Chicago, sendo a cidade “ventosa” que é, não é estranha aos extremos de temperatura. O clima pode ficar bastante rigoroso – as estações de inverno podem ficar bastante frias, enquanto os verões podem definitivamente tornar-se escaldantes.
No entanto, isso não significa que seja um lugar terrível para se viver. Graças a vários sistemas de refrigeração e a alguns centros de refrigeração, os habitantes de Chicago podem buscar alívio durante os meses quentes de verão. Uma das iniciativas mais notáveis para combater o calor é a utilização de unidades de refrigeração.
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Uma introdução às plantas de resfriamento de Chicago
Embora os sistemas HVAC sejam responsáveis por regular os níveis de conforto da maioria dos ambientes internos, uma planta de resfriamento atua como um sistema de resfriamento centralizado que fornece resfriamento para um edifício ou vários edifícios. Além disso, fornece uma parte do ar condicionado por sistemas HVAC. De acordo com o site Energy Star, cerca de 39% dos edifícios com mais de 100.000 pés quadrados possuem sistema de água gelada.
Embora as plantas de resfriamento pareçam uma inovação, o conceito não é realmente novo. Os registos mostram que os antigos romanos já utilizavam refrigeração nos seus ambientes interiores. No entanto, eles não usaram uma planta centralizada, mas usaram água para correr pelas paredes de seus edifícios, a fim de esfriar a temperatura interna.
No século 19, as pessoas começaram a fazer experiências na tentativa de criar um sistema de ar condicionado moderno usando ventiladores elétricos para soprar o ar em superfícies frias. Infelizmente, esses sistemas não chegaram aos holofotes devido aos seus enormes custos e ineficiência.
Somente em 1922 um resfriador centrífugo foi inventado por Willis Carrier, permitindo ao público ter fácil acesso ao ar condicionado.
Componentes
Embora os chillers, também conhecidos como unidades condensadoras, sejam usados principalmente para fins de ar condicionado, as plantas de resfriamento, por outro lado, são compostas por diversos equipamentos mecânicos. O ar frio é distribuído por todo o edifício por meio de um sistema de distribuição composto por dutos metálicos para o transporte do ar e um ventilador para expulsá-lo.
Hoje em dia, a maioria das plantas de resfriamento também vem com um acionamento de velocidade variável capaz de operar várias unidades condensadoras ao mesmo tempo, o que é mais eficiente do que apenas ligar ou desligar todas elas. Em alguns casos, torres de resfriamento são usadas para resfriar o ar antes mesmo que ele entre no resfriador.
Quão eficientes são eles?
Segundo o Departamento de Energia, 10-15% da energia consumida pelos edifícios é destinada ao ar condicionado. Embora as unidades condensadoras estejam se tornando cada vez mais eficientes com a introdução de novas tecnologias, ainda é possível economizar mais energia reduzindo o tamanho da planta e melhorando os sistemas de distribuição.
Considerando que os chillers estão entre os maiores consumidores de energia num edifício, isso pode ter um impacto enorme nos custos operacionais. Portanto, monitorar os chillers de uma planta é importante para saber o quão eficiente é o sistema.
Calcular a eficiência de um chiller é realmente simples medindo seu CoP ou Coeficiente de Desempenho.
Basicamente, é a relação entre o efeito de refrigeração do chiller e a quantidade de energia elétrica necessária para produzi-lo. Essas duas unidades são medidas em quilowatts (kW). Vejamos um exemplo:
Um chiller produz 3.000 kW de resfriamento, o que equivale a 10.236.423 BTUs/h, ao mesmo tempo que requer uma energia elétrica de 500 kW para produzir tal efeito. O CoP pode ser calculado usando esta fórmula:
Efeito de resfriamento/necessidade de energia elétrica
Assim, usando a fórmula dada:
3.000 kW / 500 kW = 6. O Coeficiente de Desempenho, neste caso, é 6, o que significa apenas que para cada 1 kW de energia elétrica utilizada, são produzidos 6 kW de refrigeração.
Tenha em mente, entretanto, que o CoP de um chiller dependerá de sua carga de resfriamento, sem mencionar que cada chiller tem sua própria eficiência diferente. Os fabricantes de chillers normalmente fornecem os dados de projeto do CoP para fazer uma comparação de desempenho entre os chillers de forma mais rápida e fácil.
Otimização da planta de resfriamento e seu impacto nos edifícios em Chicago
Como as centrais de refrigeração são frequentemente referidas como o “coração” de um sistema HVAC em edifícios, é importante otimizá-las para obter um melhor desempenho. Além de uma planta de resfriamento ser a principal fonte de resfriamento, ela utiliza grande parte das necessidades energéticas de um edifício, resultando em enormes custos de energia.
Por exemplo, num hotel típico de Chicago, o sistema HVAC pode utilizar até 50% da carga elétrica total, e uma instalação de refrigeração ocupa uma grande parte dessa carga.
Um dos verdadeiros desafios das plantas de resfriamento é que muitas delas não funcionam no diferencial de temperatura projetado. Esta é a diferença de temperatura entre o retorno da água gelada (delta T) e o abastecimento de água gelada. Na verdade, plantas de resfriamento operando em níveis abaixo do ideal são comuns e, na maioria dos casos, têm um delta T bem menor do que o necessário. Isto é causado por vários fatores, como o método utilizado para controlar o equipamento e a forma como os sistemas do lado ar operam.
A otimização de uma planta de resfriamento é possível começando com as bombas de água gelada e os resfriadores. O arranjo de planta de resfriamento mais eficiente utilizado é o sistema de água resfriada primária variável, pois utiliza apenas um único conjunto de bombas para distribuir água por todo o edifício. Outro arranjo eficiente é primário-secundário, que utiliza dois conjuntos de bombas para os chillers e sistemas prediais.
É de extrema importância controlar adequadamente os equipamentos como bombas, resfriadores e torres de resfriamento, principalmente quando combinados com um sistema de controle de qualidade. Um sistema de qualidade permite a coordenação de todos os aspectos do sistema e concede acesso aos dados internos do chiller.
Isso permite que os dados sejam usados como entrada para a criação de um programa de controle eficaz. Ao ter um conhecimento profundo de como o chiller funciona, é possível controlar a planta do chiller da maneira mais eficaz possível. Se não houver experiência suficiente disponível para controlar eficientemente a planta, contratar um parceiro de controle confiável é a opção ideal para alcançar a otimização.
É assim que as plantas de resfriamento funcionam não apenas em Chicago, mas em todos os estados em geral. O processo de otimização permite que os edifícios forneçam resfriamento eficiente em meio ao clima quente do estado, sem consumir muita carga elétrica. Mas é claro que isso só pode ser alcançado contratando as pessoas certas para o trabalho.
