Conforme a Tabela 4.5 exibida a seguir, a intervenção que mais impactou na redução do consumo energético para refrigeração foi a aplicação de vidros refletivos no modelo de referência. A mesma reduziu o consumo de energia elétrica em cerca de 30% para o sistema
do tipo SPLIT e em 35% para o tipo VRF. A segunda melhor solução foi a redução do PAFT
para 30%, que reduziu em aproximadamente 20% quando o sistema de ar condicionado aplicado foi o do tipo SPLIT e em 26% quando foi do tipo VRF. A que menos gerou economia energética para refrigeração, no contexto geral da edificação, foi a alteração da cobertura de fibrocimento para a cobertura metálica. Porém, quando analisado apenas o pavimento de cobertura, zonas térmicas A3 e B3, esta análise é modificada, pois essa intervenção foi capaz de reduzir a carga térmica do pavimento em quase 5,25%.
Tabela 4.5: Compilação dos resultados
Alteração proposta
na edificação Consumo energético do modelo de referência [(kWh/m²)/ano]
Consumo energético do modelo com a alteração proposta [(kWh/m²)/ano]
Economia do consumo energético (%)
SPLIT VRF SPLIT VRF SPLIT VRF
Cobertura metálica 53,40 36,04 53,10 35,73 0,55 0,85 Parede LSF 57,21 38,99 +7,14* +8,20* Vidro verde 46,94 30,68 12,08 14,85 Vidro fumê 46,42 30,26 13,06 16,03 Vidro refletivo 37,44 23,08 29,88 35,94
Alteração proposta na edificação Consumo energético do modelo de referência [(kWh/m²)/ano] Consumo energético do modelo com a alteração proposta [(kWh/m²)/ano]
Economia do consumo energético (%)
SPLIT VRF SPLIT VRF SPLIT VRF
Brises verticais 51,22 34,14 4,08 5,26
Brises horizontais 47,83 31,62 10,42 12,24
PAFT 30 42,28 26,65 20,82 26,02
Soluções
agrupadas** 34,33 20,92 35,70 41,94
* resultados que impactaram no aumento do consumo de energia elétrica
** modelo com a aplicação de brises horizontais, vidros refletivos e cobertura metálica
A aplicação de algumas das melhores soluções em termos energéticos - vidro refletivo, brises horizontais e cobertura metálica- , aplicadas ao modelo de referência, produziram uma economia energética para refrigeração na ordem de 35,70% no sistema SPLIT e de 41,94% no VRF.
Assim, a única alteração que gerou aumento no consumo de energia para a refrigeração da edificação foi a alteração das paredes de alvenaria por paredes de LSF, que possuem isolamento térmico. Conforme mencionado anteriormente, pelo prédio ser comercial e por possuir ocupação elevada, além de grandes quantidades de iluminação e equipamentos, o isolamento térmico do material acaba prejudicando, pois não permite a perda da energia gerada no ambiente interno para o externo, através das paredes, nas horas em que a temperatura externa é mais baixa que a interna.
Para ilustrar o consumo energético dos sistemas de condicionamento de ar relacionados aos modelos gerados, conforme as alterações arquitetônicas propostas, foi criado o gráfico apresentado na Figura 4.27. A partir deste gráfico é possível comparar o consumo energético anual dos sistemas de ar condicionado SPLIT e VRF, por metro quadrado, com outras edificações, permitindo que esse estudo seja objeto de correlação com outros trabalhos acadêmicos.
Figura 4.27: Consumo energético anual dos sistemas de ar condicionado SPLIT e VRF conforme as alterações arquitetônicas propostas
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste estudo foi analisada a relação entre aplicações de diferentes características arquitetônicas e o consumo energético para refrigeração de sistemas de ar condicionado dos tipos SPLIT e VRF, em uma edificação comercial vertical. Foi estudada a implantação dos modelos de edificações no clima da cidade de Porto Alegre, a qual pertence a ZBBR 3, através da ferramenta de simulação computacional EnergyPlus, versão 8.4.0.
Quando simulado os aparelhos de ar condicionado dos tipos SPLIT e VRF, com as características arquitetônicas do modelo de referência, o sistema de ar condicionado do tipo VRF, consumiu 30% a menos de energia elétrica por ano para refrigerar a edificação do que o aparelho do tipo SPLIT. Isso ocorre pela maneira com que o termostato do SPLIT atua, fazendo com que o compressor da máquina ligue e desligue diversas vezes, gerando uma grande oscilação da temperatura do ambiente para manter a temperatura do ambiente próxima àquela estabelecida no setpoint. Enquanto isso, o sistema VRF mantém a temperatura do ambiente constante com pouca oscilação e o compressor opera frequentemente variando a rotação em função da temperatura desejada, evitando picos de consumo de energia para religar o compressor. Assim, na média o consumo de energia elétrica para resfriamento é mais baixo, pois o VRF analisado trabalha melhor com cargas parciais do que o SPLIT.
A troca do vidro incolor pelo refletivo proporcionou uma economia de energia elétrica bem relevante, porém, o ideal seria a colocação da dimerização do sistema de iluminação artificial nos ambientes internos. Assim, seria possível medir a necessidade do aumento de iluminação artificial quando o vidro é mais escuro ou a diminuição do uso de iluminação artificial quando o vidro possui maior transparência e permite maior entrada de fluxo luminoso.
Além de todos os resultados apresentados, é importante frisar a relevância que as cargas internas possuem na relação de consumo energético dos sistemas de condicionamento de ar. Por ser uma edificação comercial, o número de usuários por metro quadrado é volumoso, assim como a quantidade de equipamentos eletrônicos e de iluminação. Isso tudo dissipa energia e faz com que a sensação térmica do ambiente aumente e, consequentemente eleve a necessidade de refrigeração para manter a temperatura de conforto nos meses de calor. Por vezes a carga interna elevada faz com que a alteração de alguns materiais construtivos, piore o desempenho dos sistemas de ar condicionado, ou não gere o desempenho esperado antes da aplicação na simulação.
Para a classificação do nível de eficiência da envoltória, o RTQ-C adota o Zoneamento Bioclimático Brasileiro e as recomendações de transmitância térmica do envelope são estipuladas em valores fixos, não considerando a ocupação da edificação. Com as simulações que foram feitas neste trabalho foi possível constatar que, em um edifício comercial, o calor gerado pelos equipamentos, iluminação e ocupação dos usuários fez com que houvesse carga térmica de refrigeração mesmo com temperaturas externas menores que a interna. Ao utilizar materiais mais isolantes na envoltória se dificulta a dissipação de calor interno através da fachada, aumentando o consumo dos sistemas de condicionamento de ar. Portanto, seria interessante que essas variáveis fossem acrescentadas no momento da escolha do material correto para o fechamento do envelope.
Durante as simulações o COP nominal do VRF foi superado em várias horas do ano, assim como o COP nominal do SPLIT, demonstrando que os mesmos trabalharam com melhor rendimento nas horas com temperatura mais amena; ainda assim, o consumo do VRF ficou bem inferior ao sistema do tipo SPLIT.
Também se verificou que o RTQ-C apenas pontua o sistema de ar condicionado pelo seu COP nominal, determinando se o aparelho será de nível A, B, C, D ou E. Foi possível observar nesse trabalho que o valor nominal é superado em diversas horas do ano e isso faz com que o mesmo não seja pontuado pela sua real condição de operação. Portanto, há de se verificar a importância de se considerar um COP integrado ao longo do ano como valor de referência para a pontuação da etiquetagem, já que a curva de consumo de cada aparelho possui suas particularidades.
É importante ressaltar que a análise da economia de energia elétrica dos sistemas de ar condicionado empregados para refrigeração, aqui estudados, dependem de vários fatores, como: o clima, as características arquitetônicas da edificação, as propriedades dos materiais construtivos, as cargas internas e o padrão de ocupação dos usuários.