A norma brasileira de ar condicionado ABNT NBR 16401-3 está em revisão, e, possivelmente, será apresentada em breve para apreciação pública. Mas ainda há muita discussão frente às propostas.
De acordo com Mario Sérgio Almeida, presidente do DNPC da Abrava e diretor da MSA Engenharia, a metodologia de cálculo de vazão de ar exterior adotada para a nova versão da norma foi modificada em atendimento às exigências da qualidade do ar pelo próprio mercado de ar condicionado.
“Houve um grande avanço no cálculo da vazão de ar exterior tratado, a fim de promover a renovação de ar interior, com o propósito de manter a concentração de CO2 metabolizado no nível estabelecido pelo profissional de projetos. Doravante, será possível definir qual a concentração de dióxido de carbono desejada para o ambiente climatizado, e, desta forma, garantir que o resultado seja alcançado”, explica Almeida.
Ele acredita que a fonte de ar externo disponível será de fundamental importância, visto que a concentração de dióxido de carbono varia a depender do local de sua captação, pois quando a única fonte disponível de ar exterior estiver contaminada por determinados poluentes, como em centros urbanos, terminais aeroportuários e rodoviários, e em certas indústrias químicas e petroquímicas, a instalação de dispositivos específicos para retirar esses poluentes do ar de renovação deve ser avaliada e decidida em comum acordo entre o projetista e o contratante. As novas vazões de ar de renovação a serem estabelecidas na ABNT NBR 16401-3 independem da capacidade, ou do tipo de instalação, isto quer dizer que todas as instalações de ar condicionado devem adotar renovação de ar exterior, com exceção para as instalações de ar condicionado residencial, que não fazem parte do escopo da nova norma.
“O dióxido de carbono – CO2, gás pouco reativo, tornou-se um parâmetro de controle da qualidade de ar interno, e sua efetiva concentração alcança média mundial de 400 ppm, podendo chegar a valores superiores a 500 ppm nos centros urbanos. Podemos inferir que o dióxido de carbono é um marcador químico cuja quantificação é um indicador da presença de outros contaminantes típicos de ambientes internos climatizados, como odores de efluentes biológicos emitidos pelos ocupantes do ambiente. A orientação da metodologia de cálculo para as novas vazões de ar exterior foram a partir das seguintes informações: concentração de dióxido de carbono do ar externo, características físicas do ambiente (comprimento, largura e altura), quantidade de pessoas que ocupam o ambiente, atividade física dos ocupantes do ambiente, e fator de diversidade de ocupação”, informa Almeida.
Para Oswaldo Bueno, diretor da Oswaldo Bueno Engenharia e coordenador do CB 55 da Abrava, as alterações mais significativas quanto à qualidade do ar são a renovação e filtragem do ar. Na renovação do ar, o cálculo baseado no CO2 (marcador referência não tóxico) é em função de pessoas, medindo o metabolismo (atividade) e quantidade, apresentando o resultado em duas colunas com um diferencial de 500 ppm (maior vazão, prevendo que a concentração do CO2 no ar externo possa atingir 500 ppm) e com 700 ppm a menor vazão. “É muito importante o procedimento de cálculo do CO2 e do filtro de ar, que está detalhado, permitindo ao projetista atender o seu cliente, mesmo nas condições mais adversas”, enfatiza Bueno.
“Com o novo processo de cálculo estaremos acima dos valores mínimos da NBR 16401, de 2008. Com o cálculo poderemos escolher o melhor valor para as condições internas e externas do local, bem como das pessoas no ambiente com ar condicionado. Na NBR 16401 – parte 3, de 2008, o valor da vazão de ar obedecia a uma soma de dois valores: um referente às pessoas e outro referente a área, seguindo a Ashrae 62.1 da época. Hoje, continuamos a calcular os dois valores, pessoas e área, mas comparamos os dois e adotamos o maior, partindo do princípio que a renovação de ar irá diluir os contaminantes, devido às pessoas, e à área de piso. O CO2 na verdade é um marcador, uma referência para outros contaminantes liberados pelas pessoas. Os estudos mostraram que com 1.000 ppm de concentração de CO2 temos um bom desempenho nas tarefas que exijam concentração e ou aprendizado (escolas) e que a partir de 1.200 ppm de CO2 começamos a reduzir a nossa eficiência no trabalho e no aprendizado. É importante afirmar que é a concentração de CO2 resultante das pessoas que liberam uma série de contaminantes que, estes sim, tornam o ambiente de difícil concentração. Um teste foi feito com 3.500 ppm de CO2, mas químico, sem a concentração dos contaminantes gerados pelas pessoas; as pessoas continuaram sem perceber e sem perda de eficiência, mas no ambiente com 3.500 ppm devido às pessoas e seus contaminantes, estas se sentiram indispostas e reduziram a capacidade de trabalho”, afirma Bueno.
O presidente do DNPC orienta que, de acordo com a nova metodologia de cálculo para a renovação de ar exterior, é necessário basicamente as seguintes informações: concentração de dióxido de carbono do ar externo, características físicas do ambiente (comprimento, largura e altura), quantidade de pessoas que ocupam o ambiente, atividade física dos ocupantes do ambiente, e fator de diversidade de ocupação.
Com estes dados será possível atender ao Passo 1: Cálculo da vazão eficaz.
A vazão eficaz de ar exterior Vef1 é diretamente relacionada à quantidade de pessoas presentes.
A vazão eficaz de ar exterior Vef2 é diretamente relacionada à área do ambiente.
São calculadas pelas equações:
Vef1 = Pz * Fp * D (1) Ou Vef2 = Az * Fa (2)
Sendo:
– Vef é a maior vazão eficaz de ar exterior adotada entre Vef1 e Vef2, expressa em litros por segundo (L/s);
– Fp é a vazão por pessoa, expressa em litros por segundo por pessoa (L/s*pessoa);
– Fa é a vazão por área útil ocupada, expressa em litros por segundo por área útil ocupada (L/s*m²);
– Az é a área útil ocupada pelas pessoas, expressa em metros quadrados (m²);
– D é o fator de diversidade de ocupação (que corrige somente a fração do ar exterior relacionada às pessoas).
Os valores a adotar para Fp e Fa constam na Tabela 1, conforme modelo reduzido.
Já para calcular a vazão suprida na zona de ventilação, o Passo 2:
Vazão a ser suprida na zona de ventilação – Vz
É a vazão eficaz corrigida pela eficiência da distribuição de ar na zona.
É calculada pela seguinte equação (3):
Vz = Vef / Ez (3)
Sendo:
Vz é a vazão de ar exterior a ser suprida na zona de ventilação;
Ez é a eficiência da distribuição de ar na zona.
A Tabela 2 estipula os valores a adotar para Ez.
A seguir, o Passo 3 para calcular Vs – Vazão de ar exterior a ser suprida pelo tipo de sistema – Vs:
– Sistema com zona de ventilação única: Para sistemas de ventilação, onde um ou mais climatizadores insuflam uma mistura de ar exterior e ar recirculado para somente uma zona de ventilação, a vazão na tomada de ar exterior (Vs) deve ser determinada de acordo com a Equação 4.
Vs = Vz (4)
– Sistema com zonas múltiplas suprindo 100% de ar exterior: Para sistemas de ventilação onde um ou mais climatizadores insuflam somente ar exterior para uma ou mais zonas de ventilação, a vazão da tomada de ar exterior (Vs) deve ser determinada de acordo com a Equação 5.
Vs = ∑ Vz (5)
– Sistema com zonas múltiplas suprindo mistura de ar exterior e ar recirculado: Para sistemas de ventilação onde um ou mais climatizadores insuflam uma mistura de ar exterior e ar recirculado para mais do que uma zona de ventilação, a vazão da tomada de ar exterior (Vs) deve ser determinada de acordo com as Equações 6 e 7.
A seguir, o Passo 4 para calcular o Zae: Fração primária de ar exterior – Zae
A fração de ar exterior primária (Zae) deve ser determinada para as zonas de ventilação de acordo com a Equação 6.
Zae = Vz / Vt (6)
O valor de Zae adotado é o maior valor encontrado em todas as zonas de ventilação. Para sistemas VAV, Vt é a vazão mínima de projeto. Quando a fração de ar exterior primária Zae apresentar resultado maior que 0,55 em alguma zona de ventilação, aumentar a vazão mínima de projeto na respectiva zona de ventilação para reduzir o valor de Zae, de forma a ficar ≤ 0,55.
E, por fim, o Passo 5 para calcular, a partir da eficiência do sistema de ventilação, a vazão de ar exterior Vs.
– Eficiência do sistema de ventilação: O valor da eficiência do sistema de ventilação (Ev) deve ser determinado de acordo com a Tabela 3.
– Vazão de ar exterior – Vs – A vazão de ar exterior (Vs) deve ser determinada de acordo com a Equação 7.
Vs = ∑ Vz / Ev
Ainda sobre a questão da renovação do ar exterior, de acordo com José Augusto Senatore, gerente técnico da AAF, considerando os critérios mínimos para a diluição de CO2, que ainda devem ser respeitados, a quantidade de ar externo admitido no sistema pode ser um importante aliado para o controle de contaminantes internos.
“Esse balanceamento de fluxos deve ser considerado pelo projetista, principalmente tendo em vista a qualidade do ar externo, nível de filtragem no ar externo e consumo energético. No caso de um ar externo de baixa qualidade, o sistema de filtragem a ser dimensionado deve ser capaz de assegurar que a contaminação interna não seja aumentada. Existia uma tendência de minimizar a vazão de ar externo visando a redução do consumo de energia. Essa abordagem pode ser importante, desde que haja uma medição de gases dentro dos ambientes, a fim de assegurar que não haverá efeitos na saúde e bem-estar dos ocupantes. Por outro lado, com a evolução técnica dos componentes de AVAC, filtros de maior vida útil e menor perda de carga, além de recuperadores de energia, uma abordagem pela redução da vazão de ar externo tende a ser reconsiderada, uma vez que já é possível atingir níveis razoáveis de consumo energético, mesmo com taxas elevadas de ar externo. Neste sentido, a responsabilidade do projetista aumenta muito, uma vez que estão disponíveis diversos componentes capazes de influenciar em sua estratégia para assegurar a qualidade do ar necessária aos ocupantes. Como mencionado, a influência do ar externo está na capacidade de diluição dos contaminantes internos. Logicamente, tanto o ar que é admitido como o ar que é recirculado devem ser filtrados. Atualmente é possível dizer que a eficiência dos sistemas de filtragem de ar externo deve, a grosso modo, ser capaz de reter cerca de 60% das partículas PM 2.5. Isso é o que vem ocorrendo na Europa, mas, de todo modo, o sistema a ser desenhado depende das condições individuais de cada instalação, garantindo a qualidade do ar interno conforme recomendação da norma”, afirma Senatore.
Impacto na distribuição, filtragem e trocas de ar
“No que diz respeito a difusores e grelhas, o impacto está na forma de distribuição do ar no ambiente, assim como a remoção do material particulado, com as seguintes propostas:
- Por mistura – o ar é insuflado por cima em baixa temperatura (10ºC a 15ºC) e, ao se misturar acima da zona de ocupação com o ar do ambiente, aumenta a temperatura e dilui os contaminantes. O ar de retorno removerá parte dos contaminantes e o ar na temperatura do ambiente; o fluxo de ar é turbulento.
- Insuflação pelo piso – o ar é insuflado com uma temperatura em torno de 16ºC e, ao se misturar na zona de ocupação com o ar do ambiente, ele aumenta a temperatura e dilui os contaminantes; o ar de retorno removerá parte dos contaminantes e o ar na temperatura do ambiente, o fluxo de ar é turbulento;
- Por deslocamento – o ar é insuflado em pontos definidos pelo projeto, junto a elementos estruturais – paredes e colunas -, ao nível do chão e com temperatura em torno de 16ºC; o ar, ao encontrar uma região mais quente, irá formar uma pluma (efeito chaminé) com o ar aquecido, mais leve, subindo até o forro e carregando o material particulado, a uma temperatura maior que a do ambiente; o fluxo de ar é semelhante ao unidirecional, é o mais eficiente em termos de remoção de material particulado”, explica Bueno.
Em relação aos níveis de filtragem estabelecidos pela nova versão da Norma, Bueno diz que serão apresentadas tabelas em função de número de movimentações de ar, número de renovações de ar, vazão de ar em função da carga térmica e fator de calor sensível, e quantidade de partículas PM 2.5 no ar externo e geradas internamente. “Com estes elementos será possível consultar a tabela e, em função da qualidade do ar interior condicionado PM 2.5 em microgramas por m³, será escolhido o filtro de ar externo (obrigatório) e o do ar de insuflação. O cálculo é para assegurar uma concentração de PM 2.5 de 25 microgramas/m³, no máximo 35 microgramas/m³. São usados filtros de G4 a F9, dependendo das características do ambiente condicionado.”
Casos como vigas frias, tetos frios e mini split, que não possuem filtros com eficiência para partículas PM 2.5, a vazão do ar externo é calculada em função das características do ar externo (particulado) e da geração do ambiente para partículas PM 2.5. “Para assegurar a qualidade do ar interno nestes casos, dependemos totalmente do ar externo. Ainda em relação à qualidade do ar captado, a influência é no filtro do ar externo, sempre superior a M5, podendo ser necessário F9, mas a maior dependência está no filtro do ar insuflado do equipamento”, completa Bueno.
Almeida acrescenta que no item 10 da ABNT NBR 16401-1 – Distribuição do Ar – Projeto, item 10.1, Traçado da rede de dutos -, estão sendo desenvolvidos apontamentos relativos aos projetos dos dutos tronco de insuflação; no item Dimensionamento, estão sendo aplicadas considerações sobre relações de pressão estática, gerenciamento de fogo e fumaça, isolamento dos dutos, vazamento dos dutos, ruído do duto e do sistema, ensaios e balanceamento, metodologia de cálculo de dutos, tipos e materiais de construção de dutos metálicos e dutos flexíveis, assim como de dutos fabricados em painéis pré-isolados e dutos de material fibroso. As mudanças ainda estão em desenvolvimento. No que diz respeito aos difusores e grelhas, a Parte 9 da ABNT NBR 16401-1 trata da difusão de ar e estão sendo introduzidas observações no item 9.1, requisitos gerais, e 9.2, relativamente à seleção de grelhas e difusores.
“A forma de distribuição do ar através de grelhas e difusores tem influência na qualidade do ar, visto que a Tabela 2, Eficiência da Distribuição de Ar nas zonas de ventilação, da norma em vigência, estabelece índices pela forma como é distribuído o ar nos ambientes climatizados. Uma distribuição do ar exterior incorreta no ambiente produz uma depreciação na qualidade do ar, assim como gera desperdício energético. Quanto aos níveis de filtragem estabelecidos pela nova versão da Norma, a parte 3 da ABNT NBR 16401-3 apresenta uma nova visão sobre filtragem do ar. O trabalho desenvolvido pelo engenheiro Wili Hoffmann possui características inéditas de seleção de filtros. O trabalho abrange os diversos sistemas de projetos de ar condicionado, desde os mais simples com aparelhos splits até vigas frias. Os parâmetros de entrada de dados, como tempo de filtragem, volume do ambiente, geração de partículas PM 2,5 dentro do ambiente, vazão de insuflação, vazão de ar externo, vazão de expurgo (quando existir), concentração externa de partículas PM 2,5, irão permitir a seleção do filtro de ar externo e filtro de recirculação a partir da eficiência de filtragem que melhor atenda às necessidades do ambiente climatizado”, comenta o presidente do DNPC.
Senatore diz que é comum associar a distribuição do ar somente ao conforto do usuário do espaço condicionado. Entretanto, a difusão do ar tem um papel muito importante na diluição dos contaminantes internos do ambiente, e na extração desses contaminantes.
“Por isso, é fundamental um projeto adequado e que seja capaz de evitar estagnação de contaminantes (partículas e gases, normalmente VOCs) além de eventuais microrganismos. A nova Norma não deve estabelecer um tipo de filtro específico para cada aplicação, mas sim a qualidade do ar mínima necessária para garantir a saúde dos ocupantes. Neste sentido, o projeto deve considerar as características do ar externo ao ambiente em questão, a eventual geração de contaminantes internos, e, por fim, os níveis seguros de contaminantes para os ocupantes. Esta abordagem é uma tendência mundial, uma vez que a OMS (Organização Mundial de Saúde) determina critérios aceitáveis para a exposição de pessoas aos contaminantes PM (material particulado) e gases. Vale mencionar que a norma de classificação de filtros, coincidentemente, foi modificada e apresenta uma abordagem semelhante. Portanto, agora haverá uma maior sinergia entre as necessidades de projeto no que diz respeito à filtragem de material particulado e as classes de filtragem divulgadas pelos fabricantes”, informa.
William Aparecido da Silva, do departamento de produção da Filtracom, acrescenta ainda que, “tendo em vista que o conforto térmico está diretamente ligado à qualidade do ar, uma boa distribuição do ar é necessária para ter uma aprovação de 80% dos ocupantes do ambiente, no que se refere aos difusores. Já as grelhas, são necessárias para renovação do ar, controlando o nível de CO2. Vale lembrar que, quanto mais sujo for o ar captado, melhor deve ser a filtragem, exigindo a utilização de dispositivos e mais de um estágio de filtragem, segregando de forma escalonada o tamanho das partículas”.
Umidade e renovação do ar nos ambientes
Os parâmetros de umidade e temperatura da ABNT NBR 16401-2 mereceram uma atenção especial na sua reformulação e o trabalho está concluído, tendo sido, quase totalmente, elaborado pelo Prof. Dr. Robert Lambert, da Universidade Federal de Santa Catarina. O trabalho é totalmente novo e modifica a parte 2 da Norma, atualmente em vigência.(não faz sentido: abre falando da parte 2 e pula para a parte 3!)
“Atualmente, as instalações de ar condicionado são projetadas tanto para centros urbanos poluídos, quanto para zonas rurais sem poluição. Na revisão à ABNT NBR 16401-3 adicionou-se, além dos fatores anteriormente considerados Fa (fator de área) e Fp (fator de pessoa), os fatores de concentração de dióxidos de carbono, atividades físicas dos ocupantes do ambiente e fator de diversidade de ocupação. Partindo do princípio do valor do CO2 externo, a vazão de ar exterior será exatamente aquela necessária, considerando os fatores externos, tornando os resultados mais precisos e adequados às necessidades. Sobre o controle de umidade, os principais critérios são renovação de ar para melhor conforto e controle de concentração de dióxido de carbono. Uma boa alternativa é a utilização de sistemas com desumidificação química (cilindros higroscópicos com alta capacidade de adsorver umidade do ar). A Bry-Air Brasil fornece uma linha de equipamentos dedicados a este tipo de aplicação, o Ultima – DOAS, que trabalha exatamente a renovação de ar e eficiência energética em uma única solução”, considera Karin Teodorovicz, do marketing da Bry-Air Brasil.
Danilo Santos, sales manager da Munters Brasil, explica ainda que em áreas de climatização para conforto, a solução mais usada é a adoção de sistema dedicado para tratamento do ar exterior, mais conhecido como DOAS. “Nosso equipamento se utiliza de um cilindro dessecante reativado através do calor rejeitado do compressor de pré-resfriamento do ar externo, portanto utilizando o princípio do reaproveitamento de calor. Desta forma, a energia utilizada na desumidificação é a rejeitada pelo sistema DX, o que resulta em pouco dispêndio de energia. Hoje, a própria Ashrae 90.1 determina um índice mínimo de eficiência para este tipo de equipamento, o MRE (Moisture Removal Eficiency) e o equipamento acima descrito possui índice duas vezes superior ao exigido pela norma”.
Mário Sérgio de Almeida acredita que a nova metodologia de cálculo da ABNT NBR 16401-3 permite que a concentração de CO2 do ar externo seja incluída no cálculo de determinação do CO2 do ar interno através da equação de diluição. “Para locais onde a qualidade do ar externo atinja valores altos (acima de 500 ppm) as vazões de ar exterior podem atingir valores bem maiores que os considerados na norma atual de 2008. A equação da diluição adotada na nova NBR permitirá calcular com exatidão a vazão de ar exterior para manter a qualidade do ar interno com níveis de CO2 de 1.000 ppm, estabelecidos pela Anvisa, ou pelo diferencial de 700 ppm entre a concentração de CO2 externo e interno. O local de captação do ar externo para manutenção da qualidade do ar interno, sempre abaixo de 35 μg/m³, é de fundamental importância, visto que possui correlação direta sobre a eficiência do filtro de ar exterior a ser adotado. Quanto mais poluído o local, maiores serão as exigências do sistema de filtragem. Creio que a renovação de ar externo é uma necessidade fundamental para a manutenção da saúde humana. É sempre bom recordar que o maior alimento do homem é o ar que ele respira. Na medida em que os núcleos urbanos forem ficando mais poluídos haverá necessidade do desenvolvimento de processos e sistemas que promovam a limpeza do ar externo introduzido nos ambientes internos. A tendência é que a concentração de CO2 externo aumente, e dificulte o atendimento dos parâmetros estabelecidos pelas normas vigentes, o que fatalmente implicará em aumento do consumo energético. Posso afirmar que, na atualidade, o consumo energético e a qualidade do ar interno caminham em direções opostas. Será necessário que novas tecnologias promovam a limpeza do ar interno das altas concentrações de CO2, assim como torna-se necessário o tratamento diferenciado do ar exterior com equipamentos eficientes tipo DOAS”, conclui.
Ana Paula Basile Pinheiro – anapaula@nteditorial.com.br
