Ar condicionado para green buildings

A escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli/USP) está estudando dois sistemas de ar condicionado economizadores, com alto grau de automação: um com insuflação pelo piso e outro com radiação de frio pelo teto. A pesquisa é coordenada pela professora doutora Brenda Chaves Leite, do Departamento de Construção Civil (PCC). Ambos podem ser utilizados nos green buildings, pois, além da redução no consumo de energia, atendem aos requisitos da norma Ashrae 90.1 de qualidade e conforto em espaços internos. “O usuário nem percebe que o ambiente é dotado de ar-condicionado, pois os dois sistemas são silenciosos e conseguem uma distribuição uniforme do frio, sem correntes de ar turbulentas. Graças a sensores de temperatura e de umidade, que enviam informações à central de automação, os ajustes programados por softwares são feitos de modo a manter o equilíbrio e o conforto no local”, explica Brenda.

Ambos os sistemas contam com central de água gelada instalada no piso superior. Eles foram implantados em duas salas de aulas de desenho técnico da graduação da Poli; adaptadas para receber as instalações, elas acabaram transformando-se em laboratórios de pesquisa sobre climatização de ambientes para a pós-graduação e a iniciação científica. Uma parceria com 20 empresas das áreas de ar condicionado, isolantes térmicos, iluminação, automação, forros e vidros resultou na doação de equipamentos e materiais, viabilizando o estudo. “Os parceiros fornecem equipamentos, componentes e serviços de manutenção, principalmente os relacionados a sistemas de climatização. Alguns têm até demonstrado interesse em participar de novos laboratórios que pretendemos implantar”, esclarece Brenda.

INSUFLAÇÃO PELO PISO
Em uma das salas está instalado o Sistema de Distribuição de Ar pelo Piso, com Fluxo por Deslocamento. O ar é resfriado/tratado em uma máquina que fica no pavimento superior e trazido por um grande duto até o vazio do piso elevado (plenum), que se converte numa câmara de ar frio pressurizado. Como a pressão do ambiente na sala é menor, o ar frio passa por convecção, por meio de difusores posicionados em pontos estratégicos. Esse ar entra em contato com as fontes de calor da sala (pessoas e equipamentos) e se aquece, o que possibilita sua subida para o teto, saindo através de grelhas e retornando ao sistema. O conforto se deve à baixa velocidade de insuflação do ar.

Além do conforto do usuário, entre as principais vantagens do sistema estão a facilidade de limpeza e manutenção (basta remover as placas dos pisos elevados para ter acesso ao plenum) e a flexibilidade para mudança de layout, já que as placas, com e sem difusores, podem ser facilmente redistribuídas. São necessárias apenas a limpeza e a manutenção do duto principal, já que o piso abriga o ar frio, dispensando dutos secundários.

A economia de energia se deve à inteligência do sistema, que mantém o equilíbrio e a eficiência de acordo com as condições externas (renovação do ar) e internas. O sistema convencional de distribuição pelo teto gasta mais energia, pois acaba resfriando todo o volume de ar do ambiente. Na insuflação pelo piso, o ar frio preenche apenas a área com altura de dois metros, na qual se concentram pessoas e equipamentos, as maiores fontes de calor. “Nessa faixa, o ar ganha calor e sobe naturalmente, por convecção, à porção superior, que não precisa ser resfriada”, destaca Brenda. Com a necessidade de resfriar menor volume de ar há economia no dimensionamento do sistema, com a especificação de equipamentos de menor capacidade, mais baratos.

REDUÇÃO DE POLUENTES
Segundo a professora Brenda, o estudo de uma aluna de mestrado estimou que, utilizando o máximo de renovação do ar externo (situação extrema), o potencial de economia de energia é de 34%, em relação aos sistemas convencionais. Além disso, a qualidade do ar, ao que tudo indica, é melhor. “Outro estudo de mestrado que está em andamento vai avaliar o potencial de remoção de poluentes. Como o sistema cria ‘plumas ou ilhas’ de ar frio, que passam independentes pelo ambiente, sem turbulência e mistura do ar, estas carregam os poluentes para o teto, expulsando-os pelas grelhas”, explica Brenda. Os resultados preliminares deste estudo já indicam que este é um sistema eficaz para reduzir e evitar a síndrome dos edifícios doentes, pois seu modo de funcionamento não espalha particulados e contaminantes no ar, afirma a professora da Poli.

O sistema permite ainda combinações de parâmetros de operação para obter diferentes condições de conforto em zonas da mesma sala. Mas a professora está avançando para o que define como personalização do conforto. Ela desenvolveu um dispositivo mecânico de baixo custo e fácil manuseio, que se integra esteticamente aos ambientes. Brenda prefere não dar mais detalhes, mas o projeto está pronto. “Agora dois alunos de mestrado estão cuidando do protótipo e faremos as simulações e testes experimentais. A partir de abril, começaremos a fazer os testes para corrigir possíveis falhas, antes de lançar o produto no mercado”, conta.

SISTEMA DE FORRO RADIANTE
O outro sistema - Condicionamento por Teto Radiante - desenvolvido na Poli pela professora Brenda poderia ser definido como de “água condicionada”. Emprega painéis instalados no teto, formados por placas de forro metálico perfurado, nas quais são acopladas serpentinas de água gelada que irradiam o frio para o ambiente. Mas como conta também com a contribuição do ar, embora com menor participação, pode ser definido como um sistema híbrido. Funciona com central de água gelada, schiller e tanque de água gelada. O sistema também é economizador, pois a água é mais eficiente que o ar na troca de calor, exigindo menor quantidade de energia para resfriar o ambiente.

“Buscamos no mercado o forro metálico e uma indústria realizou o trabalho de incorporar as serpentinas às placas. No teto, fizemos uma composição entre as placas com serpentina, as que incorporam luminárias e as dotadas de difusor e grelhas, de acordo com as necessidades do ambiente”, afirma Brenda. O sistema conta com grupos de tubulações que conduzem a água fria até as serpentinas, alimentando o sistema, e de tubulações de retorno que retiram a água que absorveu o calor de volta para o resfriamento. Válvulas motorizadas, controladas pela central de automação, abrem e fecham os circuitos para o transporte da água.

ZONAS DE CONFORTO
“Por meio da automação, dividimos o ambiente em quatro zonas e cada circuito tem uma válvula que trabalha separadamente. Dessa maneira, é possível criar diferentes zonas de conforto e, quando a sala está parcialmente ocupada, resfriar apenas uma parte dela e economizar energia”, diz Brenda. O grande cuidado em relação a esse sistema é a condensação de água, pois, se for atingido o ponto de orvalho, em determinadas condições de temperatura e umidade, pode “chover” no ambiente. São necessários, então, mais sensores para coleta de informações sobre temperatura e umidade, em vários pontos e em diversas alturas da sala, além de programas com parâmetros corretos para que o sistema faça cálculos e evite o ponto de orvalho.

A automação, neste caso, é mais complexa e conta inclusive com sensor de CO2, pois a tomada de ar externo é feita com a taxa mínima de 27 m3/h por pessoa. A manutenção deve ser mais minuciosa, e os dutos e os outros componentes devem estar sempre limpos. Esse sistema também tem como ponto alto o conforto, pois o frio é irradiado e a distribuição de ar não provoca turbilhonamento.

O sistema tem custo inicial mais alto e manutenção mais cara. E embora existam edificações que já o utilizem no Brasil, como a Fundação Iberê Camargo, em Porto Alegre, sua tecnologia ainda é muito recente no Brasil e, portanto, exige cuidados e conhecimento para funcionar adequadamente, alerta a professora. “Aqui na Poli, o fundamental da pesquisa em ambos os sistemas são os parâmetros de funcionamento que estamos desenvolvendo. Na verdade, é uma quebra de paradigmas em relação aos sistemas convencionais de ar condicionado”, acredita Brenda.