Uma vez finalizado este curso, você poderá:

• Reconhecer os benefícios de um sistema de automação predial

• Identificar medidas para a conservação da energia comuns para

• Iluminação

• Sistemas HVAC

• Caldeiras e aquecedores de água

• Manutenção

É possível configurar um sistema de automação predial, também chamado de BAS, para automatizar um edifício que seje mais eficiente para os gerentes da instalação e mais eficaz para os ocupantes. Um sistema de gerenciamento de energia é um subconjunto do sistema BAS, já que embora funcione como um sistema de automação predial também é focado em automatizar o edifício para funcionar com a maior eficiência energética possível. As medidas para a conservação da energia implementadaspermitem economizar na fatura de energia elétrica sem comprometer o conforto nem a segurança dos ocupantes do edifício. Também otimiza a qualidade do ar em espaços fechados, o controle da temperatura e da iluminação.

Como analisamos na primeira parte do curso, o Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentável (WBCSD) informa que "atualmente os edifícios representam 40 porcento do consumo de energia nos países desenvolvidos". Mediante o uso de modelos, o WBCSD demonstra que é possível reduzir a utilização de energia em edifícios em 60% até 2050. Para isso, sugerem o seguinte.

Primeiro, fortalecer os códigos de edificação e as políticas sobre o uso de etiquetas de energia para alcançar maior transparência. Segundo, fomentar os enfoques de projeto integrados e as inovações. E terceiro, desenvolver e utilizar tecnologia avançada que possibilite a economia de energia.

É um erro muito frequente pensar que as medidas para a conservação da energia não irão gerar economia significativa numedifício que já possui um sistema de automação predial. No entanto, o fato de um edifício contar com um sistema de

automação predial não garante que ele esteja funcionando eficientemente.

Na primeira parte deste curso analisamos o que é um sistema de automação predial, parte da terminologia utilizada e também algumas estratégias de HVAC usadas. Neste curso enfocaremos as medidas para a conservação da energia que podem ser utilizadas com estes sistemas.

A melhor maneira de economizar energia é desligar os equipamentos que não são necessários. O cronograma semanal para um sistema de automação predial é o cronograma dia por dia habitual. Cada dia constitui uma unidade e é possível programar todo tipo de intervalos de tempo para que um equipamento ligue ou desligue. Os cronogramas para dias feriados são exceções que anularão o cronograma semanal. O cronograma semanal é o mesmo para cada semana do ano. Durante um dia feriado, como por exemplo o dia de Ano Novo, é possível que um edifício não tenha ocupantes. Portanto, o cronograma para dias feriados desativará os equipamentos durante esses dias.

Os eventos especiais são também outra série de exceções que anulam tanto os cronogramas para dias feriados como os cronogramas semanais É possível que o cronograma para dias feriados tenha sido configurado para que os equipamentos de refrigeração sejam desativados quando o edifício estiver desocupado. No entanto, se esse dia tivesse um desfile e o edifício fosse estar ocupado durante um certo período, seria possível programar um evento especial que anulasse o cronograma para dias feriados durante o tempo em que os ocupantes estivessem no edifício. Em geral, a programação é realizada zonapor zona e não para todo o edifício. Portanto, em ocasiões especiais ou até para acontecimentos normais, é possível programar que os equipamentos liguem ou desliguem em função dos lugares que serão ocupados pelos ocupantes do edifício.

A energia utilizada para a iluminação varia de acordo com o país, o tipo de estabelecimento e, é claro, o tipo de iluminação. Mas para passar uma ideia da importância deste assunto, a iluminação representa aproximadamente 35% do consumo

elétrico dos edifícios comerciais, de acordo com um estudo realizado pelo governo dos Estados Unidos. Equivale a aproximadamente 14% do total do consumo de energia dos Estados Unidos.

A tecnologia para iluminação avança de maneira contínua, aspectoque permite alcançar uma maior eficiência.

Alguns importantes itens para serem considerados. As aulas sobreiluminação da Energy University descrevem uma variedade de métodos para fazer com que a iluminação seja mais eficiente, ao proporcionar o nível de iluminação adequado e o método apropriado. Os sistemas de automação predial ajudam a alcançar um controle eficiente por meio do controle programado.

Além do controle programado de iluminação, o sistema de automação predial pode controlar outras medidas para eficiência de energia ativas, como por exemplo o aproveitamento da luz do dia. Neste processo são utilizados sensores fotoelétricos para detectar os níveis de luz natural que entra através das janelas e das claraboias, e são atenuadas as luzes a fim de garantir queo ambiente não esteja iluminado em excesso. Os sensores de ocupação desligam as luzes quando não há movimento durante um período determinado. Pode se tratar de sensores autônomos que controlam as luzes de maneira direta, ou podem estar integrados ao sistema de automação predial.

Ainda que desligar os equipamentos por completo seja a melhor medida para economizar energia, nem sempre resulta uma opção viável. Por exemplo, desligar todos os equipamentos durante a noite poderia causar danos nos equipamentos e efeitos não desejados no edifício, tais como umidade e defasagem de temperatura pela manhã. Para evitar estes efeitos não desejados,muitos gerentes de edifício mantêm os equipamentos em funcionamento durante toda a noite. Mas deixar os equipamentos em funcionamento não é uma alternativa rentável. A MCE que consiste na ativação/redução do fornecimento de ar resolve este problema ao permitir simultaneamente economizar energia e mantera temperatura adequada para as condições atuais do edifício.

Em geral, o intervalo de conforto humano está entre 72°-75°F/22°-24°C.

No entanto, o edifício possui um intervalo operativo muito mais amplo, geralmente entre 55°-85° F/13°-29° C. Este intervalo varia de edifício para edifício segundo a função para a qual o edifício foi projetado e o tipo de equipamentos que alberga. A ativação do fornecimento de ar é relacionada com a temperatura máxima permitida num edifício desocupado e a redução do fornecimento de ar é associada à temperatura mínima permitida num edifício desocupado. Numa noite fria em que o edifício estiver desocupado, é possível utilizar a função redução de fornecimento de ar. É possível permitir que o edifício não receba calor enquanto as temperaturas se mantiverem acima dos 55° F/13°C.

O edifício terá um cronograma de recuperação de calor que permitirá que a temperatura do edifício alcance novamente, por exemplo, 72° F/22° C aproximadamente às 5 da manhã a fim de que ele esteja pronto para quando seus ocupantes chegarem. Geralmente, para otimizar a eficiência de energia, não se deve permitir que a temperatura do edifício diminua além do ponto a partir do qual é possível aumentar a temperatura do edifício em uma hora para 72° F /22° C.

Em clima quente, quando um edifício estiver desocupado, é possível utilizar a função ativação de fornecimento de ar. Em clima quente e úmido, deve-se lembrar de monitorar a ventilação caso a temperatura do edifício seja configurada. Se for permitido que o ar do edifício se torne mais quente, é possível que esse ar quente retenha maior umidade. Ao permitir o ingressode ar externo ao edifício, o ar pode se tornar úmido demais. Quando o ar voltar a esfriar, será condensada a água sobre as superfícies existentes no interior do edifício. Isto pode causardanos nos equipamentos e favorecer a geração de mofo.

Desde que se lembre de tomar as providências para evitá-lo, as noites, os dias de feriado e os finais de semana podem ser considerados como períodos apropriados para utilizar a função redução/ativação do fornecimento de ar.

Geralmente, os equipamentos têm uma hora para ligar configurada para garantir que o edifício apresente os níveis requeridos quando os ocupantes chegarem. No entanto, podem ser consideradasoutras variáveis além da temperatura. A função de ligar otimizada também cobre as condições no exterior, as condições nointerior e a inércia térmica, que é o tempo que leva aquecer ou esfriar uma área para cada grau de temperatura. Por exemplo, em um clima temperado, o sistema pode retardar e ainda assim recuperar a temperatura apropriada com suficiente rapidez para quando os ocupantes chegarem.

A função de desligar otimizada pode desligar os equipamentos de maneira que o edifício possa "funcionar por inércia" até o finaldo dia. Para isso será necessário contemplar as condições no exterior e a carga de ocupação, isto é, a quantidade de ocupantes no edifício. Ainda assim, será necessário que os equipamentos de ventilação cumpram com padrões de ventilação mínimos que garantam que o equilíbrio entre oxigênio e CO2 se mantenha nos níveis adequados.

Para configurar as funções de ligar/desligar otimizados, o sistema BAS deverá contemplar a inércia térmica do edifício e a quantidade de ocupantes dele.

Quando um edifício está ocupado, é requerida certa quantidade dear externo para garantir a ventilação adequada e a eliminação depoluentes como o dióxido de carbono. Se o edifício não estiver ocupado, não será requerido ar externo, aspecto que oferece uma oportunidade para aumentar a eficiência energética. Por exemplo, se o edifício não tiver recebido calor durante a noite,é possível que a temperatura interior tenha diminuído abaixo do nível requerido. É necessário aquecer o ar no interior do edifício para prepará-lo para a chegada dos ocupantes. Mas se a temperatura no exterior for mais baixa, como poderia acontecer em lugares de clima frio ou durante os meses de inverno, o ingresso do ar frio externo fará com que o edifício demore mais para alcançar a temperatura requerida. Já que o edifício está desocupado, esse ar não é necessário para ventilação. Portanto, o sistema de automação predial pode garantir que não ingresse arexterno durante o período de aquecimento. Quando o edifício

estiver ocupado, o sistema BAS garantirá que a ventilação normalseja retomada. Este mesmo princípio é aplicado para refrigerar oedifício no verão ou em lugares de clima quente.

Quando um edifício está ocupado, é requerida certa quantidade dear externo para garantir a ventilação adequada e a eliminação depoluentes como o dióxido de carbono. Se o edifício não estiver ocupado, não será requerido ar externo, aspecto que oferece uma oportunidade para aumentar a eficiência energética. Por exemplo, se o edifício não tiver recebido calor durante a noite,é possível que a temperatura interior tenha diminuído abaixo do nível requerido. É necessário aquecer o ar no interior do edifício para prepará-lo para a chegada dos ocupantes. Mas se a temperatura no exterior for mais baixa, como poderia acontecer em lugares de clima frio ou durante os meses de inverno, o ingresso do ar frio externo fará com que o edifício demore mais para alcançar a temperatura requerida. Já que o edifício está desocupado, esse ar não é necessário para ventilação. Portanto, o sistema de automação predial pode garantir que não ingresse arexterno durante o período de aquecimento. Quando o edifício estiver ocupado, o sistema BAS garantirá que a ventilação normalseja retomada. Este mesmo princípio é aplicado para refrigerar oedifício no verão ou em lugares de clima quente.

O controle mediante economizador, também chamado de aproveitamento do ar externo, consiste na utilização do ar externo para aumentar ou substituir a refrigeração mecânica. O sistema BAS compara as condições externas, seja a temperatura debulbo seco ou a entalpia, por meio das condições do ar de retorno. A entalpia leva em consideração a umidade do ar, enquanto a temperatura de bulbo seco contempla apenas a temperatura.

Quando o ar externo beneficiar o processo de refrigeração, as comportas de ar externo serão abertas ao máximo e as comportas de ar de retorno serão fechadas. No entanto, deve-se ter o cuidado de evitar que as serpentinas se congelem, especialmente se a temperatura do ar externo diminuir de maneira brusca. Como

proteção, podem ser utilizados sensores anticongelamento dentro das unidades de tratamento de ar. Os sensores anticongelamento são interruptores localizados dentro das unidades de tratamento de ar (AHU) para proteger as serpentinas das temperaturas abaixode zero. Se a temperatura do ar externo atingir níveis abaixo de zero será ativado o sensor anticongelamento, fechando as comportas de ar externo a fim de evitar que a água dentro das serpentinas congele.

O controle do economizador funciona melhor com ar frio e seco. Se a medição da entalpia é utilizada, aquela que leva em consideração o conteúdo de umidade do ar, no lugar da temperatura de bulbo seco, o conteúdo térmico do ar externo podeser comparado com aquele do ar de retorno. Isto permite realizaruma determinação exata do aproveitamento do ar externo. Para obter mais informações sobre umidade, entalpia e o efeito do conteúdo térmico total, assita o curso Equipamentos HVAC e características do ar.

A purga de ventilação noturna é utilizada principalmente em climas secos com grandes quedas de temperatura durante a noite. A purga de ventilação noturna consiste na purga, ou descarga, doedifício com ar externo, de manhã cedo, antes da chegada dos ocupantes. Este processo reduz a carga de refrigeração do edifício durante a manhã e economiza energia.

A purga de ventilação noturna apenas funciona quando a energia que o ventilador consome for menor do que a energia para refrigeração economizada. Se o ventilador consumir mais energia para deslocar ar mais fresco pelo edifício do que a energia economizada fazendo com que esse ar mais fresco circule pelo edifício, na verdade não se estará economizando energia. Deve-seobter energia positiva para que a utilização desta MCE faça sentido.

A ventilação por controle de demanda, ou redução do ar externo, reduz a quantidade de ar externo, que ingressa ao edifício, ao mesmo tempo em que é garantido o cumprimento dos requisitos. O ar externo nem sempre tem a temperatura conveniente para fazê-lo

ingressar ao edifício. No entanto, geralmente certa quantidade dele é necessária. Portanto, ao reduzir a quantidade de ar externo ao mínimo requerido, determinado pelos códigos de edificação, é possível economizar energia. No entanto, é importante garantir que a ventilação adequada seja fornecida.

Neste exemplo, pode-se observar que as comportas de ar externo estão divididas entre comportas para mínima entrada e para máxima entrada. Quando se desejar reduzir o ingresso do ar externo, podem ser fechadas as comportas de máxima entrada enquanto as de entrada mínima se mantêm abertas para garantir que sejam cumpridos os requisitos.

Nos teatros e em outras áreas de alta densidade, o nível de dióxido de carbono (CO2) no ar pode ser utilizado como indicadorda demanda de ventilação. Este processo é denominado Ventilação em resposta à demanda ou Ventilação em função da demanda À medida que a quantidade de ocupantes aumenta, os níveis de CO2 aumentam, e as comportas de ar externo são abertas a fim de que o CO2 no ambiente se mantenha no nível permitido pelos códigos locais.

Outros métodos para reduzir o ar externo desnecessário são: Fechar as comportas da caixa VAV quando se sabe que um espaço permanece desocupado, seja por meio de sensores de ocupação ou de programação, ou Reduzir a abertura das comportas de ar externo no sistema VAV à medida que o fluxo de ar de fornecimento aumenta, para fornecer ao ambiente um volume de ar externo constante.

Os controladores de fluxo ou as estações de fluxo podem fazer parte do sistema HVAC e geralmente estão acoplados às caixas VAV, para administrar o conforto dos ocupantes. Nos dutos, um sensor detecta a velocidade e o volume do ar (em metros cúbicos por segundo ou pés cúbicos por minuto).  Se o sensor de temperatura da sala não estiver “satisfeito" e precisar de mais ar, "a caixa VAV" abrirá a sua comporta para permitir um maior fluxo de ar. A estação dessa zona não detecta a temperatura do duto, apenas a temperatura na zona e a velocidade com a que o ar

ingressa nesse ambiente.  Denomina-se controle em cascata pelo seguinte motivo: alterar...controlar...alterar...controlar...alterar...controlar.É importante salientar que aqui o controlador de fluxo não está realizando nenhuma tarefa para economizar energia. Apenas controla a quantidade de ar que ingressa ao ambiente para oferecer conforto a seus ocupantes. Além disso, cada controlador de fluxo funciona de maneira independente. O sistema BAS não os controla em forma centralizada.

Para melhorar a eficiência de energia, um sistema de automação predial pode ser encarregado do monitoramento das posições das comportas de todos os controladores de fluxo. Se todas as comportas estiverem fechando, um controle de velocidade de frequência variável poderá desacelerar o ventilador que fornece ar condicionado. Esta medida é conhecida como pressão de volume de ar variável/controle de fluxo, e também como reajuste da pressão estática.

Um sistema VAV é baseado em princípios similares, mas as caixas VAV que administram o fluxo de ar para os ambientes são controladas de maneira centralizada pelo sistema BAS. As caixas VAV não funcionam como controladores de fluxo independentes.

Um sistema VAV está projetado para economizar energia por meio da redução do fluxo de ar total à medida que a necessidade de refrigeração diminui. Por exemplo, se a temperatura de um escritório for de 72° F ou 22° C mas seu ponto de referência for 74° F ou 23° C, a caixa VAV do ambiente diminuirá a quantidade de ar fornecido a essa área.

Neste caso, o ajuste da pressão estática funciona de um modo similar. À medida que os controladores VAV individuais diminuírem o fluxo de ar de seu respectivo ambiente em função daredução das necessidades de refrigeração, a velocidade dos ventiladores também deverá ser reduzida. Geralmente, este processo é realizado por meio de controles de velocidade de

frequência variável (VSD). É possível reduzir ainda mais a energia do ventilador adotando parâmetros de controle mais estreitos, para que a velocidade do ventilador diminua até o ponto em que apenas uma caixa VAV esteja funcionando 100% do fluxo projetado, ou que apenas uma caixa VAV precise de refrigeração completa.

Vamos supor agora que a sala de conferências cuja temperatura dereferência é de 74° F ou 23° C registra uma temperatura de 77°Fou 26° C, que é três graus mais alta do que o ponto de referência mencionado. Já que as necessidades da área de escritórios estão cobertas, a caixa VAV da sala de conferências será aberta e a velocidade do ventilador se ajustará às necessidades de refrigeração desse ambiente.

Para que o segundo piso se mantenha em sua temperatura de referência, a caixa VAV do segundo piso diminuirá a quantidade de ar de fornecimento fechando sua comporta. Se a pressão dentroda rede de tubulações aumentar além do permitido pelo interruptor de corte de alta pressão que protege contra as quebras na rede de tubulações, o VSD reduzirá a velocidade do ventilador para equilibrar o sistema.

A maioria dos edifícios possui um sistema VAV com mais de duas caixas VAV. Isto permitirá que a necessidade de fluxo de ar sejacalculada em base a uma média das três piores zonas, em lugar deutilizar apenas um sensor. Esta estratégia ajuda a evitar que uma zona irregular prejudique o resto do sistema.

O propósito da MCE que consiste no reajuste de ar de fornecimento é elevar a temperatura de referência do ar de fornecimento à medida que a necessidade de refrigeração diminui.Por exemplo, se um ambiente de um edifício não precisar de muitarefrigeração, o sistema BAS poderá elevar o ponto de referência do ar de fornecimento. Esta ação reduzirá os custos de energia porque os chillers não terão que trabalhar tanto para fornecer oar de fornecimento necessário para refrigerar o ambiente de maneira apropriada.

Esta MCE resulta ainda mais favorável nos edifícios que utilizamsistemas terminais de recuperação térmica, porque elimina a duplicação de tarefas. Por exemplo, os chillers devem trabalhar para produzir ar de fornecimento a 55° F/12° C. Se o ar de fornecimento precisar ser reaquecido porque o ambiente já não necessita ar a 55° F/ 12° C, essa energia será desperdiçada. Nãofaz sentido fornecer ar frio a um ambiente que depois precisará ser reaquecido novamente. Neste exemplo, faria mais sentido reajustar o retorno de ar fornecido em função da pior temperatura ambiente a fim de minimizar a dupla tarefa de primeiro refrigerar e depois aquecer o ambiente.

A estratégia de reajuste pode ser baseada na temperatura do ar externo. Uma temperatura externa mais baixa permite estabelecer uma temperatura de referência mais alta para o ar de fornecimento. Quanto mais baixa for a temperatura do ar externo,mas fácil resultará refrigerar um espaço específico, já que o edifício não absorverá tanto calor. Portanto, o ponto de referência da temperatura do ar de fornecimento pode ser estabelecida num nível mais alto e ainda assim alcançar a temperatura desejada no ambiente.

Poderão ser alcançadas maiores economias se o reajuste puder serrealizado em função de indicadores de condições de carga real. Alguns indicadores possíveis poderiam ser a posição da válvula da serpentina de refrigeração, que indica quanta água gelada a unidade de gerenciamento de ar realmente necessita, ou a posiçãoda comporta do sistema terminal, que indica quanto ar o ambienteprecisa.

Se existirem múltiplas zonas, será ajustada a temperatura do ar de fornecimento para cima até que apenas uma válvula ou comportaestiver aberta ao máximo. Isto significa que estão sendo abrangidas as necessidades da zona com maiores necessidades, masnão se está trabalhando em excesso. Ou, para evitar que uma zona irregular afete todo o sistema, o reajuste pode ser realizado em função da média das três ou quatro piores zonas.

Nos casos em que existir um sistema HVAC de tubulações duplas, aautomação predial poderá ser utilizada para otimizar ao máximo osistema existente. Isto se consegue ao estabelecer diferenciais de temperatura mínimos para as plataformas quente e fria a fim de cumprir com os requisitos. Os sensores de temperatura determinam que zona apresenta a maior necessidade de aquecimentoe é configurada a temperatura da plataforma quente em função dela. Os sensores também determinam que zona apresenta a maior necessidade de refrigeração e é configurada a temperatura da plataforma fria em função desta. A oposição dos dois sistemas é minimizada o máximo possível. A zona que precisar de uma maior refrigeração não deverá receber ar quente e a zona que precisar de um maior aquecimento não deverá receber ar frio. Sem este processo, todos os setores do edifício receberiam uma mistura dear quente e frio, e o ar quente seria aquecido mais do necessário só para depois ser refrigerado com ar frio do sistemaoposto.

Alguns sistemas HVAC funcionam refrigerando todo o ar que é fornecido ao interior do edifício a uma temperatura estabelecida. Se algumas zonas precisarem de ar mais quente, o ar frio será aquecido por meio de serpentinas para recuperação de calor numa câmara pouco antes que ele seja fornecido ao ambiente. O sistema é denominado sistema terminal de recuperaçãotérmica

Este sistema resulta claramente ineficiente já que se utiliza energia para refrigerar o ar só para depois utilizar energia para aquecê-lo novamente. Se se configurar uma temperatura do arde fornecimento muito baixa, todas as zonas do edifício requererão um processo de recuperação de calor.

O reajuste de ar de fornecimento modifica a temperatura da água gelada na unidade de gerenciamento de ar para que o ar fornecidoao edifício não seja tão frio. Isto reduz a necessidade de utilizar sistemas terminais de recuperação térmica em todas as zonas. É medida a demanda de cada zona e é aumentada a temperatura do ar de fornecimento para minimizar a quantidade derecuperação de calor requerida. No caso anterior, a zona A será a zona que irá determinar a temperatura do ar de fornecimento.

As zonas B, C e D precisarão reaquecer o ar de fornecimento, masnão demais.

Isto contribui para economizar energia em duas formas. É requerida menos energia para refrigerar o ar à medida que ele ingressa ao edifício (dependendo da temperatura do ar externo), e é requerida menos energia para refrigerar o ar de retorno. Em segundo lugar, já que as serpentinas para recuperação de calor têm menos trabalho, também é produzida uma economia de energia. Em alguns casos, o ajuste do ar de fornecimento é combinado com outras adaptações do sistema, que incluem a introdução de caixasVAV e comportas. Estes dispositivos podem ser utilizados para modificar a quantidade de ar frio fornecido e reduzir assim os requisitos de recuperação de calor. Neste caso, podem ser retiradas as serpentinas para recuperação de calor e isso pode economizar uma grande quantidade de energia.

Os custos por demanda, a nível industrial podem representar até 40% da fatura de energia elétrica. Um sistema BAS pode monitorare controlar a demanda de ponta. Para que a desconexão de cargas funcione corretamente, devem existir cargas que realmente possamser desconectadas.

Se for preciso cumprir com um orçamento sob qualquer circunstância, deverão ser consideradas as limitações de demanda. Quando um pico se aproximar, o sistema BAS poderá começar a reduzir a demanda elétrica. Isto pode ser realizado demaneira direta, desconectando os equipamentos que não sejam essenciais, como por exemplo reduzir o nível de iluminação, ou de maneira indireta, não permitindo que os sistemas principais continuem sendo carregados, por meio da flexibilização dos pontos de referência da temperatura. É possível configurar um sistema BAS para ter um ajuste de temperatura global. Esta configuração pode ser realizada em forma manual ou automática.

Depois de uma interrupção do fornecimento de energia ou no início do dia, o sistema BAS pode ter horários pré-programados para ligar de maneira gradativa para que os sistemas necessárioscomecem a funcionar novamente. Muitos ventiladores e bombas

consomem mais energia para ligar do que para funcionar. Pôr em funcionamento todos os equipamentos ao mesmo tempo pode causar um pico na demanda de energia.

Existe outro modo para reduzir a demanda. Pode resultar cara, mas frequentemente é uma solução rentável ou preferida. A possibilidade de deslocar blocos de demanda de horários de consumo de ponta para horários de baixa demanda oferecerá a oportunidade de economizar muito.

Uma maneira de conseguir isto é através da estocagem de gelo, emlocais de clima frio. Em lugar de pôr em funcionamento os chillers para cumprir com os requisitos de refrigeração durante o dia, pode-se produzir gelo, durante a tarde ou a noite quando geralmente a temperatura é mais fria, e utilizá-lo para armazenar capacidade de refrigeração que poderá ser utilizada quando for necessário. Se a demanda normal tiver lugar durante odia, inclusive poderá se obter um segundo benefício. O primeiro benefício é que a produção da capacidade de refrigeração pode ser realizada durante um horário fora de ponta, e assim será possível economizar em picos de demanda durante as horas de maior funcionamento. O segundo benefício possível é que, geralmente, as tardes e as noites são mais frias; o ar externo mais frio pode resultar uma vantagem para a produção de gelo.

Na maioria dos edifícios todo o sistema central de chillers, incluindo os ventiladores da torre e as bombas associadas ao sistema, podem ser bloqueados quando a temperatura externa estiver abaixo de um nível determinado, se as características dacarga de refrigeração do edifício assim o permitirem. Alguns edifícios têm um ganho térmico interno tão alto durante todo o ano que requerem refrigeração inclusive durante os meses de inverno. Todo o sistema de caldeiras, incluídas as bombas associadas, pode ser bloqueado quando a temperatura do ar externo estiver acima de um valor determinado, ou quando os requisitos de aquecimento do edifício estiverem abaixo de um nível mínimo. Estes bloqueios gerais contribuem para garantir que um requisito repentino e breve de aquecimento no verão ou derefrigeração no inverno não ponha em funcionamento todo o sistema central.

Pelos mesmos motivos, o sistema de refrigeração por meio do compressor com expansão direta também deve ser bloqueado quando a temperatura do ar externo estiver abaixo de um valor determinado. Também é imprescindível evitar o funcionamento simultâneo dos sistemas de aquecimento e refrigeração dentro dossistemas de tubulações duplas, os sistemas VAV e os sistemas terminais de recuperação térmica. Nos sistemas de tubulações duplas isto se consegue ao elevar os pontos de referência das plataformas frias e diminuir os pontos de referência das plataformas quentes. Nos sistemas VAV e nos sistemas terminais de recuperação térmica isto se consegue por meio da manutenção de amplas faixas inativas de temperatura entre os sistemas de aquecimento e refrigeração.

Os ciclos de serviço desligam os equipamentos durante períodos curtos durante o horário normal de funcionamento com base num cronograma estabelecido. Pode ser uma tática para a limitação dedemanda, ou para reduzir o consumo quando as necessidades ultrapassarem a capacidade dos equipamentos. O ideal seria que os ciclos de serviço não produzissem um impacto nos ocupantes, mas se a redução do consumo ou da demanda for imprescindível, é possível sacrificar o conforto de maneira temporária.

Se a temperatura externa for mais baixa ou se forem reduzidas asnecessidades de refrigeração do edifício, poderá ser elevada a temperatura da água gelada fornecida à unidade de gerenciamento de ar. Esse procedimento é diferente daquele do reajuste de ar de fornecimento. O reajuste de ar de fornecimento economiza energia não por alterar a temperatura do fornecimento de água gelada, mas por meio da redução da quantidade de água gelada quea unidade de gerenciamento de ar necessita.

Consideremos um exemplo no qual isto poderia ser alcançado por meio da utilização de uma válvula de água gelada de 3 vias. Vamos supor que estamos enviando água a 45°F/7°C para a unidadede gerenciamento de ar e que a válvula de água gelada está aberta 100%, permitindo que a unidade de gerenciamento de ar envie ar a 55°F/12°C aos ocupantes do edifício. Como toda a águagelada circula pelo trocador de calor (as serpentinas de água gelada), a temperatura da água gelada de retorno aumenta para 57°/14°C. Se a MCE que consiste no reajuste de ar de fornecimento alterar a temperatura do ar de fornecimento para 60°F/16°C, a temperatura de fornecimento de água gelada se manterá invariável, mas a quantidade de água gelada que ingressaao trocador de calor for reduzida por meio do fechamento da válvula de 3 vias, fará com que a água gelada de fornecimento semisture com a água gelada de retorno.

Como uma parte da água gelada evita o trocador de calor, a água gelada de retorno estará mais fria. Neste cenário, o risco é queao misturar a água gelada de fornecimento e a de retorno, o diferencial de temperatura, que é a diferença de temperatura entre o fornecimento e o retorno, fique fora do intervalo projetado, e a capacidade dos chillers seja reduzida. A fim de evitar os problemas que ocorrem quando existe um diferencial de temperatura baixo, e supondo que o cliente não tem os fundos necessários para reprojetar o sistema de bombeamento de velocidade constante e transformá-lo num sistema de bombeamento de velocidade variável, é necessário aumentar a temperatura de referência do fornecimento de água gelada.

Os chillers utilizam menos energia à medida que a temperatura dofornecimento de água gelada aumenta. Por isso, fazer com que os chillers funcionem a uma temperatura constante durante todo o ano constitui um desperdício quando bastaria utilizar água mais quente. O reajuste de água gelada consiste em aumentar a temperatura de fornecimento do sistema de água gelada à medida que a carga de refrigeração do edifício diminui.

Uma maneira simples de determinar quanto deverá ser ajustado o fornecimento de água gelada é utilizar a temperatura do ar externo como indicador indireto da carga do edifício. A carga doedifício pode ser determinada de maneira mais precisa por meio do monitoramento das posições da válvula da serpentina para águagelada de cada unidade de gerenciamento de ar do edifício. A temperatura do fornecimento de água gelada pode ser ajustada para cima até que apenas exista uma válvula aberta por completo dentro do edifício. É possível evitar que uma válvula numa posição irregular afete todo o sistema, se o reajuste for realizado em função da média da posição de três válvulas de águagelada.

É importante destacar que em alguns casos os requisitos para o controle da umidade no ambiente poderiam exigir que a temperatura da água gelada se mantivesse configurada num valor mais baixo a fim de garantir que seja eliminada a umidade do prédio. Isto será determinado contemplando cada caso em particular.

O propósito da MCE que consiste no reajuste da água do condensador é diminuir a temperatura da água do condensador que ingressa ao condensador dos chillers. A fim de reduzir a energiapor meio da minimização da diferença térmica requerida nos chillers. O reajuste da água do condensador que ingressa nos chillers a um valor mais baixo aumentará a eficiência dos chillers. Com frequência o ponto de referência da água do condensador é configurado a um valor fixo, aproximadamente 80°F/27°C. Com menor frequência, ele é configurado a um valor mais baixo, como por exemplo 70°F/21°C. Nenhuma dessas configurações resulta eficiente. A configuração no valor maior não aproveita as condições externas, momento em que a torre de refrigeração pode refrigerar água com maior facilidade. A configuração no valor menor corre o risco de desperdiçar energiado ventilador da torre de refrigeração ao tentar refrigerar a água a 70°F/21°C quando as condições externas não o permitirão.

A diferença térmica é a diferença de temperatura entre o fornecimento de água gelada, que é a água que ingressa no edifício, e o fornecimento da torre de refrigeração. Quanto maisalta for a temperatura do fornecimento da torre de refrigeração (água do condensador), maior será a diferença térmica. Neste exemplo é possível ver que o refrigerante rodeia os tubos de água gelada e de água do condensador. Nos chillers ou sistema derefrigeração real o refrigerante passaria alternadamente de estado líquido para vapor. Neste curso não trataremos este assunto em profundidade. Para obter mais informações, assista o curso Equipamentos HVAC e estratégias de otimização.

O compressor é encarregado de tomar o refrigerante em estado gasoso e aumentar a pressão para que, por sua vez, aumente a temperatura. O aumento de temperatura possibilita a transferência de calor do refrigerante para o ciclo de água do condensador, que extrairá o calor do edifício e o deslocará parao ar externo por meio da torre de refrigeração. Quanto mais altafor a temperatura do fornecimento de água do condensador, mais alta será a temperatura que deva ter o refrigerante para transferir calor. Neste primeiro exemplo, a temperatura da água do condensador que ingressa nos chillers é de 85° F ou 29° C. O compressor aumenta a pressão do refrigerante, e isso modifica sua temperatura de 55° F ou 12° C no evaporador para 120° F ou 48° C no condensador.

Isto permite a transferência de calor para a água do condensador, que faz com que a temperatura de saída seja de 95° F ou 35° C. No entanto, se a temperatura da água do condensador que ingressa nos chillers for reduzida para 75° F ou 24° C, o compressor, teoricamente, só deverá ser elevado para 110° F ou 43° C para que se produza transferência de calor. Como o compressor não deve trabalhar tanto para elevar a temperatura dorefrigerante, utiliza-se menos energia e se economiza mais dinheiro.

Como uma torre de refrigeração é baseada na refrigeração por evaporação, a máxima eficiência da torre de refrigeração é limitada pela temperatura de bulbo molhado do ar de refrigeração. A temperatura de bulbo molhado mede a quantidade de vapor de água que a atmosfera contém nas condições climáticasatuais. Uma temperatura de bulbo molhado baixa significa que o ar está mais seco e que ele pode conter mais vapor de água que quando a temperatura de bulbo molhado é alta. Por via de regra, uma torre de refrigeração por evaporação pode fornecer água gelada a uma temperatura entre 5°e 7° mais alta que a temperatura de bulbo molhado atual. Esta diferença de temperatura é denominada aproximação.

Em função desta regra geral, se a temperatura de bulbo molhado do ar externo que se desloca através da torre de refrigeração for de 78° F ou 26° C, não importa quanto trabalhe o ventilador da torre de refrigeração, apenas poderá fornecer água aos chillers a uma temperatura de 85° F ou 29° C. Sabendo isso, a velocidade do ventilador da torre pode ser reduzida toda vez quese alcança uma temperatura entre 5°e 7° acima da temperatura de bulbo molhado do ar externo, já que o funcionamento constante doventilador apenas originará outras reduções insignificantes na temperatura da água fria.

Ainda que existam muitas maneiras de otimizar a eficiência dos chillers, duas medidas de otimização úteis são a organização doschillers e o reajuste de pressão do ciclo de água gelada secundário. A otimização dependerá do sistema específico em uso.Os chillers funcionam de maneira mais eficiente quando trabalhama um ritmo próximo da sua capacidade plena. No caso dos edifícios que possuem múltiplos chillers, o sistema BAS poderá organizá-los para que alcancem o máximo nível de eficiência. Isto se consegue por meio da determinação da carga total de refrigeração do sistema, a comparação das capacidades e eficiências da carga parcial de todos os chillers disponíveis, ese calcula depois qual é a combinação de chillers mais eficientepara pôr em andamento.

Normalmente, será posto em funcionamento o chiller a plena capacidade antes de adicionar outro chiller (um chiller trabalhando 100% é mais eficiente do que três chillers funcionando 33% de sua capacidade). Para o reajuste de pressão do ciclo de água gelada secundário, se o edifício utilizar um sistema de bombeamento primário/secundário para a água gelada, será possível reduzir o diferencial de pressão que controla a velocidade da bomba ou bombas secundárias à medida que a carga de refrigeração diminui.

É possível fazer isso em lugar de que o ciclo de água gelada secundário seja controlado por um diferencial de pressão que permanece fixo em todo tipo de condições. Semelhante a esta estratégia de reajuste de água gelada, a carga de refrigeração pode ser determinada por meio do monitoramento das posições da válvula da serpentina para água gelada e, por exemplo, ajustar oponto de referência de pressão para baixo até que fique apenas uma válvula totalmente aberta. Utiliza-se um controle de velocidade de frequência variável (VSD) para modular a bomba de água gelada e manter o ponto de referência.

A organização de caldeiras é uma forma de otimização central de instalações que abrange múltiplas caldeiras. Como no caso da classificação sequencial dos chillers, a organização das caldeiras determina quando se deve utilizar uma caldeira específica e a ordem em que as caldeiras devem ser postas em funcionamento. As caldeiras que funcionam em ciclos de ligar e desligar frequente ou que operam em capacidade parcial desperdiçam energia. Por exemplo, as perdas produzidas por uma única caldeira aumentarão quando várias caldeiras operarem em capacidade parcial. Por exemplo, o calor extraído por combustão se perde através da caixa de gases da caldeira, que é o tubo quetransmite o gás extraído para o duto de escapamento. Os períodosde aquecimento/refrigeração requerem combustível adicional quando as caldeiras operam em ciclos.

Quando uma caldeira não estiver funcionando, as perdas de radiação e a vácuo desperdiçarão combustível e energia. No caso dos edifícios que possuem múltiplas caldeiras, o sistema BAS poderá organizá-las para que alcancem o máximo nível de eficiência. Ao calcular a carga de aquecimento do sistema em

tempo real, o sistema BAS pode determinar a combinação ótima de caldeiras necessária para satisfazer a carga.

Ao utilizar uma aplicação de água quente, se a "pior" zona receber suficiente aquecimento, poderá se reduzir a temperatura da água quente que se fornece. Isto é muito mais fácil de se entender do que uma aplicação de refrigeração. Se for requerida uma menor transferência de calor para um ambiente, será possívelreduzir a quantidade de calor que se transfere para a água, paraque se utilize menos combustível ou eletricidade para aquecê-lo.Também é possível combinar este processo com a redução da velocidade do ventilador para transferir menor volume de ar. Nesta figura parece simples já que se trata de uma única unidadede gerenciamento de ar, mas geralmente será fornecido o meio transportador de energia (seja água gelada, água quente ou vapor) para múltiplas unidades de gerenciamento de ar. Se as necessidades das unidades de gerenciamento de ar 1 e 2 estiveremcobertas, e as da unidade de gerenciamento de ar 3 também, mas se estiver trabalhando próximo do ponto de referência, será possível reajustar a temperatura do fornecimento de água quente para garantir que a unidade de gerenciamento de ar 3, que corresponde à pior zona, receba água suficientemente quente.

Uma maneira simples de economizar energia é reduzir a quantidadede energia necessária para elevar a temperatura da água quente para uso doméstico. Se não houver máquina de lavar louça, a temperatura poderá ser reduzida para 120°F/ 50°C. A lavagem em máquina de lavar louça requer uma temperatura de 140°F/ 60°C. É possível instalar aquecedores de reforço perto das máquinas de lavar louça para aumentar apenas a temperatura da água enviada para as máquinas de lavar louça.

Se os equipamentos não forem utilizados durante os finais de semana e os feriados, não haverá necessidade de manter o tanque

de água quente em sua temperatura operante durante os períodos em que não é utilizado.

Deve-se garantir que não seja consumida mais energia para voltara aquecer a água em sua temperatura operante do que a quantidadede energia que é economizada. Mesmo tendo isto em conta, os pontos de referência da água quente podem, ao menos, ser reduzidos para alguns níveis abaixo dos níveis operantes.

Também existem outras oportunidades para economizar energia alémdo controle dos equipamentos. Certificar-se de que as tubulaçõese os tanques de estocagem possuam o isolamento adequado. Considerar reduzir o tamanho do tanque de estocagem caso nunca seja utilizada toda sua capacidade. Também considerar a utilização de um sistema de aquecimento sem tanque Atualmente, existem disponíveis sistemas de aquecimento de água sem tanque, elétricos ou a gás.

Além das estratégias já mencionadas para controle eficiente da caldeira, o sistema de automação predial pode ser utilizado parasupervisão e monitoramento remoto das caldeiras. Por exemplo, os parâmetros de funcionamento críticos como os alarmes de desconexão por baixo nível de água, a temperatura da água, a temperatura do gás de combustão, a taxa de alimentação e a condutividade da água podem ser incorporados ao sistema BAS. É possível programar sequências automáticas para monitorar alarmescríticos e fechar as instalações de caldeiras. Isto melhora a segurança e aumenta a eficiência de manutenção.

O sistema BAS também pode realizar registros das tendências de funcionamento para auxiliar o pessoal de engenharia no diagnóstico e resolução de problemas operacionais antes que comprometa a confiabilidade da instalação.

Um sistema de automação predial pode melhorar a eficiência de manutenção oferecendo um cronograma de manutenção e otimizando-oem função do tempo de funcionamento dos equipamentos e de outrosparâmetros críticos. Isto permite a implementação de manutenção baseada nas condições dos equipamentos em lugar de fazê-lo em função de um cronograma. O resultado é que os equipamentos que precisarem de manutenção mais rápida serão atendidos quando

necessário, aspecto que ajuda a manter a eficiência dos equipamentos e a prolongar sua vida útil. É possível adiar a manutenção dos equipamentos que não foram muito utilizados e quenão a precisam, e isto garante que as tarefas de manutenção sejam utilizadas onde forem mais necessárias. Por exemplo, é possível que um filtro fosse verificado uma vez por mês apenas para se certificar que não fosse necessário substituí-lo. No entanto, agora os sensores de pressão poderão detectar quando o filtro restringir fluxo demais e precisar ser substituído. Quando os sensores de pressão caírem abaixo de um nível crítico,um alarme emitirá alertas ao pessoal de manutenção para que elesrealizem a troca em lugar de utilizar o método de supor e verificar.

Vamos revisar o que vimos neste curso.

Já analisamos uma grande quantidade de estratégias diferentes que podem ser utilizadas para reduzir o consumo de energia. São as seguintes:

• Estratégias focalizadas no circuito de ar, que incluem

• Ventilação e recirculação para aquecimento/refrigeração

• Utilização da economizadores

• Purga de ventilação noturna

• Reajustes da pressão estática

• Reajustes de ar de fornecimento

• Reajuste da temperatura das plataformas quente/fria e

• Reajuste de recuperação térmica/serpentinas

• Também analisamos as estratégias focalizadas no circuito de água gelada, que incluem

• Reajuste de água gelada

• Reajuste do condensador

• Classificação sequencial dos chillers

• Também falamos sobre as estratégias focalizadas nos circuitos de água quente/caldeiras, que incluem

• Organização de caldeiras

• Reajuste de água quente

• Controle de água quente para uso doméstico

• Monitoramento e supervisão remota de caldeiras

e

• Analisamos as estratégias de controle implementadas, que incluem

• Ligar/Desligar programado

• Controles de iluminação

• Redução do fornecimento de ar em função da desocupação

• Otimização da função ligar/desligar

• Ventilação em função da demanda

• Limitações de demanda

• Bloqueio de equipamentos de aquecimento/refrigeração

• Ciclos de serviço

• Manutenção e gerenciamento

• A utilização de medidas de conservação da energia gerará maioreconomia de energia nos edifícios