Uma vez esgotadas as estratégias passivas, é necessário lançar mão de estratégias economizadoras. “Um bom exemplo de aplicação de free cooling é utilizando resfriadores de líquido (chillers) que utilizam o processo de compressão mecânica, transferindo o calor do ambiente absorvido pelo refrigerante no evaporador para o condensador, podendo ser ar ou água, que rejeitará este calor para atmosfera (no caso de resfriadores com condensação a água, a rejeição ocorrerá na torre de resfriamento). Quando aplicado em regiões com períodos de temperaturas reduzidas, o equipamento dotado de processo de free cooling será capaz de fazer um trabalho semelhante, sem a utilização de uma fonte de resfriamento”, diz Cristiano Brasil, da Midea Carrier.

Luciano Marcato, da McQuay Daikin, explica que “o sistema free cooling em chillers trabalha com dois conceitos básicos, o uso de migração de refrigerante (free cooling indireto), onde a fonte de frio depende do equipamento para haver circulação não forçada de refrigerante (sem uso do compressor), conforme mostra a Figura A, ou de forma direta onde o resfriador é by passado e a água fria da torre é diretamente passada por um circuito paralelo com um trocador intermediário, levando o frio a ser consumido pelo sistema de climatização, conforme Figura B. No caso de chillers a ar, ou montam-se sistemas paralelos com dry coolers que serão ligados ao sistema fornecendo água gelada para o circuito hidráulico (isso quando as condições ambientes assim o permitirem) ou fazem a construção dos equipamentos com dupla serpentina na seção da condensação, uma externa para uso em free cooling com água/fluido intermediário que é resfriado pelo ar frio que passa pela mesma, e a outra convencional do condensador, por onde passa o fluido refrigerante de alta temperatura/pressão a ser resfriado pelo ar externo, mudando de fase do estado gasoso para o líquido. Neste caso, o equipamento deverá ainda contemplar um conjunto de tubulações e válvulas de forma a permitir o uso independente, ou não, do sistema de free cooling. Quando a temperatura ambiente for mais alta que o setpoint de água gelada, há a necessidade de resfriamento mecânico com uso de compressores. Quando a temperatura ambiente for bem menor (por exemplo, a 5°C) que a temperatura de água gelada (por exemplo a 15°C para uso em processos ou data center), o controlador do chiller vai comandar a válvula de by pass e solicitar o desligamento total dos compressores. Já em condições intermediárias, poderá ser possível trabalhar com compressores em carga parcial, aproveitando parte da energia vinda da seção de free cooling, completando a carga térmica com funcionamento parcial dos compressores”.

Bo Andersson, da Heatex Brasil, cita, como exemplo, uma UTA para data center, utilizando ar externo. Esse sistema é baseado num trocador de calor entre dois fluxos do ar. O ar externo será resfriado através do processo evaporativo direto, entrando no trocador de calor com temperatura em torno de 23°C no ponto de projeto. No outro lado, o ar de retorno do data center entra no trocador com 36°C. Os dois fluxos do ar trocam energia e o ar do data center sai do trocador com 26°C, enquanto o ar externo a ser expurgo sai com 32°C.  Em regiões com alta temperatura e alta umidade não será possível resfriar o ar externo para 23°C, e o ar do data center será insuflado com uma temperatura maior do que 26°C. Neste caso, a UTA será equipada com um sistema de ar condicionado auxiliar, reduzindo a temperatura do ar de insuflação até 26°C.

Andersson explica que o free cooling para edificações pode ser aplicado na época em que as temperaturas e umidades do ar externo estão mais baixas. Ele cita, como exemplo, a região Sul do país, onde o free cooling direto pode ser usado no período da manhã, durante o inverno. Em geral, o ar de insuflação do sistema de ar condicionado tem uma temperatura entre 15°C e 18°C. Porém, no Brasil, com clima tropical e subtropical, um sistema free cooling usando ar externo não agrega muitas horas de operação e deve ser considerado como um complemento para o sistema de ar condicionado, e não um substituto.

Para realizar a recuperação de energia a partir dos sistemas de distribuição e renovação do ar, Andersson comenta que a renovação do ar interno resulta em maior carga térmica do projeto, aumentando o tamanho do sistema de ar condicionado. Consequentemente, o sistema irá consumir mais energia elétrica, em torno de 20%. “Essa situação pode ser remediada através da recuperação da energia na renovação do ar interno. Um trocador de calor utiliza o frio do ar de expurgo para resfriar e desumidificar o novo ar externo. Porém, como na maioria dos países, aqui no Brasil deveria ser aplicada uma lei complementar que obrigasse o uso da recuperação da ventilação. Ou seja, uma tecnologia que elimina em até 70% ou mais o aumento da capacidade e consumo do sistema de ar condicionado”. Da redação

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