Em edifícios comerciais, as cargas HVAC normalmente representam o maior gasto energético. A localização geográfica desempenha um papel significativo: os edifícios situados ao norte ou ao sul do mundo normalmente têm despesas elevadas com aquecimento, enquanto aqueles localizados nos trópicos podem necessitar de ar condicionado durante todo o ano.
Tal como em ambientes residenciais, existe uma vasta gama de opções de aquecimento e arrefecimento para edifícios comerciais, cada uma com vantagens e limitações. Três dos sistemas mais comumente usados para edifícios comerciais são:
- Sistemas de volume de ar variável (VAV) com uma unidade rooftop integrada
- Sistemas de resfriamento, torre de resfriamento e caldeira
- Sistemas de bombas de calor de origem hídrica com torre de resfriamento e caldeira
Você está planejando um projeto imobiliário comercial? Obtenha um projeto HVAC profissional.
1) Sistema VAV com unidade de telhado embalada
Unidades de telhado empacotadas (RTUs) normalmente incluem um condensador para ar condicionado e uma caldeira a gás ou elétrica para aquecimento ambiente. Em climas onde a unidade deve fornecer ar condicionado com baixa umidade externa, também é possível adicionar um economizador, que reduz a carga de resfriamento do condensador. Em todos os modos de operação, os ventiladores são usados para soprar ar em um sistema de dutos que o distribui entre as zonas internas separadas.
- Cada zona possui uma caixa de volume de ar variável (VAV) com um amortecedor que abre e fecha de acordo com as necessidades de refrigeração ou aquecimento.
- A posição do amortecedor é controlada com base no ponto de ajuste de temperatura de cada zona específica. Por exemplo, o registo abrirá totalmente se uma zona específica necessitar de potência máxima de arrefecimento ou aquecimento.
Os sistemas VAV tradicionais sofrem uma redução drástica na eficiência energética quando sujeitos a condições de carga parcial: se todas as zonas do edifício estiverem em carga parcial com os seus registos semi-fechados, a pressão da conduta aumenta e o sistema pode tornar-se ruidoso. Além disso, a pressão extra representa desperdício de energia do ventilador. Porém, é possível obter excelentes resultados através do uso de automação e inversores de frequência:
- Um sistema de controle avalia constantemente o estado de todas as caixas VAV. O ideal é que pelo menos um deles esteja totalmente aberto; caso contrário, a energia do ventilador será desperdiçada.
- Se nenhum dos registos estiver totalmente aberto, a velocidade do ventilador é reduzida e todos os registos são abertos gradualmente até que um deles atinja a posição totalmente aberta.
- Neste ponto, o ventilador fornece o fluxo de ar correto para a carga HVAC atual.
Pode haver economias consideráveis na potência do ventilador quando a velocidade é controlada através de um conversor de frequência variável. Em geral, a potência do ventilador é proporcional à velocidade ao cubo – um ventilador funcionando a 90% da velocidade consome apenas cerca de 73% da energia que consumiria em velocidade máxima. Um benefício adicional do controle de velocidade é que o ruído é drasticamente reduzido.
Os sistemas VAV com unidades rooftop empacotadas são práticos em instalações que possuem uma grande área de telhado proporcional ao seu espaço interior, dado que o ar é o principal meio utilizado para transportar calor. Estes sistemas não são práticos em edifícios de vários andares devido à área limitada do telhado e às longas distâncias verticais envolvidas; sistemas baseados em chillers resfriados a água ou bombas de calor de fonte de água são preferidos nessas aplicações.
2)Chiller com torre de resfriamento e caldeira
Estes sistemas utilizam água como meio para fornecer ou extrair calor, e os circuitos de água passam por unidades de tratamento de ar (AHUs) que fornecem o fluxo de ar necessário para cada zona do edifício.
- No modo de resfriamento, o chiller extrai calor do circuito de água fria que circula pelo edifício e o rejeita em um circuito secundário de água que está conectado à torre de resfriamento. A torre de resfriamento rejeita então o calor para o exterior.
- No modo de aquecimento, a água circulante passa por uma caldeira. A maioria das caldeiras é alimentada por eletricidade, gás ou óleo.
Em ambos os casos, o calor é trocado entre a água circulante e o ar interior nas AHUs. Se o chiller e a caldeira partilharem um circuito de água (sistema de dois tubos), todo o edifício deverá funcionar em modo de aquecimento ou de arrefecimento; no entanto, quando existe um circuito de água separado para cada modo de funcionamento (sistema de quatro tubos), o aquecimento e o arrefecimento simultâneos podem ser fornecidos a diferentes zonas. É claro que um sistema de quatro tubos é mais caro porque a tubulação e os acessórios são essencialmente duplicados.
Assim como no caso dos sistemas VAV, é possível obter economias consideráveis com controle e automação:
- Os chillers modernos normalmente vêm com compressores de velocidade variável, que podem operar com eficiência mesmo em condições de carga parcial. Alguns modelos combinam controle de velocidade com operação escalonada para aumentar ainda mais a eficiência.
- Os inversores de velocidade variável podem ser usados para vários componentes do sistema, incluindo ventiladores de torres de resfriamento, bombas de água e unidades de tratamento de ar.
- Existem também economizadores para sistemas refrigerados a água, mas só se aplicam a zonas climáticas específicas, onde o sistema fornecerá ar condicionado com baixa humidade exterior.
Os sistemas baseados em chillers oferecem normalmente uma eficiência mais elevada do que os sistemas VAV e também são mais práticos para edifícios de vários andares: em vez de ter várias unidades de telhado agrupadas, é possível consolidar o sistema num único chiller e torre de arrefecimento, e apenas o a torre de resfriamento deve estar localizada ao ar livre ou no telhado.
3) Sistema de bomba de calor de fonte de água com torre de resfriamento e caldeira
Os sistemas HVAC comerciais baseados em bombas de calor de fonte de água tendem a ser a escolha superior em termos de versatilidade e eficiência energética. As bombas de calor baseiam-se no ciclo de refrigeração, tal como os aparelhos de ar condicionado, mas oferecem funcionamento reversível; quando múltiplas bombas de calor são usadas para servir áreas separadas de um edifício comercial, elas podem alternar entre os modos de resfriamento e aquecimento conforme necessário.
- Todas as bombas de calor num edifício partilham um circuito de água comum e irão rejeitar ou absorver calor dependendo das necessidades de cada zona.
- Como o circuito de água é compartilhado, cargas iguais de aquecimento e resfriamento se equilibram.
- Se a carga de resfriamento for maior, uma torre de resfriamento é utilizada para rejeitar o calor extra; por outro lado, se a carga de aquecimento for superior, utiliza-se uma caldeira para compensar a diferença.
Assim como nos dois cenários anteriores, é possível tornar o sistema ainda mais eficiente adicionando controle de velocidade a todas as bombas e ventiladores utilizados. As bombas de calor estão entre os sistemas de aquecimento e refrigeração mais eficientes do mercado: podem igualar ou superar a eficiência de um chiller no modo de refrigeração e, na maioria dos casos, podem fornecer aquecimento ambiente com menos de 40% do consumo de energia de uma resistência. aquecedor.
A necessidade de instalar uma bomba de calor dedicada para cada zona do edifício aumenta o custo destes sistemas, mas isto é compensado a longo prazo graças à superior eficiência energética alcançada. Por exemplo, se houver um momento em que as cargas de resfriamento e aquecimento sejam iguais, este sistema poderá operar com a caldeira e a torre de resfriamento desativadas.
Conclusões
Uma das escolhas de design mais importantes num edifício comercial é a configuração HVAC, uma vez que este sistema representa uma parte significativa dos custos de propriedade a longo prazo. O layout do edifício é uma consideração importante: instalações de baixa altura com amplas áreas de cobertura tendem a favorecer unidades de cobertura compactas com sistemas VAV, enquanto edifícios de vários andares tendem a favorecer o uso de refrigeradores ou bombas de calor de fonte de água.
É claro que existem melhorias viáveis na eficiência energética que podem ser implementadas em todos os casos. Modular a velocidade de compressores, bombas e ventiladores é mais eficiente em termos energéticos do que ligar e desligar esses equipamentos, e também contribui para uma vida útil mais longa e redução de despesas de manutenção.
