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Sistema de Free Cooling: Eficiência Energética

O free cooling é um sistema capaz de aproveitar a diferença de temperatura com o ambiente externo para resfriar os ambientes internos sem a necessidade de utilizar sistemas de refrigeração

Com a chegada da temporada de verão e o aumento das temperaturas, o uso do ar condicionado é cada vez mais frequente. Às vezes, o ar condicionado é utilizado de forma exagerada, tornando-se um risco para a saúde e um problema em termos de consumo de energia.

Para reduzir o uso excessivo dos sistemas de refrigeração e conter os custos energéticos, existem soluções que aproveitam ao máximo as condições climáticas externas, especialmente quando são mais confortáveis do que o ambiente interno.

Uma dessas soluções é a tecnologia free cooling, um sistema de climatização natural que pode ser implementado até mesmo através de um simples sistema de ventilação mecânica.

A ventilação mecânica é um recurso importante para lidar eficazmente com o problema da poluição interna e prevenir potenciais riscos para a saúde dos ocupantes dos edifícios.

Além disso, os melhores sistemas de ventilação mecânica controlada são equipados com free cooling. É fundamental conhecer também as ferramentas apropriadas para projetar de forma otimizada esse tipo de sistemas. Com um software BIM de sistemas MEP é possível gerenciar todas as fases do projeto, desde a concepção até a implementação.

VMC - Edificius-MEP software

Esquema de Ventilação mecânica controlada (VMC) com Edificius-MEP software

O que é o free cooling

O free cooling permite resfriar os espaços internos aproveitando apenas o ar externo de reciclo, dado que consente manter uma temperatura mais confortável. Aproveita a diferença de temperatura com o ambiente externo para resfriar os ambientes internos, sem a necessidade de utilizar o sistema de refrigeração e, portanto, consumindo menos energia.

É uma tecnologia amplamente utilizada no campo industrial, em shoppings, data centers e instalações esportivas, mas também está se tornando popular em ambientes domésticos.

De fato, em ambientes domésticos, esse mecanismo pode ser útil principalmente no verão, quando, à noite, a temperatura externa é mais fresca do que a interna, mas também durante as estações intermédias.

Existem 2 tipos de resfriamento natural:

  • free cooling direto: ocorre quando o ar externo é introduzido diretamente em um ambiente interno, com temperatura mais alta respeito à externa. Por exemplo, através do uso de um sistema de ventilação mecânica;
  • free cooling indireto: ocorre quando a temperatura da fonte fria é transferida para o circuito de distribuição interno através de um trocador de calor. Por exemplo, em sistemas geotérmicos, pode-se isolar a bomba de calor e fazer com que o circuito de distribuição interno interaja, através de um trocador, com a mistura proveniente da sonda à temperatura do solo. A bomba de calor não consumirá energia elétrica: o resfriamento dos ambientes é realizado sem o uso de eletricidade.

Free cooling direto

Esse tipo de sistema pode ser implementado tanto em sistemas de ar de volume variável quanto constante e é particularmente adequado para regiões mediterrâneas, onde a umidade raramente ultrapassa os 70% na maior parte do ano.

O free cooling direto é o mais escolhido por grandes estabelecimentos comerciais que precisam permanecer frescos mesmo quando estão lotados: o ar externo, geralmente mais frio do que o interno, circula nos ambientes, contribuindo para oxigenar e refrescar a estadia dos visitantes. Por sua natureza, o free cooling direto também é adequado para as estações intermédias.

Free cooling indireto

Nesse tipo de sistema, a água do circuito de distribuição é resfriada usando duas fontes: um sistema geotérmico com uma bomba de calor ou ar externo.

Em sistemas geotérmicos com distribuição por painéis radiantes, é possível resfriar naturalmente os ambientes fazendo circular nos painéis radiantes a água de retorno das sondas geotérmicas, isolando a bomba de calor com um desvio. A temperatura adquirida do solo é transferida para o circuito de distribuição através de um simples trocador de calor.

O ar externo também pode ser usado para resfriar a água do sistema, mas, nesse caso, é necessário que haja condições climáticas favoráveis, sem temperaturas externas muito altas.

Ventilação mecânica controlada com free cooling

A ventilação mecânica controlada (VMC) é um sistema projetado para garantir a renovação do ar entre o interior e o exterior dos edifícios. Durante esse processo, os principais parâmetros que influenciam a qualidade do ar, como a temperatura e a umidade, são gerenciados e mantidos.

O funcionamento desses sistemas é simples: o ar interno é expelido passando primeiro por um trocador de calor que tem a função de reter parte do calor.

O próximo passo é trazer o ar de fora e fazê-lo entrar. O ar de fora também passa pelo mesmo trocador de calor anterior, que lhe transmitirá o calor armazenado anteriormente.

Durante os períodos de verão caracterizados por calor intenso, a umidade elevada se torna um fator crítico que intensifica a percepção do calor. A maioria dos sistemas de ventilação mecânica controlada possui dispositivos de desumidificação que ajudam a mitigar esse efeito.

Os sistemas de ventilação mecânica com free cooling permitem uma troca eficaz do ar quente de verão, especialmente durante as horas noturnas, aproveitando o resfriamento e a desumidificação naturais do ar externo. Essa tecnologia aproveita a diferença de temperatura entre os ambientes internos e externos para garantir conforto sem a necessidade de usar ar condicionado.

Através da adoção dessa tecnologia, o sistema regula automaticamente a atividade do trocador de calor com base na temperatura do ar externo, reduzindo significativamente o consumo de energia. Os sistemas de VMC não apenas garantem a qualidade do ar nos ambientes internos, mas também oferecem uma oportunidade concreta para reduzir os consumos energéticos associados ao resfriamento de verão.

Além disso, os consumos energéticos dos sistemas de VMC com free cooling são muito inferiores aos sistemas de climatização tradicionais, mesmo aqueles com a melhor classificação energética, tornando-os uma solução altamente eficiente do ponto de vista energético.

Free cooling: vantagens e desvantagens

O sistema de resfriamento natural dos ambientes aproveita apenas a diferença de temperatura com o ambiente externo.

Portanto, um sistema de free cooling não requer um sistema de refrigeração específico, ou seja, máquinas projetadas para facilitar a troca de calor. Assim, graças ao seu funcionamento com consumo zero de energia para condicionamento do ar, também permite uma economia significativa nas contas de energia.

Além disso, é um sistema baseado em tecnologia simples que requer pouca manutenção, principalmente relacionada à limpeza periódica do radiador.

Entre as desvantagens, há uma potência dissipada reduzida em comparação com outros sistemas, o que resulta em uma menor eficácia na dissipação de calor e sua dependência das condições ambientais. Além disso, é sempre necessário prever a presença de sistemas de climatização dedicados adequadamente configurados para levar em consideração também o sistema de free cooling.

Adotar essa tecnologia, onde o clima permite, pressupõe, portanto, um investimento inicial mais alto do que o exigido pelos sistemas de expansão direta ou de água refrigerada sem free cooling, razão pela qual muitas vezes é descartado devido à visão estreita na avaliação dos retornos econômicos a longo prazo.

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