Recuperação de calor em hospitais: o que aprendemos com o estudo premiado no Mercofrio 2026
Um estudo termoenergético desenvolvido para uma central térmica hospitalar mostra o potencial da integração entre frio, calor e água quente sanitária e foi reconhecido no Prêmio ASBRAV Técnico-Científico durante o Mercofrio 2026.
Hospitais apresentam uma característica particularmente interessante do ponto de vista energético: em muitos momentos, precisam resfriar e aquecer ao mesmo tempo. Enquanto a Central de Água Gelada retira calor da edificação para atender à climatização e ao controle de umidade, a Central de Aquecimento precisa fornecer energia para calefação, reaquecimento e produção de água quente sanitária (AQS). Em uma configuração convencional, essas funções costumam ser tratadas de forma independente. O calor retirado pelos chillers é rejeitado ao ambiente, enquanto outra fonte de energia é utilizada para produzir calor novamente.
Foi essa aparente contradição que motivou o trabalho “Avaliação Termoenergética de Central Térmica Hospitalar com Recuperação de Calor e AQS Indireta”, desenvolvido a partir do estudo da central térmica prevista para a ampliação do Hospital HPS, em Porto Alegre. O objetivo foi entender o que acontece quando resfriamento, aquecimento e água quente sanitária (AQS) passam a ser analisados como partes de um mesmo sistema térmico.
Em outras palavras, a pergunta central do estudo foi: quanto dessa energia poderia deixar de ser desperdiçada se a central fosse projetada para aproveitar os fluxos de calor que já existem dentro da própria instalação?
Uma central térmica, três formas de atender à mesma demanda
Para responder a essa pergunta, o estudo comparou três configurações submetidas às mesmas condições de operação e aos mesmos perfis de carga térmica. O primeiro cenário, denominado S0, representa uma solução convencional, composta por chillers para geração de água gelada e equipamentos a gás natural para atendimento das demandas de aquecimento e AQS. Nesse arranjo, a geração de frio e a geração de calor funcionam essencialmente de maneira independente, sem aproveitamento útil do calor rejeitado pelo sistema de resfriamento.
O segundo cenário, S1, introduz uma central híbrida integrada. Além dos chillers, o sistema passa a utilizar recuperação de calor, uma bomba de calor água-água e bombas de calor ar-água. A produção de AQS é armazenada em reservatórios de acumulação. Já o cenário S2 mantém a mesma arquitetura híbrida de geração térmica, mas substitui a acumulação sanitária pela produção indireta instantânea de AQS, utilizando água como meio de transporte da energia até o ponto de troca térmica.
Como o empreendimento ainda estava em fase de projeto, não existiam dados operacionais medidos para uma calibração do modelo. Por isso, a proposta foi utilizar a simulação como ferramenta preditiva para comparar alternativas sob as mesmas condições de contorno. O modelo foi desenvolvido em OpenStudio/EnergyPlus e representou a operação anual da central ao longo de 8.760 horas. Dessa forma, a análise não ficou restrita à condição de pico de projeto, permitindo observar também como os sistemas se comportariam em cargas parciais e em diferentes períodos do ano.
O resultado aparece quando frio e calor deixam de competir
Os resultados mostraram uma diferença significativa entre tratar os sistemas separadamente e integrá-los termicamente. No cenário convencional, S0, o consumo anual de energia final chegou a aproximadamente 7.027 MWh. Com a introdução da recuperação de calor e das bombas de calor, esse valor caiu para aproximadamente 2.434 MWh no S1, o que representa uma redução próxima de 65%. No S2, com a alteração adicional da estratégia de AQS, o consumo foi reduzido para aproximadamente 2.349 MWh por ano, cerca de 67% abaixo da linha de base.
A redução do consumo total é importante, mas talvez o aspecto mais relevante esteja na mudança da forma como o calor passa a ser produzido. No cenário convencional, a maior parte da demanda de aquecimento era atendida por gás natural. Nos cenários híbridos, essa lógica se transforma. A recuperação de calor do sistema de resfriamento passa a responder por aproximadamente três quartos da demanda anual de aquecimento, o que significa que uma parcela relevante da energia que anteriormente seria rejeitada para o ambiente passa a ser reaproveitada dentro da própria instalação.
A bomba de calor água-água acrescenta outra camada de integração. Ao retirar calor do retorno da água gelada, ela reduz a carga que precisa ser atendida pelos chillers e, ao mesmo tempo, transfere essa energia para o circuito de água quente. Esse comportamento reforça um dos principais aprendizados do trabalho. Não se trata apenas de substituir um equipamento de combustão por uma bomba de calor mais eficiente. O ganho surge principalmente quando a Central de Água Gelada e a Central de Aquecimento deixam de ser avaliadas como sistemas independentes e passam a trabalhar de forma integrada.
O impacto sobre as emissões
Quando essa mudança na matriz energética é traduzida em carbono, o efeito se torna ainda mais evidente. No cenário convencional, as emissões operacionais calculadas foram de aproximadamente 1.038 toneladas de CO₂ equivalente por ano. No S1, esse valor caiu para aproximadamente 91 tCO₂e/ano, enquanto no S2 chegou a aproximadamente 83 tCO₂e/ano. Isso corresponde a reduções próximas de 91% e 92%, respectivamente.
A principal razão para esse resultado é a forte redução do consumo de gás natural. Nos cenários híbridos, a combustão deixa de ser a principal fonte de aquecimento e passa a exercer uma função bastante reduzida, principalmente de complementação e backup térmico. Ao mesmo tempo, parte da demanda passa a ser atendida por energia que já estava presente dentro do próprio sistema, na forma de calor rejeitado pelos equipamentos de resfriamento.
Esse ponto é particularmente importante quando se discute descarbonização de sistemas térmicos. A redução de emissões não vem apenas da troca de uma fonte energética por outra. Ela também pode surgir de uma melhor utilização dos fluxos de energia existentes. Antes de produzir mais calor, é preciso entender quanto calor já está disponível no processo e se ele pode ser recuperado de forma tecnicamente viável.
AQS também é armazenamento, distribuição e perda térmica
A comparação entre S1 e S2 trouxe uma segunda discussão importante. Quando observamos apenas o consumo total da central térmica, a diferença entre os dois cenários pode parecer relativamente pequena. Isso ocorre porque o resultado global inclui também as demandas de calefação e reaquecimento, que representam parcelas relevantes da carga anual de aquecimento e permanecem atendidas pela mesma arquitetura híbrida nos dois cenários. Dessa forma, o efeito específico da mudança no conceito de AQS acaba diluído quando analisado junto a todas as demais demandas térmicas do hospital.
Quando isolamos apenas a energia associada à produção de água quente sanitária, porém, a diferença se torna muito mais evidente. No cenário S1, com AQS acumulada, o consumo anual associado a esse subsistema foi de aproximadamente 323 MWh/ano. No S2, com produção indireta instantânea, esse valor caiu para aproximadamente 252 MWh/ano, representando uma redução de cerca de 22% no consumo de energia destinado à AQS.
Esse resultado ajuda a mostrar por que a análise do sistema precisa ir além do equipamento responsável pela geração de calor. No S1, a produção de AQS permanece associada a reservatórios de acumulação, o que exige a realização periódica de ciclos térmicos de sanitização para controle de Legionella e mantém uma quantidade maior de água aquecida armazenada e circulando pela edificação. No S2, a produção indireta instantânea elimina os reservatórios sanitários do lado do consumo considerados no cenário anterior e, consequentemente, os ciclos periódicos de elevação de temperatura associados a esses volumes armazenados.
Além disso, a configuração do S2 permitiu considerar uma redução estimada de 40% na extensão da rede de AQS, passando de aproximadamente 2.000 para 1.200 metros. Uma rede menor significa também menor superfície de tubulação permanentemente exposta a perdas térmicas, reduzindo a quantidade de energia necessária para manter as condições de operação do sistema ao longo do ano.
Assim, enquanto a diferença entre S1 e S2 parece pequena quando observamos toda a central térmica, a análise isolada da AQS revela um ganho significativamente maior. A redução de aproximadamente 22% mostra que decisões relacionadas à forma de armazenar e distribuir água quente podem ter impacto relevante sobre o desempenho desse subsistema. Otimizar a geração, portanto, não encerra a discussão sobre eficiência. Também é necessário avaliar quanto dessa energia é perdida antes de chegar efetivamente ao ponto de consumo.
O que esse estudo mostra para além deste hospital
Embora o trabalho tenha sido desenvolvido para uma aplicação hospitalar específica, algumas conclusões podem ser levadas para outras centrais térmicas com demandas simultâneas de frio e calor. A primeira delas é que essa simultaneidade pode ser tratada como um recurso energético. Em muitas instalações, avaliamos os equipamentos de forma isolada, observando o COP da bomba de calor, a eficiência do boiler ou o desempenho do chiller. Esses indicadores continuam sendo importantes, mas não necessariamente representam a eficiência do sistema como um todo.
Essa mudança fica especialmente clara quando observamos a origem do calor nos três cenários. Na configuração convencional, praticamente toda a demanda térmica é atendida por gás natural. Nas alternativas integradas, entretanto, a recuperação de calor passa a representar aproximadamente três quartos de toda a energia térmica fornecida durante o ano.
A segunda reflexão está relacionada ao papel da simulação durante o processo de projeto. Quando chillers, recuperação de calor, bombas de calor, armazenamento térmico e AQS interagem entre si, uma decisão tomada em um subsistema pode alterar o comportamento de toda a central. A simulação permite testar essas interações antes da implementação física e comparar alternativas ainda na fase em que mudanças conceituais são possíveis.
Existe ainda uma terceira conclusão que consideramos especialmente relevante para a descarbonização de processos térmicos. Eletrificar não significa simplesmente substituir todos os equipamentos de combustão por equipamentos elétricos. A discussão precisa começar antes, entendendo onde o calor está disponível, onde ele é necessário e qual é a forma mais eficiente de movimentá-lo dentro do sistema. Em alguns casos, o maior potencial de descarbonização pode não estar em produzir mais energia renovável, mas em deixar de desperdiçar a energia térmica que já existe dentro da própria instalação.
Do projeto ao Prêmio ASBRAV Técnico-Científico
O trabalho foi apresentado durante o Mercofrio 2026, 15º Congresso Internacional de Ar Condicionado, Refrigeração, Aquecimento e Ventilação, realizado em Porto Alegre. O artigo, desenvolvido por Fernando Dutra Del Castillo, Flávio Teixeira e Israel Marques Tonelli, recebeu o 3º lugar no Prêmio ASBRAV Técnico-Científico.
Para nós, esse reconhecimento tem um significado especial porque o estudo nasceu de uma necessidade real de engenharia. A pesquisa não surgiu antes do problema, mas justamente da necessidade de responder melhor a ele. O modelo foi desenvolvido inicialmente para apoiar uma decisão de projeto e, a partir dos resultados encontrados, percebeu-se que havia ali uma discussão técnica que poderia contribuir também para o setor.
Esse é talvez o aspecto mais importante da premiação. Quando um estudo desenvolvido para resolver um problema real é levado para um congresso técnico-científico, ele deixa de permanecer restrito a um relatório de projeto e passa a integrar uma discussão mais ampla. A experiência prática gera dados, os dados geram análises e as análises podem se transformar em conhecimento compartilhável.
Para um setor que precisa avançar simultaneamente em eficiência energética, eletrificação, qualidade ambiental e descarbonização, aproximar engenharia aplicada, pesquisa e desenvolvimento tecnológico é cada vez mais importante.
Engenharia aplicada também produz conhecimento
A premiação no Mercofrio é motivo de orgulho para a DeHeat, mas o valor do trabalho vai além do reconhecimento recebido. O principal resultado está em mostrar que problemas reais de engenharia podem gerar conhecimento técnico relevante quando são analisados de forma estruturada, documentados e compartilhados com o setor.
Quanto mais conseguimos transformar dados de projeto, simulação e experiência de engenharia em evidências, maior tende a ser a qualidade das decisões sobre eficiência, eletrificação e descarbonização das centrais térmicas. Esse processo também ajuda a reduzir decisões baseadas exclusivamente em premissas isoladas ou em comparações simples entre equipamentos, trazendo a análise para o nível em que ela realmente precisa acontecer: o sistema como um todo.
É esse tipo de engenharia, conectando problemas reais, modelagem, análise e aplicação prática, que queremos continuar desenvolvendo na DeHeat.
Comentários