Como enfrentar os desafios da nova EPBD no setor AVAC

Artigo Técnico da responsabilidade do Grupo Contimetra/Sistimetra com base no Guia RetroFIT + da Belimo.

Já passaram quatro meses, o seu edifício está preparado para a nova EPBD?

75% dos edifícios na Europa têm uma fraca performance energética* (fonte: website Comissão Europeia) comprometendo o consumo energético e contribuindo para uma pegada carbónica mais elevada.

Os edifícios são o principal consumidor de energia elétrica, 80% desse consumo é utilizado para tornar o ambiente confortável através do aquecimento ou arrefecimento do ar ou aquecimento de água (QAS). Por isso, a otimização do consumo tem um papel crucial no alcance das metas de descarbonização propostas pela União Europeia, em vigor desde maio de 2024 e, que devem ser atingidas até 2050.

No entanto, já em 2030 será necessário reduzir a emissão de gases de efeito de estufa em cerca de 60%. Para além disso, a maior parte dos edifícios são anteriores ao ano 2000 o que aumenta as necessidades de aplicação da Diretiva em ambientes de renovação.

Temos plena consciência que um dos grandes desafios aos projetos de renovação é também ele um mito e está relacionado com os elevados custos de implementação de ações em edifícios existentes que visem melhorar a performance energética dos equipamentos sobretudo, no que diz respeito à produção e distribuição do ar e da água. É certamente um investimento inicial maior partir para soluções de reforma totais com a vantagem de obter poupanças energéticas maiores de forma mais antecipada. Mas sabia que também pode fazê-lo de forma evolutiva?

Centremos este artigo nas pequenas mudanças que podem gerar até 20% de poupança. Sabia que, num cenário de aquecimento (inverno) +1°C do que o necessário pode consumir até mais 7%? Sabia também que, num cenário de arrefecimento (verão), numa sala em que a temperatura está -1°C abaixo do necessário, pode levar a que o ar condicionado consuma mais 8% a 12%?

Sabendo que só é possível controlar aquilo que conseguimos medir, uma primeira fase de otimização do consumo passa pela implementação de três tipos de medidas.

1. Colocação de sensores/transmissores de temperatura, humidade e CO₂. Com possibilidade de ajuste dos set-points operativos. Com estes dados será possível otimizar o rendimento dos sistemas, melhorar a qualidade do ar interior e acima de tudo reduzir o consumo.
2. Também à medida que os equipamentos de campo envelhecem e carecem de substituição, os custos de funcionamento e manutenção aumentam. Substitui-los por dispositivos de campo (válvulas, sensores e atuadores) mais avançados ajudará a melhorar o funcionamento e a diminuir os tempos de inatividade.
3. Finalmente, gerir eficazmente o Delta T (entre a ida e o retorno da água numa rede hidráulica) irá contribuir bastante para melhorar o rendimento global do edifício, ou seja, por um lado, melhora a eficiência energética, melhora o conforto e melhora a qualidade do ar, por outro, reduz os custos de funcionamento.

Na Contimetra há muito que apostamos em estabelecer parcerias para apresentar soluções e equipamentos de campo que contribuam para a descarbonização dos edifícios em Portugal. Através do programa Retrofit + da Belimo é possível avaliar a performance atual e o nível de implementação necessário para cumprir a Diretiva EPBD.

Situação atual: caudais de ar e de água (quente e fria) constante.

A otimização do caudal de água é uma excelente forma de reduzir o consumo de energia em AVAC. Imagine a seguinte Unidade de Tratamento de Ar com uma bateria de água fria e uma bateria de água quente com caudal de ar constante.

Desafio:

Neste caso, a rede hidráulica primária tem caudal constante com balanceamento estático. A variação do caudal de água nas duas baterias é controlada por duas válvulas de 3 vias montadas como se mostra na figura. Os ventiladores e filtros são monitorizados por pressostatos diferenciais.

Estamos assim perante uma situação onde não é possível variar a velocidade das bombas da rede primária, nem dos ventiladores.

Solução: evolução para caudais de ar e água variáveis.

1. Caudal de ar variável

1.1 Colocar variadores de velocidade de ar nos ventiladores de insuflação e de retorno/extração;

1.2 Colocar sensores de QAI (Temperatura + Humidade + CO2) no ambiente para permitir variar os caudais de ar de acordo com as necessidades em cada momento;

1.3 Monitorizar em contínuo as pressões diferenciais nos ventiladores e filtros trocando pressostatos diferenciais por transmissores de pressão diferencial simples ou duplos.

Conclusão: esta evolução técnica permite variar os caudais de ar nos espaços servidos pela UTA de acordo com o índice de conforto necessários e não mais do que isso.

2. Caudais de água variáveis

2.1 Trocar as bombas secundárias dos circuitos de água quente e fria de caudal constante pela nova geração de bombas com variadores de frequência incorporados.

2.2 Trocar as válvulas de controle de 3 vias por válvulas da nova geração Energy Valve TM (EV)

Conclusão: as Energy Valve TM da Belimo são controladas pelo sensor de temperatura principal (ambiente, insuflação ou de retorno) que, por sua vez, controlam os caudais de água quente e fria. Desta forma conseguimos equilibrar os circuitos de distribuição na Unidade de Tratamento de Ar e gerir o Delta T na água (quente e fria) otimizando as transferências na energia através das baterias e, por consequência, melhorar a eficiência dos equipamentos – Chillers, Bombas de Valor, Bombas, etc. - e otimizar o consumo energético global.

Um fator importante é o fato de se poder controlar e gerir o Delta T permitindo reduzir em até 50% os caudais de água quente e fria. A evolução do conceito de caudal constante, tanto no ar como na água, para o conceito de caudais variáveis permite uma atualização de cada edifício de modo a progredir para atingir a classificação “A” no contexto da nova diretiva ISO EN 52120-1 que regulamentará as novas exigências da EPBD.

Fig. 3 – Energy Valve TM e Sensor/Transmissor de Temperatura + Humidade + CO₂ Ambiente

Otimização de ventiloconvectores com ventiladores de 3 velocidades de baixa eficiência.

Imagine a seguinte situação, ventiloconvectores com ventiladores com 3 velocidades de ventilação, motores cc e válvulas de 3 vias dependentes da pressão diferencial.

Neste caso, a rede hidráulica tem um caudal constante nos circuitos terminais - válvulas de controlo de 3 vias e válvula de equilíbrio estático. A variação de caudal nas baterias é controlada por um ou duas válvulas de 3 vias instaladas como se mostra na figura.

Desafio:

Esta solução, muito em voga há uns anos atrás (mais de 20) e presente em muitos edifícios atuais, é altamente ineficiente tanto ao nível dos ventiladores como também, quanto ao (des)equilíbrio hidráulico obrigando os produtores – Chillers, Bombas de Calor e Caldeiras – bem como as bombas respetivas a funcionarem no máximo da sua capacidade.

Solução: substituição dos ventiladores por modelos com motor EC (caudal de ar variável) e válvulas de controlo de 2 vias independentes da pressão diferencial e estanques (0% fugas)

Em termos operacionais, a modulação da potência térmica das unidades terminais é assegurada pela variação do caudal de água e pela variação da velocidade dos ventiladores.

Em termos operacionais, a modulação da velocidade do ventilador proporciona uma economia significativa de energia e conforto acústico. As válvulas de controlo de duas vias independentes de pressão diferencial permitem modular a velocidade das bombas enquanto equilibram automaticamente todo o sistema hidráulico. A estanqueidade das válvulas garante uma otimização energética avultada ao longo da vida útil da instalação.

Em termos de manutenção é possível substituir uma válvula defeituosa ou aumentar o número de ventiloconvectores sem ter de reequilibrar a instalação. A maior vida útil dos motores eletromecânicos que equipam as novas válvulas de controlo de duas vias reduz significativamente os custos de manutenção.

Conclusão: a atualização dos ventiladores dos ventiloconvectores – motores com 3 velocidades para motores EC de velocidade variável - a par da troca de válvulas de controlo de 3 vias com equilíbrio estático (caudal constante) para válvulas de controlo de 2 vias independentes de pressão diferencial e totalmente estanques permitem reduzir entre 50% a 70% a energia elétrica consumida em todos os órgãos da instalação – Chillers, Bombas de calor, Bombas primárias e secundárias.