Estudos de Eficiência Energética em Aparelhos Condicionadores de Ar e Técnicas para Redução da Carga Térmica nas Edificações

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1 Universidade Estadual de Londrina Centro de Tecnologia e Urbanismo Departamento de Engenharia Elétrica Lucas Felipe de Lima Estudos de Eficiência Energética em Aparelhos Condicionadores de Ar e Técnicas para Redução da Carga Térmica nas Edificações Londrina 2017

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3 Universidade Estadual de Londrina Centro de Tecnologia e Urbanismo Departamento de Engenharia Elétrica Lucas Felipe de Lima Estudos de Eficiência Energética em Aparelhos Condicionadores de Ar e Técnicas para Redução da Carga Térmica nas Edificações Trabalho de Conclusão de Curso orientado pelo Prof. MSc. Osni Vicente intitulado Estudos de Eficiência Energética em Aparelhos Condicionadores de Ar e Técnicas para Redução da Carga Térmica nas Edificações e apresentada à Universidade Estadual de Londrina, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. MSc. Osni Vicente Londrina 2017

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5 Ficha Catalográfica Lucas Felipe de Lima Estudos de Eficiência Energética em Aparelhos Condicionadores de Ar e Técnicas para Redução da Carga Térmica nas Edificações - Londrina, p., 30 cm. Orientador: Prof. MSc. Osni Vicente 1. Ar Condicionado. 2. Envoltória. 3. Consumo. 4. Split. 5. Janela. I. Universidade Estadual de Londrina. Curso de Engenharia Elétrica. II. Estudos de Eficiência Energética em Aparelhos Condicionadores de Ar e Técnicas para Redução da Carga Térmica nas Edificações.

6 Lucas Felipe de Lima Estudos de Eficiência Energética em Aparelhos Condicionadores de Ar e Técnicas para Redução da Carga Térmica nas Edificações Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Comissão Examinadora Prof. MSc. Osni Vicente Universidade Estadual de Londrina Orientador Prof. Dr. Carlos Henrique G. Treviso Universidade Estadual de Londrina Prof. Dr. Ernesto Fernando F. Ramírez Universidade Estadual de Londrina Londrina, 1 de março de 2017

7 Agradecimentos Agradeço primeiramente meus pais, João Batista de Lima e Solange dos Santos Lima, que sempre me deram apoio e suporte, e todos os meus familiares. Agradeço também os amigos a qual compartilhamos momentos de alegria e tristeza durante esse período de graduação. Agradeço também meu orientador Prof. Osni Vicente, sendo seu auxilio imprescindível para a realização desse trabalho. Agradeço também os professores Carlos Treviso e Ernesto Ramírez por aceitarem participar da banca examinadora.

8 O sucesso é ir de fracasso em fracasso sem perder o entusiasmo. (Winston Churchill)

9 Lucas Felipe de Lima p. Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Elétrica - Universidade Estadual de Londrina, Londrina. Resumo O uso de equipamentos de ar condicionado tem sido cada vez mais constante, modificando características de consumo de energia elétrica e assim trazendo impactos relevantes no sistema elétrico brasileiro. De forma a reduzir tal impacto e evitar pesados investimentos em infraestrutura tanto por parte da transmissão quanto geração de energia elétrica, assim como a redução na emissão de CO2, a busca por equipamentos mais eficientes tem sido cada vez mais significativa. Porém não basta apenas os equipamentos serem eficientes, as edificações também são parte importante no condicionamento de ar. Uma edificação eficiente tem um bom aproveitamento térmico, não sobrecarregando assim o sistema de condicionamento de ar e otimizando o consumo de energia elétrica por esses dispositivos. De modo a obter esse resultado, é importante o envolvimento de todos profissionais trabalhando em conjunto, sendo o engenheiro eletricista parte essencial nesse processo. Palavras-Chave: 1. Ar Condicionado. 2. Envoltória. 3. Consumo. 4. Split. 5. Janela.

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11 Energy Efficiency Studies in Air Conditioning Devices and Techniques for Reduction of Thermal Load in Buildings p. Monograph in Engenharia Elétrica - Universidade Estadual de Londrina, Londrina. Abstract The use of air conditioners have been increasing more and more, changing the consumption of electric energy and bringing new impacts on the brazilian electric system. In order to reduce this impact and avoid big investments in infrastructure both in transmission and in electric generation, and reduce the emission level of CO2, the search for more efficient equipment s have been more and more significantly. Therefore, it is not enough just the equipment be efficient, the edifications are an important part in air conditioning too. An efficient edification has a good thermal recovery, not overloading the air conditioning system and optimizing the electric energy consumption by these devices. As a way to achieve this results, is important the involvement of all professionals working as a team, being the electrical engineer an essential part in this process. Key-words: 1. Air Conditioner. 2. Envelope. 3. Consumption. 4. Split. 5. Window.

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13 Lista de ilustrações Figura 1 Fluxo de energia elétrica, ano Fonte: EPE (2016) Figura 2 Uso final da energia elétrica pelo setor residencial. Fonte: PROCEL (2006) Figura 3 Uso final da energia elétrica pelo setor comercial. Fonte: PROCEL (2006) Figura 4 Tipos de condicionadores de ambiente presente nas empresas. Fonte: PROCEL (2006) Figura 5 Uso final da energia elétrica pelos prédios públicos. Fonte: PROCEL (2006) Figura 6 Tipos de condicionadores de ambiente presente em prédios públicos. Fonte:PROCEL (2006) Figura 7 Gráfico de consumo de 2006 a Adaptado de EPE (2016) Figura 8 Crescimento do PIB no período de 2006 a Adaptado de Banco Central do Brasil (2017) Figura 9 Curva de carga residencial, região Norte. Fonte: PROCEL (2006) Figura 10 Curva de carga residencial, região Nordeste. Fonte: PROCEL (2006).. 35 Figura 11 Curva de carga residencial, região Sul. Fonte: PROCEL (2006) Figura 12 Curva de carga residencial, região Centro-Oeste. Fonte: PROCEL (2006). 36 Figura 13 Curva de carga residencial, região Sudeste. Fonte: PROCEL (2006) Figura 14 Selo Procel de Economia de Energia Figura 15 Etiqueta Nacional de Conservação de Energia Figura 16 Variação anual da classificação de ENCE de equipamentos split. (Dados do Inmetro) Figura 17 Variação anual do número de ar condicionados cadastrados no PBE. (Dados do Inmetro) Figura 18 Ilustração demonstrando dois AHS de 10 graus. Fonte: Procel (2010).. 50 Figura 19 Ilustração demonstrando um AVS de 45 graus. Fonte: Procel (2010).. 50 Figura 20 Ilustração demonstrando abertura zenital em uma superfície com inclinação de 15 graus. Fonte: Procel (2010) Figura 21 Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor. Fonte: GENIER, DA COSTA e DA COSTA JR (2013) Figura 22 Exemplo de compressor hermético Figura 23 Exemplo de compressor semi-hermético

14 Figura 24 Diagrama ilustrativo de um compressor alternativo de ação dupla. Fonte: Vale (2016) Figura 25 Funcionamento de um compressor alternativo de simples ação. Fonte: Venturini e Pirani (2005) Figura 26 Trabalho de compressão e potência de um compressor ideal em função da temperatura de evaporação, com temperatura de condensaçao de 35 C e refrigerante R22. Fonte: Venturini e Pirani (2005) Figura 27 Ilustração construtiva de um compressor rotativo. Fonte: Venturini e Pirani (2005) Figura 28 Comparativo entre sistema Inverter e Convencional. Fonte: Fujitsu General (2016b) Figura 29 Exemplo de Corrente com Distorção Harmônica. Fonte: Deckmann e Pomilio (2016) Figura 30 Forma de onda da corrente para verificação de conformidade de equipamento classe D. Fonte: IEC (1995) Figura 31 Quadrantes contendo os limites de cada orientação. Fonte: Fossati e Lamberts (2010) Figura 32 Fluke 43B Figura 33 Montagem do Fluke para obtenção de dados Figura 34 Termômetro Digital Western Figura 35 ENCE Condicionador de Ar Brastemp ative! Figura 36 Unidade Evaporadora do Equipamento Figura 37 Termômetro colocado junto a Unidade Evaporadora Figura 38 Unidade Condensadora do Equipamento Figura 39 Ligação do Fluke no Quadro de Distribuição Figura 40 Potência Ativa Figura 41 Temperatura Interna e Extena Figura 42 Corrente de Partida Figura 43 Fator de Potência Figura 44 Distorção Harmônica de Tensão Figura 45 Distorção Harmônica de Corrente Figura 46 Unidade Evaporadora do Equipamento Figura 47 Unidade Condensadora do Equipamento Figura 48 Ligação do Fluke no Quadro de Distribuição Figura 49 Potência Ativa Figura 50 Temperatura Interna e Extena Figura 51 Corrente de Partida Figura 52 Fator de Potência Figura 53 Distorção Harmônica de Tensão

15 Figura 54 Distorção Harmônica de Corrente Figura 55 ENCE Condicionador de Ar Elgin Silent Figura 56 Unidade Evaporadora Elgin Silent Figura 57 Unidade Condensadora Elgin Silent Figura 58 Potência Ativa Figura 59 Temperatura Interna e Extena Figura 60 Corrente de Partida Figura 61 Fator de Potência Figura 62 Distorção Harmônica de Tensão Figura 63 Distorção Harmônica de Corrente Figura 64 Condicionador de Ar de Janela Gree Figura 65 Potência Ativa Figura 66 Temperatura Interna e Extena Figura 67 Corrente de Partida Figura 68 Fator de Potência Figura 69 Distorção Harmônica de Tensão Figura 70 Distorção Harmônica de Corrente Figura 71 Classes de Eficiência Energética para Condicionadores de Ar Janela. Fonte: INMETRO Figura 72 Classes de Eficiência Energética para Condicionadores de Ar Split. Fonte: INMETRO Figura 73 Zoneamento Bioclimático Brasileiro.Fonte: ABNT (2003) Figura 74 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Fonte: ABNT (2003) Figura 75 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Fonte: ABNT (2003) Figura 76 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Fonte: ABNT (2003) Figura 77 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Fonte: ABNT (2003) Figura 78 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas coberturas. Fonte: ABNT (2003) Figura 79 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas coberturas. Fonte: ABNT (2003)

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17 Lista de tabelas Tabela 1 Principais Barreiras na Difusão da Eficiência Energética em Países em Desenvolvimento. Adaptado de IEA (2007) Tabela 2 Temperaturas de Trabalho. Adaptado de Portal da Refrigeracao (2014). 57 Tabela 3 Tabela com limites para os Harmônicos de Correntes.Adaptado de IEC (1995) Tabela 4 Equivalente numérico para cada nível de eficiência Tabela 5 Classificação Geral da Etiqueta da Edificação Tabela 6 Limites de Transmitância Térmica para Classificação Nível A Tabela 7 Limites de Transmitância Térmica para Classificação Nível B Tabela 8 Limites de Transmitância Térmica para Classificação Nível C e D Tabela 9 Limites de Fator Solar de vidros e de Percentual de Abertura Zenital para coberturas Tabela 10 Relação entre pré-requisitos e níveis de eficiência Tabela 11 Espessura mínima de isolamento de tubulações para sistemas de refrigeração Tabela 12 Calor Liberado por Pessoas (BT U/h). Adaptado de ELETROBRAS PROCEL (2011) Tabela 13 Calor liberado por equipamentos elétricos. Adaptado de ELETRO- BRAS PROCEL (2011) Tabela 14 Precisão de medição do Fluke 43B Tabela 15 Dados técnicos fornecidos pelo fabricante. Fonte: Brastemp (2008) Tabela 16 Comparação de correntes harmônicas Tabela 17 Dados técnicos fornecidos pelo fabricante. Fonte: Fujitsu General (2016a) Tabela 18 Comparação de correntes harmônicas Tabela 19 Dados técnicos fornecidos pelo fabricante. Fonte: Elgin (2014) Tabela 20 Comparação de correntes harmônicas Tabela 21 Dados técnicos fornecidos pelo fabricante. Fonte: Gree (2003) Tabela 22 Comparação de correntes harmônicas Tabela 23 Comparação Potência Medida Tabela 24 Comparação Corrente de Partida Tabela 25 Comparação Coeficiente de Eficiência Energética Tabela 26 DP I L - Método da Área do Edifício. Fonte: INMETRO (2010) Tabela 27 DP I L - Método das Atividades do Edifício. Fonte: INMETRO (2010). 130

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19 Lista de Siglas e Abreviaturas ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica BEN Balanço Energético Nacional BNDS Banco Nacional do Desenvolvimento CEE Coeficiente de Eficiência Energética CGIEE Comitê Gestor de Índices de Eficiência Energética COP Cefficient of Performance ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia EPE Empresa de Pesquisa Energética IEA Agência Internacional de Energia IEC Comissão Eletrotécnica Internacional IEEE Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos INEE Instituto Nacional de Eficiência Energética INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia NBR Norma Técnica Brasileira ONS Operador Nacional do Sistema PBE Programa Brasileiro de Etiquetagem PIB Produto Interno Bruto PROCEL Programa de Conservação de Energia Elétrica PRODIST Procedimentos de Distribuição RGR Reserva Global de Reversão RTQ Regulamento Técnico de Qualidade THD Distorção Harmônica Total

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21 Lista de Símbolos e Notações A env AC AHS AN C AV S C T DCI DP I DP I L Env EqN um F A F F F P F S P P AF O P AF T P T P AZ Q S T Área da Envoltória Área Condicionada Ângulo Horizontal de Sombreamento Área não Condicionada Ângulo Vertical de Sombreamento Capacidade Térmica Densidade de Carga Interna Densidade de Potência de Iluminação Densidade de Potência de Iluminação Envoltória Equivalente Numérico Fator de Altura Fator de Forma Fator de Potência Fator Solar Potência Ativa Percentual de Abertura na Fachada Oeste Percentual de Abertura na Fachada Total Pontuação Total Percentual de Abertura Zenital Potência Reativa Potência Aparente Temperatura

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23 Sumário 1 INTRODUÇÃO Objetivos do Tema Estrutura do Trabalho BALANÇO ENERGÉTICO Análise no Consumo de Energia Elétrica Curva de Carga Considerações Finais do Capítulo CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Potencial de Conservação de Energia Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica Programa Brasileiro de Etiquetagem Eficiência Energética em Edificações Barreiras na Difusão da Eficiência Energética Considerações Finais do Capítulo FUNDAMENTOS TEÓRICOS Definições Abertura Ambiente Condicionado Ângulo de Sombreamento Ângulo Horizontal de Sombreamento (AHS) Ângulo Vertical de Sombreamento (AV S) Área Condicionada (AC) (m 2 ) Área Não Condicionada (ANC) (m 2 ) Área da envoltória (A env ) (m 2 ) Capacidade Térmica (C T ) Coeficiente de Performance (COP) Coletor Solar Densidade de Carga Interna (DCI) (W/m 2 ) Densidade de Potência de Iluminação (DP I) (W/m 2 ) Densidade de Potência de Iluminação Limite (DP I L ) (W/ 2 ) Envoltória (Env) EqNum - Equivalente Numérico Fachada

24 Fachada Oeste Fator de Altura (F A) Fator de Forma (F F ) Fator Solar Paredes Externas Percentual de Abertura Zenital (P AZ) (%) Percentual de Área de Abertura na Fachada Oeste (P AF O ) (%) Percentual de Área de Abertura na Fachada total (P AF T ) (%) Pontuação Total (P T ) Sistema de Condicionamento de Ar (CA) Transmitância térmica (W/(m 2 K)) Transmitância Térmica da Cobertura (U cob ) (W/(m 2 K)) Transmitância Térmica das Paredes (U par ) (W/(m 2 K)) Zonas Bioclimáticas Ciclos de Refrigeração Ciclo Teórico de Refrigeração por Compressão de Vapor Compressores de Sistemas de Refrigeração Compressor Alternativo Compressor Rotativo Tecnologia Inverter Distorções Harmônicas Definição e Origem Implicações de Correntes Harmônicas Norma IEC : Limites para emissão de harmônicas de corrente Recomendação IEEE para práticas e requisitos para controle de harmônicas no sistema elétrico de potência: IEEE Fator de Potência Considerações Finais do Capítulo EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NAS EDIFICAÇÕES RTQ-C Pré-Requisitos Gerais Circuitos Elétricos Bonificações Envoltória Transmitância Térmica Cores e Absortância de Superfícies Abertura Zenital

25 5.1.4 Sistemas de Iluminação Pré-Requisitos Específicos Divisão dos Circuitos de Iluminação Contribuição da Luz Natural Desligamento Automático do Sistema de Iluminação Procedimento de Determinação da Eficiência Método da Área do Edifício Método das Atividades do Edifício Sistemas de Condicionamento de Ar Sistemas de condicionamento de ar regulamentados pelo INMETRO Sistemas de condicionamento de ar não regulamentos pelo INME- TRO Considerações Finais do Capítulo TÉCNICAS, ENSAIOS E RESULTADOS Medidas de Eficiência Energética em Edificações Transmitância Térmica Cores e Absortância de Superfícies Fator Solar e Orientação das Fachadas Percetual de Abertura da Fachada (P AF ) Proteções Solares Carga de Ocupação Potência Dissipada por Equipamentos Potência Dissipada por Iluminação Ensaio e Medições Critérios de Medição Instrumentos de Medição FLUKE 43B Termômetro Digital Western Brastemp Split ative! Dados de Catálogo e Procedimentos Procedimentos e Resultados Obtidos Consumo e Temperaturas Interna e Externa Corrente de Partida Fator de Potência Distorção Harmônica Coeficiente de Eficiência Energetica Fujitsu Inverter Dados de Catálogo e Procedimentos

26 6.4.2 Resultados Obtidos Consumo e Temperaturas Interna e Externa Corrente de Partida Fator de Potência Distorção Harmônica Coeficiente de Eficiência Energética Elgin Silent Dados de Catálogo e Procedimentos Resultados Obtidos Consumo e Temperaturas Interna e Externa Corrente de Partida Fator de Potência Distorção Harmônica Coeficiente de Eficiência Energética Condicionador de Ar de Janela Gree Dados de Catálogo e Procedimentos Resultados Obtidos Consumo e Temperaturas Interna e Externa Corrente de Partida Fator de Potência Distorção Harmônica Coeficiente de Eficiência Energética Discussão e Considerações Finais Consumo Corrente de Partida Fator de Potência Distorção Harmônica Coeficiente de Eficiência Energética Considerações Finais do Capítulo CONCLUSÃO Sugestões para Trabalhos Futuros REFERÊNCIAS ANEXOS

27 25 1 Introdução O consumo de energia elétrica residencial em países em desenvolvimento é reduzido se comparado ao consumo de outros setores, como o setor industrial, por exemplo. O consumo de energia elétrica do setor residencial de países desenvolvidos, é maior se comparado ao consumo dos países em desenvolvimento. Se tomarmos como exemplo a China, o setor residencial é responsável apenas por 10% do consumo total de energia elétrica do país, enquanto que em países desenvolvidos, esse valor está em torno de 30% (IEA, 2007). Por outro lado, temos também o setor comercial, que vem mostrando um aumento significativo no consumo de energia elétrica. A evolução da realidade social brasileira no sentido de uma economia mais desenvolvida e com melhor distribuição de renda, solicitando serviços e segmentos comerciais de crescente sofisticação, aliados ao potencial turístico do país, contribuem para um crescimento acelerado do consumo de energia elétrica no setor (EPE, 2015). Os principais responsáveis pelo crescimento significativo no consumo de eletricidade nesses setores são: refrigeradores, equipamentos de iluminação e aparelhos condicionadores de ar, sendo ainda esperado que o consumo por parte de condicionadores de ar tenha um crescimento mais rápido do que refrigeradores e equipamentos de iluminação. Segundo dados da Agência Internacional de Energia, a utilização de aparelhos de ar condicionado em residências nos países em desenvolvimento como o Brasil, foi de 5% em 1995 a 70% em 2004, sendo ainda esperado que tal crescimento se mantenha por algumas décadas. O Brasil está em terceiro lugar no ranking mundial de aparelhos condicionadores de ar de janela, atrás apenas dos Estados Unidos e Índia, e em nono lugar quando se fala em Splits. Em termos de toneladas de refrigeração, ouve um crescimento de 211% nos últimos dez anos no Brasil, superando em 2007 a marca de 1,3 milhão de toneladas de refrigeração (Portal da Refrigeracao, 2013). Em notícia publicada pelo jornal O Globo (2015), o diretor-geral da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), Reive Barros, disse que o horário de pico de energia no país está se deslocando para as 15h, principalmente por causa de sistemas de ar-condicionado. Somado isso ao fato da matriz energética brasileira ser composta principalmente por usinas hidrelétricas, que em períodos de altas temperaturas podem ter sua geração comprometida devido à queda nos níveis de água dos seus reservatórios, vemos que algo deve ser feito para suprir essa demanda, cada vez mais alta, de forma a evitar blecautes a apagões. Uma das alternativas seria o investimento em infraestrutura. No entanto, o custo seria elevado e o resultado seria obtido a longo prazo, podendo ainda gerar impactos ambientais

28 26 Capítulo 1. Introdução significativos. Uma outra alternativa seria investir em eficiência energética que, com um custo razoavelmente baixo, traria resultados rápidos e bastante relevantes. 1.1 Objetivos do Tema Verificar hábitos de consumo de energia elétrica levando em conta os respectivos níveis socioeconômicos do consumidor, com foco em condicionadores de ar. Analisar o uso final de energia elétrica, obtendo assim o impacto do uso de condicionadores de ar nas residências brasileiras atualmente e o potencial de conservação de energia por esses equipamentos. Apresentar medidas e técnicas construtivas que implicam em edificações mais eficientes, com um melhor aproveitamento térmico e consequentemente um sistema de condicionamento de ar eficiente. Constatar a confiabilidade dos índices de eficiência energética apresentados na Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE), assim como verificar características dos aparelhos que interferem na instalação elétrica, como fator de potência e distorção harmônica. 1.2 Estrutura do Trabalho Esse trabalho apresenta cinco etapas. Na primeira etapa é feita uma análise no consumo final de energia elétrica, com ênfase nos setores residenciais, comerciais e públicos. São mostrados alguns hábitos de consumo nas diversas regiões do país e também dados do Balanço Energético Nacional (BEN) 2016, relacionando o crescimento de consumo desses setores com o Produto Interno Bruto (PIB) do país. Na segunda etapa é analisado o potencial de conservação de energia por parte dos sistemas de condicionamento de ar. São citados os principais programas de eficiência energética e também, o impacto na eficiência de aparelhos condicionadores de ar desde a criação de um índice mínimo de eficiência energética. Por fim, são apresentados algumas barreiras e obstáculos da difusão da eficiência energética no mundo. Na terceira etapa são apresentados fundamentos importantes sobre o funcionamento de equipamentos condicionadores de ar. São apresentados o ciclo de refrigeração, os tipos de compressores atualmente utilizados em condicionadores de ar individual de pequeno porte e também as características da tecnologia inverter.

29 1.2. Estrutura do Trabalho 27 Na quarta etapa são mostrados recomendações de eficiência energética em edificações de uso misto, comercial e público estabelecidades pelo Regulamento Técnico de Qualidade (RTQ). Na quinta etapa são apresentados algumas constatações e práticas de eficiência energética propostas por outros autores. Por fim, são realizadas medições em 4 equipamentos, sendo 1 deles de janela, 2 split convencional e 1 split com tecnologia inverter. São comparados os seus respectivos consumos, valores de fator de potência, corrente de partida e distorção harmônica. E por fim, são comparados os valores de eficiência da ENCE com os valores obtidos via medição.

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31 29 2 Balanço Energético Nesse capítulo são feitas constatações e análises a respeito do consumo de energia elétrica nos setores residenciais, comerciais e públicos. São mostrados através de gráficos quais equipamentos são os principais consumidores finais de energia elétrica nesses setores. Por fim, é feita uma análise da curva de carga das diversas regiões do país afim de se obter as características de consumo de cada região. 2.1 Análise no Consumo de Energia Elétrica O consumo de energia elétrica pelo setor residencial, no ano de 2015, corresponde a 21, 3%, enquanto que 14, 8% corresponde ao setor comercial e 6, 9% ao setor público. Portanto, esses três setores juntos, correspondem a 43% de toda energia elétrica consumida no país (EPE, 2016). Figura 1 Fluxo de energia elétrica, ano Fonte: EPE (2016). De acordo com a última pesquisa de posse e hábitos no consumo de energia realizada pela Eletrobrás no período de 2004/2006 (PROCEL, 2006), o uso de eletrodomésticos

32 30 Capítulo 2. Balanço Energético referentes ao condicionamento de ambiente por parte de consumidores residenciais corresponde a 20% de todo o consumo de energia elétrica. Figura 2 Uso final da energia elétrica pelo setor residencial. Fonte: PROCEL (2006). No setor comercial, o uso final por parte de ar condicionados representa 47% de toda a energia consumida, enquanto que a iluminação corresponde a 22%. E no que se trata de ar condicionados, 76, 6% correspondem a sistemas individuais de janela e/ou split. Figura 3 Uso final da energia elétrica pelo setor comercial. Fonte: PROCEL (2006).

33 2.1. Análise no Consumo de Energia Elétrica 31 Figura 4 Tipos de condicionadores de ambiente presente nas empresas. Fonte: PROCEL (2006). Muito similar ao setor comercial, o consumo de ar condicionado pelos prédios públicos corresponde a 48% de todo o consumo de energia elétrica, enquanto que o consumo de iluminação corresponde a 23%. Em se tratando de ar condicionado, 82% dos equipamentos encontrados em edificações públicas correspondem a sistemas individuais de janela e/ou split. Figura 5 Uso final da energia elétrica pelos prédios públicos. Fonte: PROCEL (2006).

34 32 Capítulo 2. Balanço Energético Figura 6 Tipos de condicionadores de ambiente presente em prédios públicos. Fonte:PROCEL (2006). De acordo com a EPE (2016), no de 2006 os setores residencial, comercial e público registraram um consumo anual de GW h, GW h e GW h, respectivamente. No ano de 2015 os respectivos consumos foram de GW h, GW h e GW h. Portanto, entre os consumos registrados em 2006 e 2015 houve um aumento de aproximadamente 53% no setor residencial, 65% no setor comercial e 29% no setor público. Figura 7 Gráfico de consumo de 2006 a Adaptado de EPE (2016).

35 2.1. Análise no Consumo de Energia Elétrica 33 Ao relacionarmos o consumo de energia elétrica com o crescimento do PIB, observamos uma relação direta entre ambos. Figura 8 Crescimento do PIB no período de 2006 a Adaptado de Banco Central do Brasil (2017). O consumo dos setores residenciais e comerciais apresentou crescimento elevado até o ano de 2014, ano em que o PIB apresentou um pequeno crescimento. Já no ano de 2015, o consumo residencial apresentou uma retração, juntamente com o setor industrial e o setor público, enquanto que no setor comercial o consumo pouco cresceu. Isso se deve ao decrescimento do PIB no ano. Dessa forma, verifica-se que o consumo do setor residencial é influenciado diretamente pela economia. Ou seja, conforme a economia do país cresce, a população tem mais acesso a eletrodomésticos e/ou equipamentos que visam o conforto e uma melhor qualidade de vida. Um desses equipamentos é o ar condicionado. No entanto, existem casos mostrando que o número de aparelhos de ar condicionados pode crescer mais rápido do que a própria economia do país. No ano de 1990, menos de 1% da população urbana Chinesa possuia equipamentos de ar condicionado. Já no ano de 2003, esse número era de 62%.(MCNEIL; LETSCHERT, 2008) Em mercados mais maduros, como nos países desenvolvidos, as vendas de ar condicionado são motivadas pelo aumento da população, reposições por equipamentos mais modernos e estabelecimentos com mais de um equipamento. Por outro lado, em mercados em desenvolvimento, as vendas são motivadas pela possibilidade das pessoas terem ou não acesso a estes equipamentos, traçando uma relação direta entre o poder aquisitivo da população e o número de condicionadores de ar, assim como outros eletrodomésticos.

36 34 Capítulo 2. Balanço Energético Sendo assim, conforme a economia do país cresce e a população aumenta seu poder aquisitivo, há uma demanda por equipamentos que visam a comodidade, tal como equipamentos de ar condicionado, máquinas de lavar-louça, entre outros eletrodomésticos. E ainda, se somarmos a oportunidade da população em adquirir maior conforto, com o clima brasileiro, é fácil perceber que a tendência é que os números de condicionadores de ar cresçam mais rapidamente se comparado a outros eletrodomésticos (MCNEIL; LETSCHERT, 2008). Para uma análise mais detalhada do consumo por parte do setor residencial, é necessário avaliar o perfil e hábitos de consumo de cada consumidor. Fournier e Penteado (2010) em seu estudo na cidade de Santo André, interior de São Paulo, fizeram uma série de questionários para avaliar características e hábitos de consumo de três bairros com diferentes faixas socioeconômicas, levando em consideração o nível de alfabetização e a renda familiar. Observou-se que as famílias com maior renda, consequentemente, maior poder aquisitivo, juntamente com as famílias de renda intermediária, tem mais preocupação quanto a economia de energia ao adquirir um equipamento novo. Porém, as famílias com maior renda encontram dificuldades quanto a adquirir hábitos que visem uma maior eficiência energética. Por outro lado, as famílias de baixa renda encontram dificuldades em adquirir equipamentos mais eficientes, uma vez que o preço é o que mais pesa na tomada de decisão sobre qual equipamento adquirir. E também, pelo fato de algumas famílias de baixa renda possuírem ligações clandestinas de energia elétrica, não havia qualquer hábito que promovesse o consumo consciente de energia. Sendo assim, independente da classe socioeconômica e grau de instrução, a pesquisa mostrou que a tarifa mensal, é uma importante ferramenta para o uso consciente de energia elétrica, motivada pela economia financeira no fim do mês. 2.2 Curva de Carga Como o Brasil é um país continental, é difícil ser preciso em uma análise geral. Sendo assim, é necessário o conhecimento de consumo de cada região do país para que sejam tomadas as medidas mais adequadas possíveis. De acordo com a última pesquisa de posse e hábitos no consumo de energia realizada pela Eletrobrás no período de 2004/2006 (PROCEL, 2006), é possível obter a curva de carga das diferentes regiões do país, assim como, o consumo médio detalhado de cada equipamento. Embora os dados estejam de certo modo defasados, ainda são dados bastante relevantes.

37 2.2. Curva de Carga 35 Figura 9 Curva de carga residencial, região Norte. Fonte: PROCEL (2006). Figura 10 Curva de carga residencial, região Nordeste. Fonte: PROCEL (2006). Figura 11 Curva de carga residencial, região Sul. Fonte: PROCEL (2006).

38 36 Capítulo 2. Balanço Energético Figura 12 Curva de carga residencial, região Centro-Oeste. Fonte: PROCEL (2006). Figura 13 Curva de carga residencial, região Sudeste. Fonte: PROCEL (2006). Observa-se que nas regiões Norte e Nordeste o maior impacto na curva de carga é o consumo por parte do condicionamento ambiental. Devido às altas temperaturas, equipamentos de aquecimento como o chuveiro, apresentam pequena influência na curva de carga. Por outro lado, nas regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste, o chuveiro tem um maior impacto na curva de carga. Porém o condicionamento ambiental também tem um impacto relevante. De acordo com boletim de carga especial, divulgado pelo ONS (2015), no dia 21 de outubro de 2015 ocorreu recorde de demanda instantânea no subsistema Norte atingindo respectivamente MW às 15h53m. No dia 14 de janeiro de 2015 o mesmo ocorreu na região nordeste, com recorde de demanda instantânea às 15h59m, sendo que um dia antes, já havia ocorrido recorde de demanda instantânea no subsistema Sudeste/Centro-Oeste

39 2.3. Considerações Finais do Capítulo 37 as 14h23m. A causa se deve às altas temperaturas e ao índice de desconforto térmico, na hora de maior insolação. Portanto, embora as diferentes regiões do país apresentem climas e características de consumo diferentes, em termos de consumo, o condicionamento de ambiente tem um impacto médio muito próximo em todas as regiões do país. 2.3 Considerações Finais do Capítulo Através dos dados apresentados é possível observar que os setores residencial, comercial e público juntos apresentam uma fatia considerável no consumo de energia elétrica do país. Sendo o condicionamento ambiental um dos usos finais de energia elétrica mais significativos nesses setores. Aliando esse fato com os dados do Operador Nacional do Sistema podemos garantir que, medidas de conservação de energia aplicadas ao condicionamento ambiental podem ter impactos bastante relevantes no consumo de edificações, e consequentemente para o sistema elétrico brasileiro. No próximo capítulo, serão apresentados os principais programas de conservação de energia elétrica e as principais barreiras encontradas na difusão da eficiência energética.

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41 39 3 Conservação de Energia Neste capítulo serão avaliados o potencial de conservação de energia por parte de sistemas de condicionamento de ar. Serão explorados os principais programas de eficiência energética Brasileiro, seus principais métodos e resultados. Por fim, serão citadas as principais barreiras encontradas para a conservação de energia e eficiência energética, com enfoque nas edificações e equipamentos de condicionamento de ar. 3.1 Potencial de Conservação de Energia Conforme visto no capítulo 2, o condicionamento de ambiente representa um consumo significativo nos setores residencial, comercial e público, em todas as diversas regiões do Brasil. Sendo que, a maior parte do condicionamento é feito a partir de unidades individuais de pequeno porte split e janela. De acordo com o Procel, o Condicionamento Ambiental é uma fonte potencial de economia de grande importância em instalações comerciais, mediante a combinação da redução da carga térmica, aliada ao uso de tecnologias eficientes de geração de frio e melhor controle dos sistemas. (PROCEL, 2006) Existem inúmeras justificativas e citações que mostram um grande potencial de conservação de energia por parte do condicionamento ambiental. No entanto, há necessidade de buscar como explorar todo esse potencial e alcançar resultados significativos. Uma das maneiras é a criação de um índice mínimo de eficiência energética para os equipamentos condicionadores de ar. Dessa forma, é estabelecido um piso de eficiência para os equipamentos, exigindo dos fabricantes equipamentos cada vez mais eficientes. Aliado à criação de um índice mínimo, há a necessidade de se buscar uma mudança no hábito de consumo da população e conscientização da necessidade de evitar o desperdício e assim promover o uso eficiente de energia elétrica. 3.2 Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica Criado em 1985 pelo Ministério de Minas e Energia, o Programa de Conservação de Energia Elétrica (Procel) é gerido pela Eletrobrás, com recursos da empresa, da Reserva Global de Reversão (RGR) e entidades internacionais. Seu principal objetivo é promover o uso eficiente da energia elétrica, combatendo o desperdício, reduzindo os custos e os investimentos setoriais.

42 40 Capítulo 3. Conservação de Energia Do ano de 1986 até 2007, a Eletrobrás-Procel investiu cerca de R$ 329,22 milhões nos programas de eficiência energética, que somado aos recursos do RGR (R$ 627,56 milhões) e a outros investimentos (R$ 37,49 milhões), totaliza uma quantia superior a R$ 1 bilhão. Estima-se que estes investimentos geraram um saldo positivo em economia de energia em torno de 28,53 bilhões de kwh/ano, o que equivale a uma usina de 6.841MW a menos no sistema de geração de energia elétrica no país (VIANNA; RAMOS; PEREIRA, 2010). De acordo com a Eletrobrás (2016), o Procel contribuiu para uma economia de 11,7 bilhões de kwh no ano de 2015, equivalente a 2,5% de todo o consumo nacional de energia elétrica no ano. Tal economia, representa o equivalente a uma usina de MW e menos no sistema de geração, evitando a emissão de milhões de toneladas de CO 2 na atmosfera. Embora criado para a eficiência energética na área de energia elétrica, atualmente o Procel atua em diversas áreas com diversos programas, são eles: Procel Edifica: Eficiência Energética em Edificações; Procel GEM: Gestão Energética Municipal; Procel Sanear: Eficiência Energética no Saneamento Ambiental; Procel Educação: Informação e Cidadania; Procel Industria: Eficiência Energética Industrial; Procel EPP: Eficiência Energética nos Prédios Públicos; Procel Reluz: Eficiência Energética na Iluminação Pública e Sinalização Semafórica. No ano de 1993, em parceria com o PBE, foi criado o selo Procel de Economia de Energia, figura 14, com o intuito de identificar equipamentos com níveis ótimos de eficiência energética. O selo auxilia o consumidor a escolher equipamentos que atendam os índices de eficiência de cada categoria. Para um equipamento obter o selo Procel, este deve estar enquadrado na classe de eficiência energética A da ENCE. Figura 14 Selo Procel de Economia de Energia.

43 3.3. Programa Brasileiro de Etiquetagem Programa Brasileiro de Etiquetagem Iniciado no ano de 1984 pelo Inmetro com a finalidade de contribuir com a racionalização do uso da energia no Brasil através de informações que auxiliem o consumidor na hora da compra, o PBE, a princípio criado para atender apenas a área automotiva, cresceu e se tornou um programa de extrema importância, atuando principalmente em produtos consumidores de energia elétrica. É um importante programa de eficiência energética, que auxilia o consumidor a optar por equipamentos mais eficientes na hora da compra. Na Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE), figura 15, os equipamentos são classificados conforme o coeficiente de eficiência energética. Constam também dados como tensão de alimentação, ciclo reverso ou não, modelo, marca, capacidade de refrigeração, e o consumo médio mensal. Com a criação da lei de 17 de outubro de 2001, conhecida como Lei de Eficiência Energética, o PBE passou a fazer exigências relacionadas ao desempenho de produtos, estabelecendo índices mínimos de eficiência energética baseando-se no Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética (CGIEE). Porém, somente no ano de 2007 o uso de um índice mínimo de eficiência energética foi adotado. Foi estabelecido que, o Coeficiente de Eficiência Energética (CEE) seria a razão entre a capacidade total de refrigeração, expressa em Watts, e a potência elétrica demandada, também expressa em Watts. Em inglês tal índice é conhecido como Energy Efficiency Ratio (EER) ou ainda Coefficient of Performance (COP). (PEREIRA; LAMBERTS; GHISI, 2013) CEE = Capacidade Total de Refrigeração Potência Elétrica (3.1) Conforme portaria n o 410 de 16 de agosto de 2013, foi determinado que no prazo de 2 anos da data de publicação dessa portaria, atacadistas e varejistas deverão comercializar somente condicionadores de ar etiquetados de acordo com as novas classes de eficiência energética, conforme figuras 71, 72 dos anexos.

44 42 Capítulo 3. Conservação de Energia Figura 15 Etiqueta Nacional de Conservação de Energia. O uso do índice de eficiência energética é a melhor ferramenta para avaliar e comparar o desempenho e a eficiência de sistemas de condicionamento de ar. Desde o estabelecimento de um valor mínimo, até os dias de hoje, é possível observar uma evolução nos índices de eficiência energética dos equipamentos comercializados. A partir de dados do Inmetro, é possível verificar ao longo do tempo o número de equipamentos split cadastrados no programa PBE assim como sua respectiva classe de eficiência energética, como mostra as figuras 16 e 17. Figura 16 Variação anual da classificação de ENCE de equipamentos split. (Dados do Inmetro)

45 3.3. Programa Brasileiro de Etiquetagem 43 Figura 17 Variação anual do número de ar condicionados cadastrados no PBE. (Dados do Inmetro) Observe que no ano de 2006, um ano antes de se estabelecer um índice mínimo de eficiência energética, a maior parte dos equipamentos cadastrados no programa eram classe B, sendo que o número de equipamentos classe A era próximo do número de equipamentos classe C. No ano de 2011, já se percebe um grande avanço. Os equipamentos classe A passaram a ser a maior parte dos aparelhos catalogados, assim como houve um aumento significativo do número de equipamentos cadastrados no PBE. No ano de 2014, foi estabelecido um novo valor de índice mínimo, que passou de 2,39W/W para 2,60W/W, sendo esse valor utilizado até hoje. Foi determinada também a extinção da classe E, representando uma diminuição na comercialização de equipamentos menos eficientes. Embora tenha havido um certo avanço desde o estabelecimento de um índice mínimo, a eficiência dos equipamentos comercializados no Brasil ainda é muito baixa se comparada a outros países. Os Estados Unidos, desde 2006, adotou um índice mínimo de 3,8W/W. Embora seja um mercado mais maduro, a diferença de índices é muito elevada. Em 2010, a China elevou seu índice mínimo para 3W/W. Enquanto o equipamento mais eficiente avaliado pelo PBE apresenta coeficiente de eficiência energética de 4,79 W/W, na China há equipamentos com valores superiores a 6,0 W/W, e no Japão tal coeficiente ultrapassa o valor de 6,5 W/W. (PEREIRA; LAMBERTS; GHISI, 2013) A política de adoção de um índice mínimo de eficiência energética é uma ferramenta muito importante para a conservação de energia e aumento da eficiência dos equipamentos

46 44 Capítulo 3. Conservação de Energia comercializados no país. Porém, devem-se adotar critérios mais rigorosos de modo a se obter resultados mais satisfatórios. 3.4 Eficiência Energética em Edificações A comercialização e fabricação de equipamentos cada vez mais eficientes é um passo fundamental para promover a conservação de energia. No entanto, o uso inadequado de equipamentos pode comprometer toda a eficiência da instalação. O consumo dos condicionadores de ar no Brasil é cerca de 25% a 45% mais alto que o necessário devido a projetos inadequados, isto é, projetos elaborados sem levar em consideração diversos fatores que influenciam no desempenho térmico do edifício como a localização, entorno, radiação solar, características térmicas dos materiais dentre outros, impondo a necessidade de se utilizar o condicionador de ar como estratégia para o conforto térmico. (MORAES, 2013) Roaf (2001) relata que nos Estados Unidos, anualmente mais de 40% da eletricidade gerada é usada em sistemas de condicionamento de ambiente. O autor relata que é comum engenheiros de aquecimento e ventilação não se preocuparem com as janelas fixas ao longo de um edifício, pelo fato dos cálculos serem complexos. Assim, muitos edifícios usam o ar condicionado durante todo o ano, enquanto talvez somente um, dois ou três meses seriam necessários como estratégia para amenizar o desconforto. Portanto, com o intuito de estabelecer requisitos mínimos de desempenho para os edifícios comerciais, de serviços e públicos, foi criado no Brasil o Regulamento Técnico da Qualidade do nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Público (RTQ-C). Com o objetivo de promover a máxima conservação de energia em sistemas de condicionamento de ambiente de pequeno porte, serão apontados nesse trabalho todos os tópicos da RTQ-C que impactam de maneira direta e indireta em sistemas de ar condicionado. 3.5 Barreiras na Difusão da Eficiência Energética Em um estudo a respeito da eficiência energética por parte de aparelhos condicionadores de ar, a Agência Internacional de Energia (IEA, 2007) traz na tabela 1 as principais barreiras encontradas na propagação da eficiência energética. Tabela 1 Principais Barreiras na Difusão da Eficiência Energética em Países em Desenvolvimento. Adaptado de IEA (2007). Principais Barreiras para Difusão da Eficiência Energética em País em Desenvolvimento

47 3.5. Barreiras na Difusão da Eficiência Energética 45 Barreiras Políticas Barreiras Financeiras Barreiras de Mercado Barreiras de Informação Barreiras Tecnológicas Barreira dos Velhos Hábitos Inexistência de uma instituição nacional para promover medidas de EE. Falta de uma política fiscal que favoreça equipamentos mais eficientes. Não utilização de um indice mínimo de eficiência energética. Baixo preço na fatura de energia elétrica. Elasticidade de preço no mercado de eletrodomésticos. Falta de incentivo financeiro e mecanismos para a fabricação de equipamentos mais eficientes. Incerteza por parte dos fabricantes sobre a demanda de equipamentos mais eficientes. Falta de recursos por parte de pequenos fabricantes para desenvolver e comercializar produtos mais eficientes. Falta de conscientização no uso final de energia elétrica. Falta de informação precisa a respeito do potencial de consumo de equipamentos eficientes. Falta de informação sobre os programas que promovem a EE. Falta da EE direcionada a P&D por parte dos fabricantes e institutos de pesquisa. Falta de equipamentos e laboratórios equipados para testes de EE. Limitação do conhecimentos de EE entre engenheiros. Desconfiança por parte de novos equipamentos. Dificuldade na mudança de hábitos e maneiras no uso de equipamentos. Essas barreiras podem variar conforme características de cada país. O estudo da IEA trata dois diferentes casos, primeiro um país sem fabricação de condicionadores de ar, e segundo um país com fabricação própria. Países sem fabricação de ar condicionado, sendo todos os equipamentos importados, costumam encontrar barreiras políticas, barreiras de informação e de tecnologia. O estudo cita o exemplo de Gana que não possui políticas fortes voltadas para educação do consumo consciente, muito menos o uso de um índice mínimo de eficiência energética. Por outro lado, países com fabricantes de aparelhos de ar condicionados costumam encontrar barreiras financeiras e barreiras de mercado. Bodach e Hamhaber (2010) em seus estudos sobre a eficiência energética na construção de casas brasileiras, determina que as maiores barreiras encontradas são devido ao alto investimento, à falta de políticas consistentes voltadas a esse mercado e a um mercado fortemente fragmentado que desempenha papel importante na obstrução da eficiência energética. Souza (2012) define estratégias para vencer as barreiras encontradas e assim promover a eficiência energética nos edifícios, são elas: Formar, educar, consciencializar; Tornar a utilização da energia mais transparente;

48 46 Capítulo 3. Conservação de Energia Proporcionar fácil acesso, financiamento de baixo custo; Atualizar persistentemente as políticas de eficiência energética dos edifícios; Alinhar os incentivos entre os fornecedores de serviços de energia e clientes; Incentivar a criação e desenvolvimento de agências de energia e a sua proximidade aos cidadãos; Incentivar a reabilitação urbana; Promover o Smart Metering permitindo definir perfis de consumo e alertar continuamente sobre eventuais excessos e desperdícios. Hoje, com o intuito de diminuir a barreira financeira e permitir projetos voltados para a eficiência energética por pequenas ou medias empresas e corporações, existem linhas de credito e financiamento para projetos desse tipo. O BNDES, Banco Nacional do Desenvolvimento, juntamente com o cartão BNDES é um dos principais credores para esses projetos. Devido à lei 9991/2000 as concessionárias de energia elétrica são obrigadas a investir 1% de suas receitas líquidas operacionais em projetos voltados a eficiência energética e em programas de pesquisa e desenvolvimento no setor elétrico.

49 3.6. Considerações Finais do Capítulo Considerações Finais do Capítulo A adoção de um coeficiente de eficiência energética mínimo foi um passo importante na promoção da conservação de energia por parte de equipamentos condicionadores de ar. O PBE juntamente com o selo Procel também apresentaram resultados importantes. Por outro lado, com a criação do RTQ é possível ampliar a eficiência energética também para as edificações, que são peça chave no processo de condicionamento de ar. Apesar desses programas de eficiência energética apresentarem resultados significativos, ainda existem inúmeras barreiras que dificultam a difusão da eficiência energética. Essas barreiras podem variar conforme cada país, sendo necessária uma análise minuciosa e abrangente. De modo a garantir um melhor entendimento no processo de condicionamento de ar serão vistos no próximo capítulo algumas definições que serão de extrema importância para a compreensão dos assuntos abordados nos capítulos seguintes.

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51 49 4 Fundamentos Teóricos Neste capítulo serão feitas definições importantes para um melhor entendimento do RTQ e funcionamento do ar condicionado. Serão explanados os principais tipos de compressores utilizados para pequenas unidades de refrigeração e também, questões de instalações elétricas importantes como fator de potência e qualidade de energia elétrica. 4.1 Definições Para um melhor entendimento do RTQ (INMETRO, 2010), são feitas algumas definições importantes Abertura Todas as áreas da envoltória do edifício, com fechamento translúcido ou transparente (que permite a entrada da luz), incluindo janelas, painéis plásticos, clarabóias, portas de vidro (com mais da metade da área de vidro) e paredes de blocos de vidro. Excluem-se vãos sem fechamentos, elementos vazados como cobogós e caixilhos Ambiente Condicionado Ambiente fechado (incluindo fechamento por cortinas de ar) atendido por sistema de condicionamento de ar Ângulo de Sombreamento Ângulos que determinam a obstrução à radiação solar gerada pela proteção solar nas aberturas. No RTQ são usados dois ângulos: ângulo vertical de sombreamento (AVS - referente a proteções horizontais) e ângulo horizontal de sombreamento (AHS - referente a proteções verticais) Ângulo Horizontal de Sombreamento (AHS) Ângulo formado entre dois planos verticais: o primeiro plano é o que contém a base da folha de vidro (ou material translúcido); o segundo plano é formado pela extremidade mais distante da proteção solar vertical e a extremidade oposta da base da folha de vidro (ou material translúcido).

52 50 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos Figura 18 Ilustração demonstrando dois AHS de 10 graus. Fonte: Procel (2010) Ângulo Vertical de Sombreamento (AV S) Ângulo formado entre dois planos que contêm a base da abertura: o primeiro é o plano vertical na base da folha de vidro (ou material translúcido); o segundo plano é formado pela extremidade mais distante da proteção solar horizontal até a base da folha de vidro (ou material translúcido). Figura 19 Ilustração demonstrando um AVS de 45 graus. Fonte: Procel (2010) Área Condicionada (AC) (m 2 ) Área útil dos ambientes condicionados.

53 4.1. Definições Área Não Condicionada (ANC) (m 2 ) Área útil dos ambientes não condicionados de permanência prolongada Área da envoltória (A env ) (m 2 ) Soma das áreas das fachadas, empenas e cobertura, incluindo as aberturas Capacidade Térmica (C T ) Quantidade de calor necessária para variar em uma unidade a temperatura de um sistema Coeficiente de Performance (COP) É a razão entre o calor fornecido ou retirado do ambiente e a energia elétrica consumida Coletor Solar Dispositivo que absorve a radiação solar incidente, transferindo-a para um fluido de trabalho, sob a forma de energia térmica Densidade de Carga Interna (DCI) (W/m 2 ) É aquela proporcionada pela ocupação dos ambientes ou edifício e pelo uso de equipamentos e da iluminação Densidade de Potência de Iluminação (DP I) (W/m 2 ) Razão entre o somatório da potência de lâmpadas e reatores e a área de um ambiente Densidade de Potência de Iluminação Limite (DP I L ) (W/ 2 ) Limite máximo aceitável de DPI Envoltória (Env) Planos que separam o ambiente interno do ambiente externo EqNum - Equivalente Numérico Número representativo da eficiência de um sistema.

54 52 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos Fachada Superfícies externas verticais ou com inclinação superior a 60 graus em relação à horizontal. Inclui as superfícies opacas, paredes, translúcidas, transparentes e vazadas, como cobogós e vãos de entrada Fachada Oeste Fachada cuja normal à superfície está voltada para a direção de 270 graus em sentido horário a partir do norte geográfico. Fachadas cuja orientação variar de ±45 graus em relação a essa orientação serão considerados como fachadas oeste Fator de Altura (F A) Razão entre a área de projeção da cobertura e a área total construída (A pcob /A tot ), com exceção dos subsolos Fator de Forma (F F ) Razão entre a área da envoltória e o volume total da edificação (A env /V tot ) Fator Solar Razão entre o ganho de calor que entra num ambiente através de uma abertura e a radiação solar incidente nesta mesma abertura. Inclui o calor radiante transmitido pelo vidro e a radiação solar absorvida, que é re-irradiada ou transmitida, por condução ou convecção, ao ambiente Paredes Externas Superfícies opacas que delimitam o interior do exterior da edificação; esta definição exclui as aberturas Percentual de Abertura Zenital (P AZ) (%) Percentual de área de abertura na cobertura. Refere-se exclusivamente a aberturas em superfícies com inclinação inferior a 60 graus em relação ao plano horizontal. Deve-se calcular a projeção horizontal da abertura. Acima desta inclinação, ver P AF T.

55 4.1. Definições 53 Figura 20 Ilustração demonstrando abertura zenital em uma superfície com inclinação de 15 graus. Fonte: Procel (2010) Percentual de Área de Abertura na Fachada Oeste (P AF O ) (%) É calculado pela razão entre a soma das áreas de abertura envidraçada, ou com fechamento transparente ou translúcido, da fachada oeste e a área da fachada oeste Percentual de Área de Abertura na Fachada total (P AF T ) (%) É calculado pela razão entre a soma das áreas de abertura envidraçada, ou com fechamento transparente ou translúcido, de cada fachada e a área total de fachada da edificação. Refere-se exclusivamente a aberturas em paredes verticais com inclinação superior a 60 graus em relação ao plano horizontal, tais como janelas tradicionais, portas de vidro ou sheds, mesmo sendo estes últimos localizados na cobertura. Exclui área externa de caixa d água no cômputo da área de fachada, mas inclui a área da caixa de escada até o ponto mais alto da cobertura Pontuação Total (P T ) Pontuação total alcançada pelo edifício Sistema de Condicionamento de Ar (CA) Processo de tratamento de ar destinado a controlar simultaneamente a temperatura, a umidade, a pureza e a distribuição de ar de um meio ambiente.

56 54 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos Transmitância térmica (W/(m 2 K)) Transmissão de calor em unidade de tempo e através de uma área unitária de um elemento ou componente construtivo, neste caso, de componentes opacos das fachadas (paredes externas) ou coberturas, incluindo as resistências superficiais interna e externa, induzida pela diferença de temperatura entre dois ambientes Transmitância Térmica da Cobertura (U cob ) (W/(m 2 K)) Transmitância térmica das coberturas do edifício Transmitância Térmica das Paredes (U par ) (W/(m 2 K)) Refere-se à transmitância de paredes externas somente Zonas Bioclimáticas As zonas bioclimáticas são algumas regiões geográficas homogênea quanto aos elementos climáticos que interferem nas relações entre ambiente construído e conforto humano. São definidas pela NBR , que divide o território brasileiro em 8 zonas bioclimáticas e apresenta uma série de recomendações técnico-construtivas que otimizam o desempenho térmico das edificações através de sua melhor adequação climática. (ABNT, 2003) As seguinte zonas bioclimáticas são definidas na figura 73 em Anexos. 4.2 Ciclos de Refrigeração 4.3 Ciclo Teórico de Refrigeração por Compressão de Vapor O ciclo de refrigeração por compressão de vapor é o mais utilizado para condicionamento de ambientes e refrigeração de produtos. Esse ciclo é dividido em 4 processos, conforme mostrado na figura 21. Inicia-se o processo no compressor, onde o fluido refrigerante é comprimido até que se atinja a pressão de condensação. Ao sair do compressor, o fluído refrigerante passa a uma temperatura maior que a temperatura de condensação. Normalmente, em condicionadores de ar a temperatura máximo de condensação é de 10 a 13 C acima da temperatura ambiente, conforme tabela 2. Na unidade condensadora, ocorre o processo de rejeição de calor a uma pressão constante. Neste processo o vapor é resfriado, através de transferência de calor com o meio

57 4.4. Compressores de Sistemas de Refrigeração 55 externo, até atingir a temperatura de condensação e consequentemente, condensado até o estado de líquido saturado. No dispositivo de expansão ocorre a expansão do fluido refrigerante. A pressão do fluído cai até atingir a pressão de vaporização (baixa pressão). Em condicionadores de ar, essa temperatura está em torno de +7 C. Na unidade evaporadora, ocorre um processo de transferência de calor a uma pressão e temperatura constante. Esse processo ocorre até o fluido refrigerante, que ao chegar na unidade evaporadora está no estado de vapor úmido, passa a ser vapor saturado, e assim, retorna ao compressor e reinicia todo o ciclo. Figura 21 Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor. Fonte: GENIER, DA COSTA e DA COSTA JR (2013). 4.4 Compressores de Sistemas de Refrigeração O compressor é talvez um dos componentes mais importantes no ciclo de refrigeração. Sua função é comprimir o gás refrigerante, de modo a aumentar a pressão do fluído e promover sua circulação pelo sistema. Embora existam diversos tipos de compressores, todos executam a mesma tarefa, diferenciando apenas algumas características de projeto. Desta forma, deve-se avaliar para uma dada aplicação, qual tipo de compressor é mais indicado. Em sistemas de refrigeração, a escolha do compressor depende da capacidade da instalação, em termos de temperatura de vaporização e fluído utilizado. Os principais tipos de compressores utilizados são: alternativo, palheta ou rotativo, scroll, parafuso e centrífugo, também chamado de turbo-compressor. De acordo com a característica do processo de compressão do compressor, estes podem ainda ser classificados como de deslocamento positivo ou maquinas de fluxo. Compressores de deslocamento de positivo aumentam a pressão do sistema através da redução do volume interno da câmara de compressão por meio de uma força mecânica

58 56 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos aplicada. São compressores de deslocamento de fluxo os alternativos, parafusos, rotativos e scrolls. Compressores do tipo máquina de fluxo, o aumento de pressão se deve pela conversão de pressão dinâmica em pressão estática. Em refrigeração, o único compressor desse tipo, é o compressor centrifugo. Em sistemas de refrigeração, os compressores podem ser do tipo hermético, semihermético ou aberto. O compressor hermético possui o compressor e o motor construídos em uma mesma carcaça e se tem apenas acesso aos fios de ligação do motor. Este tipo de compressor opera exclusivamente com refrigerantes halogenados, sendo que o resfriamento do enrolamento do motor é realizado através do contato com o vapor de fluido refrigerante. São encontrados em refrigeradores domésticos e condicionadores de ar com potencias da ordem de até 30kW. O compressor semi-hermético, similar ao hermético, porém permite o acesso das válvulas e pistões através da remoção do cabeçote. Nos compressores do tipo aberto, o compressor e o motor são partes distintas, onde geralmente, o compressor é acionado através do motor elétrico por um conjunto de polias e correias. Este tipo de compressor é adequado para operar com amônia, podendo também utilizar refrigerantes halogenados. Este tipo de compressor é muito utilizado em refrigeração para transporte de cargas e condicionadores de ar automotivo, onde o compressor é acionado por motor a gasolina ou diesel. O acionamento de compressores do tipo hermético e semi-hermético é quase que exclusivamente por motor elétrico de indução de gaiola. No caso dos compressores abertos, podem ser utilizados uma gama maior de motores, uma vez que esse tipo de compressor permite mais flexibilidade. Figura 22 Exemplo de compressor hermético.

59 4.4. Compressores de Sistemas de Refrigeração 57 Figura 23 Exemplo de compressor semi-hermético. De modo a manter o bom funcionamento do compressor, alguns valores máximos de temperatura de trabalho devem ser respeitados. Estes valores limites seguem na tabela 2. Tabela 2 Temperaturas de Trabalho. Adaptado de Portal da Refrigeracao (2014). Condensação Sucção Descarga do Compressor Domo do Compressor Bobinado do Compressor 10 a 13 C acima da temperatura ambiente 3 a 5 C abaixo da temperatura ambiente menor que 120 C menor que 110 C menor que 130 C Respeitar os limites de temperatura implica em (Portal da Refrigeracao, 2014): Temperatura de Condensação: Garante uma boa troca térmica com o meio externo e mantem os limites de pressão de descarga recomendados ao compressor. Temperatura de Sucção: Evita o retorno de líquido ao compressor e o aquecimento excessivo do fluído de retorno. Temperatura de Descarga do Compressor: Se elevada, pode causar a carbonização do óleo nas válvulas do compressor, causando falha em seu funcionamento. Temperatura do domo do compressor: Seu controle garante que as temperaturas internas do compressor estejam dentro de limites aceitáveis. Temperatura do bobinado do compressor: Seu controle garante a eficiência da isolação do enrolamento do motor do compressor.

60 58 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos Uma vez que este trabalho se trata de sistemas de condicionamento de ar individual de pequeno porte, será dado um enfoque maior para compressores alternativo e rotativo, hermético Compressor Alternativo Compressores alternativos são talvez o tipo mais clássico de compressor que exista. São utilizados em sistemas de pequena e média capacidade, podendo variar de 1 até 700 kw. São utilizados os refrigerantes HCFC-22, HFC-134a, HFC-404A, HFC-407A e HFC-407C em sistemas de ar condicionado para conforto e processos, enquanto que o refrigerante R-717 é utilizado em sistemas industriais. Esses compressores podem ser: de simples ação: o cilindro possui uma única câmara de compressão, ou seja, em cada revolução, há uma sucção e uma compressão; de ação dupla: o cilindro é divido em duas câmaras separadas pelo pistão, de um lado do cilindro há uma compressão, enquanto que do outro lado do pistão há uma descarga, ou seja, em cada revolução, ocorre duas sucções e duas descargas; de um ou mais cilindros; abertos, herméticos ou semi-herméticos; horizontais, verticais, em V, em W, ou radiais. Figura 24 Diagrama ilustrativo de um compressor alternativo de ação dupla. Vale (2016). Fonte: Neste tipo de compressor, o movimento do pistão é sincronizado com o fechamento e abertura das válvulas de sucção e descarga, ambas unidirecionais. Primeiro a válvula de sucção é fechada e o pistão começa a comprimir o gás refrigerante, até que, em determinada pressão, a válvula de descarga é aberta, conforme mostrado na figura 25.

61 4.4. Compressores de Sistemas de Refrigeração 59 Figura 25 Funcionamento de um compressor alternativo de simples ação. Fonte: Venturini e Pirani (2005). Na figura 26 temos a variação da potência e do trabalho de compressão em função da temperatura de evaporação. Observe que a potência apresenta valor nulo em dois pontos. O primeiro corresponde a vazão nula, enquanto que o segundo ponto, corresponde a condição de temperatura de evaporação igual a de condensação. Entre esses dois pontos a curva atinge uma potência máxima. Figura 26 Trabalho de compressão e potência de um compressor ideal em função da temperatura de evaporação, com temperatura de condensaçao de 35 C e refrigerante R22. Fonte: Venturini e Pirani (2005).

62 60 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos A grande maioria de sistemas frigoríficos trabalha a esquerda do ponto de máximo. No início do processo, a temperatura no evaporador tende a ser alta, e a potência é máxima. Muitas vezes, os motores são superdimensionados de modo a suportar essa potência máxima, algo que pode ser evitado reduzindo-se artificialmente a pressão de evaporação por meio de um dispositivo de estrangulamento. Em operação plena, cargas térmicas elevadas aumentam a temperatura de evaporação, consequentemente, a potência de compressão, podendo sobrecarregar o motor. Atualmente, esse tipo de compressor, em sistemas de condicionadores de ar, vem sendo substituído pelos compressores rotativos e scroll. O motivo é pelo compressor alternativo apresentar elevado nível de ruído, maior consumo e vida útil reduzida Compressor Rotativo No compressor rotativo, também chamado compressor de palheta, a linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro, porém é excêntrica em relação ao rotor, de maneira que o rotor e o cilindro permanecem em contato a medida que gira. Uma palheta simples, acionada por mola, divide as câmaras de aspiração e descarga. Figura 27 Ilustração construtiva de um compressor rotativo. Fonte: Venturini e Pirani (2005). Atualmente, este tipo de compressor é o mais utilizado em aparelhos condicionadores de ar do tipo janela e split de até Btu/h. Devido ao movimento rotativo, esse compressor apresenta menor ruído se comparado ao alternativo, assim como, um menor esforço. O refrigerante utilizado para esse tipo de compressor é o R-22 (HCFC).

63 4.5. Tecnologia Inverter Tecnologia Inverter A tecnologia inverter vem sendo cada vez mais difundida no mercado, e hoje é sinônimo de eficiência e economia de energia. Fabricantes garantem que equipamentos com a tecnologia inverter podem significar um consumo de até 40% de energia elétrica, se comparado ao um equipamento convencional. Essa tecnologia é aplicada a condicionadores de ar split com compressores rotativos. Trata-se de um inversor de frequência que permite a variação na rotação do compressor, a partir do controle de velocidade do motor elétrico, conforme a temperatura desejada é atingida. Ao contrário de um equipamento convencional, que a partir de um termostato, liga e desliga o compressor conforme a temperatura desejada é atingida, o compressor nunca desliga, garantindo uma certa estabilidade na temperatura do ambiente a ser refrigerado além de um baixíssimo nível de ruído. As vantagens dessa tecnologia são: Motor parte em rampa, ao invés de partida direta. Menor nível de ruído. Atinge rapidamente a temperatura desejada. Temperatura desejada é mantida constante com pouca oscilação. Utiliza como refrigerante o gás R-410A que não agride a camada de ozônio. Na figura 28 é possível obter um comparação de funcionamento entre um equipamento convencional e um inverter. Observe que ao atingir a temperatura desejada, o compressor com tecnologia inverter trabalha em uma rotação baixa, o que garante um menor nível de ruído, além de uma menor variação da temperatura. Figura 28 Comparativo entre sistema Inverter e Convencional. Fonte: Fujitsu General (2016b).

64 62 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos 4.6 Distorções Harmônicas Definição e Origem Um distorção de forma de onda é dita harmônica quando a deformação ocorre de forma similar a cada ciclo da frequência fundamental. Neste caso, seu espectro contém apenas frequência múltiplas inteiras da fundamental, chamadas frequências harmônicas. (DECKMANN; POMILIO, 2016). Figura 29 Exemplo de Corrente com Distorção Harmônica. Fonte: Deckmann e Pomilio (2016). Matemáticamente, define-se Distorção Harmônica Total ou THD, como: T HD = n=2 I 2 n I 1 (4.1) Correntes harmônicas são geradas devido a cargas não-lineares conectadas a rede: iluminação fluorescente, reatores, motores com velocidade variável, computadores, televisores, carregadores de celular, etc. A circulação dessas correntes gera tensões harmônicas através das impedâncias da rede, e então uma deformação da tensão de alimentação (Schneider Electric, 2016) Implicações de Correntes Harmônicas Distorções harmônicas implicam numa queda da qualidade de energia elétrica, e dessa forma podem gerar diversos prejuízos. Alguns prejuízos causados por distorções harmônicas são: Sobrecarga da rede de distribuição devido ao aumento da corrente eficaz.

65 4.6. Distorções Harmônicas 63 Sobrecarga dos condutores de neutro em razão das somas das harmônicas de ordem 3 geradas por cargas monofásicas. Sobrecarga, vibrações e redução da vida útil de equipamentos como, alternadores, transformadores, motores. Sobrecarga e redução de vida útil de compensadores reativos. Mau funcionamento de equipamento eletrônicos sensíveis. Portanto, com o intuito de diminuir tais prejuízos, surge a necessidade de impor limites referentes a presença de distorções harmônicas na corrente, e consequentemente garantir a preservação da qualidade da tensão de alimentação. Com esse intuito, foram criadas normas internacionais que regulamentam os valores máximos de harmônicas de correntes que um equipamento pode injetar na rede de alimentação Norma IEC : Limites para emissão de harmônicas de corrente A norma IEC (IEC, 1995) limita a emissão de harmônicos de corrente de equipamentos que consumam até 16A por fase, conectado a uma rede pública de baixa tensão alternada, com tensão fase-neutro entre 220 e 240V. Para tensões inferiores, os limites não foram estabelecidos, uma vez que está norma foi criada para atender principalmente a comunidade europeia, onde a tensão fase-neutro se encontra nessa faixa. A norma classifica os equipamentos em 4 classes: Classe A: Equipamentos com alimentação trifásica equilibrada; aparelhos de uso doméstico, excluído os que se enquadram na classe D; ferramentas, exceto as portáteis; dimmers para lâmpadas incandescentes; equipamentos de áudio e demais equipamentos que não se incluem nas outras classes. Classe B: Ferramentas portáteis. Classe C: Dispositivos de iluminação. Classe D: Computadores pessoais, monitores de vídeo e aparelhos de televisão. A potência ativa de entrada deve ser igual ou inferior a 600W, esta medida deve ser feita obedecendo as condições de ensaio estabelecidas na norma. Na tabela 3 é possível obter, de acordo com a classificação do equipamento, os valores limites de harmônicos de corrente.

66 64 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos Tabela 3 Tabela com limites para os Harmônicos de Correntes.Adaptado de IEC (1995). Ordem do Harmônico Classe A Classe B Classe C (> 25W ) Classe D (> 75W, n Máxima Máxima % da fundamental < 600W ) Corrente [A] Corrente [A] [ma/w ] Harmônicas Ímpares 3 2,300 3, F P 3, ,140 1,710 10,000 1, ,770 1,155 7,000 1, ,400 0,600 5,000 0, ,330 0,495 3,000 0, ,210 0,315 3,000 0, n 39 0, n 0, n 3,000 Harmônicos Pares 2 1,080 1,620 2, ,430 0, ,300 0,450 8 n 40 0,230 8 n 0,350 8 n 3,850 n Recomendação IEEE para práticas e requisitos para controle de harmônicas no sistema elétrico de potência: IEEE- 519 A recomendação IEEE-519 (IEEE, 1991) descreve os principais fenômenos causadores de distorção harmônica, indica métodos de medição e limites de distorção. Ao contrário da norma IEC, vista anteriormente, seu enfoque é o sistema de potência e não o equipamento individualmente. Para distorções harmônicas desde baixa tensão até 69kV, se estabelece um limite individual por componente de 3% e um limite para distorção harmônica total (THD) de 5%. 4.7 Fator de Potência Fator de potência é definido como a relação entre potência ativa (P) dada em Watts e potência aparente (S) dada em Volt-Ampere. F P = P S (4.2) Potência aparente é obtida pela relação entre potência ativa e potência reativa (Q) dada em Volt-Ampere Reativo. S = P 2 + Q 2 (4.3)

67 4.8. Considerações Finais do Capítulo 65 Portanto, relacionando as equações 4.2 e 4.3 obtemos que, F P = P P 2 + Q 2. (4.4) Analisando a equação 4.4, é possível observar que um baixo valor de fator de potência implica em uma elevada potência reativa. Ao contrário da potência ativa, que realiza trabalho, a potência reativa circula entre a fonte e carga de modo a manter o campo magnético das cargas reativas, como por exemplo, um motor de indução. Embora necessária, a potência reativa em excesso implica em um aumento na potência aparente, causando maior queda de tensão nos condutores, subutilização da capacidade instalada, entre outros efeitos indesejáveis. Se tomarmos apenas as potências aparentes e ativas fundamentais, S 1 e P 1, definimos o valor de cosφ. cosφ = P 1 S 1 (4.5) A diferença entre o cosφ e o fator de potência é que o primeiro se relaciona apenas com a frequência fundamental, podendo diferir do fator de potência. A ANEEL (ANEEL, 2017) estabelece, através do PRODIST que o valor mínimo do fator de potência de uma unidade consumidora seja de 0, 92. O cálculo deve ser feito por média horária. Caso a unidade consumidora possua um fator de potência abaixo do estabelecido, ou seja, exceda o consumo de reativo, é cobrada uma penalidade. A penalidade ocorre caso o fator de potência não atendido seja indutivo das 6h às 00h ou capacitivo da 00h as 6h. Embora a legislação abranja toda e qualquer unidade consumidora, atualmente são apenas fiscalizadas unidades consumidoras que se enquadram no subgrupo tarifário A, ou seja, fornecimento de tensão superior a 2.300V. Isso ocorre, devido as concessionárias de energia elétrica não possuírem, ainda, instrumentos capazes de realizar a medição do fator de potência em unidades consumidoras com atendimento em baixa tensão. 4.8 Considerações Finais do Capítulo Foram definidos alguns termos importante para o entendimento do RTQ, que será apresentado no próximo capítulo. Posteriormente, foi apresentado o ciclo teórico de refrigeração que é o princípio de funcionamento do equipamento condicionador de ar, assim como alguns modelos de compressores utilizados e por fim, foi apresentado a tecnologia inverter.

68 66 Capítulo 4. Fundamentos Teóricos Foi também apresentado conceitos elétricos importantes, como a distorção harmônica e o fator de potência. O entendimento desses conceitos é importante para um melhor entendimento dos resultados apresentados no capítulo 8.

69 67 5 Eficiência Energética nas Edificações Neste capítulo serão apresentadas algumas recomendações do Regulamento Técnico da Qualidade para o nível de Eficiência Energética de Edificações Comerciais, de Serviços de Públicas (INMETRO, 2010) que trazem impactos na eficiência de sistemas individuais de condicionamento de ar. 5.1 RTQ-C Esse regulamento foi criado com o objetivo de possibilitar a classificação da eficiência energética de edificações através de critérios técnicos que serão apresentados no decorrer do capítulo. A etiquetagem da edificação deve ser realizada por um método de simulação ou método prescritivo, onde a classificação é obtida através de equações pré-estabelecidas. A RTQ-C avalia de maneira separada três grupos principais de requisitos que estabelecem o nível de eficiência da edificação, sendo que cada um desses grupos compõe um peso diferente na edificação, são eles: Envoltória = 30% Sistema de Iluminação = 30% Sistema de Condicionamento de Ar = 40% Cada item pode ser avaliado de A (mais eficiente) a E (menos eficiente), e através da tabela 4 é possível obter um equivalente numérico para cada classe de eficiência. Tabela 4 Equivalente numérico para cada nível de eficiência. A 5 B 4 C 3 D 2 E 1 Por fim, a classificação geral do edifício é obtida através da seguinte equação:

70 68 Capítulo 5. Eficiência Energética nas Edificações {( P T = 0, 30 EqNumEnv AC ) + AU {( +0, 30 (EqN umdp I)+0, 40 Onde: ( AP T AU EqNumCA AC AU P T : pontuação total obtida pela edificação; 5 + ANC )} AU EqNumV ) ( AP T + AU 5 + ANC AU EqNumV )} EqN umenv: equivalente numérico da eficiência obtida pela envoltória; AC: área útil dos ambientes condicionados; AU: área útil da edificação; + δ 1 0 (5.1) AP T : área útil dos ambientes de permanência transitória, desde que não condicionados; AN C: área útil dos ambientes não condicionados de permanência prolongada; EqN umv : equivalente numérico de ambientes não condicionados e/ou ventilados naturalmente; EqN umdp I: equivalente numérico do sistema de iluminação; EqN umca: equivalente numérico do sistema de condicionamento de ar; δ 1 0: equivale a bonificações, podendo variar de 0 a 1. Calculado a pontuação total (P T ) da edificação, a classificação é obtida através da tabela 5. Tabela 5 Classificação Geral da Etiqueta da Edificação. Classificação Final PT A 4, 5 a 5 B 3, 5 a < 4, 5 C 2, 5 a < 3, 5 D 1, 5 a< 2, 5 E < 1, Pré-Requisitos Gerais Para obtenção da classificação geral do nível de eficiência da edificação, são feitas algumas exigências que caso não sejam atendidas, poderão restringir o nível de classificação da edificação, intendente da pontuação total obtida.

71 5.1. RTQ-C Circuitos Elétricos Para as edificações receberem níveis A e B de eficiência, são necessários que os circuitos elétricos sejam divididos por uso final, ou seja, exista um circuito somente para iluminação, outra para condicionamento de ar, e assim por diante. Se eximem dessa obrigação hotéis, desde que haja desligamento automático para os quartos, edificações com múltiplas unidades autônomas de consumo e edificações construídas até junho de Devemos salientar que, a divisão de circuitos por uso final é uma exigência da NBR 5410/2003, que regulamenta instalações elétricas de baixa tensão Bonificações Algumas iniciativas que aumentam a eficiência energética na edificação poderão acrescentar até um ponto na pontuação total, podendo então aumentar a classificação geral da edificação. A aplicação de iniciativas para bonificação visa incentivar práticas e inovações tecnológicas que diminuam o consumo de energia elétrica. As bonificações são acumulativas, sendo possível a utilização de mais de um sistema de eficiência para a obtenção do valor máximo da bonificação. As iniciativas que geram bonificações estão listadas abaixo, sendo que todas as bonificações devem ser comprovadas através de dois memoriais de cálculos, onde o primeiro memorial deve conter a análise da edificação desconsiderando a bonificação e um outro memorial considerando a bonificação. Sistemas e Equipamentos que Racionalizem o Uso da Água: torneiras com arejadores e/ou temporizadores, sanitários com sensores, aproveitamento de água pluvial e de outras fontes alternativas, com economia de 40% ou mais no consumo anual. Energia Eólica ou Painéis Fotovoltaicos: Geração de energia eólica e/ou fotovoltaica proporcionando uma economia mínima de 10% no consumo anual de energia elétrica do edifício. Sistemas de Cogeração e Inovações Técnicas: O uso de sistemas de cogeração ou de sistemas, tais como iluminação natural, proporcionando uma economia de 30% no consumo anual de energia elétrica. Sistema de Aquecimento Solar: Edifícios com elevada demanda de água quente, utilizarem sistema de aquecimento solar e comprovar um FS igual ou superior a 70%. Elevadores: Edifícios com elevadores que atingirem nível A de acordo com a avaliação da norma VDI 4707 receberão 0,5 pontos.

72 70 Capítulo 5. Eficiência Energética nas Edificações Envoltória A envoltória corresponde a casca da edificação, sendo ela que separa o interior da edificação com o ambiente externo. Os componentes da envoltória (paredes, cobertura, aberturas e piso) das edificações que separam o ambiente interior do exterior são importantes para a determinação dos ganhos e perdas de calor entre ambiente exterior e interior. (SORGATO, 2009) Portanto, mesmo apresentando um peso menor que o condicionamento de ar e igual ao sistema de iluminação na classificação do RTQ, a envoltória possui impacto direto nesses dois sistemas. Sendo assim, podemos afirmar que, para que uma edificação seja eficiente, é estritamente necessário que sua envoltória seja eficiente Transmitância Térmica A RTQ-C faz recomendações a respeito dos níveis de transmitância térmica das paredes externas e cobertura da edificação de acordo com a respectiva zona bioclimática. Para se obter classificação A, os níveis de transmitância térmica na cobertura (U cob ) e nas paredes externas (U par ) para ambientes condicionados de acordo com sua respectiva zona bioclimática não deve ser superior aos valores da tabela 6. Tabela 6 Limites de Transmitância Térmica para Classificação Nível A. Transmitância Térmica (W/m 2 K) Zonas Bioclimáticas Capacidade Térmica das Paredes Externas U cob U par ZB1 e ZB2-0,50 1,00 ZB3 a ZB6-1,00 3,70 ZB7 e ZB8 80kJ/m 2 K 1,00 2,50 < 80kJ/m 2 K 1,00 3,70 Para se obter a classificação B, os níveis de transmitância térmica na cobertura (U cob ) e nas paredes externas (U par ) para ambientes condicionados conforme suas respectivas zonas bioclimáticas não devem ser superiores aos valores da tabela 7. Tabela 7 Limites de Transmitância Térmica para Classificação Nível B. Transmitância Térmica (W/m 2 K) Zonas Bioclimáticas Capacidade Térmica das Paredes Externas U cob U par ZB1 e ZB2-1,00 2,00 ZB3 a ZB6-1,50 3,70 ZB7 e ZB8 80kJ/m 2 K 1,50 2,50 < 80kJ/m 2 K 1,50 3,70

73 5.1. RTQ-C 71 Para se obter classificação C ou D, os níveis de transmitância térmica na cobertura (U cob ) e nas paredes externas (U par ) para ambientes condicionados de acordo com sua respectiva zona bioclimática não deve ser superior aos valores da tabela 8. Tabela 8 Limites de Transmitância Térmica para Classificação Nível C e D. Transmitância Térmica (W/m 2 K) Zonas Bioclimáticas Capacidade Térmica das Paredes Externas U cob U par ZB1 a ZB6-2,00 3,70 ZB7 e ZB8 80kJ/m 2 K 2,00 2,50 < 80kJ/m 2 K 2,00 3, Cores e Absortância de Superfícies A RTQ-C faz recomendações quanto ao índice de absortância de superfícies de acordo com as respectivas classificações. Para se obter classificação nível A, é necessário, para as ZB2 a ZB8, a utilização de materiais de revestimento externo de paredes com absortância solar baixa, α 0, 50. Para coberturas, é necessário a utilização de cor com absortância solar baixa (α 0, 50), ou então, telhas cerâmicas não esmaltadas, teto jardim ou reservatório de água. Para se obter a classificação B, é necessário apenas, para as ZB2 a ZB8, a utilização em coberturas de cores com absortância solar baixa (α 0, 50), ou então, telhas cerâmicas não esmaltadas, teto jardim ou reservatórios de água Abertura Zenital A abertura zenital é uma alternativa interessante para o melhor aproveitamento da iluminação natural, diminuíndo o consumo por parte de iluminação artificial, impactando diretamente no consumo de energia elétrica. No entanto, para classificação A e B, alguns limites devem ser estabelecidos de modo a não prejudicar a carga térmica da edificação. Esses limites são especificados na tabela 9. Tabela 9 Limites de Fator Solar de vidros e de Percentual de Abertura Zenital para coberturas. PAZ 0 a 2% 2, 1 a 3% 3, 1 a 4% 4, 1 a 5% FS 0,87 0,67 0,52 0,3

74 72 Capítulo 5. Eficiência Energética nas Edificações Sistemas de Iluminação Sistemas de iluminação artificial são essenciais para a edificação. No entanto, o uso desnecessário de iluminação artificial pode gerar um consumo excessivo de energia elétrica assim como pode representar uma carga térmica para o condicionamento ambiental da edificação. Portanto, para o bom funcionamento da edificação, assim como uma maior eficiência dos sistemas de condicionamento de ar, é extremamente importante um sistema de iluminação eficiente Pré-Requisitos Específicos Para a classificação do sistema de iluminação a RTQ-C traça alguns pré-requisitos, sendo que, quanto mais elevada for a classificação, maior o número de pré-requisitos que devem ser atendidos. A tabela 10 relaciona o nível de eficiência energética com os respectivos pré-requisitos que devem atendidos. Tabela 10 Relação entre pré-requisitos e níveis de eficiência. Pré-Requisito Nível A Nível B Nível C Divisão dos Circuitos X X X Contribuição da Luz Natural X X Desligamento Automático do Sistema de Iluminação X Divisão dos Circuitos de Iluminação Cada ambiente fechado por paredes ou divisória devem possuir pelo menos um dispositivo de controle manual para acionamento independente da iluminação. Cada controle deve estar localizado de tal forma que seja possível ver todo o sistema de iluminação que está sendo controlado. Caso contrário, é necessário informar ao usuário, qual a área abrangida pelo controle manual. Para ambientes maiores que 250 m 2, cada dispositivo deve controlar: uma área de até 250 m 2 para ambientes de até 1000 m 2, uma área de até 1000 m 2 para ambientes maiores de 1000 m Contribuição da Luz Natural Ambientes com aberturas voltadas para o ambiente externo ou de cobertura translúcida e que contenham mais de uma fileira de luminárias paralelas às aberturas devem

75 5.1. RTQ-C 73 possuir um controle instalado, manual ou automático, para o acionamento independente da fileira de luminárias mais próxima às aberturas, de forma a propiciar o aproveitamento da luz natural disponível Desligamento Automático do Sistema de Iluminação O sistema de iluminação interna de ambientes maiores que 250 m 2 deverá possuir um dispositivo de controle automático para desligamento da iluminação. Este dispositivo de controle deve funcionar de acordo com uma das seguintes opções: um sistema automático com desligamento da iluminação em um horário pré-determinado; um sensor de presença que desligue a iluminação 30 minutos após a saída de todos ocupantes; um sinal de um outro controle ou sistema de alarme que indique que a área está desocupada Procedimento de Determinação da Eficiência Para a obtenção da classificação do sistema de iluminação da edificação, existem dois métodos de cálculo: o método da área do edifício e o método das atividades do edifício. Ambos métodos levam em consideração a densidade de potência de iluminação (DP I) Método da Área do Edifício Esse método analisa de maneira conjunta todos os ambientes do edifício, atribuindo assim um único valor limite para a avaliação do sistema de iluminação. Utiliza-se este método para edifícios com até 3 atividades principais, ou para atividades que ocupem 30% ou mais da área do edifício. Para o cálculo, deve-se seguir os seguintes métodos: 1. Identificar a atividade principal da edificação e com o auxílio da tabela 26, em anexos, obter a densidade de potência de iluminação limite (DP I L ) para cada nível de eficiência. 2. Determinar a área iluminada e então multiplicar essa área pela DP I L, encontrando assim a potência limite do edifício. Caso o edifício seja caracterizado por até 3 atividades principais, determina-se a DP I L de cada atividade assim como a área iluminada de cada atividade. A potência limite será a soma das potências limites de cada atividade. 3. Comparar a potência total instalada com a potência limite de modo a determinar a eficiência do sistema de iluminação.

76 74 Capítulo 5. Eficiência Energética nas Edificações Método das Atividades do Edifício Este método avalia separadamente os ambientes do edifício e deve ser utilizando caso o método das áreas não for aplicável. Para o cálculo desse método deve seguir os seguintes passos: 1. Identificar as atividades na tabela 27, em anexos. 2. Identificado as atividades, deve-se consultar a DP I L para cada nível de eficiência para cada atividade identificada. 3. Multiplicar a área iluminada de cada atividade pelo DP I L, encontrando assim a potência limite para cada atividade. A potência limite será a soma das potências limites de cada atividade. 4. Por fim, deve-se calcular a potência instalada do edifício e compara-la com a potência limite do edifício Sistemas de Condicionamento de Ar Para a análise de sistemas de condicionamento de ar, a RTQ-C aborda uma série de tipos de equipamentos para refrigeração e aquecimento de ambiente. Uma vez que esse trabalho é focado em sistemas individuais de pequeno porte, serão abordados apenas os requisitos para esses sistemas. Independente do sistema do condicionamento de ar, é necessário seguir as especificações da tabela 11, que especifica a espessura mínima de isolamento de tubulações. Tabela 11 Espessura mínima de isolamento de tubulações para sistemas de refrigeração. Faixa de Condutividade do Isolamento Diâmetro nominal de tubulação temperatura Condutividade Temperatura (mm) do fluido térmica de Ensaio 25 a 40 a 100 a <25 ( C) (W/mK) ( C) <40 <100 <200 %200 4 < T < 16 0,032 a 0, ,5 1,5 2,5 2,5 2,5 T<4 0,032 a 0, ,5 2,5 2,5 2,5 4,0 Para o dimensionamento da tubulação, devem ser consultados o manual de instalação fornecido pelo fabricante do equipamento. O mal dimensionamento do isolamento e/ou tubulação pode provocar perdas consideradas no ciclo de refrigeração, diminuindo a eficiência do equipamento. Para sistemas unitários de aquecimento por ciclo reverso, os equipamentos devem apresentar um COP igual ou superior a 3W/W, através do método definido na norma AHRI 340/360.

77 5.2. Considerações Finais do Capítulo 75 Para a classificação de sistemas de refrigeração, se faz necessário que esses sistemas apresentem: Controle de temperatura por zona; Faixa de temperatura de controle; Sistema de desligamento automático Sistemas de condicionamento de ar regulamentados pelo INMETRO Para os sistemas dotados com equipamentos regulamentados pelo INMETRO, deve se adotar a classificação da ENCE do equipamento Sistemas de condicionamento de ar não regulamentos pelo INMETRO Para os sistemas dotados com equipamentos individuais com capacidade térmica menor que 19kW, e que não possuírem regulamentação pelo INMETRO, deve-se utilizar a eficiência exigida pelo INMETRO para equipamentos Split. Dessa forma, deve-se observar o COP do equipamento e classifica-lo de acordo com a figura 72 em anexos. 5.2 Considerações Finais do Capítulo A criação do RTQ-C representa um avanço na eficiência energética para as edificações, pois estabelece critérios para a classificação do nível de eficiência energética da edificação. Embora seja possível avaliar individualmente o sistema de condicionamento de ar da edificação, a envoltória e o sistema de iluminação interferem na carga térmica da edificação, podendo assim, comprometer a eficiência do processo de condicionamento de ambiente. No próximo capítulo serão apresentadas algumas técnicas utilizadas por outros autores que permitem a edificação ser mais eficiente, assim como fatores externos e internos a edificação que podem comprometer a carga térmica. Por fim, com o intuito de se estudar a eficiência energética de alguns equipamentos condicionadores de ar, serão realizados alguns ensaios.

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79 77 6 Técnicas, Ensaios e Resultados Neste capítulo são apresentados fatores que influenciam de forma direta ou indireta a carga térmica da edificação, bem como métodos e propostas que visam uma maior eficiência térmica. Por fim, foram feitas medições em 4 dispositivos individuais de condicionamento de ar sendo, 2 do tipo split, 1 split inverter e 1 do tipo janela de modo a medir suas respectivas eficiências. Foram verificados também o fator de potência dos equipamentos, corrente de partida e distorções harmônicas. 6.1 Medidas de Eficiência Energética em Edificações Transmitância Térmica Garantir um baixo índice de transmitância térmica é importante para a edificação, pois dessa forma se garante um maior desempenho térmico. Sendo assim, é fundamental optar por materiais e métodos construtivos que apresentam valores de transmitância térmica adequados para a respectiva zona bioclimática. De acordo com os estudos realizados por Lamberts, Ghisi e Ramos (2006), constatouse que na grande maioria dos edifícios de escritório, utiliza-se parede externa de tijolo cerâmico, sendo sua espessura variável conforme as regiões. Já na cobertura, observou-se que a maior parte é composta por laje impermeabilizada sem preocupações contra o ganho de calor. Em um estudo realizado em um prédio residencial na cidade de Londrina, Paraná, Souza (2016) verificou que foram utilizadas paredes externas de tijolo cerâmico de oito furos, assentados na menor dimensão, argamassadas interna e externamente com espessura de 2, 5cm, e a cobertura é composta por estruturas pontaletadas de madeira, manta aluminizada fixada sobre as terças, e telha de fibrocimento de espessura igual a 6 mm. Sendo que, ambas soluções apresentaram boas taxas de transmitância térmica. As figuras 74, 75, 76, 77, 78, 79, em anexos, trazem valores de transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico de uma série de configurações de paredes e coberturas. Essas figuras foram retiradas do anexo D da NBR (ABNT, 2003) e servem de auxílio para a constatação e/ou projeção de paredes e coberturas eficientes para a edificação. Uma alternativa bastante interessante é a utilização do sistema de cobertura verde. Ferraz (2012) comparou o desempenho térmico na cidade de São Paulo de dois protótipos, sendo um com cobertura verde o outro com cobertura cerâmica. Observou-se que, o protótipo com sistema de cobertura verde apresentou melhor desempenho térmico durante

80 78 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados todas as estações do ano, apresentando menor flutuação de temperatura e umidade no ambiente, minimização no uso de condicionador de ar e aumento na vida útil da edificação Cores e Absortância de Superfícies Para se determinar a cor externa da edificação, é necessário, além do fator estético, levar em consideração a sua absortância de superfície. Cores mais claras tendem a ter uma menor absortância e consequentemente absorvem menos radiação solar. Em levantamento realizado em campo, Lamberts, Ghisi e Ramos (2006) constataram uma diversidade de cores encontradas nas cidades pesquisas, sendo o cinza, bege e o branco são as cores mais frequentes. Souza (2016) propôs para a adequação da cobertura, a pintura das telhas de fibrocimento com tinta acrílica à base d água na cor branca, fazendo com que a absortância solar da telha fosse de α = 0, 60 para α = 0, 11. Peralta (2006) demonstrou em seu estudo que ao aplicar tinta látex acrílica branca em telhas de fibrocimento e/ou em telhas de aço, é possível reduzir a absortância da cobertura em até 50% do seu valor original. Para a obtenção da absortância o ideal é buscar junto ao fabricante da tinta e revestimento os seus respectivos valores ou então é necessário buscar esses resultados via medição, se fazendo necessário a obtenção de um equipamento específico para este fim Fator Solar e Orientação das Fachadas Para garantir um melhor aproveitamento do sol na edificação, deve-se conhecer as principais características de cada orientação. É recomendável ter atenção para as orientações norte e oeste, pois nessas orientações existe uma maior incidência de raios solares. A figura 31 define os quadrantes das respectivas orientações.

81 6.1. Medidas de Eficiência Energética em Edificações 79 Figura 30 Quadrantes contendo os limites de cada orientação. Fonte: Fossati e Lamberts (2010). De acordo com um especialista na área de condicionamento de ar da cidade de Londrina, é comum encontrar edificações com paredes envidraçadas na face norte. Isso representa um ganho elevado na carga térmica, necessitando de mais energia para o condicionamento de ar. O fator solar dos vidros figura como a variável de menor influência na eficiência da envoltória. No entanto, não é um parâmetro a ser desconsiderado (FOSSATI; LAMBERTS, 2010). De acordo com Santana (2006), uma variação de 0, 1 no fator solar representa redução de 0, 6% no consumo de energia. Lamberts, Ghisi e Ramos (2006) em sua pesquisa em edifícios de escritório, constataram que a maior parte dos vidros utilizados são comuns transparentes, com espessura de 6mm. Melo (2007) em uma simulação de modo a comparar o consumo de energia utilizando dois vidros com fatores solares 0,87 e 0,58, demonstrou que ao utilizar o vidro com fator solar 0,58 obteve uma redução no consumo de energia de 7,3% na cidade de Curitiba, 5% na cidade de Florianópolis e 2,3% em São Luís Percetual de Abertura da Fachada (P AF ) Grandes áreas de janelas implicam em ganhos ou perdas excessivas de calor, diminuído a eficiência energética da envoltória.

82 80 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados O aumento do percentual de janelas na fachada reflete em um aumento do consumo anual em razão do aumento dos ganhos solares através das janelas para o ambiente interno. (MELO, 2007). Santana (2006) destaca o P AF como a variável que causou maior influência na variação do consumo de energia, mostrando que um aumento de 10% no valor de P AF pode representar um acréscimo no consumo de energia de até 2, 9%. Nos edifícios avaliados por Fossati e Lamberts (2010) pôde-se perceber que os que possuem maior P AF obtiveram menor classificação de eficiência energética Proteções Solares O sombreamento, através das proteções solares, aparece como segundo fator de maior influência na eficiência energética da envoltória. Quanto mais sombreadas forem as aberturas, maior o nível de eficiência atingido (FOSSATI; LAMBERTS, 2010). O sombreamento é medido a partir do AHS e do AV S, que representam os ângulos de sombreamento horizontal e vertical, respectivamente. Existem inúmeros tipos de dispositivos de proteção solar. Os mais comuns são os brises verticais e/ou horizontais, marquises, toldos e venezianas. Em seu estudo em edifícios de escritório, Santana (2006) constatou que um aumento em 10 graus no ângulo vertical de sombreamento, há uma redução de 1, 8% no consumo de energia. Por meio de simulação, Santos e Souza (2012) constataram uma redução no consumo de energia de um edifício na cidade de Belo Horizonte de 12,9% caso fossem instalados brises horizontais sobre as aberturas do edificio. Carlo, Pereira e Lamberts (2004) ressaltam que o uso de brises proporciona maiores iluminâncias em comparação com a opção de uso de vidros com fator solar mais baixos, recomendando priorizar o uso de brises para reduzir o consumo de energia com o aproveitamento da luz natural através de controles da iluminação artificial. Os edifícios avaliados por Fossati e Lamberts (2010) não apresentaram nenhum tipo de proteção solar. Essa característica corrobora com o levantamento de tipologias realizado por Carlo, Ghisi e Lamberts (2003) na cidade de Salvador, que encontrou ausência de AVS em mais de 80% e de AHS em quase 100% da tipologia definida como grandes escritórios. Lamberts, Ghisi e Ramos (2006) também relevam a importância no uso dos brises como dispositivo de sombreamento. O autor destaca a pouca utilização nas edificações, frente à sua importância. Santos e Souza (2012) destacam que em pesquisa apresentada pelo Ministério de Minas e Energia foi constatado que apenas 15,7% dos edifícios comerciais brasileiros utilizam algum tipo de proteção solar. Toldos e venezianas são os mais usados, correspondendo a 10% das amostras avaliadas, enquanto que o uso de brises corresponde a 2,8%.

83 6.1. Medidas de Eficiência Energética em Edificações Carga de Ocupação Carga de ocupação é o ganho na carga térmica gerado pelo calor de metabolismo dos seres humanos que ocupam aquele espaço. Pode variar em função da temperatura do ambiente, do sexo da pessoa e do nível de intensidade da atividade desenvolvida. A tabela 12 traz o calor de metabolismo liberado em função da temperatura do ambiente e atividade desenvolvida. Tabela 12 Calor Liberado por Pessoas (BT U/h). Adaptado de ELETROBRAS PRO- CEL (2011). Temperatura Ambiente ( C) Local S L S L S L S L S L Teatro, escola primária Escola secundária Escr., hotéis, apartament. Supermercados, lojas Farmácias Bancos Restaurante Fabrica, trabalho leve Salão de baile Fabrica, trabalho moderado Boliches, ginásios Dessa forma, supomos um escritório com 13 funcionários, a uma temperatura de 24 C, o ganho de carga térmica devido ao metabolismo é calculado da seguinte forma. Conforme dados da tabela 12, Calor Latente = 206BT U/h Calor Sensível = 242BT U/h Carga térmica total: de: CT = = 448BT U/h/pessoa. (6.1) Portanto, o ganho de carga térmica total devido ao metabolismo dos funcionários será CT = = 5.824BT U/h. (6.2) Potência Dissipada por Equipamentos Todo equipamento apresenta perdas ôhmicas, que são dissipadas na forma de calor. Essas perdas variam de acordo com a finalidade do equipamento e também de acordo com sua respectiva eficiência.

84 82 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados De modo a maximizar a eficiência do sistema condicionador de ar, devem ser computados os ganhos de carga térmica devido esses equipamentos. A tabela 13 traz o calor liberado por alguns equipamentos em função da sua potência elétrica. Tabela 13 Calor liberado por equipamentos elétricos. PROCEL (2011). Adaptado de ELETROBRAS Tipo de Equipamento Calor Liberado (BTU/h) Aparelhos elétricos diversos - por kw 3412 Forno elétrico - Serviço de cozinha por kw 3412 Torradeiras e aparelhos de grelhar por kw 3412 Cafeteiras - por litro 595 Motores Elétricos Até 1/4 CV - por CV /2 a 1 CV - por CV /2 a 5 CV - por CV /2 a 20 CV - por CV 2976 Acima de 20 CV - por CV Potência Dissipada por Iluminação Assim como outros equipamentos elétricos, citados no item anterior, a iluminação artificial também representa ganho na capacidade térmica devido as perdas ôhmicas de lâmpadas e reatores. É extremamente importante o projeto de iluminação estar em conformidade com as recomendações da RTQ-C, garantindo uma baixa densidade de potência de iluminação, consequentemente, menor perdas. Uma boa alternativa de iluminação é uso de lâmpadas led, pois apresentam bom índice de iluminação com uma baixa potência elétrica, resultando em baixas perdas e baixa dissipação de calor. Atualmente, lâmpadas com a tecnologia led estão bastante competitivas no quesito custo benefício, porém ainda são mais caras se comparado à tecnologias anteriores. 6.2 Ensaio e Medições Critérios de Medição Para a padronização das medições, foram adotados alguns critérios. São eles: O ambiente a ser refrigerado deverá possuir boa vedação, de forma a evitar renovação de ar ou exaustão.

85 6.2. Ensaio e Medições 83 O ventilador do condicionador de ar deverá operar na velocidade máxima. O condicionador de ar será ensaiado na condição máxima de refrigeração, ou seja, será definida a menor temperatura possível do equipamento. Os ensaios terão duração de 90 minutos, podendo ser estendidos em até 120 minutos. Para a obtenção do coeficiente de eficiência energética, serão considerados a potência calórica do condicionador de ar fornecida pelo fabricante, e a máxima potência ativa obtida durante os ensaios Instrumentos de Medição Para a realização das medições, os seguintes instrumentos foram utilizados FLUKE 43B Para obter os dados de potência elétrica, fator de potência e distorções harmônicas, foi utilizado o Analisador de Qualidade de Energia Elétrica Fluke 43B. Além de um analisador de qualidade de energia, o fluke possui, osciloscópio com 2 canais e largura de banda de até 20M Hz, capta automaticamente efeitos transitórios, entre outras diversas funções. Figura 31 Fluke 43B.

86 84 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Para colher os dados, foram ligados os cabos de testes junto aos pinos de testes a dois cabos de alimentação do equipamento, ou seja, fase/fase ou fase/neutro, e a sonda de corrente AC de engate deve percorrer um dos cabos de alimentação, conforme montagem da figura 33. Figura 32 Montagem do Fluke para obtenção de dados. As precisões do equipamento, de acordo com o fabricante, constam na tabela abaixo. Tabela 14 Precisão de medição do Fluke 43B. Tensão (V) ±1% + 10 pontos Corrente (A) ±1% + 10 pontos Frequência (Hz) ±0, 5% + 2 pontos Potências (W,VA,VAR) ±4% + 4 pontos Fator de Potência ±0, 04%

87 6.3. Brastemp Split ative! Termômetro Digital Western Para a obtenção das temperaturas ambiente externa e interna, foi utilizado um termômetro digital da marca Western com uma precisão de ±1 C. Figura 33 Termômetro Digital Western. Esse medidor possui dois sensores de temperatura, sendo um interno ao termômetro, e um outro que pode ser colocado a uma distância de até 3 metros do termômetro por meio de cabo. Dessa forma, serão obtidas as temperaturas internas e externas do ambiente a ser medido, possibilitando uma análise mais precisa. 6.3 Brastemp Split ative! Dados de Catálogo e Procedimentos Condicionador de ar Brastemp, unidade evaporadora BBT09BBBNA e unidade condensadora BBR09BBBNA. O equipamento refrigera um ambiente de 14m 2 com um pé direito de 2, 60m. Tabela 15 Dados técnicos fornecidos pelo fabricante. Fonte: Brastemp (2008). Dados de Fabricante Capacidade Refrigeração kw/(btu/h) 2,64/(9000) Potência (W) 895 Corrente (A) 4,3 Alimentação (V) 220 Frequência (Hz) 60 Eficiência Energética (W/W) 3,21 Compressor Rotativo

88 86 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Figura 34 ENCE Condicionador de Ar Brastemp ative!. Figura 35 Unidade Evaporadora do Equipamento.

89 6.3. Brastemp Split ative! 87 Figura 36 Termômetro colocado junto a Unidade Evaporadora. Figura 37 Unidade Condensadora do Equipamento. Para a coleta dos dados, o analisador de qualidade Fluke foi ligado aos cabos que alimentam o condicionador de ar no quadro de distribuição, conforme figura 39, uma vez que o equipamento é alimentado por um circuito exclusivo.

90 88 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Figura 38 Ligação do Fluke no Quadro de Distribuição Procedimentos e Resultados Obtidos Consumo e Temperaturas Interna e Externa Figura 39 Potência Ativa.

91 6.3. Brastemp Split ative! 89 Figura 40 Temperatura Interna e Extena. Ao observar o comportamento do gráfico de potência, vemos a principal característica de um condicionador de ar convencional. Ao atingir uma certa temperatura, 20 minutos de iniciado o ensaio, o compressor é desligado, e após um curto período religado. A partir desse momento, esse ciclo é repetido até o final do ensaio. A cada partida do compressor, observa pequenos picos de potência na faixa de 780W, e após a partida, o consumo se estabelece, quando o compressor está ligado, praticamente constante em torno de 690W. Analisando o gráfico da temperatura, observa-se que a temperatura interna cai até o equipamento iniciar o ciclo de liga e desliga, ou seja, atingir a temperatura desejada. A partir daí a temperatura pouco varia, mesmo com um pequeno aumento da temperatura externa. Portanto, mesmo com o processo de liga e desliga do compressor, o conforto térmico do ambiente não foi comprometido. No entanto, o ruído da partida do motor gera um pequeno desconforto sonoro. É possível observar uma certa variação na temperatura externa medida. Isso ocorreu devido pequenas variações nas condições climáticas do local onde o sensor foi instalado, como por exemplo um sombreamento em um curto espaço de tempo. Uma vez que, foi utilizado apenas um único sensor, tais variações se tornam significativas e poderiam ser evitadas instalando um número maior de sensores, postos de maneira estratégica, e assim obter um valor médio de temperatura.

92 90 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Corrente de Partida Figura 41 Corrente de Partida. Durante a partida, o motor apresenta um pico de corrente de 29, 7A, que corresponde a algo em torno de 10 vezes a corrente nominal do equipamento. Por se tratar de uma partida direta, esse valor de corrente era esperado. Embora alta, a corrente de partida não causa nenhum tipo de prejuízo ou fadiga para o equipamento e/ou cabos de alimentação, uma vez que o pico ocorre num período de tempo muito curto, da ordem de milissegundos Fator de Potência Figura 42 Fator de Potência.

93 6.3. Brastemp Split ative! 91 Durante todo o momento que o equipamento permaneceu ligado, o fator de potência se manteve em 0, 99 indutivo, demonstrando conformidade com a legislação brasileira. E quando o compressor era desligado, o fator de potência caía para valores entre 0, 8 e 0, 7. Embora baixo, isso acaba sendo pouco relevante, devido ao baixo consumo durante esse período Distorção Harmônica Figura 43 Distorção Harmônica de Tensão. A tensão que alimenta o equipamento possui um THD de 1, 2% e V RMS de 215, 7V. Conforme mostrado nas seções e 4.6.4, esses valores estão em conformidade com as normas. Pelo gráfico, vemos que essa pequena distorção na tensão se deve às harmônicas de ordem 5 e 7, porém nada significativo.

94 92 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Figura 44 Distorção Harmônica de Corrente. Para análise da distorção harmônica de corrente, devemos primeiro classificar o equipamento conforme a norma IEC Com base nos dados presentes na seção 4.6.3, vemos que condicionadores de ar se enquadram na classe A, pois são equipamentos de uso doméstico não portáteis. Daí em diante, cada ordem de harmônica deve ser analisada individualmente. Pelo gráfico, observa a influência de harmônicas de ímpares de ordem 3, 5 e 7, e também de harmônica par de ordem 2. As harmônicas apresentadas são comparadas com os valores limites na tabela 16. Tabela 16 Comparação de correntes harmônicas. Ordem Harmônico Máxima Corrente Permitida [A] Corrente Medida [A] 2 1,08 0, ,30 0, ,14 0, ,77 0,115 Portanto, tanto as correntes harmônicas de ordem par e impar estão de acordo com o limite estabelecido pela IEC Coeficiente de Eficiência Energetica Conforme dados da ENCE, figura 35, o equipamento se enquadra na classe A com CEE de 3,21, e recebe o selo Procel de eficiência energética.

95 6.4. Fujitsu Inverter 93 Tomando como válida a capacidade total de refrigeração dada pelo fabricante, 2, 64kW, e a máxima potência medida durante o ensaio, 0, 78kW, obtemos o seguinte CEE: CEE = 2, 64kW 0, 78kW = 3, 38 (6.3) Garantindo assim o equipamento como classe A em eficiência energética. 6.4 Fujitsu Inverter Dados de Catálogo e Procedimentos Condicionador de ar Fujjitsu com tecnologia inverter, unidade evaporadora ASBA30JFC e unidade condensadora AOBR30JFT. O equipamento refrigera um ambiente de 45m 2 com um pé direito de 2, 70m. Tabela 17 Dados técnicos fornecidos pelo fabricante. Fonte: Fujitsu General (2016a). Dados de Fabricante Capacidade Refrigeração kw/(btu/h) 7,91/(27000) Potência (W) 2320 Corrente (A) 10,7 Alimentação (V) 220 Frequência (Hz) 60 Eficiência Energética (W/W) 3,41 Compressor Rotativo Figura 45 Unidade Evaporadora do Equipamento.

96 94 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Figura 46 Unidade Condensadora do Equipamento. Figura 47 Ligação do Fluke no Quadro de Distribuição.

97 6.4. Fujitsu Inverter Resultados Obtidos Consumo e Temperaturas Interna e Externa Figura 48 Potência Ativa. Figura 49 Temperatura Interna e Extena. Analisando o gráfico do consumo vemos que em nenhum momento o compressor é desligado. O equipamento atinge a potência máxima no começo do processo, 2, 02kW. Após aproximadamente 5 minutos do início do ensaio, a potência cai para 1, 673kW, e após 40 minutos de funcionamento, ao atingir a temperatura desejada, a potência cai para 1, 24kW.

98 96 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Essas quedas de potência significam mudanças na rotação do motor elétrico. Conforme o ambiente vai atingindo a temperatura desejada, o motor elétrico altera a rotação garantindo menor consumo e menor nível de ruído, enquanto que o convencional trabalha no sistema liga-desliga Corrente de Partida Figura 50 Corrente de Partida. Ao contrário do condicionador de ar convencional, a partida é feita no modo rampa. Isso faz com que não haja pico de corrente no momento inicial da partida. Observe que a corrente na partida vai subindo gradativamente, traçando o desenho de uma rampa. Esse tipo de partida é característico em sistemas acionados por inversores de frequência. A tecnologia inverter, nada mais é que um inversor de frequência aplicado a sistemas de refrigeração.

99 6.4. Fujitsu Inverter Fator de Potência Figura 51 Fator de Potência. Durante os primeiros 40 minutos do ensaio, enquanto o motor trabalhava a uma rotação mais elevada, o fator de potência era de 0, 98 capacitivo. Ao diminuir a rotação o fator de potência passou a ser 0, 96 capacitivo, ou seja, ainda acima do valor mínimo permitido. Portanto, mesmo variando a velocidade do motor, o fator de potência atinge valores bastante satisfatórios Distorção Harmônica Figura 52 Distorção Harmônica de Tensão.

100 98 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Ao analisar a distorção harmônica da tensão de alimentação, temos um THD de 1, 6% e uma V RMS de 217, 2V. Portanto, a norma internacional é atendida. Observe que essa pequena distorção se deve as harmônicas de ordem 5 e 7. Figura 53 Distorção Harmônica de Corrente. Para análise da distorção harmônica de corrente, devemos analisar cada corrente individualmente. Pelo gráfico, vemos que a distorção se deve pelas correntes de ordem ímpares, não havendo correntes harmônicas de ordem pares. As harmônicas ímpares de maior relevância são as correntes de ordem 3, 5, 7, 9 e 13. Portanto, temos: Tabela 18 Comparação de correntes harmônicas. Ordem Harmônico Máxima Corrente Permitida [A] Corrente Medida [A] 3 2,30 0, ,14 0, ,77 0, ,40 0, ,21 0,198 Dessa forma, vemos que nenhuma corrente harmônica excede o limite requisitado pela norma Coeficiente de Eficiência Energética Conforme dados do INMETRO, este equipamento se enquadra na classe A com CEE de 3,41, recebendo o selo Procel de eficiência energética.

101 6.5. Elgin Silent 99 Tomando como válida a capacidade total de refrigeração dada pelo fabricante, 7, 91kW, e a máxima potência medida durante o ensaio, 2, 32kW, obtemos o seguinte CEE: CEE = 7, 91kW 2, 32kW = 3, 98 (6.4) Garantindo assim o equipamento como classe A em eficiência energética. 6.5 Elgin Silent Dados de Catálogo e Procedimentos Condicionador de ar Elgin, unidade evaporadora SRQIC e unidade condensadora SRQEC O equipamento refrigera um ambiente de 8m 2 com um pé direito de 2, 90m. Tabela 19 Dados técnicos fornecidos pelo fabricante. Fonte: Elgin (2014). Dados de Fabricante Capacidade Refrigeração kw/(btu/h) 2,64/(9000) Potência (W) 950 Corrente (A) 4,4 Alimentação (V) 220 Frequência (Hz) 60 Eficiência Energética (W/W) 3,00 Compressor Rotativo Figura 54 ENCE Condicionador de Ar Elgin Silent.

102 100 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Figura 55 Unidade Evaporadora Elgin Silent. Figura 56 Unidade Condensadora Elgin Silent.

103 6.5. Elgin Silent Resultados Obtidos Consumo e Temperaturas Interna e Externa Figura 57 Potência Ativa. Figura 58 Temperatura Interna e Extena. A partir do gráfico de consumo, observa que o ar condicionado, durante todo o processo, se manteve entre 850 e 870W. Embora, após 50 minutos do início do ensaio a temperatura interna tenha pouco variado, o compressor não foi desligado em momento nenhum durante o experimento. Como este equipamento não possui tecnologia inverter e o compressor não foi desligado durante o experimento, o consumo se manteve de certo modo constante.

104 102 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Corrente de Partida Figura 59 Corrente de Partida. Durante a partida do compressor, houve um pico de corrente de 29, 3A. Isso se deve pelo fato da partida ser direta, sendo esperado uma corrente da ordem de 10 vezes a nominal. Embora seja uma corrente alta, não há prejuízo para o equipamento, nem para a instalação, uma vez que o pico ocorre num intervalo de tempo na ordem de milissegundos Fator de Potência Figura 60 Fator de Potência.

105 6.5. Elgin Silent 103 Conforme demonstra a figura, durante todo o ensaio o equipamento apresentou fator de potência 0, 99 indutivo, estando de acordo com a legislação brasileira Distorção Harmônica Figura 61 Distorção Harmônica de Tensão. A tensão de alimentação do condicionador de ar possui um THD de 1, 4% e um V RMS de 217, 3V. Portanto, está em conformidade com as normas estabelecidas. Mais uma vez, ficou claro que a componentes harmônicas responsáveis por essa pequena distorção da tensão, são as componentes de ordem 5 e 7. Figura 62 Distorção Harmônica de Corrente.

106 104 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Para a análise das correntes harmônicas, devemos analisar individualmente cada corrente. Pelo gráfico, observa a presença de correntes harmônicas ímpares de ordem 3, 5 e 7, e também a presença de corrente harmônica par de ordem 2. A tabela 20 compara os valores medidos pelos valores limites de corrente de ordem harmônica. Tabela 20 Comparação de correntes harmônicas. Ordem Harmônico Máxima Corrente Permitida [A] Corrente Medida [A] 2 1,08 0, ,30 0, ,14 0, ,77 0,075 Portanto, todas as componentes harmônicas de corrente estão de acordo com as normas internacionais Coeficiente de Eficiência Energética Na figura 55 vemos que esse condicionador de ar se enquadra na classe C, e portanto, não possui o selo Procel. Se tomarmos como base a capacidade de refrigeração dada pelo fabricante, que é de 2, 64kW, e utilizarmos como medida elétrica o maior valor medido durante o ensaio, 0, 87kW. Temos que: CEE = 2, 64 0, 87 = 3, 03 (6.5) De acordo com a figura 72, a classe de eficiencia energética do condicionador de ar passaria a ser B, porém ainda não receberia o selo Procel. 6.6 Condicionador de Ar de Janela Gree Dados de Catálogo e Procedimentos Condicionador de ar de Janela Gree modelo GJ7-22RM/E. O equipamento refrigera um ambiente de 15m 2 com um pé direito de 2, 70m.

107 6.6. Condicionador de Ar de Janela Gree 105 Tabela 21 Dados técnicos fornecidos pelo fabricante. Fonte: Gree (2003). Dados de Fabricante Capacidade Refrigeração kw/(btu/h) 2,1/(7000) Potência (W) 670 Corrente (A) 3,05 Alimentação (V) 220 Frequência (Hz) 60 Eficiência Energética (W/W) 3,06 Compressor Rotativo Figura 63 Condicionador de Ar de Janela Gree.

108 106 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Resultados Obtidos Consumo e Temperaturas Interna e Externa Figura 64 Potência Ativa. Figura 65 Temperatura Interna e Extena. Analisando o gráfico de consumo, vemos que no início do ensaio, a potência medida foi de 640W por um pequeno período, e logo após, se estabeleceu constante durante todo o restante do experimento em 620W. Em nenhum momento do ensaio o compressor foi desligado. Observando então, as curvas de temperatura, observamos que a temperatura interna, durante todo o experimento, se manteve acima dos 27 C. Existem vários fatores que

109 6.6. Condicionador de Ar de Janela Gree 107 possam ter influenciado o resultado, um deles é o fato da temperatura externa elevada, em torno de 33 C. Se acrescentarmos isso, com o fato do ambiente ser muito grande para uma capacidade de refrigeração pequena, podemos explicar o fato do condicionador de ar ter dificuldade na refrigeração do ambiente Corrente de Partida Figura 66 Corrente de Partida. Assim como todo os aparelhos condicionadores de ar que não possuem tecnologia inverter, o motor elétrico que gira o compressor é ligado por partida direta, causando assim um pico de corrente durante a partida. Dessa forma, observa um pico de 23, 7A durante um pequeno período de tempo. Embora o pico apresente uma corrente de aproximadamente 8 vezes a corrente nominal do equipamento, por se tratar de um período de milissegundos, a instalação e o equipamento não são comprometidos.

110 108 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Fator de Potência Figura 67 Fator de Potência. Conforme demonstra a figura, durante todo o ensaio o equipamento apresentou fator de potência 0, 99 indutivo, estando de acordo com a legislação brasileira Distorção Harmônica Figura 68 Distorção Harmônica de Tensão. A tensão que alimenta o condicionador de ar apresentou um THD de 1, 5% e um V RMS de 217, 1V, estando de acordo com as normas.

111 6.6. Condicionador de Ar de Janela Gree 109 Assim como nos experimentos anteriores, essa pequena distorção foi causada devido as componentes de ordem 5 e 7. Figura 69 Distorção Harmônica de Corrente. Para a análise da distorção harmônica da corrente, devemos observar cada corrente de maneira individual. Das componentes impares, temos uma maior relevância das correntes de ordem 3, 5 e 7. Enquanto que das componentes pares, temos uma maior relevância da componente de segunda ordem. Dessa forma, temos: Tabela 22 Comparação de correntes harmônicas. Ordem Harmônico Máxima Corrente Permitida [A] Corrente Medida [A] 2 1,08 0, ,30 0, ,14 0, ,77 0,0577 Portanto, todas as componentes estão de acordo com as normas internacionais Coeficiente de Eficiência Energética Embora não mostrada aqui, este condicionador de ar possui uma ENCE e classe A de eficiência energética, recebendo o selo Procel. O coeficiente de eficiência energética desse equipamento é de 3,06. Haja visto que condicionadores de ar do tipo janela possuem critérios de avaliação diferentes do que condicionadores do tipo Split.

112 110 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Se tomarmos como base a capacidade de refrigeração dada pelo fabricante, 2, 10kW, e o máximo valor de potência medido durante o experimento, 0, 64kW, teremos o seguinte coeficiente de eficiência energética. CEE = 2, 10kW 0, 64kW = 3, 28 (6.6) O que garantiria a classificação do equipamento como classe A. 6.7 Discussão e Considerações Finais Consumo Com base nos dados de consumo obtidos nos ensaios de cada equipamento, podemos fazer algumas considerações e comparações, afim de obter o equipamento mais eficiente. A tabela 23 compara os valores de potência nominal do equipamento de acordo com o fabricante, com os valores médios obtidos durante o ensaio. Tabela 23 Comparação Potência Medida. Equipamento Potência Nominal (Fabricante) Potência Média (Ensaio) Brastemp Ative! 895W 538W 0,60 Fujitsu Inverter 2320W 1360W 0,58 Elgin Silent 950W 838W 0,88 Gree 670W 614W 0,92 P M PN Dessa forma, é possível comparar, através da razão entre potência dada pelo fabricante e potência média medida durante o ensaio, o consumo dos equipamentos. Como já era algo previsto, o condicionador de ar Fujitsu Inverter foi o que obteve os melhores resultados, que devido à tecnologia inverter, conforme o gráfico na figura 49, fez com que o equipamento consumisse quase a metade da potência nominal durante boa parte do experimento. Provavelmente, se o experimento se prolongasse por mais algumas horas, seria possível obter uma razão potência nominal/potência média ainda mais baixa. No entanto, o condicionador de ar Brastemp Ative! alcançou um resultado bastante surpreendente. Embora seja um condicionador de ar convencional, os resultados foram bastante próximos dos obtidos com a tecnologia inverter. Por outro lado, os condicionadores de ar Elgin Silent e Gree Janela, tiveram resultados ruins. Um dos motivos desse resultado é o fator dos equipamentos terem trabalhados em regime pleno durante todo o experimento, e por outro lado, trata-se de equipamentos menos eficientes.

113 6.7. Discussão e Considerações Finais Corrente de Partida Os condicionadores de ar convencionais são ligados através de partida direta, o que implica em um pico de corrente na partida na ordem de 10 vezes a corrente nominal. Enquanto que com a tecnologia inverter, o motor do compressor é acionado no modo rampa, garantindo uma partida suave e sem picos de corrente. A tabela 24 relaciona as correntes nominais dadas pelo fabricante, com as respectivas correntes medidas durante a partida do motor. Tabela 24 Comparação Corrente de Partida. Equipamento Corrente Nominal [A] Corrente de Partida [A] Brastemp Ative! 4,30 29,70 Fujitsu Inverter 10,70 4,86 Elgin Silent 4,40 29,30 Gree 3,05 23,70 Observe que a corrente de partida do motor do condicionador de ar Fujitsu Inverter é menor que a corrente nominal, isso se deve pelo inverter, que aciona o motor no modo rampa Fator de Potência Todos os equipamentos condicionadores de ar ensaiados, apresentaram um fator de potência de acordo com a atual legislação brasileira. Os equipamentos convencionais apresentaram, todos, um fator de potência de 0, 99. Enquanto que o condicionador de ar Fujitsu Inverter variou o fator de potência entre 0, 98 e 0, 95. Portanto, todos os equipamentos apresentaram altos valores de fator de potência e então, não há a necessidade de correção Distorção Harmônica Todos os equipamentos ensaiados, foram alimentados com uma tensão que apresentava uma distorção harmônica total (THD) dentro dos exigidos pela ANEEL, ou seja, menor que 5%. E portanto, os resultados de distorção de corrente aqui apresentados, são os resultados apresentados em uma instalação habitual. Embora não haja nenhuma norma brasileira que restrinja o nível de distorção harmônica de corrente individual por equipamento condicionador de ar, foi usado como referência a norma internacional IEC E dessa forma, pode-se verificar que todos equipamentos apresentaram distorção harmônica de corrente de acordo com a norma internacional.

114 112 Capítulo 6. Técnicas, Ensaios e Resultados Conforme os equipamentos adquirem mais tecnologia, o uso de componentes nãolineares é cada vez mais significativo. Surge então a necessidade de equipamentos mais modernos utilizarem filtros com o objetivo de se adequarem aos níveis de distorção exigidos pelas normas, permitindo assim sua comercialização Coeficiente de Eficiência Energética Para a obtenção de um coeficiente de eficiência energética, foi obtido o máximo valor de potência obtida durante o ensaio de cada equipamento, e se assumiu a capacidade de refrigeração divulgada pelo fabricante. Tabela 25 Comparação Coeficiente de Eficiência Energética. Equipamento CEE (Fabricante) CEE (Ensaio) Brastemp Ative! 3,21 3,38 Fujitsu Inverter 3,41 3,91 Elgin Silent 3,00 3,03 Gree 3,06 3,28 Todos os equipamentos apresentaram o coeficiente de eficiência energética com valores próximos aos divulgados pelo fabricante, mostrando que os valores apresentados na ENCE são realmente confiáveis, assim como suas respectivas classificações. 6.8 Considerações Finais do Capítulo A edificação é parte importante a ser considerada no condicionamento de ar. Ao utilizar materiais que garantem uma baixa transmitância térmica na cobertura e paredes externas, cores com baixa absortância solar, proteções solares, entre outras técnicas, é possível reduzir o ganho da carga térmica da edificação, tornando-a mais eficiente. Por outro lado, é imprescindível o uso de equipamentos condicionadores de ar eficientes. Através das medições foi possível validar as classificações divulgadas pelo INMETRO através da ENCE, sendo que, a maior parte dos equipamentos ensaiados apresentou a mais alta classificação de eficiência energética, obtendo assim o selo Procel de Economia de Energia.

115 113 7 Conclusão O uso de energia elétrica em aparelhos de ar condicionado tem sido crescente, porém os setores comerciais e residenciais apresentam projeções de crescimento maior que os demais. O consumo final por esses setores é quase que todo dominado por condicionadores de ar e dispositivos de iluminação. Sendo que a maior parte dos equipamentos condicionadores de ar corresponde a equipamentos individuais de pequeno porte do tipo split e/ou janela. A possibilidade de conservação de energia por parte desses dispositivos é muito grande, de forma que, qualquer medida que promova a eficiência energética apresentará impactos bastantes relevantes. A principal medida até então implementada é a adoção de um índice mínimo de eficiência energética para aparelhos condicionadores de ar. Desde a sua criação, até os dias de hoje, a eficiência desses equipamentos evoluiu bastante. No entanto, os índices praticados no Brasil ainda estão muito aquém do praticado em outros mercados, como Japão e China. Através das medições em alguns equipamentos com diversos índices de eficiência, podese observar que o intervalo entre o aparelho menos e mais eficiente foi de 3, 03 a 3, 91. Embora a menor classificação de eficiência energética obtida via medição seja B, esse equipamento não poderia ser comercializado em um mercado como o dos Estados Unidos, que adota um índice mínimo de 3,80 W/W. Outro fator relevante que influência na eficiência do condicionamento do ambiente é a própria edificação. Desde a criação do RTQ é possível classificar a edificação quanto à sua eficiência, analisando critérios sobre a envoltória, sistema de iluminação e sistema de condicionamento de ar. Para a edificação, a envoltória deve receber atenção especial. Deve ser priorizado o uso de matérias com baixa transmitância térmica, cores claras que absorvem pouca radiação solar e o uso de dispositivos de sombreamento nas aberturas da fachada. Um dispositivo extremamente importante é o brise que permite o sombreamento vertical e/ou horizontal. Porém, foi constatado que é um elemento pouco utilizado nas edificações brasileiras. Com a necessidade cada vez maior de se otimizar a eficiência energética da edificação e torná-la cada vez mais sustentável, engenheiros mecânicos, eletricistas e civis e arquitetos têm optado pelo processo de projeto integrado, onde todas as equipes trabalham juntas, na qual cada profissional opina sobre sua especialidade, fazendo com que seja possível prever um melhor aproveitamento energético por parte da edificação. Quanto à eficiência do sistema de condicionamento de ar, o RTQ classifica conforme

116 114 Capítulo 7. Conclusão a classe apresentada na ENCE. Por meio de medições foi possível verificar que os valores apresentados na ENCE se comprovam na prática, supondo que a potência de refrigeração seja de fato aquela constante da placa do fabricante. Todos os equipamentos ensaiados apresentaram altos valores de fator de potência, assim como distorções de correntes harmônicas compatíveis com os recomendados pelo IEC. Foi possível observar também o funcionamento da tecnologia inverter, que permite a variação na velocidade de rotação do compressor, diminuindo o consumo do equipamento. Como pôde ser observado, o aparelho inverter com potência nominal de 2, 32kW, apresentou um consumo médio de 1, 36kW, sendo que para longos períodos de tempo o consumo tenderia a ser menor. Portanto, nota-se um forte crescimento da eficiência energética na construção civil, implicando em edifícios com melhor aproveitamento térmico e reduzindo assim o consumo de energia elétrica. Quanto à eficiência dos equipamentos ainda há um longo caminho a ser percorrido. Um primeiro passo seria adotar um índice mínimo de eficiência energética mais exigente para aparelhos condicionadores de ar, pois na grande maioria, os mesmos fabricantes que comercializam os equipamentos em países como Japão e China, comercializam equipamentos com eficiência inferior no Brasil. 7.1 Sugestões para Trabalhos Futuros Realizar medições em diversos modelos de condicionadores de ar utilizando um maior número de sensores de temperatura alocados em pontos estratégicos do ambiente condicionado, obtendo assim dados de temperatura mais precisos.

117 115 Referências ABNT. Desempenho térmico de edificações Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social , 54, 79, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 ANEEL. PRODIST - Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional - Modulo Banco Central do Brasil. Taxa de Crescimento Anual do Produto Interno Bruto Visualizado em Janeiro de , 33 BODACH, S.; HAMHABER, J. Energy efficiency in social housing: Opportunities and Barriers from a case study in Brazil. Cologne, Brastemp. Condicionadores de Ar Split ative! São Paulo, , 87 CARLO, J.; GHISI, E.; LAMBERTS, R. The use of computer simulation to establish energy efficiency paramaters for a building code of a city in brazil. Eighth International IBPSA Conference, p , Agosto CARLO, J.; PEREIRA, F.; LAMBERTS, R. Iluminação natural para redução do consumo de energia de edificações de escritório aplicando propostas de eficiência energética para o código de obras do recife. X ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, Julho DECKMANN, S.; POMILIO, J. Avaliação da Qualidade de Energia Elétrica. Campinas: [s.n.], Universidade Estadual de Campinas. 12, 62 ELETROBRAS PROCEL. Sistemas de Ar Condicionado. Rio de Janeiro, , 83, 84 ELETROBRáS. Resultados Procel Ano Base Rio de Janeiro, ELGIN. Manual de Instalação. São Paulo, , 101 EPE. Projeção da demanda de energia elétrica para os próximos 10 anos ( ). Rio de Janeiro, EPE. Balanço Energético Nacional 2016: ano base Rio de Janeiro, , 29, 32 FERRAZ, I. O desempenho térmico de um sistema de cobertura verde em comparação ao sistema tradicional de cobertura com telha cerâmica. 150 p. Dissertação (Mestrado) Universidade de São Paulo, São Paulo, FOSSATI, M.; LAMBERTS, R. Eficiência energética da envoltória de edifícios de escritórios de florianópolis: discussões sobre a aplicação do método prescritivo do rtq-c. Ambiente Construído, v. 10, p , Junho , 81, 82 FOURNIER, A.; PENTEADO, C. Energia Elétrica no Setor Residencial à Luz do Consumo Consciente: Resultados do Estudo de Caso no Município de Santo André (SP). Florianópolis,

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120

121 119 8 Anexos Figura 70 Classes de Eficiência Energética para Condicionadores de Ar Janela. Fonte: INMETRO. Figura 71 Classes de Eficiência Energética para Condicionadores de Ar Split. Fonte: INMETRO.

122 120 Capítulo 8. Anexos Figura 72 Zoneamento Bioclimático Brasileiro.Fonte: ABNT (2003).

123 Figura 73 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Fonte: ABNT (2003). 121

124 122 Capítulo 8. Anexos Figura 74 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Fonte: ABNT (2003).

125 Figura 75 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Fonte: ABNT (2003). 123

126 124 Capítulo 8. Anexos Figura 76 Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Fonte: ABNT (2003).