Seleção de Medidas de Redução de Energia no Sistema AVAC
de uma Clínica Veterinária – Diretor Financeiro
Miguel Baptista – A48386
Gonçalo Almeida – A41041
César Martins - A52427
Miguel Conceição - A45386
Trabalho para a Cadeira de Gestão Energética de Edifícios, do curso de Engenharia Mecânica,
na Área de Especialização de Energia, Refrigeração e Climatização
Professor Nuno Serra
Professor Nuno Domingues
Outubro de 2025
i
Seleção de Medidas de Redução de Energia no
Sistema AVAC de uma clínica veterinária – Diretor
Financeiro
Sumário Executivo
Medida 1: Na clínica, várias salas estão em contacto com o exterior
(entrada/receção, consultórios, administração, sala de convívio e reuniões),
havendo abertura de portas/janelas para arejamento (odores/limpezas).
Assim, manter unidades locais a funcionar com vãos abertos provoca perdas
diretas e aumenta a carga no chiller. Esta medida instala contactos
magnéticos em vãos exteriores para cortar automaticamente a unidade local
(fan + válvula) enquanto o vão estiver aberto. Trata-se de um retrofit
simples, integrável no sistema existente e gera poupança imediata ao evitar
horas “inúteis” de funcionamento nas zonas não críticas.
Medida 2: A cidade de Marvão caracteriza-se por apresentar variações
térmicas diárias bastante acentuadas. A instalação do sistema AVAC tem
como objetivo garantir os níveis adequados de conforto e segurança.
Contudo, no funcionamento atual esta encontra-se a trabalhar 8 horas
semanais, uma vez que o sistema está programado para um setpoint fixo de
temperatura. A introdução de uma deadband permitirá definir uma zona
intermédia de temperatura em que o equipamento permanece inativo. Esta
solução evita o acionamento constante do sistema, contribuindo para a
redução do desgaste dos equipamentos e proporcionando uma poupança
energética significativa.
iii
iv
Índice
1
INTRODUÇÃO ....................................................................................... 1
2
MEDIDA 1: TERMOSTATOS “DEADBAND” .............................................. 2
3
4
2.1
Descrição e Motivação ....................................................................... 2
2.2
Zonas de Aplicação ........................................................................... 3
2.3
Cálculos Financeiros .......................................................................... 3
MEDIDA 2: SENSORES DE PORTA/JANELA ............................................ 6
3.1
Descrição e Motivação ....................................................................... 6
3.2
Zonas de Aplicação (não críticas) ........................................................ 6
3.3
Cálculos Financeiros .......................................................................... 7
BIBLIOGRAFIA ................................................................................... 11
v
1 INTRODUÇÃO
O presente trabalho, desenvolvido no âmbito da unidade curricular Gestão
Energética de Edifícios, tem como objetivo analisar e selecionar um conjunto
de medidas destinadas à redução do consumo energético do sistema AVAC
da clínica veterinária “O Veterinário Alentejano”.
Figura 1.1 - O Veterinário Alentejano. Adaptado de (Casquilho, 2012)
A informação de base relativa à clínica em estudo foi obtida a partir de uma
dissertação de mestrado na área de AVAC. Neste contexto, considera-se que
o edifício já se encontra construído, pelo que intervenções que impliquem
alterações estruturais ou profundas modificações do sistema poderão
acarretar custos demasiado elevados.
Foram identificadas duas medidas com especial enfoque na perspetiva do
Diretor Financeiro e outras duas na perspetiva do Diretor Técnico. As soluções
propostas foram escolhidas com base em critérios como baixo investimento
inicial, facilidade de implementação e rápido tempo de retorno, garantindo
simultaneamente o cumprimento das normas de qualidade do ar interior e de
segurança, bem como o normal funcionamento das áreas críticas. Procurouse ainda privilegiar medidas que promovam a automatização dos processos
de poupança energética, permitindo que os profissionais de saúde se
concentrem nas suas funções, sem necessidade de se preocupar com a
gestão da eficiência energética do edifício.
1
2 MEDIDA 1: TERMOSTATOS “DEADBAND”
2.1 Descrição e Motivação
Os termóstatos “deadband” definem uma gama de temperaturas em torno
dos pontos de arranque do aquecimento e da refrigeração, dentro da qual
nenhum equipamento de AVAC é acionado. Por exemplo, num sistema de ar
condicionado convencional com setpoint de 23 °C, este equipamento é
ativado quando existe uma variação de temperatura de ∓ 0,5 ºC. No entanto,
com a aplicação do deadband, estabelece-se uma zona intermédia em que
não ocorre nem aquecimento nem arrefecimento, neste exemplo, poderia
situar-se entre 18 °C e 27 °C.
Figura 2.1 - Termóstato deadband.
A utilização de termóstatos com deadband permite evitar oscilações
constantes entre aquecimento e arrefecimento, reduzindo o fenómeno de
short-cycling e prolongando a vida útil dos equipamentos. Contudo, a
poupança energética associada é mais evidente fora dos meses de projeto,
uma vez que, nesses períodos críticos, as temperaturas interiores tendem
naturalmente a aproximar-se dos limites definidos pelo deadband.
2
2.2 Zonas de Aplicação
As condições de projeto para os ambientes interiores foram definidas em
conformidade com as normas RSECE/RCCTE e com as normas específicas
aplicáveis ao setor hospitalar. De forma resumida, consideram-se quatro
tipologias de espaços:
➢ Bloco operatório (crítico): temperaturas entre 20 e 22 °C; humidade
relativa entre 45% e 55%.
➢ Salas técnicas/esterilização (críticas): temperaturas entre 18 e 20 °C;
humidade relativa entre 45% e 55%.
➢ Salas não críticas: 20 °C no inverno e 24–25 °C no verão; humidade
relativa entre 40% e 60%.
➢ Corredores: 18 a 20 °C no inverno e 24–26 °C no verão.
A instalação de termóstatos com deadband é recomendada para os espaços
não críticos. Importa ainda referir que a região de Marvão apresenta
variações diárias de temperatura bastante acentuadas, facto que foi tido em
consideração na definição da gama de temperaturas do deadband, aqui
assumida entre 18 e 27 °C. Nas tabelas seguintes apresenta-se o
funcionamento do sistema, bem como o número de horas de operação diária.
2.3 Cálculos Financeiros
Sem a aplicação do deadband, a instalação funciona em média 8 horas
diárias, resultando num custo anual de 2742 €.
Com a implementação dos termóstatos deadband, verificam-se períodos em
que o sistema se mantém desligado (ver tabelas seguintes). Nos meses
críticos, o tempo médio de funcionamento é reduzido para 6 horas diárias,
correspondendo a um custo anual de 1628 €. Deste modo, a aplicação de
termóstatos com deadband permite uma poupança anual de 1114 €.
3
Tabela 1 – Períodos de funcionamento do sistema (Primavera).
HORA
MAR
(ºC)
ON/OFF
ABR
(ºC)
ON/OFF
MAI
(ºC)
ON/OFF
9
21,6
OFF
20,9
OFF
22,9
OFF
10
23,5
OFF
22,6
OFF
24,6
OFF
11
25,8
OFF
24,5
OFF
26,5
OFF
12
27,9
ON
26,8
OFF
28,8
ON
13
29,4
ON
28,9
ON
30,9
ON
14
30,5
ON
30,4
ON
32,4
ON
15
30,9
ON
31,5
ON
33,5
ON
16
30,5
ON
31,9
ON
33,9
ON
17
29,6
ON
31,5
ON
33,5
ON
Hdiarias
5h
-----
4h
-----
5h
Hmês
186h
-----
120h
-----
155h
kW.hmês
1164
-----
751
-----
970
€mês
175
-----
113
-----
146
Tabela 2 – Períodos de funcionamento do sistema (Verão).
HORA
JUN
(ºC)
ON/OFF
JUL
(ºC)
ON/OFF
AGO
(ºC)
ON/OFF
SET
(ºC)
ON/OFF
9
24
OFF
24,5
OFF
24,5
OFF
23,4
OFF
10
25,7
OFF
26,2
OFF
26,2
OFF
25,1
OFF
11
27,7
ON
28,2
ON
28,2
ON
27,1
ON
12
29,9
ON
30,4
ON
30,4
ON
29,3
ON
13
32
ON
32,5
ON
32,5
ON
31,4
ON
14
33,6
ON
34
ON
34
ON
33
ON
15
34
ON
34
ON
34
ON
34
ON
16
34
ON
34
ON
34
ON
34
ON
17
34
ON
34
ON
34
ON
34
ON
Hdiarias
6h
-----
6h
-----
6h
-----
6h
Hmês
180h
-----
186h
-----
186h
-----
180h
kW.hmês
1127
-----
1164
-----
1164
-----
1127
€mês
169 €
-----
175 €
-----
175 €
-----
169 €
4
Tabela 3 – Períodos de funcionamento do sistema (Outono).
HORA
OUT
(ºC)
ON/OFF
NOV
(ºC)
ON/OFF
9
21,9
OFF
20,9
OFF
10
23,6
OFF
22,9
OFF
11
25,5
OFF
25,1
OFF
12
27,8
ON
27,2
ON
13
29,9
ON
28,8
ON
14
31,4
ON
29,8
ON
15
32,5
ON
30,2
ON
16
32,9
ON
29,8
ON
17
32,5
ON
28,9
ON
Hdiarias
5h
-----
5h
Hmês
155h
-----
150h
kW.hmês
970
-----
939
€mês
146 €
-----
141€
Tabela 4 – Períodos de funcionamento do sistema (Inverno).
HORA
JAN
(ºC)
ON/OFF
FEV
(ºC)
ON/OFF
DEZ
(ºC)
ON/OFF
9
18,4
OFF
19,5
OFF
18,9
OFF
10
20,3
OFF
21,4
OFF
20,9
OFF
11
22,6
OFF
23,7
OFF
23,1
OFF
12
24,7
OFF
25,8
OFF
25,2
OFF
13
26,2
OFF
27,3
ON
26,8
OFF
14
27,3
ON
28,4
ON
27,8
ON
15
27,7
ON
28,8
ON
28,2
ON
16
27,3
ON
28,4
ON
27,8
ON
17
26,4
OFF
27,5
ON
26,9
OFF
Hdiarias
2h
-----
4h
-----
2h
Hmês
62h
-----
112h
-----
62h
kW.hmês
388
-----
701
-----
388
€mês
58 €
-----
105 €
-----
58 €
5
3 MEDIDA 2: SENSORES DE PORTA/JANELA
3.1 Descrição e Motivação
A medida consiste na instalação de sensores magnéticos de porta/janela que
comuniquem
com
o
sistema
de
climatização,
de
forma
a
desligar
automaticamente a insuflação para esse espaço sempre que uma janela ou
porta exterior é aberta.
Em
situações
normais,
o
sistema
mantém-se
em
funcionamento
independentemente das infiltrações de ar exterior, o que origina perdas
térmicas significativas. Esta medida tem especial impacto em situações que
envolvam um controlo centralizado do sistema, onde possam existir pessoas
insatisfeitas com as condições do seu espaço de trabalho, necessidade de
dissipar odores rapidamente ou até as constantes entradas e saídas de
clientes acompanhados com os seus animais de estimação nos diferentes
espaços. Adicionalmente, a medida melhora o conforto e a aceitabilidade do
sistema junto dos utilizadores. Em espaços onde alguns profissionais
preferem ventilação natural em detrimento do ar condicionado, garante-se
simultaneamente a eficiência do sistema e a satisfação dos ocupantes.
Esta medida pode ser implementada tanto com sensores com fios (ligação
direta ao controlador do sistema AVAC) como com sensores wireless que até
são mais adequados em casos de retrofit, por dispensam cablagem até aos
vãos.
3.2 Zonas de Aplicação (não críticas)
Esta
medida
será
aplicada
em
espaços
que
tenham
uma
elevada
probabilidade de abertura ao exterior: Entrada/Receção, Consultórios, Sala
de convívio, Sala de Reuniões e Administração, como se pode verificar nas
plantas em anexo. Excluiu-se zonas clínicas com requisitos de pressão e de
qualidade de ar interior, como: Centro cirúrgico, Esterilização, Laboratório,
etc...
6
3.3 Cálculos Financeiros
Na ausência de dados, assumiu-se uma média de abertura de portas e janelas
de 1,5 horas/dia no verão, primavera e outono e 1 hora/dia no inverno. Em
cada sala, obtém-se então (275*1,5) + (90*1) = 502,5 horas/ano, em que
o sistema podia estar desligado. Tendo em conta o resumo do cálculo térmico
fornecido em Casquilho (2012), demonstrado na tabela, foi possível obter o
consumo energético poupado em cada sala.
Figura 3.1 - Resumo do Cálculo Térmico das salas da clínica veterinária.
Adaptado de (Casquilho, 2012)
7
As cargas térmicas da figura 3.1 representam valores de projeto, pelo que,
para obter uma estimativa realista da poupança energética, foi aplicado um
fator de carga parcial médio de 0,5. Assim, ajusta-se os cálculos para refletir
a utilização real do sistema. A poupança anual para cada sala representada
na tabela 2, foi calculada da seguinte forma:
𝑃𝑎𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙,𝑖 [€] = ((𝑃𝑓𝑟𝑖𝑜 ∗ ℎ𝑉.𝑃.𝑂 ) + (𝑃𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 ∗ ℎ𝐼 )) ∗ 𝑓𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 10−3 ∗ 𝑐𝑒𝑙𝑒𝑡.
Com:
𝑃𝑓𝑟𝑖𝑜
→
Potência de Frio Total [W]
𝑃𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟
→
Potência de Calor Total [W]
ℎ𝑉.𝑃.𝑂
→
Horas de Poupança no Verão, Primavera e Outono [h]
ℎ𝐼
→
Horas de Poupança no Inverno [h]
𝑓𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
→
Fator de Carga
𝑐𝑒𝑙𝑒𝑡.
→
Custo da Eletricidade [€/kWh]
Tabela 5 – Cálculo da poupança anual para cada sala devido à medida 2.
Obtém-se desta forma um retorno estimado anual de 649,2 € devido à
implementação desta medida.
Cada sensor custa cerca de 30 €, e a mão de obra, cobrada a 25€/h, para um
tempo de instalação de 3h, totaliza 75 €. Assumiu-se então o dobro deste
valor para outros consumíveis, cablagens e acessórios que sejam necessários
à instalação, totalizando-se 210 € por espaço. Como esta medida vai ser
aplicada a 8 espaços, terá um custo de instalação de 210*8 = 1680 €
8
Tendo em conta estas estimativas preliminares, obtém-se então um tempo
de retorno do investimento de 1680/649,2 = 2,6 anos. Como se vê, embora
os cálculos não sejam muito rigorosos, o tempo de retorno do investimento
é bastante baixo, garantindo flexibilidade nos custos reais. A tabela seguinte
apresenta um resumo dos cálculos efetuados.
Tabela 6 - Parâmetros Principais da Análise Financeira.
Parâmetro
Valor
Poupança Energética Anual
4328 kWh
Poupança Monetária Anual
649,2 €
Investimento Inicial
1680 €
Tempo de Retorno do
~2 anos e 7 meses
Investimento
9
4 BIBLIOGRAFIA
Casquilho, A. F. (2012). Projecto de AVAC de uma clínica veterinária
e verificação do regulamento dos sistemas energéticos de climatização em
edifícios (RSECE) (Dissertação de Mestrado). Instituto Politécnico de Leiria /
ISEL.
https://repositorio.ipl.pt/entities/publication/392ae2e1-d040-4185-
8801-46751502940e
11
Seleção de Medidas de Redução de Energia no Sistema AVAC
de uma Clínica Veterinária – Diretor Técnico
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i
Seleção de Medidas de Redução de Energia no
Sistema AVAC de uma clínica veterinária – Diretor
Técnico
Sumário Executivo
Medida 4: Sendo o tratamento de ar novo um processo muito dispendioso
em termos energéticos, de forma a poupar, devemos apenas insuflar o
mínimo necessário que garantam condições de saúde, conforto e segurança.
Na clínica, algumas salas são de ocupação variável, pelo que se torna difícil
incrementar soluções que respondam a essas variações. A colocação de
sondas de CO2 nas salas, permite ter leituras permanentes da concentração
de dióxido de carbono. Juntamente a esta solução é implementar variadores
de velocidade associados aos motores dos ventiladores. Com as leituras de
todas as sondas, torna-se possível o ajuste da velocidade do ventilador,
satisfazendo o mínimo necessário de renovações por hora nos espaços.
iii
Índice
1
MEDIDA 3: ELIMINAÇÃO DA ESTRATIFICAÇÃO ..................................... 1
2
MEDIDA 4 - CAUDAL DE AR NOVO REGULÁVEL ..................................... 3
3
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................... 5
v
1 MEDIDA 3: ELIMINAÇÃO DA ESTRATIFICAÇÃO
Esta medida propõe corrigir fenómenos de estratificação térmica que ocorrem
no interior da UTA existente na clínica veterinária, como visível na figura 1.1.
Em termos técnicos, a estratificação corresponde à má mistura entre o ar
exterior e o ar de retorno antes da passagem pelas serpentinas de
aquecimento ou arrefecimento. Esta situação leva a que diferentes zonas da
serpentina recebam fluxos de ar a temperaturas distintas, resultando numa
transferência térmica desigual. Como consequência, parte da serpentina
trabalha fora do ponto ótimo, podendo ocorrer congelamento parcial, perda
de eficiência, aumento do consumo energético e variações de conforto
térmico nos espaços servidos.
Figura 1.1 – Comparação de uma mistura com estratificação com a mistura
após a implementação da solução. Adaptado de (BlenderProducts, 2021)
A origem deste problema está geralmente associada à geometria interna da
câmara de mistura, à ausência de defletores adequados ou à má distribuição
dos caudais de ar novo e de retorno. Para eliminar a estratificação, é
necessário assegurar uma mistura homogénea do ar antes da serpentina.
Isso pode ser alcançado através da instalação de chapas defletoras, grelhas
de mistura ou difusores internos, visível na figura 1.2, ajustando o ângulo e
a velocidade de entrada dos fluxos de ar. A correção é relativamente simples
1
e não implica alterações significativas à estrutura da UTA, podendo ser
executada durante uma intervenção de manutenção programada.
Figura 1.2 – Difusor de mistura para ser instalado na câmara
de mistura. Adaptado de (BlenderProducts, 2021)
Na realidade especifica da clínica, esta medida tem grande relevância. A
unidade de tratamento de ar é responsável pelo tratamento de zonas
cirúrgicas,
preparação
e
esterilização
e
laboratórios
que
requerem
temperatura e humidade muito estáveis. Quando ocorre estratificação, o ar
insuflado
para estas salas pode apresentar variações térmicas que
comprometem o conforto dos profissionais e até a segurança e estabilidade
térmica exigida em ambiente clínico. Pequenas oscilações de temperatura
podem afetar a recuperação de animais anestesiados ou até interferir na
esterilidade dos materiais. Esta medida traz benefícios diretos tanto em
termos energéticos como funcionais, e aumenta a fiabilidade e longevidade
dos equipamentos, prevenindo o congelamento das serpentinas.
Esta medida é altamente recomendada, pois combina baixo investimento,
simplicidade de execução e impacto direto na qualidade ambiental interna.
2
2 MEDIDA 4 - CAUDAL DE AR NOVO REGULÁVEL
Utilizando como trabalho de base Casquilho (2012), os caudais mínimos já
foram aferidos e o dimensionamento dos equipamentos foi de encontro a
esses pressupostos. Em adição, e para maior eficiência energética, inclui-se
nos ventiladores das UTA’s/UTAN’s variadores de velocidade que permitem
regular a frequência da energia elétrica, de forma a variar a velocidade dos
ventiladores e o controlo será feito com a colocação de sondas de CO2 em
todos os espaços. O objetivo da colocação destas sondas é ter uma leitura
constante da quantidade de CO2 nas salas e assim aferir as necessidades de
ar novo consoante a ocupação. Na melhor das hipóteses, caso alguma sala
esteja desocupada por um período maior, a sonda vai detetar a concentração
baixa de poluentes e envia um sinal a um controlador (por exemplo uma GTC)
que por sua vez envia um sinal ao variador de velocidade para diminuir a
velocidade do ventilador, garantido as condições mínimas de pressurização
do edifício. Caso a sala seja novamente ocupada, a sonda vai detetar maiores
valore de concentração de CO2 e vai dar ordem ao variador para a aumentar
a velocidade de rotação do ventilador, satisfazendo as condições mínimas de
renovações de ar. Optou-se por esta solução no sentido de automatizar o
processo reduzindo assim a ação humana que está sujeito a maior erro de
implementação.
Figura 2.1 - Sonda de CO2
3
Figura 2.2 - Variador de frequência
Esta medida torna-se interessante em algumas salas onde a ocupação é
variável, pois alguns espaços como por exemplo, a sala de reunião, que tem
ocupações pontuais.
4
3 BIBLIOGRAFIA
Blender Products, Inc. (s.d.). HVAC – Air stratification mitigation.
Recuperado
de
https://www.blenderproducts.com/hvac-air-stratification-
mitigation/
Casquilho, A. F. (2012). Projecto de AVAC de uma clínica veterinária e
verificação do regulamento dos sistemas energéticos de climatização em
edifícios (RSECE) (Dissertação de Mestrado). Instituto Politécnico de Leiria /
ISEL.
https://repositorio.ipl.pt/entities/publication/392ae2e1-d040-4185-
8801-46751502940e
France-Air.
(s.d.).
Sonda
de
CO₂.
Recuperado
de
https://www.guia.france-air.pt/produtos/sonda-de-co2
Schneider Electric. (s.d.). Variador de velocidade ATV650U30N4 – 3 kW,
380-480
V,
IP55.
Recuperado
de
https://www.se.com/pt/pt/product/ATV650U30N4/variador-de-velocidadeatv650-3-kw-380-480-v-ip55/
5
Ciclo Economizador de Ar Exterior em Unidades de Tratamento
de Ar
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i
Ciclo Economizador de Ar Exterior em Unidades de
Tratamento de Ar
Resumo
O presente Trabalho analisa a medida “4.2.5 - Ciclo Economizador de Ar
exterior em unidades de tratamento de ar”, que se trata de uma estratégia
de eficiência energética que permite o arrefecimento gratuito (free cooling)
através do aproveitamento do ar exterior sempre que este se encontra mais
frio e seco do que o ar interior. São discutidos os princípios de funcionamento,
os requisitos técnicos, as condições climáticas favoráveis e as boas práticas
de controlo e manutenção deste tipo de sistema.
iii
Índice
1
INTRODUÇÃO ....................................................................................... 1
2
DESCRIÇÃO .......................................................................................... 2
3
4
2.1
Conceito.......................................................................................... 2
2.2
Funcionamento Geral ........................................................................ 2
2.3
Tipos de estratégia de controlo ........................................................... 3
ANÁLISE TÉCNICA DA IMPLEMENTAÇÃO............................................... 4
3.1
Configuração da UTA e dampers: ........................................................ 4
3.2
Sistema de Controlo e automação:...................................................... 5
3.3
Integração com o sistema mecânico:................................................... 7
3.4
Operação e manutenção: ................................................................... 7
VANTAGENS E LIMITAÇÕES DA MEDIDA ............................................... 9
4.1
Vantagens ....................................................................................... 9
4.2
Limitações e Desafios ...................................................................... 10
5
CONCLUSÃO........................................................................................ 11
6
BIBLIOGRAFIA ................................................................................... 13
v
1 INTRODUÇÃO
O setor de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC) é responsável
por uma parcela significativa do consumo energético nos edifícios, podendo
representar cerca de 40% da energia total utilizada (Talami et al., 2023). Por
esse motivo, a implementação de estratégias de eficiência energética nesta
área é fundamental. Uma dessas estratégias é o ciclo economizador de ar
exterior (mais conhecido como free cooling), que aproveita o ar exterior frio
para arrefecimento gratuito dos espaços interiores quando as condições
climáticas são favoráveis. Este trabalho explora esta medida, descrevendo o
conceito, analisando os requisitos técnicos para o seu funcionamento eficaz
e avaliando a
sua viabilidade em termos de eficiência energética,
especialmente num clima temperado com o de Marvão (Alentejo, Portugal).
Serão ainda discutidas as vantagens, limitações e considerações de
implementação.
1
2 DESCRIÇÃO
2.1 Conceito
O ciclo economizador de ar exterior consiste em utilizar ar fresco do exterior
para satisfazer parcial ou totalmente a necessidade de arrefecimento do
edifício, reduzindo assim o uso da refrigeração mecânica. Em termos simples,
quando a temperatura (e/ou entalpia) do ar exterior está abaixo da
temperatura do ar de recirculação do edifício, é energeticamente mais
eficiente aumentar a proporção do ar exterior admitida no sistema. Se o ar
exterior tiver suficientemente frio e seco, pode mesmo suprir toda a carga
térmica de arrefecimento necessária, proporcionando “free cooling” e
evitando por completo o acionamento do sistema (Lee et al., 2024).
2.2 Funcionamento Geral
Numa UTA equipada com economizador, existem registos motorizados
(dampers) que controlam as proporções de ar novo, ar de retorno e ar de
extração. Em condições normais, o registo de ar exterior garante apenas a
ventilação necessária por norma para a qualidade do ar interior. Porém,
quando os sensores indicam que o ar exterior está mais frio (ou de menor
entalpia) do que o ar interior, o sistema de controlo atua os registos por forma
a aumentar a entrada de ar exterior fresco e reduzir a recirculação, aliviando
a carga do equipamento. Em situações ideais, o economizador poderia abrir
totalmente a admissão de ar exterior e fechar o retorno, enquanto um registo
de extração assegura que o excesso de ar interior é expelido para não
pressurizar demasiado o edifício. A figura 2.1 ilustra esquematicamente este
princípio.
2
Figura 2.1 – Princípio de funcionamento de um economizador. Adaptado de
(Sabeh, 2021)
2.3 Tipos de estratégia de controlo
O acionamento do economizador pode basear-se em diferentes critérios. O
método mais simples é por temperatura de bolbo seco fixa. Por exemplo,
ativar o free cooling quando a temperatura exterior cai abaixo de um dado
valor de referência. Outra abordagem considera também a humidade,
avaliando-se desta forma a entalpia do ar exterior, garantindo que só operam
quando o ar está não só frio, mas também seco o suficiente, para evitar
introduzir carga de humidade no edifício (Anderson, n.d.). Há ainda controlos
de entalpia diferencial, que comparam diretamente a entalpia do ar exterior
com a do ar de retorno interno, de modo a decidir se o ar exterior é
energeticamente vantajoso. Independentemente da estratégia, o objetivo é
garantir que esta medida só funciona quando efetivamente resulta em menor
energia consumida.
3
3 ANÁLISE TÉCNICA DA IMPLEMENTAÇÃO
Antes de mais, para que a operação do ciclo economizador seja eficaz,
existem alguns pré-requisitos técnicos e de controlo que devem ser
respeitados:
3.1 Configuração da UTA e dampers:
A UTA deve dispor de entradas de ar exterior e de retorno dimensionadas
adequadamente, equipadas com registos motorizados, figura 3.1.
Figura 3.1 – Registo Motorizado. Adaptado de
(Motor Mounting Methods | Tamco Dampers, n.d.)
É também importante ter uma via de extração de ar para o exterior, também
controlada por registo ou por um ventilador de retorno, de forma a equilibrar
os caudais de ar. Quando a UTA passa a admitir 100% de ar novo, um volume
equivalente de ar interior tem de ser removido, caso contrário, o edifício
ficaria sobre pressurizado. Assim, o dimensionamento das entradas e saídas
de ar devem permitir a passagem dos caudais máximos de projeto sem
introduzir perdas de carga excessivas. Além disso, os registos devem ser do
tipo estanque de baixa fuga, para evitar infiltrações de ar indesejado
(Liescheidt, n.d.).
4
3.2 Sistema de Controlo e automação:
É indispensável um controlador que ajuste continuamente a posição dos
registos de acordo com as leituras dos sensores de temperatura e humidade.
Estes sensores são colocados no ar exterior, como se pode ver na figura 3.2,
e possivelmente no ar de retorno e no ar misto.
Figura 3.2 – Componentes de um Economizador. Adaptado de (Liescheidt,
n.d.)
Segundo o modelo de controlo desenvolvido por (Fernandez et al., 2009),
este processo é composto por dois ciclos principais interligados
1. Ciclo de Controlo – Os sensores medem continuamente as variáveis
do ar exterior (AO), retorno (RA) e misto (MA). O controlador compara
essas leituras com os valores de referência definidos e ajusta os
registos para otimizar a mistura de ar e manter as condições interiores
desejadas. Paralelamente, os dados são armazenados e transformados
em leituras virtuais para análise posterior
2. Ciclo de deteção e Correção de Falhas – As leituras dos sensores
são avaliadas por diagnósticos passivos e proativos que identificam
desvios, incoerências ou falhas. Caso seja detetada uma anomalia
corrigível, o sistema aplica uma correção automática de viés e atualiza
os parâmetros de controlo.
5
O esquema deste modelo de controlo encontra-se visível na figura 3.3.
Figura
3.3
diagnóstico
–
Esquema
do
controlo
de
falhas
(verde)
numa
Adaptado de (Fernandez et al., 2009)
6
automático
(vermelho)
UTA
economizador.
com
e
3.3 Integração com o sistema mecânico:
A implementação de um economizador requer verificar se os componentes
suportam este modo de operação. A serpentina de arrefecimento da UTA deve
conseguir lidar com ar em temperaturas potencialmente mais baixas no caso
de mistura com ar exterior muito frio. De acordo com recomendações da
norma ASHRAE 90.1-2013, os controlos do economizador e da unidade
devem ser intertravados para evitar o congelamento da serpentina, devendo
o registo de ar exterior fechar apenas quando a temperatura do ar de saída
for inferior a 7ºC (Sturm & applications engineering, 2013).
Em climas frios, é comum implementar termóstatos anti-congelamento ou
proteções contra congelamento ou estabelecer um limite mínimo de
temperatura do ar misto (por exemplo 10 °C). Abaixo disso, o registo de ar
exterior recua para evitar ar demasiado frio e, se necessário, aciona-se
aquecimento de apoio para manter o conforto (Sturm & applications
engineering, 2013).
Da mesma forma, em situações de humidade elevada, deve-se integrar o
economizador com estratégias de desumidificação. A norma define limites
superiores de entalpia ou humidade relativa que impedem a sua operação
quandoo o ar exterior é demasiado húmido, prevenindo condensação e
crescimento microbiológico. Assim, o controlador do economizador deve
ajustar-se às condições do ar exterior, maximizando o free cooling apenas
quando estas são energeticamente favoráveis (Sturm & applications
engineering, 2013).
3.4 Operação e manutenção:
Um economizador só traz benefícios se operar corretamente. Conforme (Best
Practices for Air-Side Economizers Operation and Maintenance | PNNL, n.d.),
sem manutenção adequada, os economizadores podem provocar desperdício
energético e degradação da qualidade do ar interior.
7
Frequentemente ocorrem problemas práticos: sensores de humidade podem
desalocar-se ou perder a calibração, resultando em erros de leitura e
operação inadequada. Isto justifica, por exemplo, a necessidade de calibração
periódica de sensores.
Alem disso, atuadores defeituosos ou registos presos são vulnerabilidades
comuns. Quando os registos não respondem ao comando, o sistema pode
operar
fora
dos
parâmetros
ideais,
criando
consumo
excessivo
ou
comportamento errático.
Para prevenir estes problemas, recomenda-se um programa de manutenção
preventiva estruturada, com inspeções regulares e limpeza dos componentes.
A tabela apresenta um modelo típico de manutenção recomendado. É
também essencial que o operador entenda a lógica do economizador, de
modo a interpretar alarmes e sinais de falha.
Tabela 1 – Modelo típico de manutenção para sistemas com economizador.
Adaptado de (Best Practices for Air-Side Economizers Operation and Maintenance |
PNNL, n.d.)
Descrição
Frequência de Manutenção
Ação
Diária
Verificar tomadas de ar por possíveis obstruções
Inspeção
Inspecionar hardwate (ex., atuadores, registos,
lâminas e vedantes, etc.)
Sensores
Semanal
Mensal
✓
✓
Verificar sensores e calibrar/reparar/substituir
✓
conforme necessário
Determinar o modo de operação pretendido do
economizador (ex.: sequência de funcionamento,
✓
definições, etc.)
Controlo
Verificar a programação do economizador; muitos
controladores incluem um modo de diagnóstico
que faz o sistema percorrer várias condições de
✓
operação
Confirmar o movimento e a posição corretos dos
Verificar
funcionamento
Correto
dampers (por ex.: o damper de retorno abre
quando o damper de ar exterior e o de alívio
✓
fecham, e vice-versa).
Confirmar que os dampers asseguram fecho total
sem fugas de ar.
8
Anual
✓
Confirmar que os dampers de ar exterior estão
fechados quando o sistema AVAC não está em
funcionamento (por ex.: antes da partida ou após
✓
o desligamento). Os dampers também devem
estar fechados durante o aquecimento inicial do
edifício na estação fria.
Confirmar que os dampers de ar exterior estão a
modular corretamente em condições adequadas
✓
(por ex.: temperatura exterior entre 7 °C e 18 °C
quando existe necessidade de arrefecimento).
Confirmar que os dampers de ar exterior estão na
posição mínima de ar exterior quando o sistema
✓
AVAC está a funcionar, mas o economizador não
está ativo.
Diagnóstico e
Se o economizador tiver sistema de deteção e
deteção de
diagnóstico de falhas, monitorizar os alarmes
falhas
disponíveis.
Sistema de
gestão técnica
(se aplicável)
✓
Avaliar o funcionamento do economizador através
✓
da análise dos dados registados.
Confirmar que os sistemas AVAC cumprem os
✓
caudais de ar e os pontos de temperatura de
Outros
insuflação definidos.
componentes
Executar inspeções e manutenção adequadas a
/Sistemas
outros componentes e sistemas, incluindo — mas
✓
não se limitando a — ventiladores e condutas de
ar.
Documentação
do sistema
Registar todas as atividades de manutenção em
livro de registo ou sistema eletrónico de gestão de
Após conclusão de cada atividade
manutenção (CMMS).
4 VANTAGENS E LIMITAÇÕES DA MEDIDA
4.1 Vantagens
•
Eficiência energética e custo operacional: Como visto, grande
parte da carga térmica pode ser satisfeita gratuitamente quando o
clima coopera, reduzindo a fatura energética anual do edifício. O
retorno do investimento tende a ser atrativo, muitas vezes com um
payback de poucos anos. Além disso, ao diminuir as horas de
9
funcionamento de chillers e compressores, o economizador contribui
para aumentar a vida útil desses equipamentos e reduzir necessidades
de manutenção, pois há menor desgaste mecânico e térmico.
•
Conforto e qualidade do ar interior: Uma consequência benéfica do
economizador é a maior renovação de ar nos ambientes. Em vez de
operar no mínimo de ar novo o tempo todo, o sistema passa
frequentemente a introduzir ar exterior em maior quantidade,
melhorando a ventilação. Isto resulta na redução de poluentes
acumulados e maior sensação de frescura para os ocupantes.
•
Simplicidade operacional automática: Uma vez instalado e
corretamente parametrizado, funciona automaticamente através do
sistema de controlo, sem exigir intervenções manuais no dia-a-dia.
Isto
é
uma
vantagem
comparativamente
a
estratégias
comportamentais como abrir janelas manualmente e desligar o
sistema.
4.2 Limitações e Desafios
•
Condições climáticas e fiabilidade do controlo: Esta medida é
altamente dependente das condições climáticas reais. Em alguns dias,
poderá estar ativo a 100%, e noutros desligado por completo. Climas
com variações rápidas acabam por impor um desafio ao controlo. Se o
sistema não reagir rapidamente, corre-se o risco de introduzir ar
exterior quando não se devia, causando gasto extra.
Portanto, a
confiabilidade dos sensores e do sistema de automação é critica, pois
falhas podem anular as poupanças ou até piorar o consumo. É
recomendável a instalação de sensores robustos, dupla verificação e
alarmes que avisem se um registo não atingir a posição comandada,
etc.
•
Humidade e qualidade do ar exterior: Em climas húmidos ou com
alta poluição exterior, limita o uso do economizador. Trazer ar exterior
com muitos poluentes pode também sobrecarregar os filtros e impactar
a qualidade do ar interior, já que se aumenta a renovação de ar nestes
sistemas. É preciso, portanto calibrar cuidadosamente os setpoints de
10
operação e garantir manutenção reforçada de filtros. Em climas
extremamente empoeirados ou poluídos, a vantagem do economizador
pode ser parcialmente abafada pelos custos de filtração/manutenção.
•
Compatibilidade com edifícios existentes: A implementação em
projetos novos é relativamente fácil. Já em edifícios existentes,
retrofitting de um ciclo economizador pode ser desafiador. Alguns
sistemas antigos de AVAC não possuem secção de mistura nem espaço
físico para instalar registos adicionais. Poderá ser necessário susbsituir
ou modificar a UTA, instalar novas condutas de admissão ou extração
e integrar um novo módulo de controlo, elevando imenso o custo
inicial. Cada caso deve ser estudado quanto à viabilidade técnica e
económica.
•
Custos de manutenção e operação adequada: Embora o custo de
manutenção de economizadores não seja elevado, é um componente
a mais que requer atenção. Em particular, zonas marítimas ou
industriais podem causar corrosão nos componentes dos registos,
exigindo inspeções frequentes. Se a manutenção for negligenciada, o
sistema pode acabar travado ou desligado, perdendo-se os benefícios
previstos.
5 CONCLUSÃO
Conclui-se, a partir desta revisão da literatura, que a operação do ciclo
economizador se trata de uma medida eficaz de eficiência energética em
sistemas AVAC, permitindo reduzir o consumo de refrigeração mecânica
através do aproveitamento do ar exterior frio. A sua aplicação é
particularmente
vantajosa
em
climas
temperados
e
secos.
O
bom
desempenho do sistema depende, contudo, de um controlo adequado e de
manutenção regular, incluindo calibração dos sensores e verificação dos
registos, conforme as boas práticas ditadas pelas normas e guias técnicos
aplicáveis. Quando corretamente implementado e mantido, o economizador
proporciona redução de custos energéticos, melhoria do conforto térmico e
maior sustentabilidade.
11
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