Ar condicionado
Modelos de gestão como ferramentas para a otimização
Eliminação dos desperdícios é a base para formular sistemas para a redução de custo
postado em: 25/07/2017 10:34 h atualizado em: 26/07/2017 15:46 h

Os modelos de gestão de energia devem ser desenvolvidos buscando a eliminação de desperdícios e aumento da eficiência dos sistemas, com base em dados e informações coletados por sistemas de medição e estabelecendo metodologias de controle para fator de potência, limite de demanda, transferência de carga, entre outros. Uma fábrica pode, por exemplo, em detrimento da qualidade do conforto humano, priorizar alguma área produtiva durante horário de pico; um edifício comercial de escritórios pode determinar modelos que aceitem, durante o período matutino, uma temperatura 1 ou 2 graus mais alta que a padrão, devido a menor ocupação; assim como limitar o uso de iluminação no horário de almoço, reduzir o consumo dos sistemas em horário de pico, entre outras ações.

A ISO 50001, normativa que dá diretrizes para as empresas definirem seus modelos de gestão de energia nos edifícios, é baseada no modelo de melhoria contínua. A Abesco - Associação Brasileira das Empresas de Serviços de Conservação de Energia, apresenta um quadro de exigências da ISO 50001 para as organizações: desenvolver uma política para o uso mais eficiente da energia, fixar metas e objetivos para atender a essa política, usar dados para melhor compreender e tomar decisões sobre o uso de energia, medir os resultados, rever como a política funciona, e melhorar continuamente a gestão da energia.

Alberto Hernandez Neto, professor do curso de engenharia mecânica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Poli-USP, cita, como parâmetro, o KPI - Key Performance Indicators (indicador-chave de desempenho). Podem ser de diferentes naturezas e podem ser usados de forma combinada para definir as métricas que vão avaliar o desempenho de uma determinada edificação. Os parâmetros podem ser consumo de energia total anual/mensal por m² ocupado, custo de manutenção mensal por kWh, consumo de energia total anual/mensal por número de ocupantes etc. Segundo Hernandez, a escolha dos parâmetros deve ser baseada em informações que são definidas como mais relevantes e deve cumprir as seguintes orientações: a) importância: se o KPI definido é importante para avaliar o desempenho da edificação; b) melhorias: o KPI definido permite potencial para melhorias; c) autoridade: quem define o KPI deve ter autoridade para melhorá-lo.

Alberto Hernandez Neto

Os parâmetros se definem, segundo o engenheiro elétrico Rodrigo Ferreira dos Santos, responsável pelo departamento de engenharia de desenvolvimento da Brain Set, de acordo com a operação da empresa. "Qualquer modelo de gestão a ser aplicado deverá ser compatibilizado com a cultura dessa. De qualquer forma, opiniões de especialistas na área de energia devem ser consideradas juntamente com o conhecimento de gestores que conhecem o dia a dia da empresa".

"Quando o projeto for elaborado, os parâmetros devem ser discutidos entre os projetistas de elétrica, ar condicionado e cliente. Posteriormente, caso não previsto, entre equipes de manutenção, operação e cliente/usuário final da edificação", diz Luciano de Almeida Marcato, gerente nacional de vendas da Daikin McQuay Ar Condicionado Brasil.

Definindo os parâmetros do modelo de gestão e analisando o comportamento histórico com base em variáveis escolhidas é possível estabelecer uma baseline, ou seja, uma estimativa de como o consumo deve se comportar de acordo com as variáveis escolhidas. "Tomando como base esta estimativa é possível definir indicadores de desempenho para comparar o valor real medido com o valor estimado na baseline. O ideal é que sejam escolhidos indicadores úteis para que o gestor do edifício possa avaliar o desempenho e, posteriormente, agir para otimizar o consumo energético", explica o engenheiro elétrico Carlos Bueno de Camargo Filho, coordenador de elétrica do Grupo Newset.

"Os indicadores de desempenho a serem estabelecidos num modelo de gestão de energia é o consumo específico, como, por exemplo, da energia elétrica, o kWh por peça produzida. Essa definição se dá por consumo energético utilizado para produzir uma unidade", comenta Santos.

Já Marcato acredita que devem ser considerados como indicadores mais significativos o kW/m² de área útil, o R$/m² de laje e o valor do ocupante.

Escolhendo as variáveis definidoras

Para Santos, antes de mais nada, deve­-se conhecer os consumos energéticos e fazer as seguintes perguntas: a) por que se consome energia?; b) como estamos consumindo esta energia?; c) quais são as cargas que consomem esta energia?; d) quanto se consome (tanto em kWh quanto em R$)? A partir desses dados define-se as variáveis mais adequadas.

"As variáveis de controle devem ser discutidas de acordo com os seguintes indicadores: sistemas de medição, tipos dos sistemas projetados e instalados pelas equipes de elétrica, iluminação, ar condicionado, elevadores e cliente. Deve ser sempre possível buscar comparação com itens tangíveis, como ocupação, horário de operação, carga instalada versus utilizada etc.", diz Marcato.

Camargo explica que a melhor maneira para a escolha de variáveis do sistema para monitorá-lo é que ele seja simples e represente as variáveis que mais impactam no consumo energético. "Um exemplo de escolha de parâmetros interessantes seria horário no dia, dia da semana, mês do ano e temperatura externa naquele dia. Todos estes fatores influenciam, consideravelmente, no consumo energético do prédio e formam um conjunto relativamente pequeno para simplificar a análise".

Programas de eficiência energética x modelos de gestão

Os especialistas concordam que os programas de eficiência energética (EE) não se comparam aos modelos de gestão de energia, podendo ser complementares. Para Camargo, os programas de EE visam incentivar a utilização de equipamentos e instalações mais eficientes energeticamente, ou seja, aonde a relação de potência de saída e a potência elétrica consumida seja a maior possível. Cita, como exemplo de programa de eficiência energética, o Procel que certifica equipamentos de acordo com o seu COP - Coeficiente de Performance. O modelo de gestão de energia não visa apenas a eficiência das máquinas, mas toda a instalação e o custo-benefício desta instalação. Terá como objeto, dentro da política de gestão energética, a troca de máquinas antigas por máquinas mais novas e com melhor eficiência energética. Mas deve ser realizada uma análise e, talvez, a ação que irá gerar um melhor custo-benefício não seja a troca de um equipamento por outro e, sim, a otimização da instalação e sua operação.

"A eficiência energética é uma ferramenta dentro da gestão de energia. Não podemos definir como sendo os mesmos modelos. Para viabilizar qualquer projeto de gestão energética deve-se atacar os equipamentos que mais consomem energia elétrica, como mostra o Gráfico 1", explica o engenheiro elétrico da Brain Set.

Gráfico 1

Constatou-­se que o maior consumidor de energia elétrica é o ar condicionado, totalizando 33,9% do consumo da instalação, porém, aprofundando um pouco mais a análise das medições, verificou-­se que os motores elétricos são os maiores consumidores de energia. Santos sugere que estas cargas sejam as primeiras a serem gerenciadas energeticamente, como, por exemplo, efetuando a instalação de banco de capacitores ou a substituição para motores mais eficientes.

Para Marcato, eles são complementares, pois trabalhar com a gestão de energia pode ou não passar por executar projetos de EE, e vice-versa. Ambos têm como meta a redução de consumo e diminuição dos custos operacionais, mas se utilizam, também, de estratégias e diferentes conceitos. "Enquanto projetos de eficiência  podem trabalhar com ajustes operacionais, troca de equipamentos ou tipos de sistemas, a sua gestão pode simplesmente ser a medição, acompanhamento para basear futuras ações de melhoria, mudanças em calendários de operação etc. A simples troca não garante 100% da eficiência prometida. As variáveis devem ser medidas, acompanhadas e comparadas com os resultados esperados, podendo corrigir as condições operacionais quando da implementação dos sistemas de eficientização e gestão energética".

Já para o professor Hernandez, os programas de EE podem e devem fazer parte de um modelo de gestão de energia. Programas de eficiência energética podem auxiliar na definição dos modelos de energia, na medida em que contêm o diagnóstico do desempenho energético que embasa diversas decisões do modelo de gestão de energia.

Os modelos de gestão

Os principais modelos de gestão são: BSC, PDCA, MEG, INEE, USP e a Norma ISO 50001:2011. Para Marcato, a ISO 50001 é uma das principais normatizações que podem auxiliar clientes em busca de modelos de gestão energética. Identifica indicadores precisos, mapeando seus sistemas e processos necessários para melhorar o desempenho energético, incluindo a eficiência energética, uso e consumo. A implantação da norma se destina à redução das emissões de gases de efeito estufa e outros impactos ambientais relacionados à energia, custos e economia.

Hernandez compartilha da mesma opinião. "O modelo que conheço é baseado na norma ISO 50001, que define modelo de gestão de melhoria contínua resumido nos seguintes itens: desenvolver uma política para o uso mais eficiente da energia; fixar metas e objetivos para atender a essa política; usar dados para melhor compreender e tomar decisões sobre o uso de energia; medir os resultados; rever como a política funciona; e melhorar continuamente a gestão da energia".

Camargo cita como principais modelos de auditoria o PDCA - Plan/Do/Check/Ac, o BSC - Balanced Scorecard e o nacional MEG - Modelo de Excelência em Gestão. "Todos têm, em comum, o foco da gestão em possuir uma estratégia clara para todos os envolvidos, com metas e procedimentos bem definidos, e o fato do sistema de gestão trabalhar com um ciclo de melhoria constante".

É possível um modelo de gestão levar em conta a geração de energia? Para Santos, da Brain Set, sim. “A gestão da geração é extremamente importante para controle dos custos, qualidade da energia e instalação. Já num sistema de climatização deve­-se levar em conta a manutenção do equipamento e a correta dimensionalidade das máquinas para seus devidos fins".

“Deve levar em conta, mas não necessariamente deverá conter a geração. Isso depende muito do tipo de edificação, seu uso e localização. Já o sistema de climatização é um complemento da edificação e precisa estar alinhado com outros sistemas, como o elétrico, características construtivas de fachada, telhado etc. Deve ser pensado como um todo, ou seja, se o sistema de geração de energia (fotovoltaico, eólico, cogeração etc.) está previsto é necessário avaliar quais sistemas de climatização ‘casam’ melhor com o sistema de energia daquela edificação, de forma a trabalharem melhor em conjunto, tendo, assim, mais eficiência global”, corrobora Marcato.

Luciano Marcato

Para o coordenador de elétrica da Newset é preciso levar em conta tudo que é possível para melhorar a eficiência energética do edifício. “Qualquer tipo de energia gerada por meios alternativos, como o solar, é considerado na gestão energética. Num sistema de climatização podemos pensar na utilização da energia térmica gerada em outros processos, como caldeiras, por exemplo".

“Em um modelo de gestão deve-se olhar a geração de energia e/ou a operação do sistema de climatização como parte dos diversos sistemas que podem ser implantados e/ou melhorados para que a gestão de energia seja realizada dentro dos parâmetros e metas definidos para uma determinada edificação”, explica Hernandez.

Estratégias

Em um modelo de gestão, segundo Santos, é perfeitamente possível enquadrar tais estratégias, como termoacumulação, cogeração, recuperação de energia etc. Para ele, tanto a parte de geração quanto a parte de reaproveitamento de energia é relevante para gestão de energia.

Se é para reduzir o consumo, Hernandez comenta que todas as estratégias são possíveis e válidas, devendo ser incorporadas ao modelo de gestão, desde que avaliadas do ponto de vista de viabilidade técnica e econômica, e sendo adequadas para a edificação.

“Elas têm relação direta com o gasto de energia ou preço pago pela energia consumida. Detalhando as relações de cada uma, como, por exemplo, a termoacumulação, ela irá reduzir o custo, pois armazena potência térmica em horários onde a energia elétrica é muito mais barata;  a cogeração é utilizada para aproveitar a energia térmica de outros processos que seriam desperdiçados, a recuperação de energia diminui a potência térmica necessária para levar o ar para o estado desejado, fazendo com que o ar tratado, que seria exaurido, troque calor com o ar externo, em geral, quente e úmido. Todas são estratégias que irão ajudar a diminuir o custo de energia”, esclarece Camargo.

Já Marcato acredita que um sistema de termoacumulação é parte de uma estratégia para reduzir o custo operacional com deslocamento de produção de frio para horários onde o custo da energia é menor, devido a maior disponibilidade de energia em períodos noturnos, feriados ou finais de semana. Já os sistemas de recuperação de energia se enquadram como itens para diminuir o desperdício (exaustão de ar condicionado filtrado e tratado, recuperação de calor de condensação para uso como pré-aquecimento de água quente em sistemas de aquecedores a gás etc.). “Devem ser entendidos como um componente, um sistema que vai trabalhar visando a redução de cargas/consumo e que podem ter seu funcionamento acompanhado, medido e otimizado dentro de um sistema de gestão de energia”.

O gestor

O papel do usuário ou gestor é essencial. Ele é quem mais interfere na operação da edificação, e a gestão da edificação deve ser voltada para atender as necessidades do usuário. É necessária a constante análise do sistema, ação e observação. “Pela própria metodologia ISO, pensando na certificação ISO 50001, o usuário que realizará o ciclo Plan/Do/Check/Act irá analisar o comportamento do sistema, realizará o planejado, com treinamentos e orientações, observará o resultado e agirá de acordo, implementando as melhorias e se preparando para o próximo planejamento”, diz Camargo.

“É importante que o usuário tenha domínio sobre a instalação, que a conheça bem para poder tomar decisões, independente do sistema de automação. Um dos pontos para alcançar uma eficiência maior é a operação e a manutenção do sistema”, comenta Santos.

Rodrigo Ferreira dos Santos

Para Marcato, tanto usuários quanto operadores têm importante papel na correta utilização dos diversos sistemas, sejam iluminação, ar condicionado ou elevadores.  “Os operadores têm mais influência para avaliar os resultados de medições do sistema de gestão de energia, bem como a retroalimentação dos resultados nas estratégias de funcionamento dos sistemas, e assim, nortear futuras melhorias e ajustes para otimização dos mesmos. Isso é de suma importância para os responsáveis do controle dos programas de gestão de energia e de utilidades, pois desta forma conseguirão acompanhar os resultados e planejar outras ações complementares a curto e médio prazo”.

Exemplos de gestão

O professor Hernandez cita, como exemplo, o modelo de gestão da empresa Siemens Anhangera, localizada na cidade de São Paulo (SP). A gestão é feita de forma bastante detalhada e com metas bem definidas de acordo com os objetivos da empresa. O sistema de automação e controle tem um papel importante, ele fornece uma radiografia bem detalhada do desempenho da edificação.

“Podemos comparar o modelo de gestão aplicado na USP com o modelo Procel. No modelo Procel temos uma discriminação maior das disciplinas, analisando pontos individualmente, como ar condicionado, refrigeração, iluminação, bombas, transformadores etc., tudo separado. Já no modelo da USP é dada uma visão mais macro da instalação e estimado o potencial de economia em relação ao todo de cada ação considerada no planejamento. No modelo da USP - disponível no curso de especialização em eficiência energética e ministrado nas dependências da universidade - o AQUA - Alta Qualidade Ambiental, é um modelo adaptado para a realidade brasileira pela Fundação Vanzolini a partir do Francês HQE – Haute Qualité Environnementale”, explica Camargo.

Marcato explica que vai de acordo com o perfil do cliente, “entendemos que deve ter uma maior preocupação, somente, com suas energias primárias (gás e energia) ou até mesmo com as secundárias (vapor, água quente, água gelada), no caso de empresa de cogeração ou venda de energias térmicas em conceito de District Cooling . Este tipo de gestão pode englobar relatórios de uso/gasto de energia por áreas comuns (lobbies, atriums, restaurantes etc.) e áreas privativas (salas comerciais, quartos), de forma a mostrar aos usuários e operadores dos sistemas prediais os impactos de suas ações na operação e consumo da edificação”.

Softwares de simulação energética

Os softwares de simulação energética auxiliam na avaliação de estratégias para redução de consumo de energia, permitindo verificar o potencial de redução de cada estratégia e contribuir na tomada de decisão de quais estratégias implementar, com base no modelo de gestão adotado pela empresa.

Segundo Marcato, os softwares são usados para dimensionar as cargas, consumos e previsões de custos operacionais dos sistemas em uma edificação. “É bastante complexo ‘casar’ as premissas de projeto (ocupação, uso de áreas, condição de ar externo etc.) com o mundo real, sendo possível simular a performance dos sistemas de acordo com novas condições operacionais de projeto e avaliar seu efeito no custo operacional, seja ele positivo ou negativo. Desta forma entendo que no dia a dia de um edifício fica difícil de implementar”.

“Softwares de simulação energética dão uma ideia mais real do dimensionamento de carga térmica e consumo elétrico em geral, evitando, assim, o superdimensionamento de sistemas por utilização de fatores com mais folga do que o necessário, garantindo assim uma instalação mais sustentável e eficiente energeticamente”, elucida Camargo.

A automação

A automação tem um papel essencial na gestão de energia e é onde a maior parte da otimização pode ocorrer. Ela pode ser aplicada em todos os sistemas do edifício, como iluminação e elevadores, mas no ar condicionado existe uma gama extensa de aplicações, podendo ir desde a monitoração e comando remoto de ventiladores e unidades de manejo de ar, à otimização de processos, utilizando válvulas proporcionais, controle de vazão, limitação da capacidade para certos ambientes, mudança de comportamento, dependendo da variável de entrada e diversos outros controles, visando principalmente evitar o desperdício de energia. É essencial na coleta e manipulação dos dados, oferecendo inúmeras vantagens em comparação aos processos realizados manualmente.

Para Camargo, a automação permite com que o sistema trabalhe em seu ponto ótimo em uma curva de eficiência, mas, para isso, todo o conjunto (mecânica, elétrica etc.) deve estar bem projetado. Além disso, sistemas de automação conseguem fornecer indicativos em tempo real da instalação, verificando os seus consumos.

Carlos Bueno de Camargo Filho

“A correta operação de sistemas leva a uma operação mais eficiente e, por consequência, tende a apresentar menor consumo e custos operacionais. Além disso, um bom sistema de gerenciamento predial (BMS/automação predial) além de controle, também engloba monitoramento das suas principais variáveis, podendo auxiliar os gestores do sistema predial a melhorar parâmetros de operação e funcionamento que levem à redução do consumo”, comenta Marcato.

Escolhendo equipamentos

A escolha de equipamentos de ar condicionado e refrigeração deve ser feita com base nas premissas definidas no modelo de gestão de energia, sempre buscando o melhor desempenho da edificação. Ao formular um modelo de gestão é importante optar por equipamentos de alta eficiência, que tenham o COP – Coeficiente de Performance e o EET – Índice de Eficiência de Energia altos, utilizar renovação de ar externo tratado e instalar inversores de frequência nos motores. Tão importante quanto a escolha dos equipamentos é a utilização da vazão correta para os resfriadores de líquido, a isolação correta dos dutos e tubulações pertinentes, a renovação de ar por meio de sensores de CO2 e a verificação da possibilidade de utilizar um resfriador de líquidos que funcione por absorção de energia térmica de outro processo ou a viabilidade da termoacumulação.

Para Marcato, a tecnologia e o tipo de sistema dependem de diversos fatores, como, por exemplo, a arquitetura, o tipo de edificação e seu uso, bem como particularidades de cada projeto, não devendo ser impeditivo na determinação do modelo de gestão. “É claro que os equipamentos mais eficientes vão colaborar para atingir maiores economias, desde que bem projetados, instalados, operados e mantidos. Saliento que somente um equipamento eficiente não garante economia de energia, mas ele precisa trabalhar em condições otimizadas de operação, seja ele em carga plena de pico ou, ainda, com seu uso primário em cargas parciais. Um equipamento eficiente sub ou superdimensionado pode consumir mais que um menos eficiente, porém corretamente dimensionado”.

Charles Godini - charles@nteditorial.com.br

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