Diante da urgente necessidade de reduzir as emissões de carbono e da inevitabilidade do crescimento do uso da refrigeração no mundo, só há uma resposta: fazer mais com menos! Conceber projetos com enfoque energético holístico e comprometidos com a preservação ambiental, maximizando o emprego de processos naturais e preparando as edificações para viabilizar o uso de fontes de energia renováveis, cujas características são alta variabilidade e intermitência.
Abordando duas das principais delas, o sol só está aparente durante o dia, e o vento não sopra 24/7. Assim, o armazenamento de energia é o fator chave para uma solução disruptiva, tecnicamente vantajosa, economicamente superavitária e ambientalmente benigna. Segundo o Guidebook 12 da REHVA, Solar Shading, a energia solar incidente no topo da atmosfera terrestre pode suprir, em apenas 45 minutos, o total de energia de todas as formas consumido no planeta no decorrer de um ano. Há, portanto, energia para o crescimento que se prevê, mas requer parcimônia no uso e competência e responsabilidade na captação e gerenciamento.
Entendo que as fontes solar e eólica são as mais viáveis para alimentar Sistemas de refrigeração e ar-condicionado, especialmente pelas características climáticas do Brasil e pela potencialidade, já conhecidas e com exploração em curso. É fato comprovado e já repetitivo que, mesmo que por breves períodos, registrou-se autossuficiência de energia elétrica na região Nordeste, bancada pelas usinas eólicas, o que comprova a potencialidade da fonte.
Devemos ressaltar que, apesar da potencialidade para obter energia oriunda de fontes renováveis, é imperativa a parcimônia no uso, cabendo ao usuário protagonizar importante papel.
Segundo trabalho desenvolvido pelo IIR (International Institute of Refrigeration), a viabilidade dos sistemas de resfriamento por energia solar está muito ligada ao avanço do desenvolvimento da seção solar (coletores ou painéis PV). No início, o rápido desenvolvimento dos coletores solares favoreceu o emprego de equipamentos ativados termicamente, enquanto a melhoria da eficiência e a impressionante redução de custo das células fotovoltaicas mudaram a tendência em favor de equipamentos eletricamente ativados.
Considerando que os painéis fotovoltaicos produzem energia elétrica, cuja qualidade é 1 (o conceito exergia qualifica a energia entre 0 e 1) e que as edificações têm área limitada de céu, e, ainda, que há cargas que exigem qualidade 1 da energia, é razoável ocupar o espaço com painéis fotovoltaicos e empregar equipamentos de refrigeração por compressão mecânica, cujo COP termodinâmico situa-se entre 5,0 e 7,0 a depender do regime, enquanto os equipamentos por absorção têm COP térmico 0,7 (simples efeito) e 1,4 (duplo efeito). Trata-se de uma avaliação do melhor emprego do espaço ensolarado disponível.
Há, ainda, a hipótese de uma solução híbrida, que energeticamente seria a mais eficiente, composta por processo dessecante para desumidificação, ativado termicamente, e processo de resfriamento mecânico, ativado eletricamente, cujo regime operacional com temperatura da água em torno de 12°C eleva o COP termodinâmico para 8,0, sendo completado com água com temperatura em torno de 85°C (q = 0,18) para a reativação do processo dessecante. É um processo de baixo COP, porém requer energia de baixa qualidade, ao contrário do sistema por compressão mecânica, que tem um alto COP mas exige energia de qualidade 1,00. Deve-se prever termoacumulação em ambos os processos, de resfriamento e de aquecimento.
Empregando os chamados equipamentos ativados termicamente. Utilizando coletores solares planos, obtém-se água a 90°C, temperatura adequada para ativação dos resfriadores de água por absorção, de simples efeito, os quais utilizam uma unidade de energia térmica primária, para entregar 0,7 unidade de energia frigorífica secundária, em regime padrão. Pode-se optar por coletores solares de maior eficiência, por exemplo, coletores tubulares evacuados, mas trata-se de contexto mais amplo e que justifica um espaço de abordagem específico.
Segundo trabalho publicado pela ASHRAE HVACR Industry newsletter, sob o título “O Armazenamento de Energia Poderia Revolucionar os GRIDs Globais de Eletricidade”, variabilidade é o fator de maior criticidade das fontes energéticas solar e eólica para o GRID energético. Para resolver esse desafio, energia barata e abundante necessita ser transferida de onde ela é produzida para onde ela é necessária. O armazenamento de energia é a resposta e tornar-se-á um grande negócio mais rápido do que se possa pensar. O trabalho informa, ainda, que as pesquisas mostraram que as instalações de armazenamento de energia nos U.S.A. totalizaram 260 MW em 2016 e atingirão 2,045 MW em 2021. Ainda mais, para os sistemas de ar-condicionado, os processos de armazenamento térmico podem custar até 73% menos que o armazenamento equivalente da energia elétrica em baterias, além de mais amigáveis ao meio ambiente e mais duráveis pela sua robustez.
Há ainda a possibilidade de utilização dos processos naturais de climatização, que podem ocorrer pela característica climática do local e/ou por disponibilidade de energia geotérmica no local da edificação. Considerando a situação mais encontrada, nas regiões com clima frio e seco no inverno e clima quente e seco no verão, é viável utilizar procedimentos de climatização natural, como ciclo economizador no inverno, operando com 100% de ar exterior, utilizando unidades de tratamento de ar com ventiladores de insuflação e de retorno, ou de expulsão de ar. Um sensor de entalpia dirige o fluxo de ar para o retorno, ou para o exterior, conforme o valor registrado da entalpia do ar, comparado ao da entalpia do ambiente interno.
Já para a estação quente/seca, torna-se necessário incluir um módulo para resfriamento evaporativo do ar, beneficiando-se da baixa relação de umidade mássica em gv/kgar. É o inverso do processo dessecante. Nas situações de 26°C de temperatura de bulbo seco e relação de umidade 4 g/kg (umidade relativa 19%), pode-se adicionar 4 g/kg, o que corrigirá o que seria uma baixa umidade relativa do interior e em contrapartida resfriará cada kg de ar em 2,5°C, por cada g de água evaporada. Resultaria numa temperatura de insuflação 16°C e uma relação de umidade 8 g/kg, ideal para a climatização e com uso apenas do sistema de ventilação, economizando, ainda, 30% da água de reposição nas torres de resfriamento, na hipótese de uso do processo artificial tradicional.
Em todas as instalações de climatização onde não seja necessário proceder exaustão para captação na fonte de eventuais contaminantes gerados em que o balanço venha igualar-se ou aproximar-se da vazão de ar de renovação do Sistema, é possível recorrer às condições de entalpia do ar. Nos demais casos, o processo de recuperação de energia de ventilação, obtido por contrafluxo entre o ar de renovação e o ar de expurgo, pode reduzir em cerca de 70% a parcela da carga térmica relativa ao ar exterior, resultando em economia de energia da ordem de 20%.
O resfriamento evaporativo em regiões de clima quente/seco (TBS 26°C, R/U 4 g/kg) para o ar tratado nas unidades de Climatização, também é viável nas torres de resfriamento de água. Consideremos um approach de 2°C entre a água resfriada nas torres de resfriamento, em relação à temperatura de bulbo úmido do ar externo circulado, que será 13°C para a condição considerada (TBS 28 °C R/U 4 g/kg). Isso resultará numa temperatura da água resfriada nas torres de 15°C, suficiente para o resfriamento sensível do ar, quer seja num processo de frio radiante, quer seja num processo todo-ar. As torres assumem o papel dos chillers através de uma interligação estratégica entre os respectivos sistemas hidrônicos (condensação e água gelada). Se é possível obter a água em temperatura adequada para o desejado tratamento do ar por processo natural, não há porque fazê-lo por processo artificial, o que se constituiria em uso perdulário da energia.
Francisco Dantas, engenheiro mecânico, consultor na Interplan Planejamento Térmico Integrado
