TRANE | Por que razão o AVAC tradicional já não é suficiente

Os sistemas de climatização dos edifícios estão a atravessar uma transformação profunda. As soluções e sistemas convencionais de aquecimento e arrefecimento deixaram de responder, de forma plenamente eficaz, às atuais exigências de eficiência energética, às metas de descarbonização definidas a nível europeu e à crescente necessidade de flexibilidade operacional nos edifícios de serviços.

Neste contexto, uma nova geração de soluções de AVAC — designada por Sistemas de Gestão Térmica (SGT), está a afirmar-se como uma das abordagens mais eficazes para reduzir consumos energéticos, diminuir as emissões de carbono e assegurar níveis de conforto térmico consistentes ao longo de todo o ano.

Mais do que uma evolução tecnológica, os SGT representam uma mudança de paradigma na forma como o calor e o frio são produzidos, distribuídos e reaproveitados no edifício. Este artigo explica o que caracteriza um Sistema de Gestão Térmica, em que difere da conceção tradicional de AVAC e que vantagens oferece nas tipologias de edifícios mais comuns.

Um Sistema de Gestão Térmica (SGT) é uma solução integrada de aquecimento e arrefecimento que utiliza um ciclo termodinâmico alimentado inteiramente por eletricidade para satisfazer, em simultâneo, as necessidades térmicas de um edifício ou de um processo industrial.

Ao contrário da arquitetura convencional, em que uma caldeira produz calor e um chiller independente produz frio, o SGT assenta numa lógica de bomba de calor, capaz de fornecer aquecimento e arrefecimento a partir do mesmo princípio de funcionamento e, em muitos casos, em simultâneo.

Importa sublinhar que não se trata necessariamente de um equipamento único. Um SGT pode assumir a forma de uma unidade autónoma ou de um conjunto de equipamentos interligados, concebidos para gerir os fluxos térmicos de forma inteligente. Na prática, o sistema transfere calor de zonas com excesso térmico para zonas com défice, recupera calor residual que de outra forma seria rejeitado e reutiliza-o onde ele é efetivamente necessário.

Ideia central - gerir energia térmica, não apenas produzi-la

O princípio fundamental de um SGT é simples: em vez de operar com dois sistemas separados e, por vezes, contraditórios — um a produzir frio e outro a gerar calor por combustão —, o edifício passa a dispor de um sistema integrado, capaz de coordenar os fluxos térmicos de forma otimizada.

Esta abordagem permite reutilizar calor em vez de o gerar de raiz, reduzindo significativamente o desperdício energético. O resultado é uma maior eficiência global do sistema, acompanhada de menores custos operacionais e de uma redução efetiva das emissões associadas à climatização.

Para compreender a relevância dos Sistemas de Gestão Térmica, importa olhar para as limitações da configuração convencional ainda presente em muitos edifícios comerciais. Na maioria dos casos, esta arquitetura assenta em:

• Uma caldeira que queima combustíveis fósseis, como o gás natural ou fuel, para fornecer aquecimento;
• Um chiller que utiliza eletricidade para produzir frio;
• Dois sistemas completamente independentes, sem qualquer integração entre si;
• Calor de rejeição do ciclo de arrefecimento dissipado para o ambiente exterior;
• Caldeira a produzir calor com emissões elevadas de CO2 para satisfazer as necessidades de água quente, em simultâneo com o arrefecimento.

Trata-se de uma solução tecnicamente consolidada, mas cada vez menos alinhada com os objetivos de desempenho energético e sustentabilidade. O calor rejeitado pelo chiller — energia que já foi paga e processada — poderia ser reaproveitado para aquecimento ambiente ou produção de água quente. No entanto, num sistema tradicional, essa energia é dissipada para o exterior, enquanto a caldeira consome novo combustível para gerar calor adicional.

O problema é, por isso, duplo: perde-se energia útil e recorre-se a combustíveis fósseis para suprir necessidades térmicas que poderiam ser satisfeitas por recuperação interna.

É precisamente aqui que o SGT introduz uma mudança decisiva. Em vez de desperdiçar calor, recupera-o. Em vez de funcionar em modo de aquecimento ou de arrefecimento, consegue responder simultaneamente a ambas as necessidades, ajustando-se em permanência ao perfil térmico real do edifício.

Na operação real de um edifício, raramente existe um cenário de aquecimento puro ou arrefecimento puro. Pelo contrário, as diferentes zonas de um edifício apresentam necessidades térmicas distintas e, muitas vezes, opostas ao mesmo tempo.

Esta realidade não constitui uma exceção: é, na verdade, a condição normal em edifícios de serviços de média e grande dimensão. As cargas internas geradas por equipamentos, iluminação e ocupação humana criam frequentemente necessidades de arrefecimento nas zonas interiores, enquanto áreas periféricas, fachadas menos expostas ao sol ou pisos térreos podem necessitar de aquecimento. A isto soma-se ainda a produção de águas quentes sanitárias, que se mantém ao longo de todo o ano, independentemente da estação. O SGT responde a esta realidade de forma nativa: gere os fluxos de calor entre zonas com necessidades opostas, sem consumo adicional de energia de geração.

Os Sistemas de Gestão Térmica respondem de forma particularmente eficaz a este contexto, porque foram concebidos precisamente para gerir fluxos de calor entre zonas com necessidades opostas, tirando partido da energia já existente no edifício. Em vez de aumentar a produção energética para responder a pedidos simultâneos de calor e frio, o sistema redistribui energia térmica de forma inteligente, com ganhos evidentes de eficiência.

Hospitais

Os hospitais apresentam alguns dos perfis térmicos mais exigentes de todo o parque edificado e, por esse motivo, são dos edifícios que mais beneficiam de um SGT.

As exigências funcionais destas instalações implicam necessidades térmicas contínuas, rigorosas e frequentemente simultâneas

• As áreas cirúrgicas, de imagiologia e outros espaços técnicos sensíveis requerem arrefecimento permanente, de forma a garantir um controlo rigoroso da temperatura e da humidade ao longo de todo o ano;
• Os quartos de internamento dos doentes podem necessitar de aquecimento, especialmente no Inverno, mesmo quando os blocos técnicos permanecem em regime de arrefecimento
• A produção de águas quentes sanitárias, normalmente com requisitos mínimos de temperatura na ordem dos 60 °C, disponível 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Neste enquadramento, o SGT permite recuperar o calor resultante do arrefecimento das áreas técnicas e cirúrgicas e reutilizá-lo na produção de águas quentes sanitárias ou no aquecimento das alas de internamento. Num sistema convencional, esta oportunidade de valorização energética perde-se, uma vez que o calor é simplesmente rejeitado para o exterior.

Hotéis

As unidades hoteleiras combinam utilizações com perfis térmicos opostos, o que cria condições muito favoráveis para a aplicação de um SGT.

• Os quartos e suites apresentam necessidades sazonais típicas de aquecimento e arrefecimento;
• As cozinhas, lavandarias, zonas de SPA e áreas técnicas geram cargas térmicas internas relevantes ao longo de todo o ano;
• A procura de água quente é elevada durante todo o ano.

Num sistema convencional, o calor residual produzido nas cozinhas e lavandarias é dissipado, enquanto a produção de água quente continua dependente de uma caldeira a gás ou de outro sistema dedicado. Com um SGT, esse calor pode ser captado e reaproveitado, reduzindo de forma significativa o consumo energético associado ao aquecimento e melhorando o desempenho global da instalação.

Edifícios de Escritórios

Mesmo os edifícios de escritórios, que à primeira vista podem parecer mais homogéneos do ponto de vista funcional, apresentam frequentemente cargas térmicas diversificadas que favorecem a aplicação de um Sistema de Gestão Térmica.

• As fachadas expostas a sul ou a poente podem necessitar de arrefecimento enquanto as zonas a norte ou os pisos térreos necessitam de aquecimento;
• As salas de reuniões geram picos de carga interna associados à ocupação variável, exigindo respostas rápidas e localizadas;
• As salas técnicas e os data centers necessitam de arrefecimento contínuo, com grande potencial de recuperação de calor para outras zonas.

É precisamente nestes cenários de carga mista que o SGT demonstra maior vantagem, ao possibilitar uma gestão integrada e dinâmica dos fluxos térmicos, com níveis de eficiência muito superiores aos de sistemas concebidos para responder apenas a cargas unidirecionais.

Do ponto de vista técnico, a adoção de um SGT traduz-se num conjunto de vantagens concretas e mensuráveis:

• Eficiência energética superior: o sistema reutiliza calor que de outro modo seria desperdiçado, reduzindo o consumo de energia de geração. A poupança pode atingir 35% a 60% no consumo de AVAC, dependendo da tipologia e do perfil de cargas do edifício;
• Eliminação da dependência de combustíveis fósseis: o SGT funciona exclusivamente com eletricidade, permitindo a integração direta com fontes de energia renovável — fotovoltaico, eólico ou redes de calor urbano;
• Redução das emissões de CO2: ao substituir a caldeira de combustão por uma bomba de calor elétrica, as emissões associadas ao aquecimento caem de forma significativa — tanto mais quanto maior for a incorporação de eletricidade renovável na rede;
• Operação coordenada e inteligente: a existência de um sistema de controlo único que gere simultaneamente o aquecimento e o arrefecimento permite uma otimização contínua em função das cargas reais, das condições exteriores e dos perfis de ocupação;
• Simplicidade de exploração: a convergência de dois sistemas numa única plataforma reduz a complexidade de operação e de manutenção, diminuindo os custos associados ao longo do ciclo de vida da instalação.

A implementação de um SGT pressupõe uma análise cuidada das cargas térmicas reais do edifício ao longo do ano e não apenas os picos de projeto. É essencial caracterizar:

• A frequência e a intensidade das situações de aquecimento e arrefecimento simultâneos, por zona;
• O perfil de consumo de água quente sanitária e as temperaturas de serviço exigidas;
• As fontes internas de calor recuperável, salas técnicas, equipamentos de processo, cozinhas industriais;
• A disponibilidade e o custo da eletricidade, incluindo a possibilidade de integração com produção fotovoltaica local.

O dimensionamento deve privilegiar a operação em modo de recuperação simultânea, que é o regime de maior eficiência. O sistema de controlo, tipicamente integrado num sistema de gestão técnica centralizada, é um componente crítico: é ele que assegura a distribuição ótima dos fluxos térmicos em tempo real.

Nota para o projetista

O sistema de controlo não deve ser encarado como um elemento acessório do sistema de geração. Num Sistema de Gestão Térmica, a lógica de gestão dos fluxos de calor é tão determinante para o desempenho global como a seleção dos próprios equipamentos. Uma estratégia de controlo inadequada, ou uma parametrização deficiente, pode comprometer de forma significativa os ganhos de eficiência previstos em projeto.

A abordagem convencional de AVAC, baseada numa caldeira a gás para aquecimento e num chiller independente para arrefecimento, assenta numa lógica de separação funcional que é, simultaneamente, energeticamente ineficiente e cada vez menos compatível com o enquadramento regulatório europeu em matéria de descarbonização dos edifícios.

O Sistema de Gestão Térmica vem inverter esta lógica. Ao integrar a produção de calor e de frio num único ciclo termodinâmico e ao gerir os fluxos energéticos de forma coordenada, esta solução permite alcançar eficiências substancialmente superiores, reduzir ou eliminar a dependência de combustíveis fósseis e responder de forma mais adequada às exigências de controlo, monitorização e flexibilidade dos edifícios contemporâneos.

Para os engenheiros de instalações, o domínio desta tecnologia constitui uma competência cada vez mais relevante, tanto no projeto de edifícios novos como na reabilitação e modernização de instalações existentes.

Para mais informações, visite o website da Trane

www.trane.eu/pt