EXAMPLE: DESIGN OF A TURBOCHARGER

O AVAC é outro dos maiores consumidores de energia no parque edificado, no entanto é o que mais variáveis contém e, por isso, isoladamente não permite grandes melhorias. Como temos vindo a analisar neste capítulo, todos os outros componentes vão induzir uma certa carga no consumo AVAC, pelo que este é um setor com dependências diretas de todos os outros. Além do mais, este componente ainda possui o papel fundamental de manutenção da qualidade do ar interior, que se encontra detalhadamente regulamento no RSECE. A modificação deste tipo de instalações em existentes é raramente justificável, pois é um processo incomportavelmente dispendioso e que nunca obterá um retorno financeiro apelativo, no entanto podem ocorrer em caso da qualidade do ar interior se encontre seriamente ameaçada.

A sua influência nas necessidades de aquecimento é quantificada pelo fator Qv da

equação (3.2), e que é dado pela seguinte expressão, em kWh:

( ) (3.20)

em que:

 Rph – número de renovações horárias do ar interior (taxa de renovação nominal);

 Ap – área útil de pavimento (m2);

 Pd – pé-direito médio (m).

 - rendimento do sistema de recuperação de calor;

Já para o caso na época de arrefecimento, a fórmula a utilizar é a seguinte, com influência direta na equação (3.5):

( ) (3.21)

em que:

 Ѳm – temperatura média do ar exterior da zona climática do edifício (quadro III.9);  Ѳi – temperatura do ambiente interior, em °C;

Todas as variáveis aqui apresentadas não são passíveis de grandes modificações pois os únicos valores que poderiam mais facilmente variar seriam Rph e . No caso do primeiro, a sua

diminuição é complicada já que o RSECE requer que se cumpra valores mínimos. Admitindo que o dimensionamento do equipamento de climatização já foi otimizado de modo a garantir esse caudal mínimo, não existe espaço para grandes modificações.

Principalmente em edifícios com grandes áreas, a renovação do ar interior terá de ser feita por utilização de ventilação mecânica que promova a circulação contínua do ar interior.

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Essa ventilação será responsável por um consumo que não pode ser ignorado, e por isso vai ser somado às necessidades de aquecimento através da seguinte fórmula:

(3.22)

em que:

 Pv – soma das potências dos ventiladores instalados, em W;

 M – duração média da estação convencional de aquecimento, em meses.

Quanto ao consumo na época de arrefecimento, o regulamento explica que é necessário efetuar o seu cálculo, no entanto não apresenta nenhuma regra ou equação que possa ser utilizada, pelo que é considerado as horas de operação nominais do equipamento AVAC. Em termos de classificação, este valor será adicionado aos consumos de cada necessidade (aquecimento e arrefecimento). As horas de funcionamento deste equipamento serão as do perfil de ocupação da tipologia em questão, que pode ser obtido no anexo XV do RSECE.

Um aspeto importante é a eficiência do equipamento AVAC, que não é mais do que o seu rendimento térmico, isto é, a capacidade de converter energia absorvida em térmica, seja no aquecimento ou arrefecimento. Geralmente os equipamentos AVAC possuem rendimentos diferentes para cada ciclo, pelo que são distinguidos através da utilização das designações Coefficient Of Performance (COP) para aquecimento, e Energy Efficiency Ratio (EER) para arrefecimento. A utilização de equipamento com COP’s e EER’s elevados permite uma maior eficiência na climatização do edifício, que se traduz em menor energia consumida para fornecer a mesma energia térmica.

Em termos de melhorias, a melhor otimização do sistema poderá ser através do uso de sistemas recuperadores de calor, cuja rentabilidade é proporcional às necessidades de aquecimento e ao rendimento do equipamento. Este equipamento acumula o calor do ar extraído do interior, que, por sua vez, serve para aquecer o ar a ser insuflado no edifício. Com este aproveitamento, poupa-se energia a aquecer o ar frio proveniente do exterior. Por último, é ainda possível obter poupanças imediatas com o ajuste das temperaturas de funcionamento do equipamento AVAC – é bastante comum na auditoria energética verificar que os set-points (temperaturas mínimas e máximas exigidas ao equipamento AVAC) se encontram desproporcionais ao necessário, pelo que o seu reajuste pode trazer poupanças consideráveis. De salientar que, atentando ao cálculo analisados até agora no RCCTE, não existem ganhos ou perdas associadas com a alteração do set-point no inverno. Existe ainda a possibilidade de efetuar arrefecimento gratuito (free-cooling), que consiste em desligar o arrefecimento AVAC quando a temperatura exterior é inferior à temperatura interior, permitindo assim eliminar o consumo de arrefecimento. Este sistema não terá grande

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interesse no caso de edifícios que possuam grandes cargas térmicas interiores, em que a temperatura interior será sempre maior.

Por último, existe ainda a possibilidade de utilização de fontes de energia renováveis que diminuam a carga térmica do edifício, como por exemplo o SolarWall, ou aquecimento por biomassa ou geotérmico. Sendo que as últimas aplicações são mais direcionadas para habitações, vamos centrar-nos no SolarWall, que tem a capacidade de reduzir drasticamente o consumo relacionado com o aquecimento. Apesar de não existir no atual regulamento do SCE nenhuma referência à sua influência nas necessidades energéticas, a energia útil produzida por este equipamento pode ser subtraída às necessidades de aquecimento finais, melhorando assim a sua classificação energética [51]. Assim sendo, pode-se obter a melhoria da classificação energética através da equação (3.23, em que Eproduzida é a energia útil

produzida pelo painel, IEEreal o IEE obtido na simulação nominal e IEEref o valor da

classificação a atingir.

(3.23)

A constante k é atribuída mediante o tipo de energia evitada pela energia produzida por um aproveitamento deste tipo, e é atribuída pelo RSECE, que é de 0,290 para eletricidade e 0,086 para outro tipo de combustíveis.

Figura 3.13 – Princípio de funcionamento de um sistema SolarWall. [65]

O SolarWall é um dispositivo que funciona através de coletores solares que pré-aquecem o ar exterior, diminuindo assim a diferença de temperatura que o AVAC convencional tem de vencer para manter a insuflação de temperatura dentro do exigido. O grande problema deste equipamento é a falta de dados de quantifiquem a sua eficácia durante o período de arrefecimento – a sua capacidade de aquecimento é deveras atraente, mas existem algumas dúvidas nomeadamente quanto à sua utilidade nos meses de verão, pois uma parede com grande coeficiente de absorção solar será responsável por um maior aquecimento do edifício, o que leva a um mau desempenho energético, no entanto não foi possível obter dados conclusivos sobre esta questão. O seu dimensionamento e estudo económico podem ser elaborados recorrendo ao programa RETScreen, que consiste numa complexa folha de cálculo

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que elabora cálculos que relacionam o local, caudal, meses de utilização, preços de energias, etc. e chega a um período de retorno do investimento inicial. A título de exemplo, utilizaram-se exemplos-base fornecidos com o programa para estimar o payback de aproveitamentos residenciais, comerciais e industriais, onde se obteve, respetivamente, 8, 10 e 4 anos. O facto do rendimento deste equipamento ser menor em edifícios de serviços não é de admirar, visto que são edifícios que possuem grandes cargas de arrefecimento, pelo que o

SolarWall não será tão boa escolha. Quanto a outros casos, apesar dos exemplos, a sua

viabilidade terá de ser cuidadosamente estudada e comprovada.

Uma nota para uma situação verificada: em termos de certificação energética RSECE, a influência deste equipamento pode tornar-se praticamente nula, mesmo que permita eliminar todo o consumo de aquecimento de um edifício. Vejamos este exemplo: foram instalados 50 m2 _{de SolarWall num edifício que utiliza gás como combustível para o seu}

aquecimento. O aproveitamento será responsável por uma produção térmica de 18 kWh/ano, reduzindo para um terço consumo anual de 30 kWh/ano em combustível gasoso, mas no entanto iremos adicionar 4 kWh/ano em fornecimento de eletricidade aos seus ventiladores, que distribuam o calor gerado pelo sistema por todo o edifício. Multiplicando isso pelos valores de conversão do IEE de kWh para kgep, obtém-se:

(3.24)

(3.25)

(3.26)

Verificando os cálculos, podemos ver que a descida de consumo de gás quase equivale ao aumento do consumo em eletricidade. Concluindo, apesar de o equipamento permitir diminuir substancialmente o consumo de aquecimento do edifício, a sua influência na classificação e no cálculo dos consumos reais e nominais poderá ser menor do que a esperada, já que é preciso ter em conta os fatores de conversão de cada combustível [ver capítulo 3.1.2].