Ar condicionado
Shopping em Fortaleza tem climatização por vigas frias
RioMar é o mais recente empreendimento do Grupo JCPM
postado em: 22/02/2017 16:16 h atualizado em: 09/03/2017 15:43 h

O Grupo JCPM, que tem entre seus empreendimentos os shoppings RioMar Recife, RioMar Fortaleza, Salvador Norte Shopping e Salvador Shopping, entre outros, inaugurou, no final de outubro, o RioMar Kennedy, também na capital cearense. Mais uma vez foram contempladas estratégias para a eficiência energética e a mitigação dos impactos ambientais.

Em relação às utilidades, o sistema de ar condicionado destacou-se para a obtenção da Certificação Aqua nos quesitos Projeto e Instalação. Francisco Dantas, diretor da Interplan Planejamento Térmico Integrado, de Recife, foi o responsável pelo desenvolvimento do conceito executado pela cearense Primare.

“Desde alguns outros shoppings cujo projeto foi desenvolvido por nós, o Grupo JCPM coloca como premissa a mitigação dos impactos ambientais causados, não só pelo sistema de ar condicionado, mas, de uma maneira geral, até mesmo com o tráfego do entorno. Nos dois shoppings centers construídos em Fortaleza foram investidos perto de R$ 50 milhões em viadutos, vias de circulação etc.”, informa Dantas.

Especificamente no o ar condicionado, houve a preocupação com o impacto ambiental, com a qualidade do ar interno e com o conforto ambiental. Obviamente que tais cuidados redundam em ganhos financeiros. O conforto ambiental traz mais clientes ao shopping com a consequente locação das áreas. Já em relação à redução do consumo energético os ganhos traduzem-se numa redução do custo operacional. O tipo de projeto instalado tem um custo inicial mais alto. Mas os dados declarados pelos empreendedores, a partir do desempenho de empreendimentos anteriores, apontam que as medições realizadas mostraram acréscimo de qualidade do objetivo fim, e, em relação ao retorno do investimento, uma estimativa de cerca de três anos. “Numa projeção de 20 anos, o empreendimento teria 17 anos para se beneficiar do investimento realizado. Sabendo que é um grupo empreendedor com lastro, tanto em relação à capacidade própria de investir, quanto em garantias para o sistema financeiro, evidentemente que algo que se paga em três anos é considerado um custo benefício de muito boa margem de compensação”, explica Dantas.

Telhas e painéis isotérmicos contribuem para a eficiência

Em termos de estratégias e sistemas implementados, o RioMar Kennedy repete, de certa forma, os shoppings RioMar Recife, RioMar Fortaleza e Salvador Norte. Mas vai além. “Eu diria que nesse caso nós incorporamos um outro componente que foi a preocupação de trazer o ar de retorno conectado até as unidades climatizadoras, objetivando com isso reduzir as cargas térmicas, ao minimizar a infiltração de ar externo através de plenos ou de retorno diretos através de grelhas, tendo a casa de máquinas como invólucro. Em 80% da instalação conseguimos fazer esse sistema conectado. Além disso, é uma obra que terminou antes da inauguração, o que eu credito muito a às experiências anteriores”, relata o diretor da Interplan.

Desacoplamento de cargas e vigas frias

O projeto manteve conceitos já explorados em outros empreendimentos, como foi dito acima. No que diz respeito ao consumo da climatização, foram mantidos os processos de vigas frias; também, algo que já é um padrão nos projetos de Dantas, o desacoplamento total entre as cargas de resfriamento e desumidificação; máquinas dedicadas ao ar exterior, levando o ar de desumidificação até o ponto de orvalho de 6°C obtêm uma grande capacidade de desumidificação, trabalhando com serpentinas secas e elevando, assim, a qualidade do ar, com a eliminação de fungos, mofos etc.

Vigas frias: certeza de conforto ambiental e qualidade do ar

Contribui para impedir a criação do biofilme a radiação com lâmpadas ultravioletas nas serpentinas. “Manuais da Ashrae mostram que isso é um fator de melhoria considerável de qualidade do ar. Por outro lado, nas vigas frias também não tem condensação, todo o sistema de resfriamento sensível trabalha com serpentina secas. Isso leva a concluir que, diferentemente do que ocorre no sistema de ar de mistura, quando não existe o processo de desacoplamento entre cargas, o biofilme vai sujando a serpentina, fazendo com que esta só trabalhe com eficiência total imediatamente após a limpeza. Uma eficiência decrescente do dia da limpeza até a próxima limpeza. No sistema de serpentina seca a eficiência é uniforme, do primeiro até o último dia. E não só para o sistema de tratamento de ar, mas também para o sistema de produção frigorífica. Não é preciso aumentar o approach entre a temperatura que final (por exemplo: a temperatura de orvalho, do ar tratado) em relação à temperatura da água gelada, coisa que ocorre nas outras situações”, explica Dantas.

“Na geração do frio mantivemos a tradição clássica do processo feito para os estágios escalonados. Essas máquinas são dotadas de três serpentinas: uma primeira serpentina, num primeiro estágio de resfriamento, com temperatura de 10°C; uma segunda serpentina de resfriamento com água de alimentação a 4°C; e um processo de reaquecimento do ar até uma temperatura superior ao ponto de orvalho do ambiente, ou seja, 14°C. O ponto de orvalho seria de 13°C no ambiente, realizado pela água de retorno, que no nosso caso é 18,5°C; então, é um processo num ciclo run-around coil fechado, permitindo a troca do calor entre o consumo e a produção, e vice versa, de tal maneira que não existem perdas de calor para o ambiente externo. Com isso temos os processos de sub-resfriamento para obter uma desumidificação intensa e, depois, um reaquecimento, existindo uma interação e uma troca dessa energia. Toma emprestado na frente e devolve lá atrás, num processo posterior”, explana Dantas.

As torres de resfriamento trabalham com água recuperada

O ar de ventilação é reaproveitado através dos trocadores de calor na admissão, em contra fluxo com o ar de expulsão ou de expurgo, através de roda entálpica. No restante do tratamento do ar o processo é simplesmente de recirculação, sem ar de renovação, com a alimentação de água a 10°C e o retorno de água a 18,5°C. No processo de reaquecimento, a serpentina de reaquecimento procede à interação da água com o ar num ciclo fechado; aquela água que saiu do primeiro estágio a 18,5°C, ao fazer o reaquecimento do ar de 6°C até 14°C, entrega a água a 15°C, que é a temperatura ideal para o processo de vigas frias.

Difusores de longo alcance para áreas de pé direito duplo

“Com esse sistema evitamos o que se faz muito usualmente, não só no Brasil, que é um processo de circuito de bombeamento exclusivo para o frio de alta temperatura, no caso para as vigas frias, com diferencial de temperatura de 3°C, provocando uma vazão de água muito grande. Na realidade o nosso sistema tem quatro passes através do sistema de consumo: o estágio de resfriamento com água a 4°C, que sai a 10°C; o segundo estágio com água a 10°C, que sai a 18,5°C; e o estágio de reaquecimento que entra a 18,5°C e sai a 15°C e, depois, o estágio das vigas frias do processo radiante que entra a 15°C e sai a 18,5°C, voltando para a CAG numa temperatura de 18,5°C. Por outro lado, as máquinas de recirculação não recebem água na temperatura de 4°C, e sim a 10°C, voltando a 18,5°C e, dai, direto para a CAG. Com isso evita-se um aumento de potência de bombeamento, comum de se ver nos manuais do Brasil, EUA e Europa. Fazendo esse sistema com quatro passes evitamos de fazer um passe único para o frio com desumidificação e um outro passe único para o frio de alta temperatura, o frio radiante; englobamos num processo único de bombeamento. São reduzidos a potência de bombeamento, o diâmetro de tubulações e o consumo de energia. Aliados a isto, os processos termodinâmicos em três estágios de produção de frio, já que a água a 18°C não sai a 10°C num único chiller, sendo tratada em dois chillers, com o primeiro estágio indo de 18,5°C para 14°C, e o segundo de 14°C para 10°C, tendo um bombeamento em direção às cargas de uso de temperaturas mais alta; e um terceiro estágio num chiller de baixa temperatura que leva a água à 4°C. São dois sistemas de bombeamento para o consumo, o de média temperatura a 10°C, e o sistema de baixa temperatura a 4°C. O sistema de 4°C entra numa serpentina a 4°C e sai a 10°C, quando junta-se ao sistema de bombeamento aumentando a vazão; a vazão de água a 4°C não volta a 10°C para a CAG para ser produzida novamente a 4°C; vai para um segundo estágio, de temperatura até 18,5°C e, em sequência, é usada para reaquecimento e para o processo radiante através das vigas frias”, explica o consultor.

Otimização da CAG

Os chillers são, assim, instalados em série. O sistema de baixa temperatura passa por dois chillers, o de média temperatura também passa por dois chillers, a uma vazão parcial da ordem de 25%, passando ainda por um terceiro chiller, que seria o de baixa temperatura e um retorno único, a 18,5°C.

O sistema de termoacumulação é em dois tanques, acompanhando o consumo em duas temperaturas: a 10°C, que é o sistema de média temperatura, e a 4°C, que é o de baixa temperatura. A interação com os quatro passes é o que faz isso se transformar em três temperaturas, redundando na temperatura de 15°C para o processo de vigas frias. Mas no retorno, a rigor, não existe uma alimentação a 14°C. O sistema entra a 18,5°C, vai a 14°C no primeiro chiller, que é o de alta, e vai a 10°C depois do segundo chiller, que é o de média.

Tanques de água gelada integrados ao sistema anti incêndio

No sistema do RioMar inexiste um chiller especificamente para o backup. Cada um dos três chillers, baixa, média e alta temperaturas, possui uma tubulação de bypass. Com o retorno de um ‘bypassando’ o chiller que apresentar algum problema. “Você poderia dizer que neste caso haveria um processo de falta de capacidade. Mas os tanques de termoacumulação podem suprir uma vazão de alimentação na entrada do chiller de média de tal maneira que, tendo água já acumulada no tanque, é possível fazer uma mistura a depender de como está se comportando o nível da carga do ambiente em relação ao ritmo de descarregamento do tanque de água gelada. É possível fazer um gerenciamento”, afirma Dantas.

O backup, assim, está no tanque de água e no sistema, sabendo-se que a carga térmica de pico só ocorre em determinados dias e por um tempo que não é mais do que uma hora de duração. Com o sistema de vazões variáveis é possível gerenciar da maneira que mais convier. Além do mais, os sistemas são feitos de tal maneira que, ao entrar no horário de ponta, das 17h30 às 20h00, a carga elétrica na CAG nunca tenha coincidência com o pico de carga da iluminação, quer seja interna ou externa.

O resultado de tal arranjo é, em primeiro lugar, uma instalação de menor tamanho, com uma potência menor, por não existir o risco de uma carga térmica maior do que a potência da instalação. Por quê? “Porque você só corre do tanque de água gelada para fazer um complemento. Então, a instalação é feita com dimensionamento muito mais próximo do pico de carga ou até um pouco menor porque o tanque tem capacidade também de cortar um pico de carga. O tanque atenderia horários eventuais de tarifa elevada e, ao mesmo tempo, cortaria o pico de carga. Além do mais, o shopping não funciona com todas as suas dependências desde o início até o final. Áreas ou dependências começam mais cedo; por exemplo, as academias de ginástica começam às 05h30 e o shopping às 09h30. Existe uma carga térmica de pequeno porte neste horário que seria a academia de ginástica, mais os escritórios de administração do shopping. Ao mesmo tempo isto ocorre à noite, após o período das 22h00 na área de espaço gourmet, que pode ficar operando até 01h00 ou 02h00, com o shopping fechando às 22h00. O sistema de tanques permite que para uma baixa carga térmica em relação à potência geral da instalação se opere com sistema secundário de pequena vazão atendendo estas demandas. Após as 02h00 e até as 05h30, existe uma carga referente às áreas técnicas do shopping, de uma magnitude muito menor. O sistema de bombeamento de baixa capacidade evita colocar máquinas autônomas de expansão direta operando nesses intervalos, a não ser para backup”, defende o diretor da Interplan.

Eficiência sistêmica

No conceito aplicado no RioMar Kennedy observa-se que a eficiência é do processo. Parte da produção de água, sistema de bombeamento hidrônico e sistema de bombeamento de ar. “Quando se faz um sistema radiante com fluxo de água exclusivo e diferencial de temperatura de 3°C, a potência de bombeamento com sistema convencional pode aumentar até 50%. No caso de utilizar o sistema intercalado com os quatro passes, em lugar de haver aumento, há redução de potência. Porque não se faz um sistema conduzindo água da produção ao consumo para ser usado na parte de temperatura mais alta. Ao contrário, a água que já serviu aos processos, que seriam os tradicionais, passa no sistema radiante. É um circuito muito menor, de menor magnitude e que por vezes sequer dá aumento de potência do bombeamento. Eu diria que há uma redução da ordem de 60% no que diz respeito à potência dos ventiladores de unidade de tratamento de ar, uma redução da ordem de 15% a 20% em potências de bombeamento e uma redução de consumo de energia dos chillers da ordem de 30% aproximadamente. No geral, chegaríamos a 39,5% de redução do consumo total da instalação”, defende o consultor.

Em relação às bombas de água gelada, a opção foi pelo tipo inline. As vantagens são em relação à ocupação de espaço e de consumo de dispositivos como válvulas, curvas, filtros, entre outros. “Antigamente tais bombas ficavam mais caras, hoje já existe uma equivalência, principalmente levando em consideração o deságio daquilo que não foi utilizado nas redes. E o espaço das casas de máquinas pode ser menor, o que traz vantagens levando em consideração o custo da não construção”, explica Dantas.

Para ter um bom desempenho as vigas frias precisam estar a até seis metros do piso. Normalmente o padrão de mall é de 4,20 m. Mas existem ambientes, como praças de alimentação, com um pé direito bem mais alto e, não raro, com coberturas translúcidas para a iluminação natural, tornando impraticável o uso de vigas.  “Nesses casos usamos máquinas com ar de recirculação com cargas desacopladas, fazendo resfriamento 100% sensível, e a difusão através de difusores de longo alcance, ou não, mas sempre contanto que seja uma boa distribuição de ar e, sempre que possível, mantendo estratificado o espaço próximo ao teto. Em outras palavras, não teria como colocar essas vigas se não fossem vigas aparentes. Nesses casos temos adotado o processo de distribuição de ar mais sem perder de vista a questão do desacoplamento. São máquinas de resfriamento sensível com ponto de orvalho 13°C, ou seja, o ar resfriado até 14°C não chega na curva de saturação”, completa o consultor.

Ventilação e exaustão na retaguarda do QAI

O ar de expurgo também é reaproveitado, passando banheiros, contribuindo para sua climatização e mantendo esses ambientes em condições sanitárias de boa qualidade. “Ultimamente estamos fazendo uma insuflação de ar desumidificado nesses banheiros porque é uma área muito úmida. Então, se você pega o ar de recirculação a 13°C é possível que tenha umidade e condensação nos banheiros. Nesse caso, temos um processo onde é feito um ar de desumidificação que pode pegar ar de retorno do próprio mall, desumidifica até um ponto de orvalho 6°C, insufla no banheiro e esse ar, depois de retirar o calor e a umidade, vai ser ar de expurgo através das unidades de recuperação de energia do tratamento do ar exterior. Não insuflamos ar exterior no banheiro, trazemos ar de retorno do mall e fazemos com que ele vá até a unidade de ar exterior, ou 100% do ar de expurgo ou a parte que for necessária; o restante é complementado com retorno direto até as unidades sem que passe através de banheiros”, diz Dantas.

Pontualidade na entrega

Chama a atenção na obra do RioMar Kennedy a limpeza e o cumprimento do cronograma. Segundo Ronald Fontenelle, diretor da Primare, responsável pela execução da instalação, isto se deve à origem da empresa. “Os sócios principais da Primare, os fundadores, têm uma origem técnica mais refinada; viemos da Petrobras, de onde saímos para voltar para as origens cearenses. Isso ficou na nossa cabeça, uma estrutura de montar tudo respeitando as boas práticas da engenharia”.

Fontenelle explica que, apesar da longa experiência, “nesse nível de sofisticação, no bom sentido do projeto, é a primeira que fizemos. A filosofia do projeto era conhecida. Nasce do projetista que tem um raciocínio muito interessante de transferir para o cliente a decisão pelo investimento inicial maior, transferindo um custo operacional baixíssimo, em torno de 0,6 kW/TR, isso incluindo CAG e fancoils. Eu acredito que é uma obra que vai deixar o cliente muito feliz. Pois ela está atendendo plenamente em termos de objetivo fundamental que é temperatura, condições de conforto, e o bolso dele”.

FICHA TÉCNICA

Empreendimento: Shopping Riomar Kennedy - Fortaleza (CE)

Empreendedor: Grupo JCPM

Construtora: JCPM

Projeto de ar condicionado: Interplan Planejamento Térmico Integrado

Instalador do ar condicionado: Primare Engenharia

Principais fornecedores de equipamentos e componentes:

- Vigas frias, grelhas e difusores:Trox

-  Torres de resfriamento: Alfaterm

-  Ventiladores e exaustores: Berlinerluft

- Coberturas e fechamento fachada: Isoeste

- Rodas entálpicas: Heatex

- Fancoils das lojas: Johnson Controls 

Outros fornecedores: Armacell (isolamentos), IMI Hydronic Engineering (válvulas de balanceamento), Grundfoss (bombas), Dipawa (tanques de acumulação), Trane (chillers e fancoils do mall),

Total instalado : 3117 ton

                - Potência por processo ativo: 2500 ton

                - Potência por processo passivo: 617 ton

Ronaldo Almeida - ronaldo@nteditorial.com.br


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