compressão recíproca, de vapor com gás refrigerante em circuitos frigorígenos,
acarretando um grande consumo de energia pelos compressores.
O gás refrigerante utilizado por estes sistemas antigos são gases à base de
cloro, que provocam o efeito estufa e atacam a camada de ozônio.
Há 30 anos não havia normas de instalação e de regulamentação dos
padrões de funcionamento dos sistemas de refrigeração que garantissem a
qualidade do ar em ambientes fechados.
A evolução tecnológica nestes últimos 30 anos nos oferece inúmeros novos
aparelhos, equipamentos eletrônicos e sistemas de refrigeração.
1.2
SITUAÇÃO PROBLEMA
Edifícios antigos na cidade do Rio de Janeiro, com mais de 30 anos, que
dispõe de sistema central de ar condicionado, não oferecem atualmente a sensação
de conforto térmico nem de bem-estar aos ocupantes. O número de pessoas por
metro quadrado atualmente é muito maior, a temperatura externa é maior devido ao
aquecimento global, e os equipamentos de refrigeração são antigos, não
17
apresentando o rendimento que apresentavam quando foram projetados e
instalados. Como melhorar o conforto térmico dos usuários de edifícios comerciais
antigos, localizados em cidades de clima tropical, visando também a eficiência
energética e preservação do meio ambiente?
1.3
OBJETIVOS DO ESTUDO
1.3.1 Objetivo Geral
Esta pesquisa tem como objetivo geral estudar, de forma simplificada,
sistemas para modernizar a climatização de andares de um prédio comercial antigo
(mais de 30 anos) na cidade do Rio de Janeiro, com base no conforto térmico, que
proporcione condições controladas de temperatura, umidade, renovação e
qualidade do ar aos ocupantes, visando, ainda, eficiência energética e uso de gases
refrigerantes não prejudiciais à camada de ozônio.
1.3.2 Objetivos Específicos
Estudar sistemas de climatização mais modernos que propiciem maior
conforto térmico;
Estudar sistemas de climatização com menor consumo de energia
elétrica;
Identificar Normas Técnicas e legislação para instalações de ar
condicionado que garantam a qualidade do ar em ambientes fechados;
Identificar tecnologias mais limpas, que obtenham algum benefício
ambiental com a utilização de gás refrigerante não causador do efeito
estufa e que não prejudiquem a camada de ozônio;
Levantar características e limitações importantes dos sistemas a serem
modernizados.
18
1.4
JUSTIFICATIVA
Na maior parte dos edifícios comerciais antigos no Rio de Janeiro, cujo
sistema de climatização são Centrais de Ar Condicionado, os usuários não se
sentem confortáveis durante o verão. Não é possível fazer retrofit de todos estes
empreendimentos. O mercado precisa de soluções viáveis para melhorar o sistema
de climatização de prédios ocupados. Outros atrativos para esta modernização são
a diminuição do consumo de energia elétrica, reduzindo o custo da conta com a
concessionária, e a eliminação da emissão de gases prejudiciais à atmosfera destes
sistemas antigos. Outra motivação é a redução da manutenção dos equipamentos
de climatização modernizados e de seus custos.
1.5
METODOLOGIA CIENTÍFICA
O estudo pauta-se em estudos práticos, através de observação do que já foi
realizado, de participação em projetos, conversas informais, pesquisa com colegas e
expertises, vivência do problema na vida profissional administrando queixas de
usuários de prédios comerciais por mais de 20 anos. Esta pesquisa pode ser
considerada exploratória, e proporciona maior conhecimento do problema. Realizouse investigações e estudos científicos, com pesquisa em livros, seminários, busca de
referencias bibliográfica e documental, trabalhos publicados e revisão de literatura.
Quanto à abordagem, é apresentado um sumário das modernizações, com as
respectivas análises, até as conclusões finais. Não se pretende o aprofundamento
quanto à implementação dos conceitos explorados, nem mesmo apurar os ganhos
tangíveis de economia, conforto e sustentabilidade.
19
2
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1
CONFORTO TÉRMICO
Conforto Térmico é o termo que denomina a sensação de bem-estar e
satisfação do ser humano na sua percepção da temperatura do ambiente.
Na WIKIPÉDIA (2011), conforto térmico é definido como uma condição mental
que expressa satisfação com o ambiente térmico circunjacente. Ter conforto térmico
significa que uma pessoa, usando uma quantidade normal de roupas, não sente
nem frio nem calor demais. Ainda segundo a mesma fonte, alguns fatores que
determinam o conforto térmico são:
Fatores pessoais (de saúde, psicologia, sociologia e fatores situacionais);
Temperatura do ar;
Radiação Térmica;
Vento;
Roupas;
Nível de atividade.
Segundo BUENO-BARTHOLOMEI (2006), o homem é um ser homeotérmico.
Mantém a temperatura do corpo constante, em torno de 37°. Produz energia
térmica, por meio do processamento dos alimentos ingeridos. Para que ele consiga
uma condição de conforto térmico o corpo deve encontrar-se em equilíbrio com as
trocas de calor no ambiente em que está.
De acordo com OLGYAY (1973): "A zona de conforto representa aquele
ponto no qual a pessoa necessita de consumir a menor quantidade de energia para
se adaptar ao ambiente circunstante".
Conforme o entendimento de RAPIN (2008): “Calor é uma forma de energia.
É a sensação percebida pelos órgãos dos sentidos quando se está à frente de uma
fonte de calor. Na terra, a principal fonte de calor é o sol. O calor também se
manifesta durante a compressão brusca de um gás”.
20
Ainda segundo o mesmo autor:
frio é a sensação sentida na ausência, na perda ou na diminuição do
calor;
temperatura é o “nível” a que se encontra o calor (energia calorífera) em
um corpo. Caracteriza a ação mais ou menos enérgica do calor sobre os
nossos sentidos. Ela nos permite afirmar que um corpo está mais quente
que o outro, ou menos quente;
troca de calor é quando o calor de um corpo mais quente flui para um
corpo mais frio quando estes dois corpos estão na presença um do outro,
e só cessa quando os dois corpos estão na mesma temperatura.
Para FANGER (1970), o calor gerado pelo metabolismo do corpo humano
deve ser liberado para o meio externo para manter a temperatura corporal interna
constante. A troca térmica de calor do homem com o ambiente pode ser realizada
de quatro formas distintas: evaporação, radiação, convecção e condução.
A troca por condução ocorre entre um corpo e uma superfície se estes dois
estiverem com temperaturas diferentes e em contato, e geralmente é desprezível,
por ser a área de contato do corpo com uma superfície muito pequena.
A perda de calor do homem por evaporação ocorre de três maneiras: pela
respiração (exalação de vapor de água pelo pulmão), pela transpiração e pelo suor.
A perda de calor do homem por radiação acontece se a temperatura média
da sua superfície for maior do que a das superfícies do ambiente (temperatura
média radiante).
A perda de calor do homem por convecção ocorre se sua temperatura média
superficial exceder a temperatura ambiente de bulbo seco.
Na Figura 1, a seguir, um resumo sobre as trocas de calor que ocorrem com
o corpo humano.
21
Figura 1: Gradações da Temperatura Corpórea e as Trocas Térmicas sofridas entre
o Corpo e o Meio Ambiente.
Fonte: BEALING, RIVERO (2001, p. 44).
Segundo os preceitos de FANGER (1970), as principais variáveis individuais
que afetam a sensação do conforto térmico são o tipo de atividade e o vestuário da
pessoa. As principais variáveis ambientais são temperatura de bulbo seco do ar,
temperatura média radiante, velocidade relativa do ar e umidade relativa do ar.
A temperatura do ar afeta a perda de calor que parte do corpo humano por
convecção e por evaporação.
Temperatura de bulbo seco é a medida com um termômetro convencional de
mercúrio ou similar, cujo bulbo está seco. Temperatura de bulbo úmido é a medida
com um termômetro cujo bulbo está envolto por uma malha umidificada com água e
outros cuidados específicos. A temperatura de bulbo úmido é menor ou no máximo
igual em relação à temperatura de bulbo seco.
A temperatura média radiante é a temperatura média à superfície dos
elementos que envolvem um espaço. Influencia tanto o calor perdido através da
radiação do corpo como a perda de calor por condução, quando o corpo está em
contacto com superfícies mais frias.
22
A umidade relativa do ar corresponde à proporção de água que o ar contém,
perante a temperatura e pressão presentes, e o volume máximo de umidade que
poderia conter. Existindo um grau de evaporação superior ou inferior, este interfere
com a nossa perda de calor. Em regiões temperadas, o aumento da umidade
relativa de 20% para 60% não baixa a temperatura mais do que 1ºC e não tem efeito
sensível sobre o conforto térmico.
Foram criados índices para avaliar o conforto térmico. Um dos primeiros
índices a ser criado foi o de Temperatura Efetiva (TE). Conjuga as temperaturas de
bulbo seco e de bulbo úmido com a pressão barométrica e a velocidade do ar. Foi
criado, ainda o Índice de Sobrecarga Térmica (IST). Mas a legislação brasileira para
segurança e higiene do trabalho (NR 15) adotou um índice direto (Garcia, 2006), o
Índice de Bulbo Úmido – Temperatura de Globo (IBUTG) ou WBGT (Wet Bulb Globe
Temperature).
De acordo com MARAN (2010), o conforto térmico depende de variáveis que
interferem no trabalho do sistema termorregulador – as chamadas variáveis
pessoais (metabolismo e o isolamento térmico da vestimenta) e ambientais, que
podem ser gerais (temperatura radiante média, umidade, temperatura e velocidade
relativa do ar) e locais, responsáveis pelo desconforto localizado (assimetria de
temperatura radiante, as correntes de ar, a diferença vertical de temperatura do ar e
a temperatura do piso).
Conforme definição da ISO 7730 (1994), conforto térmico é uma condição da
mente que expressa satisfação com o ambiente térmico. É impossível que um grupo
de pessoas sujeitas a um mesmo ambiente, ao mesmo tempo, esteja todo ele
satisfeito com as condições.
O professor dinamarquês FANGER (1970) desenvolveu um critério de
avaliação do desconforto, relacionando às variáveis pessoais e ambientais com uma
escala de sensação térmica que varia de -3 (muito frio) a +3 (muito quente). O valor
“zero” representa o ponto de neutralidade térmica, em que a condição de conforto
estaria atendida. Dessa forma, quanto mais longe do ponto “zero” ou neutro, maior a
23
sensação de desconforto. A esse critério deu o nome de Predicted Mean Vote –
PMV ou Voto Médio Estimado – VME.
Estabeleceu, então, uma relação entre esse índice PMV e o número de
pessoas insatisfeitas com o ambiente térmico. A esse índice FANGER (1970)
chamou de PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied, ou PPI – Percentagem de
Pessoas Insatisfeitas.
Figura 2: Gráfico do PMV
Fonte: MARAN (2011).
Com o intuito de oferecer um critério simples e combinado das duas
situações, a ASHRAE 55 estabelece os seguintes parâmetros relativos à
aceitabilidade térmica de ambientes:
Máxima percentagem de insatisfeitos (PPD) = 10%, (PMV entre -0,5 e
+0,5);
Limite máximo de insatisfação devido ao desconforto local = 10%, e;
Pelo menos 80% dos ocupantes satisfeitos.
24
2.2
CLIMATIZAÇÃO
SILVA et al. (2004) compreende que a climatização de ambientes fechados
se faz necessária por ser um fator de satisfação e aumento da produtividade. O
conforto térmico proporcionado dispensa a atuação do sistema de termorregulação
do corpo humano, livrando-o, portanto, de uma carga extra.
Com a evolução dos conhecimentos a respeito do conforto térmico, foram
desenvolvidos novos equipamentos e componentes para condicionamento de ar,
com novas tecnologias, principalmente componentes eletromecânicos e sistemas de
controle mais precisos e eficientes, como ferramentas tecnológicas de alto nível,
para tornar as edificações mais competitivas, com aumento do conforto térmico dos
ocupantes e com melhor desempenho energético.
Sistemas de refrigeração são máquinas térmicas que transformam trabalho
em calor. O fluido refrigerante remove o calor do ambiente mediante transferência de
calor no evaporador (absorção) e no condensador (rejeição). O fluido refrigerante
percorre todo o sistema de refrigeração (compressor, condensador, dispositivo de
expansão e evaporador), produzindo o frio artificial – sistema de refrigeração por
compressão.
O ciclo de refrigeração é um sistema fechado, por onde circula um
refrigerante que matem continuamente sua evaporação, onde se quer o resfriamento
do material, e retomar às suas características iniciais em seguida.
Na figura a seguir se pode observar o diagrama do ciclo de refrigeração a
compressão a vapor:
25
Figura 3: Ciclo de Refrigeração a Compressão a Vapor
Fonte: ARAUJO apud BLOG DO PROFESSOR CARLÃO (2011)
Quando se liga um aparelho de refrigeração, o compressor aspira o fluido do
evaporador, abaixando a pressão e a temperatura do fluido. O fluido, na fase
gasosa, superaquece no caminho da linha de sucção e absorve o calor do ambiente
externo. O fluido gasoso então é comprimido no compressor, o que eleva sua
pressão, e a entalpia (quantidade de energia) aumenta. O fluido passa pelo tubo de
descarga em alta temperatura e pressão, e entra no condensador, onde troca calor
sensível com o ar do ambiente externo (menos quente). O calor sensível é dissipado
e a entalpia diminui. O fluido, ainda na fase gasosa, continua dissipando calor para o
ambiente externo e começa a se condensar. Ocorre a liberação de calor latente de
condensação para o ambiente externo, com temperatura e pressão constantes. O
26
fluido continua perdendo calor num processo de sub-resfriamento, para garantir que
somente líquido esteja presente na entrada do dispositivo de expansão, e também
para aumentar a capacidade de absorção de calor do fluido evaporador. Ocorre a
transferência de calor, consequentemente a queda da temperatura do líquido, que é
sub-resfriado. A entalpia se reduz. O fluido liquefeito sai do condensador e passa
pelo dispositivo de expansão para baixar a sua temperatura e sua pressão na
entrada do evaporador. A entalpia continua a mesma, pois não há troca de calor
com o meio externo, há a evaporação de parte do líquido para resfriar o seu restante
(flash gás). No evaporador uma parte do fluido está na fase de líquido saturado e
outra parte em vapor saturado. A temperatura e a pressão se mantêm as mesmas,
mas a entalpia aumenta. Com a absorção do calor do ambiente interno do
refrigerador a quantidade de líquido diminui e a de vapor aumenta, até atingir 100%.
É a junção da linha de sucção com a linha de líquido que sai do condensador. O
vapor superaquecido é aspirado e depois comprimido no compressor, reiniciando
todo o ciclo, que só é interrompido quando se desliga o compressor.
A variação da entalpia de um sistema é o calor liberado ou absorvido quando
uma transformação ocorre sob pressão constante.
Segundo RAPIN (2001), os gases são usados como refrigerantes pois são
elásticos, ou seja, expansíveis e compressíveis. Eles transmitem, integralmente, e
em todos os sentidos, as pressões a que são submetidos.
Existem três meios de produção de frio:
Misturas refrigerantes (exemplos: água + nitrato de amônia, neve + cloreto
de sódio);
Expansão de um gás comprimido;
Evaporação de um líquido puro.
Este terceiro processo é o processo utilizado para refrigeração, nos três tipos
de máquinas frigoríficas:
27
Máquinas de Evaporação e Compressão de um gás liquidificável (as mais
comumente usadas nos sistemas de climatização antigos, e acima
descritas);
Máquinas de Absorção, baseadas no princípio de que a solubilidade de
um gás em um líquido diminui quando a temperatura aumenta (desde que
não haja ação química de um sobre o outro). A água a 0ºC absorve cerca
de 1000 vezes seu volume de gás amoníaco. Se a mistura for aquecida a
120/130ºC, a água desprende a maior parte do gás absorvido. Este gás
desprendido é liquefeito, e em seguida, se evapora, produzindo frio, e o
gás retorna ao absorvedor, onde se mistura novamente à água;
Máquinas de Evaporação de Água: a água possui um grande calor de
vaporização, e produz frio pela evaporação. A dificuldade para se usar a
água como fluido refrigerante é resultado do grande volume que ocupa o
vapor de água nas condições para produzir vaporização. Para conduzir os
vapores da evaporação da água seria necessário um compressor de
proporções inaceitáveis. Este problema foi resolvido usando-se ejetores,
que são alimentados pelos vapores de água expandidos de turbinas a
vapor. É um sistema mais complicado, mas apresenta vantagens. O fluido
refrigerante não é poluente nem caro (água).
FERRAZ (2008) entende que o aparelho de condicionamento de ar deve ser
instalado de forma que tenha contato com duas fontes de calor, uma fria e outra
quente. Este contato pode ser direto ou indireto. Nos aparelhos de janela, o aparelho
é posicionado diretamente em contato com o ambiente externo e com o ambiente a
ser condicionado. Quando ocorre que as duas fontes estejam separadas por outros
ambientes,
não
possibilitando
contato
direto,
são
utilizados
sistemas
de
condensação remota, como os sistemas selfs com condensação remota, splits ou
fan-coil/chiller.
Tecnicamente, pode-se dividir os sistemas de climatização em dois tipos:
sistema de expansão direta e sistema de expansão indireta.
28
Nos sistemas de expansão direta o ar a ser climatizado entra em contato
direto com o evaporador.
Nos sistemas de expansão indireta, é utilizado um fluido intermediário,
geralmente água gelada, para climatizar o ar.
Os principais tipos de sistemas de climatização existentes são:
sistema de expansão direta com condensação a ar acoplado;
sistema de expansão direta com condensação a ar remota;
sistema de expansão direta com condensação a água;
sistema de expansão indireta com condensação a ar acoplado;
sistema de expansão indireta com condensação a ar remota;
sistema de expansão indireta com condensação a água.
2.2.1 Sistemas de Ar de Janela
É um sistema de expansão direta com condensação a ar acoplado. Tem
capacidade de resfriamento de 0,5 a 3,0 TR. Também podem ser usados nas
épocas frias, por reversão de ciclo, com o condensador operando como evaporador,
funcionando como bomba de calor.
Figura 4: Sistema de Ar de Janela
Fonte: FERRAZ (2008)
29
Vantagens dos Condicionadores de Ar de Janela:
compactos;
não requerem instalação especial;
fácil manutenção;
controlam e atendem uma área específica;
não necessitam de espaço interno;
possibilidade de relocação e remoção do equipamento.
Desvantagens dos Condicionadores de Ar de Janela:
pequena capacidade;
maior nível de ruído;
não apresentam flexibilidade;
maior consumo de energia (kWh/TR);
distribuição de ar em um único ponto;
alteram a fachada.
2.2.2 Sistemas Self-Contained
É um sistema de expansão direta com condensação a ar (acoplado ou
remoto) ou a água. Tem capacidade de resfriamento de 5 a 30 TR.
O sistema Self-contained com condensador a ar acoplado utiliza ventilador
centrífugo para movimentar o ar entre as aletas do condensador e para retirar o
calor do fluido refrigerante. O fluido passa do estado de vapor para o estado líquido
no próprio condensador.
Os condicionadores Self-contained podem ser instalados diretamente no local
a receber condicionamento, ou em casas de máquinas e conter dutos de
insuflamento.
No sistema Self-contained com condensador a ar remoto, a unidade
evaporadora é instalada nas proximidades ou no próprio local a ser condicionado, e
30
a unidade condensadora é instalada fora do ambiente. A interligação das unidades é
feita por tubulações de cobre isoladas para circulação do fluido refrigerante.
O sistema Self-contained com condensador a água precisa de uma torre de
resfriamento da água. A água aquecida que sai do condensador é movimentada até
a torre de resfriamento por uma bomba, para aí ser resfriada, liberando o calor
retirado do fluido refrigerante para a atmosfera.
Figura 5: O Sistema Self-contained
Fonte: FERRAZ (2008)
Vantagens dos Condicionadores Self-contained:
maior simplicidade de instalação;
normalmente menor consumo de energia (menor custo/TR);
fabricação seriada, com aprimoramentos técnicos;
garantia de desempenho por testes na fábrica;
mais eficientes e econômicas manutenções e reposição de peças;
maior versatilidade para projetos (permite zoneamento, variação de
demanda);
instalação mais rápida.
31
Desvantagens dos Condicionadores Self-contained:
os equipamentos necessitam habitualmente procedimentos de vácuo e
carga de gás;
compressor fica junto com a unidade evaporadora, o que resulta em maior
ruído, se comparado com o sistema split;
não podem operar como bomba de calor.
2.2.3 Sistemas Splits
É um sistema de expansão direta com condensação a ar ou remoto. Cada
evaporador tem capacidade de resfriamento de 0,5 a 2,5 TR.
No sistema Split o evaporador é conectado por tubulações de cobre aos
sistemas de compressão e de condensação localizados externamente (fora do
ambiente climatizado).
Pode ser um sistema simples, com um condensador e um evaporador, ou
complexo, com um condensador atendendo a vários evaporadores.
Figura 6: Os Sistemas Splits
Fonte: FERRAZ (2008)
32
Vantagens dos Condicionadores Split:
baixo nível de ruído (compressor e condensador ficam na parte externa);
versatilidade;
esteticamente bem adaptável;
baixo custo do equipamento e da instalação;
facilidade e rapidez de instalação;
dispensa instalação de rede de dutos e de água gelada;
não necessita de grandes trabalhos em alvenaria para instalação, em
comparação aos sistemas de ar de janela;
possibilidade de relocação e de remoção do equipamento;
correta instalação do evaporador no local a ser condicionado (unidade
remota que pode trabalhar com grandes distâncias de tubulação entre as
unidades).
Desvantagens dos Condicionadores Split:
não permitem controle de umidade e temperatura em condições especiais,
com altas taxas de ar exterior e alto grau de filtragem do ar;
a unidade condensadora deve ser instalada corretamente para garantir o
rendimento do sistema e a vida útil do equipamento;
não permitem que a condensadora seja instalada enclausurada,
preferencialmente deve ser instalada no exterior;
os equipamentos necessitam de procedimentos de vácuo e carga de gás
no local.
2.2.4 Sistemas Fan-Coil/Chillers
É um sistema de expansão indireta com condensação a ar ou a água. Tem
grande capacidade de resfriamento (Chillers de até 300 TR).
Nos sistemas de expansão indireta com Fan-coil/Chillers, o ar do ambiente a
ser climatizado troca calor com a água gelada através de um equipamento composto
por uma serpentina e um ventilador (Fan-coil). Pela serpentina circula água gelada,
33
proveniente do Chiller. O calor retirado do ambiente climatizado é levado, através da
água em circulação, até o evaporador do Chiller, onde a água troca calor com o
fluido refrigerante. Este fluido refrigerante é condensado através de um fluxo de
água que circula entre o condensador e uma torre de arrefecimento. Nos sistemas
de expansão indireta com condensação a água o condensador troca calor com a
água, que utiliza outro trocador, normalmente uma torre de resfriamento, para
transferir o calor para o ar atmosférico.
Para economizar energia nos horários de pico de consumo de energia
elétrica, alguns sistemas utilizam o termoacumulador de gelo. Este sistema fabrica
gelo durante a madrugada, a um custo de energia mais baixo, e a água gelada que
retorna dos fan-coils é desviada dos Chillers para atravessar os tanques de gelo
para gelar, no final da tarde e início da noite (horário de pico, quando o custo da
energia é mais caro).
As unidades de fan-coil são equipadas com filtros removíveis e laváveis, que
devem ser limpos e/ou trocados sempre que necessário, obedecidas a NBR 16401 e
a Portaria 3.523/GM, no mínimo, garantindo qualidade do ar e possibilitando que o
Fan-coil desenvolva toda a sua capacidade de resfriamento.
Figura 7: Os Sistemas Fan-coil/Chillers
Fonte: FERRAZ (2008)
34
Vantagens dos Sistemas Fan-coil/Chillers:
facilidade de distribuição através de tubulação, ao invés de dutos de ar
condicionado;
menor espaço interno no ambiente a ser refrigerado (somente o espaço do
fan-coil).
Desvantagens dos Sistemas Fan-coil/Chillers:
requer manutenção mais especializada;
se a central de água gelada opera com baixas temperaturas, exige
controle de aditivos anticongelantes (polipropileno glicol).
2.2.5 Sistemas por Absorção
Esse ciclo utiliza o calor como fonte de energia, ao contrário do ciclo por
compressão, que utiliza a energia elétrica. Esse ciclo não tem compressor. Por calor
entenda-se energia a uma determinada temperatura. Água quente a 85ºC já é
suficiente para alimentar o ciclo por absorção, e dele se obter temperaturas de até
5ºC. Uma resistência elétrica também pode ser utilizada nesse ciclo.
No ciclo por absorção há necessidade de dois fluidos: o fluido refrigerante,
que efetivamente remove calor do meio desejado por evaporação e o fluido
absorvente, que deve ser menos volátil que o fluido refrigerante, e que absorve
vapor do refrigerante em baixas temperaturas, de forma a liberar vapor de
refrigerante por aquecimento. Esses fluídos se misturam, mas não se combinam, de
modo a poderem ser separados com a elevação da temperatura.
No evaporador há vapor de refrigerante de baixa pressão. Este é absorvido
por uma solução no absorvedor. Caso a temperatura desta solução se eleve, a
absorção de vapor pode cessar. Para evitar isto, o absorvedor é resfriado por água
ou ar.
A solução no absorvedor é concentrada, pois contém grande quantidade de
refrigerante. No aquecedor, ocorre a adição de calor (fonte que forneça
35
temperaturas elevadas), fazendo com que o refrigerante volte ao estado de vapor.
Este vapor está em elevadas temperatura e pressão e se move em direção ao
condensador.
A solução líquida, agora com baixa concentração de refrigerante, retorna ao
absorvedor por válvula redutora de pressão. O objetivo desta válvula é manter a
diferença de pressão entre o absorvedor e o aquecedor. No condensador há
passagem de ar, que resfria o vapor e condensa o refrigerante. O refrigerante vai
para o evaporador através de uma válvula de expansão e recebe calor.
Figura 8: Os Sistemas por Absorção
Fonte: www.1.bp.blogspot.com (2011)
36
2.3
LEGISLAÇÃO PARA SISTEMAS DE AR CONDICIONADO
Para Conforto Térmico no Brasil, e na maior parte do mundo, seguem-se as
orientações da ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air
Conditioning
Engineers,
INC),
Sociedade
Americana
de
Engenheiros
de
Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado.
No Rio de Janeiro, o Decreto n.º 22.281 de 19/11/2002, da Prefeitura da
Cidade do Rio de Janeiro, regulamenta os projetos e instalações de ar condicionado
e ventilação mecânica.
As normas técnicas no Brasil são regidas pela ABNT (Associação Brasileira
de Normas Técnicas), de responsabilidade de Comitês Brasileiros (ABNT/CB),
Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e Comissões de Estudos
Especiais (ABNT/CEE), e elaboradas por Comissões de Estudos (CE).
Em 06 de agosto de 2008 foi publicada a atualização da Norma NBR 6401
para NBR 16401-1 / 16401-2 e 16401-3 – Projetos e Instalações de Ar Condicionado
– Sistemas Centrais e Unitários pelo Comitê Brasileiro de Refrigeração, Ar
Condicionado, ventilação e Aquecimento (ABNT/CB-55), que entrou em vigor em
04/09/2008, e está dividida em partes:
Parte 1: Projeto das instalações: Instalações de Ar Condicionado - Sistemas
Centrais e Unitários. Projeto das Instalações. Estabelece parâmetros básicos e
requisitos mínimos de projeto para sistemas de ar condicionado centrais e unitários.
Utilizado também para instalações especiais como salas limpas, centros cirúrgicos,
laboratórios, etc.
Parte 2: Parâmetros de conforto térmico: Instalações de Ar Condicionado Sistemas Centrais e Unitários. Parâmetros de Conforto Térmico. Especifica os
parâmetros do ambiente interno. Trata da satisfação térmica média de 80% das
pessoas em relação ao conforto térmico em áreas providas de ar condicionado.
37
Parte 3: Qualidade do ar interior: Instalações de Ar Condicionado - Sistemas
Centrais e Unitários. Qualidade do Ar Interior. Especifica os parâmetros básicos e os
requisitos mínimos para sistemas de ar condicionado, como vazões mínimas, níveis
mínimos de filtragem de ar, requisitos técnicos e componentes relativos à qualidade
do ar.
Os parâmetros ambientais que produzem sensação de conforto térmico a
80% ou mais dos ocupantes de recintos providos de ar condicionado estão
especificados na ABNT NBR 16401-2 (Anexo 2).
Houve grande avanço em relação à seriedade e necessidade de melhorar a
qualidade das instalações de sistemas de ar condicionado na última década. Essa
nova norma veio num momento propício: o mercado necessita de profissionais mais
bem qualificados, empresas procuram se firmar diante o crescimento na demanda
de serviços, e quando se inicia a pensar sobre sustentabilidade, qualidade de vida e
do ar.
Grande parte dos profissionais do mercado ainda desconhece boa parte das
normas. Uma relação das principais normas que regem a Refrigeração:
Portaria 3.523/GM, de 28/08/1998 (Anexo 3), determina a criação um Plano
de Manutenção, Operação e Controle (PMOC) para ambientes refrigerados;
NR 15, anexo 7, determina a insalubridade grau médio para as pessoas que
trabalham com radiações não ionizantes, devido a soldas oxi-acetilênicas. Aplica-se
aos técnicos e mecânicos de refrigeração;
Decisão normativa 42 do CONFEA, determina o registro no CREA local de
toda pessoa jurídica que execute instalação e manutenção de sistemas
condicionadores de ar;
Resolução 09 ANVISA (2003), determina Padrões de qualidade do ar para
ambientes interiores climatizados artificialmente;
NBR 7256, determina o Tratamento de Ar de Estabelecimentos Assistenciais
de Saúde (EAS) Requisitos para Projeto e execução;
38
NBR 6401, Instalações Centrais de Ar Condicionado para Conforto Parâmetros Básicos de Projeto;
NBR 5858, determina como deve ser feita a carga térmica para escolha de
aparelho de ar-condicionado adequado à ambientes domésticos;
Instrução Normativa 37 do Ibama, determina o registro no Ibama de pessoas
físicas e jurídicas que lidem com substâncias controladas pelo Protocolo de Montreal
- Cadastro Técnico Federal;
Decreto Lei 99280-90, promulga a Convenção de Viana e o Protocolo de
Montreal sobre substâncias que destroem a camada de ozônio;
Resolução Conama 03, define os padrões de qualidade de ar;
Resolução Conama 267, proíbe o uso e comercialização de várias
substâncias utilizadas na refrigeração;
Resolução Conama 340, proíbe o uso de alguns cilindros e dá instruções
sobre reciclagem de gases;
Lei n.º 9605/98, Lei dos Crimes Ambientais, aplica-se quando algumas das
legislações acima não forem atendidas.
A Norma ABNT NBR 16401:
adota condições mais atuais de conforto térmico;
adota melhores padrões de filtragem de ar em condicionadores;
estabelece a necessidade de Teste de Ajuste e Balanceamento (TAB) dos
sistemas de ar condicionado;
apresenta método para gerar perfil teórico das temperaturas de bulbo seco
e bulbo úmido do dia, auferindo condições climáticas mais confiáveis;
cria obrigatoriedade de renovação do ar em todos os sistemas;
recomenda avaliações da qualidade do ar;
estabelece melhores condições para as manutenções dos sistemas.
39
2.3.1 Parâmetros de Conforto Térmico para o Verão
Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por:
22,5 ºC a 25,5 ºC e umidade relativa de 65%;
23,0 ºC a 26,0 ºC e umidade relativa de 35%.
A velocidade média do ar (não direcional) na zona de ocupação não deve
ultrapassar:
0,20 m/s para distribuição de ar convencional (grau de turbulência 30% a
50%);
0,25 m/s para distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento
(grau de turbulência inferior a 10%).
2.3.2 Parâmetros de Conforto Térmico para o Inverno
Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por:
21,0 ºC a 23,0 ºC e umidade relativa de 60%;
21,5 ºC a 24,0 ºC e umidade relativa de 30%.
A velocidade média do ar (não direcional) na zona de ocupação não deve
ultrapassar:
0,15 m/s para distribuição de ar convencional (grau de turbulência 30% a
50%);
0,20 m/s para distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento
(grau de turbulência inferior a 10%).
40
2.3.3 Parâmetros de Qualidade do Ar Interior
No Brasil, o início das discussões sobre a qualidade do ar interior se deu com
a morte do então Ministro Sérgio Mota, em decorrência de problemas respiratórios,
inicialmente atribuídos a problemas de saúde, por suposta contaminação do sistema
de ar condicionado.
Em novembro de 1995 foi instituída a Sociedade Brasileira de Meio Ambiente
e Controle de Qualidade de Ar de Interiores (BRASINDOOR).
Os principais problemas de Qualidade do Ar Interior (IAQ), relacionados com
o sistema de ar condicionado e suas influências, são:
temperatura inadequada de operação. Em geral a temperatura do
ambiente climatizado para conforto fica ajustada em torno de 22ºC a 24ºC.
Com temperatura entre 23ºC e 26ºC, um aumento de 1ºC tem a mesma
influência de 2,4 DECIPOL e o aumento de nível de ruído de 3,9dB
(Modelo de Fanger). De acordo com estudos da ASHRAE, há uma perda
da eficiência humana de 1,8% para cada grau de aumento da temperatura
ambiente acima de 24ºC. Há também estudos que indicam que acidentes
de trabalho aumentam na proporção em que o conforto térmico do
ambiente diminui;
umidade abaixo ou acima do recomendável. Os ambientes de conforto
apresentam umidade em torno de 50% (+/- 10%); valores acima ou
abaixo, além do desconforto, podem provocar problemas nas vias
respiratórias e favorecimento ao crescimento de microorganismos;
alta concentração de CO², revelando a insuficiência da renovação de ar;
níveis elevados de materiais particulados, revelando problemas na
limpeza dos ambientes climatizados, na pureza do ar e nos dispositivos de
filtragem do ar;
surgimento de bactérias, fungos e protozoários, indicando problemas de
verificação em partes do sistema que acumulem água (bandejas de
condensados e umidificadores), e nos isolamentos térmicos, paredes e
pisos de locais úmidos (casas de máquinas);
41
limpeza dos dutos de distribuição de ar, recomendando a instalação de
portas de inspeção nos dutos e a prevenção do acesso de animais
(roedores, insetos, etc.) no interior dos dutos;
velocidade do ar, que deverá estar dentro da faixa recomendada, para não
provocar vibrações, ruídos e desconforto aos ocupantes dos ambientes.
Os sistemas de ar condicionado são inertes. Os problemas de ambientes
climatizados provêm de falhas de projeto, operação inadequada ou manutenção
deficiente dos equipamentos e das instalações.
Em 1997 foi criada a NBR 13.971/97, que determinava as recomendações de
manutenção mecânica da dos Sistemas de Refrigeração, Condicionamento de Ar e
Ventilação - Manutenção Programada da ABNT. Em 1998 começaram a surgir
ações governamentais em função da preocupação crescente com a Síndrome de
Edifícios Doentes. A Portaria nº 417, de 19 de Maio de 1998 (consulta Pública –
Elaboração de Regulamento Técnico Sanitário), que tornou-se Lei por posterior
publicação da Portaria 3.523/GM de 28 de Agosto de 1998, aprovou regulamento
técnico, a fim de garantir a qualidade do ar de interiores e prevenção de riscos à
saúde dos ocupantes de ambientes climatizados.
Entre outras obrigações, a Portaria estabelece que os sistemas de ar
condicionado com capacidade superior a 5 TR tenham um responsável técnico e um
Plano de Manutenção e Controle (PMOC) para atender às instalações. Embora a
portaria especifique que são equipamentos com capacidade superior a 5 TR, a
maioria dos contratos, adequadamente, não fazem distinção entre áreas atendidas
com capacidade inferior no momento de relacionar os equipamentos a serem
atendidos pelo PMOC.
A Portaria define que todos os sistemas de climatização devem estar em
condições adequadas de limpeza, manutenção, controle e operação, com vistas a
prevenir riscos à saúde dos ocupantes, a saber:
manter limpos os componentes do sistema de climatização: bandejas,
serpentinas, umidificadores, ventiladores e dutos, de forma a evitar a
42
difusão ou multiplicação de agentes nocivos à saúde humana, e manter
boa a qualidade do ar interno;
garantir a adequada renovação do ar do interior dos ambientes
climatizados, ou seja, mínimo de 27 m³/h/pessoa (7,5litros/s/pessoa).
Os padrões referenciais foram publicados inicialmente pela Resolução RE nº
176, de outubro de 2000, e posteriormente substituída pela RE nº 9, de janeiro de
2003. Além dos padrões referenciais, a Resolução determina os métodos e períodos
de amostragem e análise, assim como o quantitativo das amostras.
A Resolução apresenta algumas freqüências mínimas para execução de
serviços. A periodicidade existente na Resolução são exigências mínimas. A
empresa mantenedora que presta serviço de qualidade deverá avaliar a correta
necessidade de intervenção, dimensionando através de fundamentos técnicos e da
verificação constante.
Reduzidamente, os valores abaixo foram retirados da RE nº 09 e servem
como parâmetros:
a.
Valor máximo recomendável para contaminação microbiológica = 750
3
ufc/m de fungos, para a relação I/E = 1,5 onde:
I = quantidade de fungos no ambiente interior;
E = é a quantidade de fungos no ambiente exterior.
Quando a relação I/E superar o valor de 1,5, é necessário fazer um
diagnóstico para uma intervenção corretiva.
É inaceitável a presença de fungos patogênicos e toxigênicos.
b.
Valores máximos recomendáveis para contaminação química são:
1000 ppm de CO² como indicador de renovação de ar externo;
43
80 mg/m³ de aerodispersóides totais no ar, como indicador do grau de
pureza do ar e limpeza do ambiente climatizado.
c.
Valores recomendáveis para os parâmetros físicos de temperatura,
umidade, velocidade e taxa de renovação do ar e de grau de pureza do ar deverão
estar de acordo com a NBR 16401 Instalações Centrais de Ar Condicionado para
Conforto Parâmetros Básicos de Projeto.
Faixa recomendável de operação das Temperaturas de Bulbo Seco (TBS):
Verão - 230C a 260C, com exceção de ambientes de arte que deverão
operar entre 210C e 230C. A faixa máxima de operação deverá variar de
26,50C a 270C, com exceção das áreas de acesso que poderão operar até
280C.
Inverno - 200C a 220C.
Faixa recomendável de operação da Umidade Relativa:
Verão - 40% a 65%, com exceção de ambientes de arte que deverão
operar entre 40% e 55% durante todo o ano. As áreas de acesso
poderão operar até 70%
Inverno - 35% a 65%.
A seleção das faixas dependerá da finalidade e do local da instalação.
d.
0,25 m/s.
A velocidade do ar, no nível de 1,5m do piso, não deverá ser superior a
44
2.4
PROTOCOLOS
2.4.1 Protocolo de Montreal
Em 1987 foi realizada a primeira convenção internacional, em Montreal,
como resposta à destruição da camada de ozônio, que protege a terra contra a
radiação ultravioleta dos raios solares.
O Brasil aderiu ao Protocolo de Montreal em 1990, e em 1994 foi elaborado o
PBCO – Programa Brasileiro de Eliminação das Substâncias que Destroem a
Camada de Ozônio.
2.4.2 Protocolo de Kyoto
Em 1997, foi elaborado no Japão o Protocolo de Kyoto, que estabelece como
meta a redução, entre 2008 a 2012, da emissão de gases de efeito estufa em pelo
menos 5,2 % aos níveis de 1990.
Segundo o Protocolo de Kyoto (apud MCT, 2009), os gases de efeito estufa
são:
Dióxido de Carbono (CO²)
Metano (CH4)
Óxido Nitroso (N2O)
Hidrofluorcarbonos (HFCs)
Perfluorcarbonos (PFCs)
Hexafluoreto de enxofre (SF6).
Os CFC (Clorofluorcarbonos) são moléculas formadas pelos elementos cloro,
flúor e carbono, como o R11, R12, R502, etc., são os gases normalmente utilizados
nos sistema de refrigeração antigos. Os CFC’s destroem a camada de ozônio.
45
Para converter ou substituir um equipamento operado com CFC foram criados
dois tipos de refrigerantes alternativos: HCFC’s e HFC’s.
Nos gases HCFC’s alguns átomos de cloro são substituídos por hidrogênio
(Exemplos: R-22, R-141b, etc.), e são utilizados em ar condicionado de janela, split,
self, câmaras frigoríficas, etc.
Nos gases HFC’s todos os átomos de cloro são substituídos por hidrogênio
(Exemplos: R-134a, R-404A, R-407C, etc.), e são utilizados em ar condicionado
automotivo, refrigeração comercial, refrigeração doméstica (refrigeradores e
freezers), etc.
O R-134a (Tetrafluoretano) tem propriedades físicas e termodinâmicas
similares ao R-12. Pertence ao grupo dos HFC’s Fluorcarbonos parcialmente
halogenados, com potencial de destruição do ozônio (ODP) igual a zero, devido ao
menor tempo de vida na atmosfera, apresenta uma redução no potencial de efeito
estufa de 90% comparado ao R-12. Além disso, é não inflamável, não tóxico, possui
alta estabilidade térmica e química, tem compatibilidade com os materiais utilizados
e tem propriedades físicas e termodinâmicas adequadas.
2.5
PARÂMETROS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
A crise do Petróleo, em 1973, levou países desenvolvidos a tomar medidas
de conservação de energia. O alto consumo de energia pelo setor de edificações
levou à implantação de normas de eficiência energética em edificações.
Em dezembro de 2002 foi publicado, pelo Ministério de Minas e Energia, o
Plano de Trabalho da Implementação da Lei de Eficiência Energética, n.º 10.295 de
17 de outubro de 2001, indicando que deverão ser desenvolvidos mecanismos que
promovam a eficiência energética nas edificações construídas no país.
46
O plano ressalta que ganhos significativos em sustentabilidade podem ser
atingidos por técnicas de restauração/modernização de edificações (retrofits), que
permitam aumentar substancialmente a eficiência energética de prédios existentes.
Os sistemas de refrigeração são responsáveis por 32% do consumo final de
energia elétrica no Brasil (EPE, 2009).
47
3
ESTUDO DE MODERNIZAÇÕES
Novas tecnologias foram desenvolvidas, e tornaram os sistemas de
climatização mais eficientes e com menor consumo energético, utilizando
equipamentos mais evoluídos. A implantação destes componentes pode apresentar
melhoras no desempenho e na satisfação do conforto térmico.
A modernização dos sistemas de ar condicionado pode tornar o edifício mais
competitivo, tanto bem-estar dos ocupantes, quanto pelo aumento da sua eficiência.
Os edifícios mais antigos, que dispõem de sistemas de refrigeração central,
dividem-se em sistemas de expansão direta e sistemas de expansão indireta, com
condensação a ar ou a água.
Sistemas de Expansão Direta:
Self-contained com condensador incorporado;
Self-contained com condensador remoto;
Self-contained com condensador à água.
ou
Sistemas de Expansão Indireta (água gelada):
Chiller de condensação à ar;
Chiller de condensação à água;
Fan-coil convencional (volume constante);
Fan-coil com Velocidade de Ar Variável.
Nos sistemas de expansão direta o ar a ser climatizado entra em contato
direto com o evaporador. O ar do ambiente é forçado por meio de ventiladores
através do evaporador. O refrigerante do sistema, ao passar pelo evaporador, resfria
esse ar que é, então, novamente insuflado no ambiente. Emprega a tecnologia de
refrigeração de compressão de vapor. É indicado para edificações de pequeno a
médio porte, tendo como vantagem a simplicidade de sua implantação.
48
No caso de sistemas de expansão indireta é utilizado um fluido intermediário,
geralmente água gelada, para climatizar o ar do ambiente. A água é forçada por
meio de bombas através do evaporador. Na central de água gelada, o refrigerante
que passa pelo resfriador (evaporador) resfria essa água, que é distribuída pela
edificação até os condicionadores de ar tipo fan-coil, onde a água resfriada troca
calor com o ar do ambiente. É indicado para ambientes de médio a grande porte, e
necessita de controles sofisticados para funcionar adequadamente. Pode empregar
tanto a tecnologia de refrigeração de compressão de vapor quanto a tecnologia de
absorção a vapor.
Nos sistemas de ar condicionado cujo processo é de compressão a vapor, a
energia necessária para circular o gás refrigerante no circuito frigorífico provem de
um compressor acionado mecanicamente por um motor.
Já nos sistemas cujo processo é de absorção, aproveita-se a afinidade
química entre dois fluidos, e emprega o aquecimento, obtido por meio de uma fonte
de calor externa, e uma pequena bomba para realizar esta tarefa.
Podem ser classificados por:
Tipo de Chillers:
condensação a água;
condensação a ar.
Tipo de distribuição de ar:
3.1
volume constantes (Fan-coil ou fancoletes)
volume variável (Fan-coil com VAV)
MODERNIZAÇÃO DE SITEMAS DE CLIMATIZAÇÃO
O primeiro passo para a modernização de um sistema de refrigeração de uma
edificação é o levantamento das necessidades do cliente, em especial dos seus
ocupantes.
49
Devem ser verificadas as condições da edificação em termos de insolação,
ventilação, iluminação, desempenho dos materiais com relação às cargas térmicas,
equipamentos existentes, etc.
Deve-se estudar e avaliar todas as opções disponíveis e avaliar os resultados
que poderão ser obtidos com a implantação das intervenções necessárias.
Deve-se, primeiramente, tentar reduzir a carga térmica dos edifícios. Estudos
publicados na revista Climatização e Refrigeração (julho de 2006), realizados por
Lucia Pirró, Mestre e Doutora em Tecnologia da Arquitetura pela Faculdade de
Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo (FAU/USP) e Marcelo de
Andrade Romero, Mestre, Doutor e Livre Docente pela FAU/USP, em que se
analisaram desempenhos térmicos, energéticos e econômicos de fachadas de
edifícios de escritórios construídos entre os anos de 1980 e 2000, na cidade de São
Paulo, mostram que de acordo com o tipo de tecnologia empregada nas fachadas
dos prédios a redução da carga térmica pode variar entre 6% a 23%.
A redução da carga térmica de edifícios já existentes pode ser aplicada
atacando-se os fatores que têm maior impacto nas necessidades de arrefecimento:
diminuir o efeito da radiação solar através de superfícies transparentes,
com aplicação de películas, brises, dispositivos de sombreamento,
persianas exteriores, toldos, vidros especiais;
diminuir as cargas térmicas internas, sensíveis e latentes, devido à
presença de pessoas e fontes produtoras de calor, como máquinas,
iluminação, equipamentos de informática, etc;
diminuir os efeitos da transferência de calor por condução, através de
escolha de cores claras para as paredes exteriores;
diminuir o ganho de calor devido à infiltração de ar e ventilação do local.
50
Figura 9: Fatores Climáticos
Fonte: Apostila de Sistemas de Ar Condicionado Alimentados por Energia Solar – NTT Treinamento
Avançado (2011, p. 5).
Deve-se realizar simulações com softwares específicos em paralelo às
intervenções propostas de arquitetura para verificar se será alcançado o
desempenho desejado.
Normalmente, as principais soluções para a climatização de edifícios
comerciais ocupados são equipamentos mais eficientes e setorização de
temperatura por ambiente, pois a maior parte dos sistemas antigos de ar
condicionado não possui setorização, gastando muita energia.
Devem ser realizadas simulações, com softwares específicos, para verificar
se as alterações propostas correspondem às necessidades dos clientes. Deste
51
procedimento são determinados os parâmetros de dimensionamento adequados,
como velocidade do fluxo de ar, ruído dos equipamentos e do ar insuflado, controles
de temperatura dos ambientes, qualidade sanitária do ar, entre outros.
Há soluções como instalação de inversores de freqüência nos motores,
substituição de sistemas de água gelada, mas cada solução depende de um estudo
específico.
Os sistemas de climatização necessitam de controles sofisticados para
funcionar adequadamente e para oferecer maior rendimento e economia de energia.
Os grandes avanços tecnológicos colaboraram de maneira expressiva para a
evolução de equipamentos para sistemas de ar condicionado. E a implantação
desses componentes pode representar sensível melhora no desempenho e na
satisfação com o conforto térmico. São várias as soluções que podem ser aplicadas.
3.1.1 Substituição dos Chillers
A substituição dos Chillers é recomendada, mesmo que eles estejam em bom
estado. Os Chillers antigos apresentam dificuldade de operação, por não poderem
operar com capacidade inferior a 40% e tem baixa condição de automação.
A substituição dos Chillers tráz diversos benefícios:
Condições de operação dos Chillers com até 15% de sua capacidade
nominal, aumentando significativamente a flexibilidade;
Maior eficiência na produção de água gelada (menor consumo de
energia/TR produzido):
52
kWh/TR
EER (TR/kWh)
COP (kWh/kWh)
Economia de Energia Coeficiente de
Elétrica
Performance
Chillers antigos
0.87
1.15
4.05
Chillers novos
0.67
1.50
5.28
Tabela 1: Comparativo de Consumo de Chillers (antigos/novos)
Melhor supervisão e controle, devido a sistemas mais sofisticados e com
maior nível de automação;
Maior facilidade de manutenção, devido à especificação de detalhes
construtivos que facilitam e diminuem o tempo de manutenção;
Maior proteção ao meio ambiente por meio da utilização de gás
refrigerante sem potencial de degradação da Camada de Ozônio, portanto
com baixa contribuição para o efeito estufa.
3.1.2 Motores com Inversor de Frequencia (Inverter)
A aplicação de inversores de frequência, equipamentos eletrônicos que visam
o controle de rotação de motores elétricos e, consequentemente da vazão de água
bombeada, é outra alternativa para economia de energia.
O princípio de funcionamento de um inversor de frequência é baseado nas
seguintes equações:
Q1/Q2 = N1/N2 A vazão é diretamente proporcional à rotação
P1/P2 = (N1/N2)3 A potência absorvida varia com o cubo da rotação
A vazão Q é diretamente proporcional à rotação N da bomba e a potência
absorvida P pelo motor, nessas condições, varia com o cubo da rotação. Para
exemplificar, tomamos o efeito provocado pela diminuição de rotação à metade.
Enquanto a vazão cai pela metade, a potência absorvida da rede elétrica pelo motor
53
cai na razão cúbica, isto é, para 1/8, demonstrando a grande vantagem da aplicação
de inversores de velocidade nesses sistemas de bombeamento.
3.1.3 Sistemas VAV – Volume de Ar Variável
Os insufladores, em todos os andares dos edifícios, ciclam o ar fresco,
refrigerando e ventilando o edifício. Partes diferentes do edifício têm necessidades
diferentes de refrigeração. Uns lados recebem mais sol do que os outros. As
unidades antigas podem apenas ser ligadas ou desligadas, o que resulta em
desperdício de energia. As novas unidades usam tecnologia de Volume de ar
Variável (VAV), para regular constantemente a saída de ar para atender à demanda
de refrigeração e ventilação de diferentes espaços do edifício, ou de andares, de
acordo com o que for sentido pela rede de automação central do edifício, permitindo
que as unidades operem em condições reduzidas quando necessário.
3.1.4 Implantação de Rede de Automação
Na maior parte dos edifícios antigos, os sistemas de climatização são ligados
e desligados mecanicamente, sem que haja qualquer forma de ajustar a saída do ar
refrigerado.
É necessário implantar uma forma de ajustar e de monitorar os equipamentos
e controlar automaticamente seu funcionamento e a velocidade de saída do ar
refrigerado. Os equipamentos devem ter sensores instalados, que permitam
monitorar e controlar à distância.
Devemos, portanto, implantar uma rede de automação:
54
Figura 10: Rede de Automação
Fonte: MARAN (2011)
As principais vantagens de uma rede de automação são:
Arquitetura aberta, permitindo ampla escolha de componentes e
fornecedores;
Implantação modular, independente em cada etapa, e com capacidade
para expansões futuras;
Rede de comunicação em fibra óptica com protocolo de comunicação
Ethernet TCP/IP, que propicia não ser afetada por ruídos;
Aumento da confiabilidade de operação, devido à concepção stand-alone
do sistema.
55
Organizar em hierarquia lógica as telas da Estação de Supervisão,
permitindo uma rápida progressão para qualquer tela desejada.
3.1.5 Substituição de Gases Refrigerantes
Os gases refrigerantes CFC’s ou HCFC’s necessitam serem substituídos, em
razão da resolução CONAMA 267/2000.
A substituição dos gases refrigerantes do tipo R12 e R22, prejudiciais à
camada de ozônio, que são utilizados amplamente nos sistemas de climatização
antigos, também é uma alternativa a ser utilizada, e normalmente é efetuada da
seguinte forma:
Equipamentos de 0 a 10 anos – conversão do fluido refrigerante
Equipamentos de 10 a 20 anos – conversão e/ou substituição do
equipamento
Equipamentos de 20 a 30 anos – substituição do equipamento
Ao substituir o gás refrigerante por gás sem potencial de degradação da
camada de ozônio, é empregada uma carga menor de gás.
Um dos principais resultados da substituição do gás é o benefício do
desempenho em curto e em longo prazo. O compressor trabalha a uma temperatura
e pressão de descarga significativamente menor, em comparação ao gás R12 e
R22, resultando em melhor desempenho de refrigeração e aumentando a vida útil
dos compressores. Além deste fator, há redução no consumo de energia.
Os critérios para escolha do gás refrigerante alternativo são:
temperatura de evaporação;
temperatura de descarga;
tipo de compressor;
custo do sistema (não do gás refrigerante);
56
compatibilidade com o filtro secador;
compatibilidade com o isolamento Elétrico do motor;
miscibilidade do óleo com o gás refrigerante alternativo.
As vantagens da troca do gás refrigerante são:
pode ser planejada;
é de baixo custo;
pode ser realizada em etapas;
reduz o consumo de energia;
reduz custos operacionais;
reduz custos de manutenção;
adequa-se com a legislação.
Abaixo a tabela comparativa da Dupont Fluidos Refrigerantes, que mostra as
diferenças de desempenho da utilização do gás R22 e do gás ISCEONTMM059:
R22
ISCEONMTM059
20ºC
18ºC
Pressão de descarga
250 psi
180 psi
Pressão de sucção
78 psi
38 psi
Temperatura de descarga
41ºC
33ºC
Temperatura de sucção
9.8ºC
2ºC
Superaquecimento total
1.8K
4K
Temperatura de saída do ar no condensador
25.4ºC
24.5ºC
Temperatura de insuflamento de ar
10.7ºC
5ºC
18.4/18/17.2A
13.4/12.8/13.6A
8 Kg
7.1 Kg
Temperatura do ambiente externo
Corrente Elétrica
Carga de fluido refrigerante
Tabela 2: Comparativo de Gases Refrigerantes (R22/M059)
Vantagens dos fluidos alternativos:
são
utilizados
nos
equipamentos
de
refrigeração
não
havendo
necessidade de troca de componentes (dispositivo de expansão,
compressor, etc.);
57
são compatíveis com óleo mineral, óleo alquilbenzeno e com os materiais
existentes. Somente na aplicação do R-407C, deve ser trocado o óleo
mineral por óleo Poliolester;
a carga de fluido refrigerante do equipamento com fluido alternativo é 80%
da carga de fluido original. Obs: A carga do fluido refrigerante deve ser
feita somente na forma líquida.
Durante os últimos anos, vários refrigerantes alternativos foram avaliados e o
R134a, por apresentar propriedades físicas e termodinâmicas relativamente
semelhantes às do R12, e por não conter Cloro, tem sido considerado o substituto
do R12 nas suas aplicações.
Mais recentemente, outro fator ambiental, não menos importante que a
destruição da camada de ozônio, tem sido considerado: o potencial de aquecimento
global, mais conhecido como efeito estufa. Dentre os refrigerantes alternativos que
atendem ambas características ambientais, estão os hidrocarbonos. Estes
refrigerantes não tinham até então sido considerados uma alternativa à substituição
do R12, pois são inflamáveis.
Os refrigerantes hidrocarbonos apresentam menor peso molecular quando
comparados ao do R12 e R134a. Isto é devido à ausência de halogêneos como
cloro e flúor na sua estrutura molecular, que é composta apenas de carbono e
hidrogênio.
3.1.6 Sistemas VRV – Volume de Refrigerante Variável
Os Sistemas VRV, ou VRF (Variable Refrigerant Flow), são sistemas de
climatização de expansão Indireta, com múltiplos evaporadores (Selfs-contained à ar
ou à água) de condensação (em especial com VAVs ou mini-selfs a água) para uma
única unidade condensadora remota, que utiliza fluxo de gás refrigerante variável. É
um sistema mais moderno, eficiente, simples de instalar e fácil de operar.
58
Possui controle linear de capacidade e zoneamento, favorecendo ao consumo
proporcional à carga térmica, e melhor aproveitamento de energia, pois as áreas
desocupadas podem ser desligadas. O equipamento já vem pronto para automação,
com ferramentas próprias e ampla gama de controladores, incluindo controlador com
função Web (conexão à rede via cabo ethernet), podendo ser integrado ao sistema
de gerenciamento predial (BMS). É uma combinação de tecnologia eletrônica com
sistemas de controle micro processados.
O sistema é operado diretamente pelos usuários, conforme sua necessidade
de conforto térmico, e com isto não é necessário operador e monitoração para o
sistema.
Os sistemas VRF têm controle de capacidade do compressor por inversor de
frequência (condensador dotado de compressor scroll com velocidade variável,
controlado por inversor de frequência - Inverter), e controle individualizado do fluxo
refrigerante (temperatura) por válvulas de expansão eletrônicas.
A tubulação pode ter elevado comprimento e desnível de linha, e tem
ramificações livres, favorecendo a um layout flexível (comprimento da tubulação de
até 175m, desnível vertical máximo de 50m e até 30m de distância entre as
unidades internas)
Vantagens dos Sistemas VRF:
utiliza gás ecológico;
menor consumo de energia;
automação incorporada de fábrica;
autonomia na operação, dispensando operadores;
flexibilidade de integração com diversos modelos de unidades internas
(evaporadoras);
tarifação por unidade interna (rateio mais justo dos custos);
execução de infra-estrutura universal, que atende aos quatro principais
fabricantes (Carrier Springer, Hitashi, Mitsubishi e Toshiba);
possibilidade de alimentação por gás natural;
59
disponível para utilização 24 horas por dia, permitindo o consumo
individual.
Os sistemas VRF podem ser usados para ambientes comerciais grandes e
com muitos ocupantes.
A facilidade de instalação deste sistema também é um grande diferencial,
podendo ser instalado apenas mexendo no forro do local, sem ter que retirar os
ocupantes.
3.1.7 Sistemas de Climatização por Energia Solar
O uso de energia solar em sistemas de ar condicionado já é uma prática
comum na Europa e em Israel. Pelas características climáticas do Brasil, este
sistema é bem atraente e deverá ser bastante utilizado em breve.
Pode ser uma solução interessante, como um sistema autônomo de ar
condicionado ou até mesmo como complemento a um sistema clássico de ar
condicionado. Os sistemas existentes de arrefecimento solar ainda não são
competitivos, principalmente pelo elevado investimento necessário e ao baixo preço
da energia atualmente utilizada.
Utilizam a água como fluido refrigerante (inofensivo) e muito menos energia
do que os sistemas clássicos.
A utilização de energia solar para a climatização é um conceito atrativo, pois
as necessidades de climatização coincidem com a disponibilidade de radiação solar.
Os principais sistemas que utilizam a energia solar para produzir frio são os
sistemas fechados e os sistemas abertos.
Os sistemas fechados são Chillers térmicos que produzem água refrigerada,
por absorção ou por adsorção, para alimentação de unidades de tratamento de ar,
60
resfriamento e desumidificação, ou para uma rede de água refrigerada de
alimentação de sistemas descentralizados, ventilo-convectores.
Nos sistema abertos o ar é diretamente tratado, resfriado e desumidificado,
utilizando uma roda exsicante giratória. É uma combinação de arrefecimento
evaporativo com uma desumidificação, através de um material higroscópico, líquido
ou sólido.
Vantagens da climatização por energia solar:
consumo de energia elétrica até 20 vezes menor que os sistemas
clássicos;
os fluidos refrigerantes são inofensivos, água e soluções salinas;
não há o incômodo sonoro pela eliminação dos compressores.
Desvantagens da climatização por energia solar:
alto custo do investimento;
alto custo dos componentes (coletores solares, Chillers, etc.);
menor rendimento que os sistemas clássicos;
produção em pequena escala.
61
4
CONCLUSÕES
Definir um sistema genérico para modernização de sistemas de ar
condicionado é complicado e difícil, e pode ser tomada uma decisão errada quanto à
escolha do melhor sistema para sua aplicação.
É necessário avaliar corretamente o sistema a ser adotado e as alternativas
disponíveis para cada caso. Devem ser consideradas as novas legislações e normas
aplicáveis e calcular a carga térmica para a atual realidade e utilização dos espaços,
analisando, também, o melhor sistema energético que se adapta ao projeto. Deve-se
levar em conta que o partido adotado deverá permanecer por mais 30 anos.
Como primeiro passo, sempre que possível, deve-se tentar a redução da
carga térmica para a envoltória da edificação por meio de recursos arquitetônicos.
Nem sempre é possível.
A redução da carga térmica de edifícios já existentes pode ser aplicada
atacando-se os fatores que têm maior impacto nas necessidades de arrefecimento.
A definição do melhor sistema a ser usado dependerá da aplicação e das
necessidades específicas de cada prédio. Deverá ser feito um estudo, caso a caso,
com a utilização de softwares de dimensionamento, simulações e análises
energética e econômica. Deverá ser feita análise das características específicas do
sistema existente, do edifício e das necessidades do cliente.
A escolha da melhor alternativa a ser implantada deverá basear-se na melhor
relação custo/benefício para o cliente: melhoria do conforto térmico e do bem-estar
dos ocupantes, uso de equipamentos e sistemas eficientes e ambientalmente
corretos, redução dos custos de operação e de manutenção, e a que trouxer melhor
retorno para o cliente.
Não são necessárias medidas extremas para a modernização dos sistemas
de ar condicionado. Existem soluções intermediárias interessantes e com custos
62
razoáveis, com retorno rápido em decorrência da economia e da redução dos custos
resultantes, sem grandes mudanças de lay-out.
A simples troca do gás refrigerante pode garantir um ganho de eficiência e
economia energética, pode ser planejada, tem baixo custo, pode ser realizada em
etapas, reduz o consumo de energia, reduz custos operacionais, reduz custos de
manutenção, adequa-se à legislação e apresenta ganho ambiental.
A utilização de compressores mais eficientes, com motor scroll e tecnologia
inverter, a utilização de sistemas com VAV e VRV, a substituição de Chillers antigos
por novos microprocessados controlados eletronicamente, automatização dos
processos de gerência dos equipamentos, uso de termoacumulação, são algumas
das modernizações que podem ser aplicadas.
Normalmente, as principais soluções para a climatização de edifícios
comerciais ocupados são equipamentos mais eficientes e setorização de
temperatura por ambiente.
Há uma dificuldade inerente a qualquer sistema de climatização: a
impossibilidade de atender satisfatoriamente a 100% dos seus usuários. O
metabolismo das pessoas é diferente, variando principalmente em relação ao sexo.
No entanto, o objetivo de qualquer sistema é deixar o máximo de pessoas satisfeitas
e confortáveis. O que pode ser resolvido com sistemas que permitam o controle de
temperatura por zona (VAV). A base do seu funcionamento está em insuflar o ar na
exata necessidade de cada ambiente. Isto pressupõe automação. Uma sala de
reuniões, às vezes, está totalmente vazia. Noutras completamente ocupada ou com
poucas pessoas. Se a quantidade de ar insuflado for sempre constante, esta sala
estará sempre desconfortável, ou muito fria ou muito quente. Os sistemas de vazão
variável corrigem esta anomalia. Os sensores estrategicamente colocados
informarão a um damper que abrirá mais ou menos, de acordo com a carga térmica
a ser combatida.
Por sua vez, um variador de freqüência colocado na saída das unidades de
tratamento de ar, reconhecerá quando deverá diminuir ou aumentar a ação dos
63
ventiladores. Com isto, além de se garantir uma temperatura sempre agradável
nesta sala, impede-se, também, um funcionamento desnecessário dos ventiladores
contribuindo para a economia de energia do sistema.
O uso de energia solar em sistemas de ar condicionado já é uma prática
comum na Europa e em Israel. Pelas características climáticas do Brasil, este
sistema é bem atraente e deverá ser bastante utilizado, em breve. Mas atualmente
ainda não o é economicamente viável nem atraente.
Os grandes avanços tecnológicos colaboraram de maneira expressiva para a
evolução dos equipamentos para sistemas de ar condicionado. A implantação
desses equipamentos pode representar sensível melhora no desempenho e na
satisfação com o conforto térmico. A modernização é uma das ferramentas à
disposição dos administradores dos edifícios para torná-lo mais competitivo, tanto
pelo bem-estar e satisfação dos seus ocupantes quanto pelo aumento de sua
eficiência.
Cada tipo de sistema de condicionamento de ar tem o seu próprio nicho e
existem casos em que os benefícios de um são mais relevantes que os do outro e
vice-versa. Cabe ao projetista avaliar as características de cada sistema o propor ao
cliente a solução mais inteligente para o caso em particular. Assim como o VRF está
ganhando sua fatia do mercado, não podemos esperar que este tome conta de todo
o mercado de água gelada, rooftops, etc. O sistema VRF está se mostrando
eficiente em alguns edifícios comerciais, mas no caso de um centro cirúrgico, por
exemplo, a melhor solução ainda é são sistemas de água gelada.
Para trabalhos futuros, em continuidade a este estudo, sugere-se a pesquisa
de modernização e melhorias para as Torres de Arrefecimentos dos Sistemas de
Climatização. Perda de água, consumo elevado de água e energia, difícil
manutenção, troca de enchimentos, balanceamento das pás dos ventiladores, todos
estes itens precisam ser estudados e melhorados.
64
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67
ANEXO 1
PARÂMETROS DE CONFORTO TÉRMICO ABNT NBR 16401-2:2008
68
69
70
71
72
73
ANEXO 2 – PORTARIA 3.523/GM DE 28/08/1998
Site da ANVISA – Legislação – Portarias acesso em 24/06/2011
http://www.saude.mg.gov.br/atos_normativos/legislacao-sanitaria/estabelecimentos-desaude/qualidade-do-ar-interior/PORTARIA_3523.pdf
Portaria nº 3.523/GM, de 28 de agosto de 1998
O Ministro de Estado da Saúde, no uso das atribuições que lhe confere o
artigo 87, Parágrafo único, item II, da Constituição Federal e tendo em vista o
disposto nos artigos 6º, I, "a", "c", V, VII, IX, §1º, I e II, §3º, I a VI, da Lei n.º
8080, de 19 de setembro de 1990;
considerando a preocupação mundial com a Qualidade do Ar de Interiores
em ambientes climatizados e a ampla e crescente utilização de sistemas de
ar condicionado no país, em função das condições climáticas;
considerando a preocupação com a saúde, o bem-estar, o conforto, a
produtividade e o absenteísmo ao trabalho, dos ocupantes dos ambientes
climatizados e a sua inter-relação com a variável qualidade de vida;
considerando a qualidade do ar de interiores em ambientes climatizados e
sua correlação com a Síndrome dos Edifícios Doentes relativa à ocorrência
de agravos à saúde;
considerando que o projeto e a execução da instalação, inadequados, a
operação e a manutenção precárias dos sistemas de climatização,
favorecem a ocorrência e o agravamento de problemas de saúde;
considerando a necessidade de serem aprovados procedimentos que visem
minimizar o risco potencial à saúde dos ocupantes, em face da permanência
prolongada em ambientes climatizados, resolve:
Art. 1º Aprovar Regulamento Técnico contendo medidas básicas referentes
aos procedimentos de verificação visual do estado de limpeza, remoção de
sujidades por métodos físicos e manutenção do estado de integridade e
eficiência de todos os componentes dos sistemas de climatização, para
garantir a Qualidade do Ar de Interiores e prevenção de riscos à saúde dos
ocupantes de ambientes climatizados.
Art. 2º Determinar que serão objeto de Regulamento Técnico a ser elaborado
por este Ministério, medidas específicas referentes a padrões de qualidade
do ar em ambientes climatizados, no que diz respeito a definição de
parâmetros físicos e composição química do ar de interiores, a identificação
dos poluentes de natureza física, química e biológica, suas tolerâncias e
métodos de controle, bem como pré-requisitos de projetos de instalação e de
execução de sistemas de climatização.
Art. 3º As medidas aprovadas por este Regulamento Técnico aplicam-se aos
74
ambientes climatizados de uso coletivo já existentes e aqueles a serem
executados e, de forma complementar, aos regidos por normas e
regulamentos específicos.
Parágrafo Único. Para os ambientes climatizados com exigências de filtros
absolutos ou instalações especiais, tais como aquelas que atendem a
processos produtivos, instalações hospitalares e outros, aplicam-se as
normas e regulamentos específicos, sem prejuízo do disposto neste
Regulamento Técnico, no que couber.
Art. 4º Adotar para fins deste Regulamento Técnico as seguintes definições:
a. ambientes climatizados: ambientes submetidos ao processo de
climatização.
b. ar de renovação: ar externo que é introduzido no ambiente climatizado.
c. ar de retorno: ar que recircula no ambiente climatizado.
d. boa qualidade do ar interno: conjunto de propriedades físicas, químicas e
biológicas do ar que não apresentem agravos à saúde humana;
e. climatização: conjunto de processos empregados para se obter por meio
de equipamentos em recintos fechados, condições específicas de conforto e
boa qualidade do ar, adequadas ao bem estar dos ocupantes.
f. filtro absoluto: filtro de classe A1 até A3, conforme especificações do
Anexo II.
g. limpeza: procedimento de manutenção preventiva que consiste na
remoção de sujidades dos componentes do sistema de climatização, para
evitar a sua dispersão no ambiente interno.
h. manutenção – atividades técnicas e administrativas destinadas a preservar
as características de desempenho técnico dos componentes ou sistemas de
climatização, garantindo as condições previstas neste Regulamento Técnico.
i. Síndrome dos Edifícios Doentes: consiste no surgimento de sintomas que
são comuns à população em geral, mas que, numa situação temporal, pode
ser relacionado a um edifício em particular. Um incremento substancial na
prevalência dos níveis dos sintomas, antes relacionados, proporciona a
relação entre o edifício e seus ocupantes.
Art. 5º Todos os sistemas de climatização devem estar em condições
adequadas de limpeza, manutenção, operação e controle, observadas as
determinações, abaixo relacionadas, visando a prevenção de riscos à saúde
dos ocupantes:
a. manter limpos os componentes do sistema de climatização, tais como:
bandejas, serpentinas, umidificadores, ventiladores e dutos, de forma a evitar
75
a difusão ou multiplicação de agentes nocivos à saúde humana e manter a
boa qualidade do ar interno.
b. utilizar, na limpeza dos componentes do sistema de climatização, produtos
biodegradáveis devidamente registrados no Ministério da Saúde para esse
fim.
c. verificar periodicamente as condições físicas dos filtros e mantê-los em
condições de operação. Promover a sua substituição quando necessária.
d. restringir a utilização do compartimento onde está instalada a caixa de
mistura do ar de retorno e ar de renovação, ao uso exclusivo do sistema de
climatização. É proibido conter no mesmo compartimento materiais, produtos
ou utensílios.
e. preservar a captação de ar externo livre de possíveis fontes poluentes
externas que apresentem riscos à saúde humana e dotá-la no mínimo de
filtro classe G1(um), conforme as especificações do Anexo II.
f. garantir a adequada renovação do ar de interior dos ambientes
climatizados, ou seja no mínimo de 27 m3/h/pessoa.
g. descartar as sujidades sólidas, retiradas do sistema de climatização após
a limpeza, acondicionadas em sacos de material resistente e porosidade
adequada, para evitar o espalhamento de partículas inaláveis.
Art. 6º Os proprietários, locatários e prepostos, responsáveis por sistemas de
climatização com capacidade acima de 5 TR ( 15.000 kcal/h = 60.000
BTU/H), deverão manter um responsável técnico habilitado, com as
seguintes atribuições:
a. implantar e manter disponível no imóvel um Plano de Manutenção,
Operação e Controle – PMOC, adotado para o sistema de climatização. Este
Plano deve conter a identificação do estabelecimento que possui ambientes
climatizados, a descrição das atividades a serem desenvolvidas, a
periodicidade das mesmas, as recomendações a serem adotadas em
situações de falha do equipamento e de emergência, para garantia de
segurança do sistema de climatização e outras de interesse, conforme
especificações contidas no Anexo I deste Regulamento Técnico e NBR
13971/97 da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT.
b. garantir a aplicação do PMOC por intermédio da execução contínua direta
ou indireta deste serviço.
c. manter disponível o registro da execução dos procedimentos
estabelecidos no PMOC.
d. divulgar os procedimentos e resultados das atividades de manutenção,
operação e controle aos ocupantes.
76
Parágrafo Único. O PMOC deverá ser implantado no prazo máximo de 180
dias, a partir da vigência deste Regulamento Técnico.
Art. 7º O PMOC do sistema de climatização deve estar coerente com a
legislação de Segurança e Medicina do Trabalho. Os procedimentos de
manutenção, operação e controle dos sistemas de climatização e limpeza
dos ambientes climatizados, não devem trazer riscos a saúde dos
trabalhadores que os executam, nem aos ocupantes dos ambientes
climatizados.
Art. 8º Os órgãos competentes de Vigilância Sanitária farão cumprir este
Regulamento Técnico, mediante a realização de inspeções e de outras
ações pertinentes, com o apoio de órgãos governamentais, organismos
representativos da comunidade e ocupantes dos ambientes climatizados.
Art. 9º O não cumprimento deste Regulamento Técnico configura infração
sanitária, sujeitando o proprietário ou locatário do imóvel ou preposto, bem
como o responsável técnico, quando exigido, às penalidades previstas na Lei
n.º 6.437, de 20 de agosto de 1977, sem prejuízo de outras penalidades
previstas em legislação específica.
Art. 10º Este Regulamento Técnico entra em vigor na data da sua
publicação, revogadas as disposições em contrário.
JOSÉ SERRA
77
ANEXO I
PLANO DE MANUTENÇÃO, OPERAÇÃO E CONTROLE – PMOC.
1 - Identificação do Ambiente ou Conjunto de Ambientes:
Nome (Edifício/Entidade)
Endereço completo
N.º
Complemento Bairro
Cidade
Telefone:
Fax:
2 - Identificação do
Proprietário,
UF
Locatário ou
Nome/Razão Social
CIC/CGC
Endereço completo
Tel./Fax/Endereço
Eletrônico
Preposto:
3 - Identificação do Responsável Técnico:
Nome/Razão Social
CIC/CGC
Endereço completo
Tel./Fax/Endereço
Eletrônico
Registro no Conselho de
Classe
ART*
* ART = Anotação de Responsabilidade Técnica
4 – Relação dos Ambientes Climatizados:
Tipo de
Atividade
N.º de
Ocupantes
Identificação do
Área
Carga
Ambiente ou Conjunto de Climatizada
Térmica
Ambientes
Total
Fixos Flutuantes
NOTA: anexar Projeto de Instalação do sistema de climatização.
78
5 - Plano de Manutenção e Controle
Descrição da atividade
Periodicidade Data de Executado Aprovado
execução
por
por
a) Condicionador de Ar (do tipo "expansão direta" e "água gelada")
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão no
gabinete, na moldura da
serpentina e na bandeja;
limpar as serpentinas e
bandejas
verificar a operação dos
controles de vazão;
verificar a operação de
drenagem de água da
bandeja;
verificar o estado de
conservação do isolamento
termo-acústico ;
verificar a vedação dos
painéis de fechamento do
gabinete;
Descrição da atividade
verificar a tensão das
correias para evitar o
escorregamento;
lavar as bandejas e
serpentinas com remoção
do biofilme (lodo), sem o
uso de produtos
desengraxantes e
corrosivos;
limpar o gabinete do
condicionador e
ventiladores (carcaça e
rotor).
verificar os filtros de ar:
filtros de ar (secos)
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
medir o diferencial de
pressão;
Periodicidade Data de Executado Aprovado
execução
por
por
79
verificar e eliminar as
frestas dos filtros;
limpar (quando recuperável)
ou substituir (quando
descartável) o elemento
filtrante.
filtros de ar (embebidos em óleo)
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
medir o diferencial de
pressão;
verificar e eliminar as
frestas dos filtros;
lavar o filtro com produto
desengraxante e inodoro;
pulverizar com óleo
(inodoro) e escorrer,
mantendo uma fina película
de óleo.
b) Condicionador de Ar (do tipo "com condensador remoto" e "janela")
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão no
gabinete, na moldura da
serpentina e na bandeja;
verificar a operação de
drenagem de água da
bandeja;
verificar o estado de
conservação do isolamento
termo- acústico (se está
preservado e se não
contém bolor);
verificar a vedação dos
painéis de fechamento do
gabinete;
lavar as bandejas e
serpentinas com remoção
do biofilme (lodo), sem o
uso de produtos
desengraxantes e
corrosivos;
limpar o gabinete do
condicionador.
80
verificar os filtros de ar:
filtros de ar
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
verificar e eliminar as
frestas dos filtros;
limpar o elemento filtrante.
c) Ventiladores
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
verificar a fixação;
verificar o ruído dos
mancais;
Lubrificar os mancais;
verificar a tensão das
correias para evitar o
escorregamento;
verificar vazamentos nas
ligações flexíveis;
verificar a operação dos
amortecedores de vibração;
Descrição da atividade
Periodicidade Data de Executado Aprovado
execução
por
por
verificar a instalação dos
protetores de polias e
correias;
verificar a operação dos
controles de vazão;
verificar a drenagem de
água;
limpar interna e
externamente a carcaça e o
rotor.
d) Casa de Máquinas do Condicionador de Ar
verificar e eliminar sujeira e
água;
verificar e eliminar corpos
estranhos;
verificar e eliminar as
obstruções no retorno e
81
tomada de ar externo;
aquecedores de ar
verificar e eliminar sujeira,
dano e corrosão;
verificar o funcionamento
dos dispositivos de
segurança;
limpar a face de passagem
do fluxo de ar .
umidificador de ar com tubo difusor(ver obs.1)
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
verificar a operação da
válvula de controle;
ajustar a gaxeta da haste
da válvula de controle;
purgar a água do sistema;
verificar o tapamento da
caixa d’água de reposição;
verificar o funcionamento
dos dispositivos de
segurança;
verificar o estado das linhas
de distribuição de vapor e
de condensado;
tomada de ar externo(ver obs.2)
verificar e eliminar sujeira,
danos, e corrosão;
verificar a fixação;
medir o diferencial de
pressão;
medir a vazão;
verificar e eliminar as
frestas dos filtros;
verificar o acionamento
mecânico do registro de ar (
"damper");
Limpar (quando
recuperável) ou substituir
82
(quando descartável) o
elemento filtrante;
registro de ar ("damper") de retorno(ver obs.2)
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
verificar o seu acionamento
mecânico;
medir a vazão;
registro de ar ("damper") corta fogo (quando houver)
verificar o certificado de
teste;
verificar e eliminar sujeira
nos elementos de
fechamento, trava e
reabertura;
verificar o funcionamento
dos elementos de
fechamento, trava e
reabertura;
verificar o posicionamento
do indicador de
condição(aberto ou
fechado);
registro de ar ("damper") de gravidade (venezianas automáticas)
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
Descrição da atividade
Periodicidade Data de Executado Aprovado
execução
por
por
verificar o acionamento
mecânico;
Lubrificar os mancais;
Observações:
1. Não é recomendado o uso de umidificador de ar por aspersão que possui
bacia de água no interior do duto de insuflamento ou no gabinete do
condicionador.
2. É necessária a existência de registro de ar no retorno e tomada de ar
externo, para garantir a correta vazão de ar no sistema.
e) Dutos, Acessórios e Caixa Pleno para o Ar
83
verificar e eliminar sujeira
(interna e externa), danos e
corrosão;
verificar a vedação das
portas de inspeção em
operação normal;
verificar e eliminar danos no
isolamento térmico;
verificar a vedação das
conexões.
bocas de ar para insuflamento e retorno do ar
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
verificar a fixação;
medir a vazão;
dispositivos de bloqueio e balanceamento.
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
verificar o funcionamento;
f) Ambientes Climatizados
verificar e eliminar sujeira,
odores desagradáveis,
fontes de ruídos,
infiltrações, armazenagem
de produtos químicos,
fontes de radiação de calor
excessivo, e fontes de
geração de
microorganismos;
g) Torre de Resfriamento
verificar e eliminar sujeira,
danos e corrosão;
Notas:
1) As práticas de manutenção acima devem ser aplicadas em conjunto com
as recomendações de manutenção mecânica da NBR 13.971 - Sistemas de
Refrigeração, Condicionamento de Ar e Ventilação - Manutenção
Programada da ABNT, assim como aos edifícios da Administração Pública
Federal o disposto no capítulo Práticas de Manutenção, Anexo 3, itens 2.6.3
e 2.6.4 da Portaria n.º 2296/97, de 23 de julho de 1997, Práticas de Projeto,
Construção e Manutenção dos Edifícios Públicos Federais, do Ministério da
Administração Federal e Reforma do Estado – MARE. O somatório das
84
práticas de manutenção para garantia do ar e manutenção programada
visando o bom funcionamento e desempenho térmico dos sistemas,
permitirá o correto controle dos ajustes das variáveis de manutenção e
controle dos poluentes dos ambientes.
2) Todos os produtos utilizados na limpeza dos componentes dos sistemas
de climatização, devem ser biodegradáveis e estarem devidamente
registrados no Ministério da Saúde para esse fim.
3) Toda verificação deve ser seguida dos procedimentos necessários para o
funcionamento correto do sistema de climatização.
6 – Recomendações aos usuários em situações de falha do equipamento e
outras de emergência:
Descrição:
ANEXO II
Classificação de filtros de ar para utilização em ambientes climatizados,
conforme
recomendação normativa 004-1995 da SBCC
Classe de
filtroGrossos
Finos
Absolutos
G0
30-59
G1
60-74
G2
75-84
G3
85 e acima
F1
40-69
F2
70-89
F3
90 e acima
A1
85-94,9
A2
95-99,96
A3
99,97 e acima
85
Notas:
1. métodos de ensaio:
Classe G: Teste gravimétrico, conforme ASHRAE* 52.1 –
1992(arrestance)
Classe F: Teste colorimétrico, conforme ASHRAE 52.1 – 1992 (dust
spot)
Classe A: Teste fotométrico DOP TEST, conforme U.S. Militar
Standart 282
*ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating, and Air
Conditioning Engineers, Inc.
2. Para classificação das áreas de contaminação controlada, referir-se a
NBR 13700 de junho de 1996, baseada na US Federal Standart 209E
de 1992.
3. SBCC – Sociedade Brasileira de Controle da Contaminação
86
ANEXO 3 – 7º CONGRESSO BRASILEIRO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
87
88
89
90
91
92
93
ANEXO 4 – RETROFIT DO EMPIRE STATE BUILDING – NEW YORK
Desde a sua conclusão em 1931, o Empire State Building tem sido o edifício de escritórios mais
famoso do mundo. Com 102 andares no meio de Nova York, nosso arranha-céus art deco
sempre foi conhecido pela sua liderança e inovação. O Empire State Building é o ícone
arquitetônico favorito dos Estados Unidos e o maior marco único de Nova York. Agora, oito
décadas depois de sua conclusão, uma equipe formada pela Clinton Climate Initiative, a Johnson
Controls, a Jones Lang LaSalle e o Rocky Mountain Institute se uniu à Empire State Building
Company para transformar nosso edifício em um ícone moderno de eficiência energética e
sustentabilidade, com o qual o mundo pode aprender. Bem-vindo ao Empire State Building.
Esperamos que você aprecie a sua visita e que aprenda com ela
94
Consumo de energia e o ambiente construído:
Você sabia que o ambiente construído consome 80% de toda a energia usada em Nova
York? O ambiente construído é responsável por 80% das emissões de CO2 da cidade. O Empire
State Building sozinho consome em uma hora energia suficiente para manter uma lâmpada
média acesa durante 100 anos. Em todo o mundo, os edifícios são responsáveis por mais
de 70% da energia usada em nossas cidades. À medida que a nossa população cresce,
também cresce nossa sede de energia. Não basta construir novos edifícios para serem mais
eficientes. 90% de todos os edifícios que estarão aqui em 2035 já estão aqui hoje. Precisamos
implementar a eficiência no consumo de energia no ambiente construído atual, e
precisamos fazer isso agora mesmo.
A reforma de sustentabilidade do Empire State Building
Com a ajuda da nossa equipe de líderes globais, o Empire State Building está passando por uma
reforma de sustentabilidade sem precedentes, em todo o edifício.
Reduzir nosso consumo de watts e de BTUs em pelo menos 38,4%
Cortar nossa pegada de carbono em 105.000 toneladas métricas ao longo dos próximos
15 anos
O equivalente a retirar mais de 20.000 carros da estrada
A maior barreira que impede que os proprietários de edifícios tornem seus edifícios mais
eficientes é a falta de definição dos custos e dos retornos a serem obtidos com os investimentos
em reformas de eficiência energética. A equipe do Empire State Building desenvolveu um
processo replicável, transparente, não proprietário e aberto que prova que a sustentabilidade é
uma decisão de negócio inteligente. O Empire State Building investiu milhões de dólares para se
tornar mais eficiente no consumo de energia, mas os aprimoramentos vão gerar para o edifício
uma economia de 4,4 milhões de dólares anuais em custos de energia, o que significa que os
investimentos se pagarão em apenas 3 anos!
O Problema com os edifícios
Edifícios 80%
Consumo de Energia e o Ambiente Construído
Os edifícios são responsáveis por cerca de 80% do consumo de energia de Nova York. Essa
energia é geralmente produzida com a queima de combustíveis fósseis e, como resultado, os
edifícios são responsáveis por 80% das emissões de CO2 da cidade.
95
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Um presente para o mundo
A equipe do Empire State Building levou mais de 2 anos desenvolvendo um plano de
Reforma que servirá como modelo para outros edifícios em todo o mundo , dando a eles
um guia comprovado de como se tornar mais eficientes no consumo de energia sem perder
dinheiro nem sacrificar o conforto. Você está agora vendo um exemplo atual sobre como a
prática pode ajudar a informar as decisões políticas e empresariais.
Explore este site para saber mais sobre o que está acontecendo no Empire State Building e
como a equipe está pavimentando a estrada para que outros edifícios em todo o mundo sigam
nossos passos. Veja por si mesmo – venha nos visitar e veja nossa Mostra de sustentabilidade
multimilionária no segundo andar quando fizer uma visita aos nossos observatórios.
96
Etapa 1: Transformando o Empire State Building
Geralmente, quando grandes edifícios passam por reformas, eles empregam o processo de
"silo": eles escolhem um ou dois sistemas nos quais investir para obter a eficiência energética. O
Empire State Building mostra as maiores vantagens de fazer alterações integradas envolvendo
vários sistemas do edifício. Planejando e seguindo as etapas certas na ordem certa para fazer
atualizações individuais que interagem com outras, nós criamos um maior resultado geral.
As etapas certas na ordem certa: Por que atualizar os sistemas de aquecimento e refrigeração
antes de tratar das janelas e paredes ineficientes que deixam que o aquecimento ou a
refrigeração escapem para o exterior do edifício? Como exemplo, melhoramos drasticamente a
eficiência do exterior do edifício reformando as janelas existentes e instalando isolamento, o que
nos permitiu obter economias ainda maiores em outras áreas.
Como parte de nosso programa Empire State ReBuilding, de 550 milhões de dólares, os 4
resfriadores elétricos do edifício deveriam ser substituídos por unidades maiores. Como
resultado das melhorias que fizemos nas janelas e paredes, reduzimos drasticamente a
demanda geral de aquecimento e refrigeração do edifício, significando que pudemos reformar
os resfriadores existentes em vez de substituí-los por novos, economizando mais de 17
milhões de dólares! Além disso, fizemos todo o trabalho no local, criando empregos
verdes locais.
POR QUE É IMPORTANTE REFORMAR
90% dos edifícios existentes ainda estarão aqui daqui a 25 anos. Derrubá-los e começar de novo
não é uma opção: isso criaria uma montanha de entulho e destruiria ícones arquitetônicos e
históricos.
Vantagens da reforma
Reutiliza materiais em vez de mandar para um aterro sanitário
Economiza dinheiro deixando de substituir sistemas existentes que ainda têm vida
Reduz as emissões de carbono deixando de fabricar e transportar novos materiais
97
Reforma das janelas
Energia e dinheiro estavam literalmente voando pelas janelas de painel duplo do Empire State
Building: o calor estava vazando pelas janelas no inverno (e o ar frio no verão). Substituir as
janelas seria extremamente caro e criaria uma montanha de entulho.
A equipe do Empire State Building desenvolveu um programa para reformar cada uma das
6.514 janelas em um centro de processamento personalizado local, reutilizando mais de
96% do vidro das janelas existentes e tornando as janelas até 4 vezes mais eficientes na
manutenção do aquecimento e do ar condicionado.
Processo de reforma
As janelas são levadas para o Centro de Processamento no quinto andar, economizando
dinheiro e reduzindo as emissões de carbono por deixar de transportá-las para um local
externo. Elas são desmontadas e limpas em um processo de 3 etapas, para garantir que poeira
ou detritos não fiquem selados dentro da janela.
É inserido um espaçador e uma camada de filme reflexivo de calor é instalado entre os painéis
de vidro.
98
As janelas são preenchidas com uma mistura de gases isolante: a taxa exata dos gases criptônio
e argônio varia, dependendo de onde as janelas estão no edifício e de seu nível de exposição ao
sol.
A equipe de trabalho processa entre 50 e 75 janelas por dia, assim o trabalho nos espaços dos
locatários é literalmente feito da noite para o dia, sem interrupções nem detritos de construção.
A reforma torna as janelas até 4 vezes mais eficientes, fazendo com que funcionem quase que
como uma janela de três painéis a uma fração do preço (aumento do fator r de 2 a 8), e
aumentará 25 anos em sua vida útil.
99
Barreiras isoladas de radiação
Abaixo de cada uma das 6.514 janelas está um dos 6.514 radiadores. Como praticamente todos
os edifícios com aquecimento/refrigeração de perímetro, nunca foi especificado nem instalado
isolamento entre os radiadores e as paredes de alvenaria por trás deles. Quando os radiadores
estavam ligados, muito do aquecimento que eles geravam estava literalmente aquecendo o
exterior do edifício.
Nem todas as soluções de eficiência energética são de alta tecnologia. Nós removemos
cada radiador e instalamos uma barreira isolante barata que reflete 24% mais calor de volta para
o edifício. Não apenas o calor é refletido para os espaços ocupados, como também no verão o ar
condicionado não escapa pelas paredes de alvenaria, reduzindo a carga de refrigeração.
Além disso, cada radiador é conectado a um sistema de controle digital para garantir que o
consumo de vapor seja apelas o necessário, permitindo que monitoremos o desempenho e o
funcionamento de cada equipamento.
Um enorme sistema circulatório de tubos, válvulas, dutos e fios.
100
Etapa 2: Um edifício mais inteligente, um edifício mais eficiente
Melhorar a eficiência do exterior do edifício (Etapa 1) reduziu nossa necessidade de sistemas de
aquecimento, ventilação e refrigeração. Em seguida, buscamos no interior do edifício
oportunidades
para
torná-lo
mais
eficiente.
Um
enorme
sistema
circulatório
de
tubos,válvulas, dutos e fios funciona para fornecer aquecimento, luz, ar e ar refrigerado
para os ocupantes e visitantes. Em muitos edifícios, esses sistemas têm um defeito em
comum: eles são ligados ou desligados, sem nenhuma maneira de ajustar a saída, o que
desperdiça energia e cria pontos quentes ou frios.
Você não dirigiria um carro que só andasse à velocidade máxima ou ficasse parado. Você
precisa de um acelerador e de um velocímetro – uma maneira de ajustar e monitorar a
velocidade do carro. A Etapa 1 está atualizando o equipamento que pode operas a velocidades
variáveis e a Etapa 2 está fornecendo um mecanismo para monitorar e controlar essa
velocidade.
comum: eles são ligados ou desligados, sem nenhuma maneira de ajustar a saída, o que
desperdiça energia e cria pontos quentes ou frios.
Você não dirigiria um carro que só andasse à velocidade máxima ou ficasse parado. Você
precisa de um acelerador e de um velocímetro – uma maneira de ajustar e monitorar a
velocidade do carro. A Etapa 1 está atualizando o equipamento que pode operas a velocidades
variáveis e a Etapa 2 está fornecendo um mecanismo para monitorar e controlar essa
velocidade.
101
Instalação de resfriamento
A instalação de resfriamento é a unidade de condicionamento de ar do edifício. Quatro enormes
resfriadores resfriam milhares de litros de água. A água é canalizada através do edifício para
unidades de ventilação que forçam o ar a passar pela água resfriada para refrigerar o edifício.
A reforma dos resfriadores envolveu a instalação de novos acionadores de velocidade variável e
controles aprimorados (nosso "acelerador" e nosso "velocímetro"), permitindo que eles ajustem
continuamente sua saída para atender à necessidade do edifício sem necessidade de funcionar
desnecessariamente. O resultado é uma redução de 5% no consumo total de energia do edifício.
Insufladores de ar
Os insufladores em todos os andares ciclam o ar fresco, refrigerando e ventilando o edifício.
Partes diferentes do edifício têm necessidades diferentes de aquecimento e refrigeração:
alguns lados recebem mais sol do que outros e os andares superiores estão expostos ao ar
mais frio e a ventos mais fortes. As unidades antigas, como os resfriadores, podiam apenas ser
ligadas ou desligadas, o que resultava em desperdício de energia. As novas unidades usam a
tecnologia de Volume de Ar Variável (VAV) para regular constantemente sua saída para
atender à demanda de refrigeração e ventilação de diferentes espaços no edifício, de acordo
com o que for sentido pela rede de controle central do edifício. A tecnologia VAV é outro
"acelerador", permitindo que as unidades operem apenas quando necessário.
102
Os insufladores em todos os andares ciclam o ar
fresco, refrigerando e ventilando o edifício.
Rede de controle wireless
Agora que temos os equipamentos certos instalados, precisamos de uma maneira de monitorar e
controlar esses sistemas, não podemos ter um exército de técnicos andando por aí acionando
controles. Como parte da reforma, o Empire State Building investiu na maior rede wireless jamais
instalada em um edifício. Todos os insufladores, resfriadores, radiadores, válvulas e venezianas
foram equipados com sensores que nos permitem monitorar e controlar todos os equipamentos
no edifício em tempo real. Se o canto de um escritório está frio demais, isso não significa que
todos os radiadores no escritório precisam ser ligados ou que todas as áreas precisam ter a
refrigeração reduzida.
A enorme rede é um cérebro para os sistemas do edifício, fazendo com que todos eles
façam seus trabalhos com eficiência e nos ajudando a encontrar novas maneiras de economizar
dinheiro e recursos. A rede trata da principal reclamação dos trabalhadores de escritórios em
todo o mundo: "Estou com muito calor/Estou com muito frio."
103
Etapa 3: Multiplicando o poder da mudança
Nós reduzimos o consumo de energia tornando o exterior do edifício mais eficiente (Etapa 1).
melhoramos os sistemas do edifício, de forma que eles sejam mais inteligentes sobre como
usam e distribuem a energia (Etapa 2). A etapa final para tornar o Empire State Building um
exemplo de eficiência energética é envolver as pessoas dentro dele – mais de 20.000 pessoas
trabalham aqui todos os dias e mais de 3,5 milhões de pessoas o visitam todos os anos.
Transformar a forma como consumimos energia não significa apenas que outros edifícios
precisam seguir esse modelo, precisamos que as pessoas em todo o mundo reconheçam que
podem ter eficiência sem fazer concessões e que eles podem contribuir para esse esforço de
eficiência mais amplo.
A Skanska, nosso ocupante do 32oandar conseguirá mais de 20.000 dólares de economia anual
de energia com seu novo espaço com maior eficiência energética. Muitas dessas ideias podem
ser aplicadas até mesmo em pequenas residências ou apartamentos, economizando dinheiro e
melhorando sua qualidade de vida. Precisamos que você divulgue e ajude a multiplicar a
mudança.
Iluminação e tomadas eficientes
Lâmpadas fluorescentes compactas consomem apenas 25% da energia consumida por
lâmpadas incandescentes tradicionais e duram 15 vezes mais. O Empire State Building está
incentivando todos os ocupantes a usar essas lâmpadas mais eficientes.
Substituir
por
lâmpada
incandescente
lâmpada
fluorescente
104
Se você substituir uma lâmpada incandescente típica (60 Watt) em sua casa por uma lâmpada
incandescente compacta, pode economizar 15 dólares por ano.
Se cada um de nossos 3,5 milhões de visitantes substituísse uma lâmpada, poderíamos
economizar 53 milhões de dólares por ano.
Se cada uma das 100 milhões de famílias americanas substituíssem apenas uma lâmpada,
economizaríamos energia suficiente para iluminar uma cidade de mais de 1,5 milhão de
habitantes durante um ano.
105
Iluminação diurna
Como a maioria dos edifícios do seu tempo, o Empire State Building foi projetado para maximizar
a iluminação natural. A luz do sol entra por mais de 6.514 janelas enormes, fornecendo uma
fonte de luz abundante durante a maior parte do dia e criando oportunidades para a economia de
energia e de dinheiro.
Luzes específicas para tarefas em vez de luzes no teto: Luzes "específicas para a tarefa"
podem ser ligadas e desligadas quando necessário, o que significa que o escritório inteiro não
precisa ser iluminado com luzes elétricas durante todo o tempo.
Layouts de escritório: Muitos escritórios instalam paredes para subdividir o espaço, muitas
vezes bloqueando o acesso às janelas com paredes internas. Isso significa que os espaços
internos precisam depender da luz elétrica. Abrindo os layouts dos escritórios, podemos tirar
mais vantagem da luz do sol.
Desligando as luzes: Muitos de nós se esquecem de desligar as luzes, mesmo quando não
precisamos delas. Estamos incentivando os ocupantes a instalar sensores de luz capazes de
sentir o nível de iluminação do ambiente e de desligar ou reduzir a luz quando ela não for
necessária.
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Gestão de energia dos ocupantes
Tradicionalmente, os ocupantes tinham muito pouco controle sobre como a energia era alocada
em seus escritórios. O Empire State Building quis colocar o controle nas mãos dos
ocupantes.
Estamos dando aos ocupantes um sistema de controle baseado na web que permite que eles
monitorem a forma como a energia está sendo usada em seus espaços. Um painel online dá a
eles transparência em seu consumo de energia e os ajuda a analisar os dados para encontrar
maneiras de serem mais eficientes.
Finalmente, todos os escritórios novos com área superior a 230 metros quadrados têm medidor
individual, para que os ocupantes possam economizar dinheiro com suas próprias ações. Todos
podem ter um papel mais ativo na gestão de seu próprio consumo de energia. Descubra quando
está usando mais energia e busque maneiras de evitar o uso das luzes ou dos sistemas de
controle de temperatura quando não forem necessários.
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Nossa equipe, nossa visão
A visão deste projeto vai além de apenas reformar o Empire State Building. Todos sabemos que
nosso modelo de energia precisa ser mudado. Precisamos encontrar fontes alternativas de
energia para que possamos parar de consumir combustíveis fósseis e parar de nos envolver em
conflitos em torno deles.
Você sabia que a eficiência energética é três ou quatro vezes mais barata por watt do que
as fontes alternativas... que a eficiência energética é, de fato, a fonte mais barata de
energia alternativa que temos? Os edifícios consomem mais de 50% da energia do mundo.
Torná-los mais eficientes terá um impacto maior do que qualquer fonte de energia alternativa.
Investir em economia de energia não apenas cria empregos, mas também economiza dinheiro
com o tempo, permitindo mais competitividade, produtividade e, em última instância,
lucratividade.
A visão da equipe de projeto da Clinton Climate Initiative, da Johnson Controls, da Jones Lang
LaSalle e do Rocky Mountain Institute foi definir um exemplo que o mundo pudesse seguir, criar
um caso de estudo que prova que as reformas de eficiência, quando feitas corretamente,
podem e vão economizar dinheiro. Como disse o principal executivo da Empire State Building
Company, Anthony Malkin: "Se tivermos sucesso apenas no Empire State Building, teremos
falhado."
Olhando para o edifício como um todo, pudemos multiplicar a economia que poderíamos ter
obtido com mudanças incrementais. Este projeto está provando que a sustentabilidade não
precisa ser uma concessão : estamos reduzindo nossos custos de energia em pelo menos
38,4%, e isso significa que pagaremos nosso investimento em apenas 3 anos. Nosso processo
já está sendo usado em diversos edifícios grandes, para atingir os mesmos resultados
excepcionais.
O edifício
O Empire State Building está liderando o movimento por edifícios eficientes no consumo de
energia. Estamos provando que as reformas de sustentabilidade são investimentos inteligentes e
criando um modelo para que outros sigam os nossos passos.
20.000
carros fora da
estrada
Este projeto reduzirá a pegada de carbono do Empire State Building em 105.000 toneladas ao
longo dos próximos 15 anos, o equivalente a retirar mais de 20.000 carros da estrada.
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A cidade
Mais de 90% dos edifícios de Nova York ainda estarão aqui daqui a 25 anos. Os combustíveis
fósseis estão escasseando e nossa população continua a aumentar. Precisamos mudar
radicalmente a maneira como consumimos energia.
43 milhões
de barris de óleo
economizados
80% de toda a energia consumida em Nova York é consumida por edifícios. 20% desses
edifícios consomem 80% dessa energia. Se apenas os 20% maiores edifícios de Nova York se
tornassem 38,4% mais eficientes no consumo de energia, nós reduziríamos nosso consumo
total de energia em Nova York em cerca de 25%!
O mundo
O meio ambiente não é um lugar que visitamos, é onde nós vivemos e trabalhamos. Trata-se de
reduzir o impacto do crescimento econômico e de criar a oportunidade de crescer com menor
impacto no mundo.
3,25 bilhões
de hectares de árvores
3.250.000.000 hectares de árvores: Se todos os países do mundo se tornassem 10% mais
eficientes no consumo de energia, cortaríamos nossas emissões de CO2 em 3 bilhões de
toneladas – mais carbono do que poderia ser filtrado em um ano por uma floresta com três
vezes o tamanho dos Estados Unidos.
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