À medida que aumenta o conhecimento técnico e surgem novos casos de sucesso, a tendência é que os sistemas radiantes ocupem um papel cada vez mais relevante nos projetos de AVAC
Apesar de serem amplamente reconhecidos por sua eficiência energética e elevado nível de conforto, entre outras vantagens, os sistemas radiantes ainda possuem baixa participação no mercado brasileiro por uma combinação de fatores técnicos, culturais e econômicos. Historicamente, o setor de AVAC nacional desenvolveu-se com forte predomínio de soluções consideradas convencionais e novas tecnologias sempre geram dúvidas e apreensões quanto ao seu uso.
Dúvidas quanto aos custos de implementação dos sistemas radiantes, qualidade da execução da obra e sua manutenção, entre outros, podem ser alguns dos motivos que expliquem poucas obras com uso desta tecnologia. O custo inicial para execução da obra com tetos radiantes e vigas frias pode ser superior aos sistemas convencionas e isto pode impactar na decisão sobre uso desta tecnologia. Ocorre que este indicador de custo inicial da obra não pode ser tratado isoladamente e simplesmente comparando um sistema convencional com o teto radiante ou vigas frias.
Na avaliação, precisam ser levados em conta o sistema como um todo, com seus ganhos no consumo de energia, redução de equipamentos e espaços físicos que proporciona ganhos para os investidores, redução de custo de manutenção e o próprio resultado da instalação quanto ao conforto proporcionado. O payback é um grande atrativo para sua utilização.
Conforto, qualidade do ar e eficiência energética
Do ponto de vista do conforto térmico, a principal vantagem está na predominância da troca de calor por meios naturais de radiação e convecção. Como o corpo humano também troca calor por radiação com as superfícies ao seu redor, a sensação térmica torna-se mais uniforme e agradável. Com a diminuição significativa da quantidade de ar insuflado no ambiente, ocorre uma redução da ocorrência de correntes de ar, estratificação térmica e zonas de desconforto frequentemente observadas em sistemas convencionais.
Importante ressaltar que este sistema não elimina necessidade de insuflamento de ar no ambiente, para renovação do ar segundo as normas vigentes e combate do calor latente, visto que tetos e vigas frias combatem somente calor sensível.
Em relação à qualidade do ar interior, a remoção da carga térmica associada ao calor sensível ocorre predominantemente por meio da água, reduzindo significativamente a necessidade de movimentação de grandes volumes de ar. Isso diminui a ressuspensão de partículas, poeira e contaminantes, contribuindo para ambientes mais saudáveis.
Sob a ótica da eficiência energética, a água apresenta capacidade térmica de 4.180 J/KgK – densidade 1.000 Kg/m3, muito superior à do ar, 1.000 J/KgK – densidade 1,2 Kg/m3. Esta é uma das principais características físicas que viabiliza o sistema com tetos radiantes e vigas frias. Ocorre que o transporte de energia por meio da água tem um consumo nos motores das bombas bem inferior se comparado ao ar, movimentado por moto ventiladores.
Além disso, sistemas radiantes e vigas frias operam com temperaturas de água mais elevadas, aumentando a eficiência dos chillers e favorecendo estratégias como free cooling e recuperação de energia. O Ashrae Journal de setembro de 2008 apresentou um estudo que indica que o sistema ar-água com vigas frias apresenta uma redução no consumo de energia superior a 33%, se comparado aos sistemas convencionais.
Limitações a serem consideradas
Embora apresentem inúmeras vantagens, os sistemas radiantes e de vigas frias possuem algumas limitações que devem ser consideradas durante o projeto e a operação. A principal delas é a necessidade de controle rigoroso da umidade ambiente para evitar condensação superficial. Além disso, esses sistemas não removem a carga latente, exigindo sempre a utilização de um sistema complementar de ventilação e desumidificação.
Dependendo da configuração adotada, alguns sistemas radiantes também podem apresentar maior inércia térmica, resultando em tempos de resposta mais lentos quando comparados a sistemas convencionais. Ambientes com grande quantidade de poluentes no ar e elevada carga térmica latente requerem mais cuidados nas análises.
Diferenças entre forros radiantes e vigas frias
No caso dos forros radiantes dizemos que as placas que os compõem são ativadas, ou seja, são instaladas nas placas sistemas de tubos para recirculação de água. Desta forma, são utilizadas grandes superfícies resfriadas instaladas no teto para promover a remoção de calor sensível, o que ocorre por meios naturais de radiação e convecção.
Os forros radiantes destacam-se pelo elevado conforto térmico, extrema uniformidade de temperatura e operação praticamente silenciosa. Como limitação principal, possuem menores capacidades de resfriamento se comparado às vigas.
No caso das vigas frias, temos as denominadas vigas passivas, em que toda troca térmica ocorre por meios naturais de convecção de ar, e as ativas, que possibilitam o insuflamento de ar e troca térmica por indução de ar. Vigas frias utilizam serpentinas alimentadas por água resfriada e instaladas no teto e oferecem grande flexibilidade de aplicação e excelente integração com sistemas de ventilação, além de ter capacidades de resfriamento mais elevados se comparado aos forros radiantes. Além disso, proporcionam elevada eficiência energética e redução significativa das vazões de ar.
Como limitação, as vigas frias ativas dependem diretamente da qualidade do sistema de ar primário para controle da carga latente. Já as vigas frias passivas, possuem menores ganhos de capacidade se comparado com as vigas ativas.
O funcionamento do forro radiante baseia-se na recirculação de água fria por tubulações instaladas em painéis ou superfícies localizadas no teto do ambiente. Ao resfriar a superfície do teto, cria-se uma condição favorável para que o calor sensível gerado pelos ocupantes, equipamentos, iluminação e demais elementos internos seja removido de forma natural por efeitos físicos de radiação e convecção. Como consequência, a temperatura operativa do ambiente é reduzida sem a necessidade de grandes movimentações de ar, proporcionando elevado conforto térmico e baixos níveis de ruído.
As vigas frias utilizam serpentinas com recirculação de água fria instaladas no teto. Nas vigas frias passivas, o ar aquecido do ambiente sobe naturalmente devido ao efeito da convecção, atravessa a serpentina resfriada e retorna ao ambiente com temperatura reduzida.
Nas vigas frias ativas, além da serpentina, existe um fluxo de ar primário tratado proveniente de uma unidade de tratamento de ar. Esse fluxo cria um efeito de indução que aumenta a circulação de ar através da serpentina, ampliando significativamente a capacidade de resfriamento. Dessa forma, o sistema combina ventilação, renovação de ar e remoção de carga térmica com elevada eficiência energética.
Risco de condensação exige análise detalhada das condições psicrométricas
A condensação de ar ocorre quando a temperatura superficial do elemento radiante se torna inferior à temperatura do ponto de orvalho do ambiente. Por isso, seja no forro ou viga fria, o sistema sempre trabalha com a temperatura da água de entrada a 1oC ou 2 oC acima da temperatura do ponto de orvalho. Para evitar este fenômeno, o projeto deve contemplar uma análise detalhada das condições psicrométricas de operação, incluindo temperatura, umidade relativa e cargas latentes.
O controle da umidade deve ser realizado por meio de sistemas dedicados de tratamento de ar capazes de remover adequadamente a carga latente do ambiente. Também é recomendada a utilização de sistemas de automação que monitorem continuamente a temperatura ambiente, a umidade relativa e o ponto de orvalho, ajustando automaticamente a temperatura da água fria sempre que necessário. Quando projetados e operados atendendo todos os requisitos de projeto, os sistemas radiantes e as vigas frias apresentam níveis de segurança equivalentes aos de qualquer outro sistema de climatização, sem ocorrência de condensação.
Um questionamento comum sobre este sistema, é quanto à manutenção. É importante ressaltar que a serpentina da viga fria trabalha seca, com temperatura da água acima do ponto de orvalho, justamente para evitar condensação.
Diante disso, por trabalhar seca e por não possuir peças mecânicas que requerem manutenções preventivas ou corretivas é que é dispensadas as manutenções periódicas. O que se recomenda é que a cada ano seja feito uma limpeza na superfície da viga, de forma simples.
Os sistemas radiantes representam uma das mais importantes tendências da climatização de alta eficiência no cenário internacional. Sua aplicação está diretamente alinhada aos conceitos de edifícios de alto desempenho, descarbonização, eficiência energética e sustentabilidade. Além da redução do consumo de energia, essas tecnologias contribuem para certificações ambientais ao melhorar indicadores relacionados ao conforto térmico, qualidade do ar interior e desempenho energético global da edificação.
A integração com sistemas de automação predial, sensores inteligentes, bombas de calor de alta eficiência e fontes renováveis de energia, amplia ainda mais seu potencial de aplicação. No Brasil, observa-se crescimento gradual da adoção dessas soluções em hospitais, edifícios corporativos premium, aeroportos, universidades, centros de pesquisas e empreendimentos certificados. À medida que aumenta o conhecimento técnico do mercado e surgem novos casos de sucesso, a tendência é que os sistemas radiantes ocupem um papel cada vez mais relevante nos projetos AVAC de próxima geração.
Cláudio Kun, Fernando Bassegio e Felipe Niza, respectivamente, gerente comercial, gerente de marketing e gerente de engenharia de aplicação na Trox do Brasil
