Tecnologia de Resfriamento Inteligente Aumenta a Eficiência Energética de HVAC

Em edifícios comerciais de grande porte, os sistemas de chillers servem como o principal equipamento de refrigeração, com sua eficiência energética impactando diretamente os custos operacionais e a sustentabilidade. No entanto, o que muitas vezes passa despercebido é que a própria sala de chillers representa uma fonte significativa de calor. O gerenciamento e controle eficazes das cargas térmicas nesses espaços surgiram como um fator crítico na otimização do desempenho geral do sistema de refrigeração.

Se os chillers representam o "coração" dos sistemas de refrigeração, então as salas de chillers funcionam como as "veias e nervos" que sustentam este órgão vital. No entanto, esses espaços modestos abrigam um potencial substancial de consumo de energia. Vários componentes elétricos dentro das salas de chillers—incluindo motores de compressores, motores de bombas, acionamentos de frequência variável (VFDs) e transformadores—geram calor considerável durante a operação. Essa saída térmica não apenas reduz a eficiência e a vida útil dos equipamentos, mas também aumenta as demandas de resfriamento da sala da central, elevando, em última análise, o consumo de energia de todo o sistema.

Para alcançar o resfriamento inteligente e a redução de energia nas centrais de chillers, os engenheiros devem primeiro entender completamente as fontes de carga térmica—semelhante aos médicos que diagnosticam doenças antes de prescrever o tratamento.

Os motores de compressores normalmente representam a maior fonte de calor nas centrais de chillers. Estes se enquadram em duas categorias com base nos métodos de resfriamento:

• Chillers herméticos: Motores e compressores são alojados em unidades seladas resfriadas pela circulação de refrigerante. Este projeto transfere o calor do motor diretamente para o refrigerante, minimizando o impacto ambiental.
• Chillers de acionamento aberto: Os motores se conectam aos compressores por meio de acoplamentos externos, usando resfriamento a ar ou água. Esses projetos liberam o calor do motor diretamente nas salas da central, aumentando as cargas de resfriamento.

Embora os motores de bomba individuais possam gerar menos calor do que os motores de chiller, várias bombas operando simultaneamente podem produzir uma saída térmica substancial. A Norma ASHRAE 90.1 exige requisitos mínimos de eficiência para motores de edifícios comerciais, com unidades maiores (200+ cavalos de potência) atingindo 95%+ de eficiência. No entanto, mesmo esses motores de alta eficiência convertem alguma energia em calor.

Embora os VFDs melhorem a eficiência em carga parcial ajustando a velocidade do motor, eles geram calor durante a conversão de energia. Os métodos de resfriamento variam:

• VFDs refrigerados a ar: Usados para bombas menores e ventiladores de torres de resfriamento, estes liberam calor diretamente nas salas da central.
• VFDs refrigerados a água: Normalmente empregados para controle de chiller, estes transferem calor para a água de resfriamento, reduzindo o impacto ambiental. No entanto, os VFDs de média tensão (4160V+) ainda exigem resfriamento a ar.

• Transformadores localizados dentro das salas da central
• Equipamentos de mitigação de harmônicos
• Transferência de calor do envelope do edifício
• Fontes diversas (iluminação, tubos não isolados, sistemas UPS, etc.)

Após identificar as fontes de calor, os engenheiros devem implementar abordagens de gerenciamento apropriadas, principalmente por meio de ventilação ou resfriamento mecânico.

A ventilação fornece remoção de calor econômica introduzindo ar externo. A Norma ASHRAE 15 exige taxas mínimas de ventilação de 0,5 cfm/sq.ft ou 20 cfm por ocupante, com aumentos máximos de temperatura não excedendo 18°F. As principais considerações incluem:

• Padrões de fluxo de ar cobrindo todas as fontes de calor
• Entradas de ar devidamente filtradas
• Venezianas dimensionadas para fluxo de ar eficaz (considerando uma área livre típica de 50-60%)

Quando a ventilação se mostra insuficiente, o resfriamento mecânico usando unidades de tratamento de ar, serpentinas de ventilador ou equipamentos semelhantes se torna necessário. O projeto exige o estabelecimento de pontos de ajuste de temperatura, o cálculo das cargas de resfriamento e a seleção de equipamentos apropriados.

• Seleção de equipamentos de alta eficiência
• Otimização dos layouts dos equipamentos para um fluxo de ar eficaz
• Implementação de programas rigorosos de manutenção
• Utilização de controles inteligentes com monitoramento em tempo real
• Exploração de oportunidades de recuperação de calor residual

Em última análise, o gerenciamento da carga térmica da central de chillers representa um aspecto crítico, mas frequentemente negligenciado, do projeto de HVAC. Por meio de planejamento e execução meticulosos, os engenheiros podem desenvolver sistemas de resfriamento altamente eficientes que apoiam operações de construção sustentáveis.