Automação avançada possibilita ajuste de acordo com a real necessidade de fluxo de ar nos ambientes monitorados, revertendo em eficiência para o sistema e melhoria da QAI

O objetivo principal de um sistema com ventilação por demanda é, segundo a Ashrae RP-1547, a significativa e potencial economia de energia. De acordo com Mario Sérgio de Almeida, presidente do DNPC da Abrava e diretor da MSA Engenharia, o principal fator da ventilação por controle de demanda DCV (Demand Controlled Ventilation) é economizar energia, em vez de melhorar a qualidade do ar interior, e a quantidade dessa economia depende de fatores como perfil de ocupação, zona climática e set point mínimo do damper na caixa VAV, entre outros.

“A ventilação por controle de demanda (DCV) fornece redução automática da tomada de ar exterior abaixo das taxas de projeto quando a ocupação real dos espaços atendidos pelo sistema é menor do que a ocupação do projeto. A detecção de CO2 (Dióxido de Carbono) pode ser usada para estimar a quantidade de ocupantes relacionada com as fontes de contaminantes. Este tipo de abordagem de controle é chamado de CO2 – base DCV. Com um sistema de zona única, a concentração de CO2 na zona de respiração pode ser usada para controle direto do damper de ar externo (OA). Com um sistema de volume de ar variável (VAV) de zona múltipla; cada zona no sistema requer uma fração diferente de OA, mas o ar primário entrega a mesma fração de OA para todas as zonas. Para assegurar uma ventilação adequada que satisfaça aos requisitos de ventilação do padrão Ashrae 62.1-2013, a zona crítica deve ser devidamente ventilada, enquanto todas as demais serão super-ventiladas, e o OA não utilizado nas zonas não críticas é considerado no ar recirculado. Como resultado, o sistema de admissão de ar exterior pode ser modulado para garantir que a zona crítica seja mantida em pelo menos na taxa mínima requerida de OA da zona. Assim, a ventilação por controle de demanda pressupõe o controle da vazão de ar exterior em relação à ocupação dos espaços atendidos em tempo real. Portanto, para a operacionalidade do sistema é imprescindível o concurso de sistema de automação no desenvolvimento da lógica DCV para sistemas de climatização com recirculação em múltiplas zonas. A proposta de controle DCV é fornecer um método para admitir que as taxas de ar exterior satisfaçam a Standard 62.1-2013, enquanto minimiza a energia usada para condicionar o ar exterior”, explica Almeida.

Ou seja, a importância é a redução do gasto energético mantendo a qualidade do ar interior. “A indústria de ar condicionado, tradicionalmente, utiliza o método convencional de renovar o ar dos ambientes de forma constante. Este tipo de controle do ar externo é calculado para os níveis máximos de ocupação dos ambientes, onde é feita uma previsão que os espaços vão estar sempre ocupados com o número máximo de pessoas. Como isso quase sempre não é verdade, muita energia é desperdiçada e muitos reais são gastos para refrigerar um ar exterior desnecessariamente”, diz Rodrigo Miranda, diretor executivo da Mercato Automação.

Ele explica que a ventilação por controle de demanda funciona monitorando o nível de CO2 dentro do ambiente para manter o mesmo dentro de padrões pré-estabelecidos através da variação de insuflação ou tomada de ar externo para dentro do ambiente, para atender uma demanda real. “O controle do ar exterior por demanda possibilita que os usuários melhorem a qualidade do ar interno e utilizem a taxa de renovação de ar adequada através do uso de sensores de CO2 espalhados pelos ambientes. Os sensores funcionam como medidores da quantidade de pessoas que estão presentes no ambiente. Desta forma, podemos renovar o ar de maneira inteligente e correta, sem desperdícios. Um dos índices que melhor representa a taxa de ocupação dos ambientes é o nível de dióxido de carbono. Isto porque as pessoas liberam este gás como processo normal de seu metabolismo, pela respiração. Assim sendo, os níveis de CO2 fornecem um retrato fiel de como se encontra ocupada uma determinada instalação. As normas e portarias estabelecem o nível de 1000 ppm (partes por milhão) de CO2 como nível máximo de concentração em ambientes climatizados. A norma Standard 62.1 de 2016 da Ashrae diz que: ‘[…] é coerente com o processo de renovação de ar que seja permitido que o controle por demanda reduza a renovação total de ar externo em períodos em que o ambiente se encontra com baixa ocupação’. Isto significa que o controle individual das salas com sensores de CO2 pode gerar ganhos com energia substanciais em ambientes em que o nível de ocupação varia, como na hora do almoço em escritórios comerciais”, informa Miranda.

Sandro Soares, engenheiro de aplicação HVAC da Honeywell, acrescenta que é crescente a busca pela melhoria da eficiência energética em todos os campos, e, devido aos altos custos da energia, torna-se imprescindível a adoção de métodos e sistemas que sejam capazes de reduzir esses desperdícios. “Dentro dos edifícios comerciais, o sistema de AVAC representa cerca de 80% do consumo energético, podendo chegar a milhares de dólares ao ano. Não obstante, nota-se uma crescente tendência global pela preocupação na melhoria da experiência do usuário, traduzindo-se num maior conforto, qualidade e, por consequência, no aumento do rendimento das pessoas pela satisfação. O controle de demanda da ventilação, vem justamente para solucionar essas necessidades. Trata-se de um sistema extremamente inteligente, baseado em algoritmos apropriados de respostas rápidas transitórias, PID ou por uma tendência, ou ainda outros métodos cognitivos. Na ventilação controlada por demanda, a intensidade da ventilação é ajustada de acordo com a real necessidade de fluxo de ar gelado ou quente, respeitando as taxas mínimas de gases por ocupação (CO, CO2 e O2), de acordo com as normas internacionais da Ashare ou Anvisa (no caso de hospitais). Ela oferece claras vantagens, especialmente quando a taxa de ocupação varia muito, num curto período, como em edifícios comerciais, cinemas, shoppings centers, escolas, centros de conferência e auditórios. Os níveis de CO, CO2 e O2, bem como, temperatura e umidade, são monitorados de forma instantânea e mantidos de acordo com a recomendação indicada versus a taxa de ocupação instantânea no ambiente ou zona controlada”, comenta Soares.

O papel da automação na ventilação controlada

A automação tem um papel fundamental nas edificações modernas. Através de dispositivos de campo, o sistema avalia as reais necessidades do ambiente a ser tratado, sem excessos ou insuficiência no condicionamento do ar insuflado, ou seja, sem a automação não é viável o controle da ventilação, até porque as variações por demanda são instantâneas, o que inviabiliza uma operação manual.

“Desta forma, precisamos de softwares e lógicas atribuídas aos dados provindos dos sensores, assim como os controladores que farão as transformações lógicas das entradas/saídas em sinais elétricos ou protocolados para os variadores de frequências e, consequentemente, para os ventiladores. Quando falamos de sensor de temperatura, CO2, ou qualquer outro dispositivo, já se trata de um equipamento automatizado ou uma automação. Atualmente, o mercado quase não utiliza os sensores simples, puramente mecânicos, pois os transdutores com uma simples placa eletrônica nos possibilitam obter sinais com padrões de leitura muito mais palatáveis para os controles de automação. Inclusive, o mercado de AVAC passa por uma padronização que impõe a utilização de protocolos de comunicação como BACnet, ao invés de simples sinais elétricos. Fala-se muito em IoT (Internet das Coisas), mas pouco se aplica. O acesso a tecnologias de IoT, assim como de inteligência de negócios, se amplia rapidamente e essas inovações afetam o dia a dia da gestão e da manutenção predial”, entende Igor Okamoto Nakamura, diretor da Viridi Technologies.

Segundo ele existem metodologias de detecção simples como utilizar somente um sensor de CO2, porém quanto maior for a quantidade e tipos de sensores, consegue-se cruzar as informações e obter uma ação mais assertiva. “O variador de frequência é de suma importância, devendo ser instalado no ventilador/ exaustor para que haja a possibilidade da variação de sua rotação em resposta às informações obtidas pelos sensores; o sensor de CO2 é o principal item na composição de um sistema de ventilação por demanda, e deverá ser dimensionado criteriosamente observando as características de ocupação do ambiente, níveis aceitáveis da concentração do gás, assim como as faixas de atuação/resposta para o sistema de automação, dentro do intervalo projetado imediatamente; sensor de presença para detecção, que poderá ser intertravado com o sensor de CO2, fornecendo uma condição lógica de segurança (sensor de presença + sensor de CO2); controle de acesso integrado com o controle de AVAC, assim saberemos de uma forma antecipada a quantidade de pessoas em relação à quantidade de ar necessário dentro do ambiente a ser ocupado; e vídeo analítico, tecnologia que através de câmeras de vídeo possibilita contar pessoas e até mesmo obter análise térmica de ambientes instantaneamente, para que possamos cruzar com a leitura do sensor de CO2 e variar a ventilação. Para obter sucesso numa instalação deste porte deverá ser feita a integração de todos os sistemas CFTV + AVAC + Controle de Acesso.”

Thiago Pinto, gerente de serviços técnicos da Johnson Controls, acrescenta que dificilmente um sistema de ventilação por demanda opera sem um controlador programável e um sistema supervisório para monitorar seu funcionamento e diagnosticar, uma vez que a demanda exige cálculos e parâmetros que apenas um controlador programável seria capaz de executar. O incremento de sensores, atuadores e demais componentes exige um sistema supervisório de interface amigável para que proprietários e profissionais possam avaliar seu funcionamento.

“A ventilação controlada por demanda consiste em ajustar a entrada de ar fresco (ar externo) por meio da modulação de um damper motorizado ou ao ligar/ajustar a intensidade de ventiladores/exaustores para atender a necessidade de renovação de ar da maneira mais eficiente possível. Isso é realizado monitorando as condições externas (temperatura/umidade) e/ou sensores que medem a concentração de dióxido de carbono (CO₂) do interior, determinando quais condições são mais favoráveis do ponto de vista energético para utilizar mais ou menos ar fresco, com impacto no consumo do equipamento de climatização. Alguns projetos podem exigir sistema de ventilação forçada para coletar ar externo, sensores complementares de temperatura externa de bulbo seco e umidade, sensores de concentração de dióxido de carbono (CO₂) no interior, e controlador programável para monitorar e controlar os componentes de ventilação por demanda e climatização. A linha de controladores da Johnson Controls possui software de programação com lógicas pré-configuradas e testadas para aplicações de economizador referentes a ventilação por demanda com grande variedade de controle”, informa Pinto.

Existem ainda alguns sistemas simples para aplicações dedicadas, por exemplo, em consultórios médicos, onde o próprio sensor de CO2 tem um display de ajuste de set point para acionamento de uma saída digital: quando o nível de CO2 dentro do ambiente ultrapassa o limite desejável, ele mesmo aciona um equipamento de ventilação/exaustão para renovar o ar ambiente e mantê-lo dentro de um nível saudável.

“A ventilação por demanda, associada a um bom sistema de automação e a utilização de sensores de boa qualidade, resulta em economia substancial de energia, ao mesmo tempo que mantém o conforto no ambiente. Para utilização do sistema de ventilação por demanda, se fez necessário a medição do nível de ocupação do ambiente. Uma das medições que melhor representa a taxa de ocupação dos ambientes é o nível de dióxido de carbono (CO2). Neste sentido, o principal avanço, que vem resultando em uma popularização do uso de sistemas inteligentes de renovação de ar, é o custo do sensor de dióxido de carbono (CO2) cada vez mais acessível, tornando o investimento inicial mais baixo”, afirma Miranda.

Soares também aponta sistemas de controle de demanda mais simples, compostos apenas por field devices do tipo atuadores, sensores de CO, CO2, O2, temperatura e umidade (ou ambos, conjugados) que associados são capazes de controlar um sistema stand-alone de controle por demanda. Porém, para um edifício comercial, estes sistemas tornam-se mais caro e com menor eficiência, optando-se pelo controle operado por BMS.  “Oferecemos ao mercado um sistema stand-alone economizer, capaz de integrar sensores de CO, CO2, temperatura, umidade e ainda controlar dampers de caixas VAV, realizando um comparativo do exterior com o ar interior avaliando qual é mais vantajoso no momento. Assim, a automação tem papel fundamental no controle inteligente de demanda de ar por ocupação instantânea, principalmente, em se tratando de grandes empreendimentos comerciais com alta taxa, ou rotatividade, de ocupação, como escritórios, shoppings centers, aeroportos etc. Ou seja, é impossível alcançar a máxima performance nesses sistemas sem a existência da automação como background.” 

Avanços e tecnologias no monitoramento da qualidade do ar interior

A ventilação por demanda está diretamente ligada ao monitoramento da qualidade do ar interior e se integra à automação por meio de parâmetros mínimos aceitáveis de emissão de gases de acordo com as normais internacionais. Dentre os inúmeros fatores da não observância dos gases de emissão, estão irritação (vermelhidão) nos olhos e sonolência, e até fatores prejudiciais à saúde por contaminação; mesmo com os limites mínimos aceitáveis, é realizada a recirculação do ar gelado ou quente e, desta forma, todos os sensores de monitoramento da qualidade do ar são interligados à automação.

“Existe uma tendência de sensores de monitoramento da qualidade do ar que vão além dos parâmetros básicos de monitoramento de gases, que são os VOC – (Volatile Organic Compounds), sensores químicos que levam em consideração os odores desprendidos por materiais diversos, como a tinta. No caso de detectado o odor, o sistema de ventilação por demanda entra em ação e, por intermédio da automação, realiza a renovação do ar. O que temos notado em termos de avanços são produtos que dispensam calibração, auto adaptáveis, e a automação em IoT, por um gerenciamento centralizado, principalmente no mercado varejo. Através de tais sistemas, pode-se monitorar a qualidade, bem como o consumo energético instantâneo, e o impacto no setor de varejo é direto, pois com mais conforto o cliente se dispõe a permanecer mais tempo dentro de uma loja ou restaurante. Cito como exemplo o McDonald’s – Riviera de São Lourenço (Bertioga-SP), onde, em dias mais frios, é aproveitado o ar exterior, diminuindo o tempo de funcionamento dos equipamentos de ar condicionado. Este sistema utiliza sensores de temperatura interiores e exteriores, integrados a um sistema de automação de alta performance, com redução no consumo de energia elétrica chegando a 14%”, explica Soares.

Ana Paula Basile Pinheiro – anapaula@nteditorial.com.br

Veja também: Recomendações na utilização de tecnologias para ventilação controlada

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