ESTUDO DE CASO: APLICAÇÃO DO PROCESSO DE ETIQUETAGEM DO SISTEMA DE AR CONDICIONADO DE UM EDIFÍCIO TIPO ESCRITÓRIO - PDF
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Pedro Henrique de Vieira Peres
1 ESTUDO DE CASO: APLICAÇÃO DO PROCESSO DE ETIQUETAGEM DO SISTEMA DE AR CONDICIONADO DE UM EDIFÍCIO TIPO ESCRITÓRIO Thiago Gonçalves de Oliveira Santos (1), Álvaro Messias Bigonha Tibiriçá (2), Joyce Carlo Correna (3), Antônio C. Gonçalves Tibiriçá (4) (1,2) Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia de Produção e Mecânica, (3,4) Universidade Federal de Viçosa Departamento de Arquitetura e Urbanismo, Avenida Peter Henry Rolfs, s/n, Campus Universitário, Viçosa - MG, Brasil {(1) thiago.g.santos, (2) alvaro.tibirica, (3) joyce.carlo, (4) Resumo Neste trabalho, foi feita análise do sistema de condicionamento de ar de um edifício tipo escritório segundo o Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE). O processo de etiquetagem assim como os requisitos mínimos para a certificação estão descritos em dois documentos: o Regulamento Técnico de Qualidade (RTQ-C) e o Manual de aplicação. O objetivo foi aplicar os procedimentos de etiquetagem de edifícios para o subsistema de condicionamento de ar em um edifício em uso. O edifício escolhido possui 16 gabinetes (escritórios), recepção, sala de reuniões, três salas de informática, um auditório, além de banheiros e cozinha, totalizando uma área construída de quase 700 metros quadrados. Possuem condicionamento de ar os espaços para uso coletivo: salas de informática, auditório e sala de reunião. Foram analisadas as cargas térmicas de cada ambiente condicionado assim como analisados os equipamentos de condicionamento de ar. Os resultados permitiram classificar o sistema de condicionamento de ar do edifício de acordo com o PBE como sistema de baixa eficiência. Sugestões e críticas relacionadas ao sistema de condicionamento de ar do edifício analisado foram comentadas. Palavras-chave: Eficiência Energética, Etiquetagem, Ar Condicionado. Abstract In this work, the air conditioning system for an office type building was analyzed according to the Brazilian Labeling Program (PBE). The labeling process as well as the minimum requirements for certification are described in the Technical Regulation of Quality (RTQ-C). The aim was to apply the procedures for labeling of buildings for the air conditioning system in a building in use. The chosen building has 16 offices, reception, meeting room, three computer rooms, an auditorium, as well as bathrooms and kitchen, with a total construction area of nearly 700 square meters. They have air conditioning spaces for collective areas: computer labs, auditorium and meeting room. It was analyzed the thermal loads and equipments in each conditioned environment. The results possible to classify the air conditioning system of the building according to the PBE as a low efficiency system. Suggestions and criticisms related to the air conditioning system of the building were commented. Keywords: Energy efficiency, labeling, air conditioning 1. INTRODUÇÃO Sistemas de condicionamento de ar são responsáveis por até 50% de consumo de energia em uma edificação. O crescimento no uso de sistemas de condicionamento de ar, em conjunto com atual cenário de crise energética e ambiental, torna de importância vital o aumento da eficiência energética desses sistemas (LOMBARD et al, 2011). Neste contexto, destaca-se a 2210
2 importância da avaliação da eficiência energética de um edifício segundo o PBE (Programa Brasileiro de Etiquetagem). Esta avaliação é feita a partir da análise da envoltória, do sistema de iluminação e do sistema de condicionamento de ar. Este último é responsável por 40% da nota final do edifício. Nessa linha de raciocínio, este trabalho tem como finalidade aplicar, a partir do estudo de caso de um edifício público, os procedimentos para etiquetagem do sistema de condicionamento de ar do edifício. São aplicadas as diretrizes do RTQ-C, Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais (INMETRO, 2009) e da NBR 16401, Instalações de Ar Condicionado Sistemas Centrais e Unitários (ABNT, 2008). Fatores como determinação da carga térmica e verificação da qualidade do ar interior são abordados. 2. METODOLOGIA 2.1. Edificação avaliada Foi avaliado, no presente estudo, um edifício do tipo escritório. Neste edifício funciona o Departamento de Engenharia de Produção e Mecânica (DEP/UFV). Ele possui dezesseis gabinetes, recepção, sala de reuniões, três salas de informática, auditório, além de banheiros e cozinha. Sua área útil é de quase 700 m², superior ao mínimo de 500 m² exigidos para a avaliação do nível de eficiência energética em edifícios comerciais (RTQ-C). Dentro desta área, os ambientes com sistemas de condicionamento de ar (duas salas de informática, uma sala de reuniões e um auditório) somam 132,20 m². O horário de utilização desses ambientes é o horário comercial (das 8h00 às 18h00). A Tabela 1 descreve as características básicas dos quatro ambientes condicionados. Tabela 1 - Características dos quatro ambientes estudados. Reuniões Auditório Área de Piso (m²) 22,0 37,5 21,0 51,5 Ocupantes habituais Tipo de Condicionador de Ar Split Hi-Wall Split Hi-Wall Split Hi-Wall Split Teto Capacidade de Refrigeração Btu/h 5275 W Btu/h 8793 W Btu/h 5275 W Btu/h W 2.2. Qualidade do ar interior Um dos requisitos da avaliação de eficiência energética para o sistema de condicionamento de ar é que ele atenda as normas de qualidade de ar conforme a norma NBR (item 5.2 do RTQ-C). A qualidade do ar deve ser mantida pelo sistema de ar-condicionado por meio da renovação por ar exterior e pela filtragem de todo ar insuflado. A renovação é responsável pela redução da concentração no ambiente de poluentes gasosos, biológicos e químicos que os filtros não são capazes de reter (INMETRO, 2009). A NBR estipula a vazão mínima de ar exterior a ser suprida pelo sistema para manter o ambiente em condições adequadas de renovação de ar. A Tabela 2 mostra a vazão mínima necessária para renovação do ar, de acordo com a NBR 16401, para os ambientes condicionados no DEP/UFV. Tabela 2 Vazão Mínima necessária segundo NBR Reuniões Auditório Vazão mínima (L/s) 39,1 66,2 46,3 209,3 2211
3 2.3. Carga térmica As cargas térmicas de projeto do sistema de condicionamento, segundo o RTQ-C, devem ser calculadas de acordo com normas e manuais de engenharia. Como os ambientes condicionados desse estudo não possuíam memorial descritivo do cálculo da carga térmica, o cálculo da carga térmica foi realizado segundo a metodologia descrita na NBR Fatores externos e internos que contribuem para o incremento da carga térmica do recinto foram considerados hora a hora (dentro do horário de uso) durante todos os dias do ano em Viçosa- MG. A carga térmica devido à necessidade de renovação de ar também foi inclusa Condicionadores de ar Cada um dos quatro ambientes condicionados do edifício avaliado possui um aparelho de ar condicionado do tipo Split bem como uma unidade condensadora. Estas últimas, segundo o RTQ-C, devem estar sombreadas permanentemente e ventiladas de forma a não interferir na eficiência dos sistemas. A Tabela 3 mostra as características dos sistemas de condicionamento de ar dos ambientes estudados. Tabela 3 - Características dos condicionadores de ar Reuniões Auditório Potência Elétrica Consumida (W) Capacidade de Refrigeração (W) Eficiência Energética (COP) 2,70 2,60 2,70 2,70 Classificação Inmetro D C D C 2.5. Procedimento de avaliação da eficiência energética do sistema de condicionamento de ar para etiquetagem A avaliação da eficiência energética dos sistemas de condicionamento de ar foi feita através da aplicação das diretrizes do RTQ-C. Como requisitos mandatórios, foram avaliadas a carga térmica e a qualidade do ar. A carga térmica tem papel fundamental, pois é a partir dela que é determinada a capacidade frigorífica do sistema de condicionamento de ar. Este último deve ser capaz de manter a qualidade do ar através de processos de filtragem e renovação do ar interior. Após o cumprimento dos requisitos mandatórios, foi avaliada a eficiência de cada sistema de condicionamento de ar. Cada sistema recebeu uma nota de A a E (A é mais eficiente, e E é menos eficiente) de acordo com sua eficiência. Nesta etapa, os valores de eficiência são obtidos de: etiquetas do INMETRO que acompanham o equipamento; tabelas de classificação disponíveis no site do INMETRO; na ausência das informações anteriores através do COP do equipamento. Após a classificação de cada sistema individualmente, é calculada a nota final baseada na média das notas ponderadas pelo equivalente numérico da classificação (5 para nível A, 4 para B, 3 para C, 2 para D e 1 para E) de cada sistema. De acordo com o Resultado Ponderado (RP) o sistema é classificado segundo a tabela abaixo. Tabela 4 - Classificação final do nível de eficiencia do edifício (RP Resultado Ponderado) RP 4,5 RP 5,0 3,5 RP < 4,5 2,5 RP < 3,5 1,5 RP < 2,5 RP < 1,5 Classificação A B C D E Depois de obtida a classificação do sistema, são verificados se todos os requisitos não mandatórios também foram cumpridos. Caso não tenha sido cumprido aplica-se a penalidade prevista. O descumprimento de um requisito mandatório classifica o sistema como nível E. 2212
4 3. RESULTADOS Foram avaliados os seguintes itens do sistema de condicionamento de ar: Qualidade do Ar, Carga Térmica dos Ambientes, e a Eficiência dos Condicionadores de Ar Qualidade do ar Na edificação de estudo não existe plano de manutenção periódico dos filtros e também não há um sistema de renovação de ar adequado. A renovação de ar só ocorre através de infiltração de ar ou quando portas e/ou janelas são deixadas abertas. Não há nenhum tipo de controle sobre a vazão de renovação de ar. Outro ponto de destaque foi a falta de manutenção nos filtros dos aparelhos. Nenhum dos aparelhos em funcionamento possuía plano de manutenção regular Carga térmica do edifício estudado A Tabela 4 mostra as cargas térmicas calculadas com e sem renovação de ar. Foram desprezados os valores 5% mais altos com objetivo de evitar casos extremos que possam causar um superdimensionamento desnecessário. É mostrada também a contribuição de equipamentos, pessoas e envoltória (paredes, portas e janelas) no valor final da carga térmica. Tabela 5 - Contribuições da envoltória, pessoas, equipamentos e renovação para a carga térmica total Reuniões Auditório Envoltória (W) 1815,9 3931,2 2806,6 2341,5 Pessoas (W) 1700,0 2740,0 2080,0 6640,0 Equipamentos (W) 1947,0 3280,8 192,0 1885,8 Subtotal 5462,9 W 9952,0 W 5078,6 W 10867,3 W 18638,3 Btu/h 33954,4 Btu/h 17327,1 Btu/h 37077,0 Btu/h Renovação de ar (W) 262,4 245,5 254,7 1579,1 Total 5725,3 W 10197,5 W 5333,3 W 12446,4 W 19533,7 Btu/h 34791,8 Btu/h 18196,2 Btu/h 42464,7 Btu/h 3.3. Classificação do sistema de condicionamento de ar A partir da classificação individual de cada sistema foi calculado o nível de eficiência do sistema de condicionamento de ar. A Tabela 6 mostra o processo de obtenção do resultado de eficiência ponderado a partir dos dados de cada ambiente condicionado. A última linha contém a classificação geral do sistema de condicionamento de ar, C. Tabela 6 - Determinação do nível de eficiência do sistema de condicionamento de ar Ambiente Área Eficiência Equivalente Coeficiente de Resultado (m²) da unidade numérico ponderação Ponderado Informática 1 22,13 D 2 0,167 0,334 Informática 2 37,49 C 3 0,284 0,852 Sala Reuniões 20,92 D 2 0,158 0,316 Auditório 51,65 C 3 0,391 1,172 Classificação C 2, Classificação considerando a carga térmica e a qualidade do ar Os valores de carga térmica calculadas foram compatíveis com a capacidade frigorífica dos sistemas de condicionamento de ar dos ambientes condicionados. Os valores comerciais para 2213
5 capacidade de refrigeração dos sistemas de condicionamento de ar obrigam a escolha de sistema com valores próximos aos obtidos no cálculo da carga térmica, o que torna o dimensionamento dos sistemas dentro limite de aceitação, pelo menos quando a carga térmica devido a renovação de ar não é considerada. Quando a carga térmica devido a renovação de ar é considerada, seria mais apropriado o uso de condicionadores com capacidade de refrigeração superior aos instalados. Todos os ambientes condicionados possuem variação ao longo do ano de pelo menos 50% do valor de carga térmica utilizada, isto é, há momentos do ano nos quais a carga térmica do ambiente se reduz a metade. Por conta desta sazonalidade, seria mais apropriado o uso de módulos menores que atendam às cargas reduzidas com maior eficiência (NBR-16401, item ). Nenhum dos ambientes condicionados possuía sistemas de renovação e de filtragem de ar adequados. A falta de observação do requisito mandatório de qualidade do ar tornaria a classificação final do sistema como E. 4. CONCLUSÃO Foram aplicadas as diretrizes do RTQ-C para avaliação da eficiência energética do sistema de condicionamento de ar em edifício público do tipo escritório. A avaliação final verificou que o sistema é de baixa eficiência. Os condicionadores de ar foram classificados como C ou D. A capacidade de refrigeração dos equipamentos não é suficiente para momentos com maior carga térmica. Nenhum ambiente condicionado possui sistema de renovação de ar, o que compromete a qualidade do ar interior dos ambientes condicionados. Considerando a não conformidade do sistema em relação ao requisito de qualidade do ar, o sistema estudado seria classificado como E. Neste ponto, cabe sugestão de que em futuras revisões do RTQ-C coloque-se a exigência de apresentação de plano de manutenção periódica dos sistemas qualidade do ar que é essencial para garantir a qualidade do ar no interior das edificações. Vale ressaltar que o sistema de condicionamento de ar analisado neste trabalho não é exceção entre os existentes em prédios públicos, o que mostra a necessidade de que esses sistemas sejam avaliados e projetados a luz das diretrizes de eficiência energética e de qualidade do ar. Neste trabalho foram analisados os ambientes condicionados do edifício estudado. Para complementar este trabalho, coloca-se como etapa futura a verificação do desempenho térmico de todos os outros ambientes do edifício estudado visando a análise das condições de conforto e de qualidade de ar. Neste sentido, cabe também a análise do potencial de eficiência energética com uso de sistemas de ventilação natural, de ventilação mecânica e de resfriamento evaporativo, ou ainda integração desses sistemas, nos demais ambientes. Numa futura revisão do RTQ-C, sugere-se a obrigatoriedade da comprovação da satisfação de exigências mínimas de qualidade do ar para os ambientes avaliados. REFERÊNCIAS LOMBARD, P. L.; ORTIZ, J.; MAESTRI, I. R. The map of energy flow in HVAC systems. Applied Energy, v. 88, p , INMETRO. RTQ-C: Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos. Brasília, ABNT. NBR 16401: Instalações de Ar Condicionado Sistemas Centrais e Unitários. Rio de janeiro, AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FAPEMIG, à FUNARBE e ao CNPq pelo apoio financeiro ao grupo de pesquisa. 2214
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