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PublicouGabriel Giraldo Alterado mais de 9 anos atrás
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SISTEMAS DE AR CONDICIONADO: CARGA TÉRMICA E INSTALAÇÕES DE AR CONDICIONADO
Adaptado a partir de material gentimente cedido pelos Profs. Ricardo de M. Carvalho – Unifei – Itajubá, e Rigoberto Morales, CEFET-Paraná, pelo Prof. Fernando A. França, da FEM – Unicamp Abril de 2005
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O Cálculo da Carga e os Sistemas
Primeiros Sistemas Aquecimento e Ventilação Posteriormente Resfriamento e Desumidificação Ar condicionado Água gelada Ar + Água gelada Área Condicionada Zona simples; Multi-zonas - zonas com diferentes necessidades Sistemas centrais Sistemas individuais
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CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA
As variáveis que determinam a carga térmica são numerosas, difíceis de definir precisamente e sempre inter-relacionadas; Quatro tipos de fluxo de calor, relacionados, porém distintos, transientes, devem ser definidos: Potência térmica do ambiente; Carga térmica do ambiente; Taxa de remoção de calor do ambiente; Carga térmica do fan-coil / unidade condicionadora, etc
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CARGA TÉRMICA: A Potência Térmica do Ambiente
É a quantidade de calor por unidade de tempo que entra ou é gerada no ambiente. É classificada conforme: Modo (radiação, transmissão, geração interna, etc); Tipo (calor sensível ou calor latente). A potência térmica resulta de: Radiação solar através de superfícies transparentes; Condução de calor do exterior para o ambiente através das paredes ou telhados Condução de calor através de paredes, divisórias, tetos, pisos internos; Calor gerado no ambiente por ocupantes, animais, luzes e equipamentos; Transferência de calor devido à ventilação, renovação e infiltração de ar externo; Outros.
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CARGA TÉRMICA: a Carga Térmica do Ambiente
É a potência térmica que deve ser removida do ambiente condicionado para manter a temperatura em um valor estipulado; A potência térmica não é necessariamente igual à carga térmica de resfriamento (efeito de acumulação). Por exemplo, o ganho de calor por radiação é acumulado em paredes, tetos, piso, etc, e defasa as distribuições de potência e carga térmica.
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CARGA TÉRMICA: Taxa de remoção de Calor
É a taxa com que o calor é retirado do ambiente condicionado. Carga térmica do condicionador É a potência térmica de um ou em vários espaços condicionados; A carga térmica do condicionador / fan-coil é a soma das potências térmicas instantâneas de todos os ambientes condicionados, mais uma potência adicional imposta por fatores externos.
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CARGA TÉRMICA: Variáveis de Projeto
Para calcular a carga térmica de resfriamento é necessário: Obter características físicas do prédio, dimensões, materiais, etc; Determinar a localização do prédio, orientação e sombreamento; Obter informações sobre o clima no local, e especificar os dados de projeto de acordo com normas; Obter informação sobre iluminação, ocupantes, tipo de ocupação, equipamentos, etc, tudo que possa contribuir para a carga térmica interna; Especificar o dia típico de cada mês para fazer os gerar os valores de carga térmica; E vários outros...
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Condicionamento Térmico de Edifício Comercial: Estudo de Caso
Algumas variáveis de projeto: Edifício de 12 andares Pé direito das salas com 2,6 m Fachada leste, orientação L-O Altura do forro 0,4 m 50% das fachadas externas de vidro Garagem não condicionada (no subsolo) 1,5 trocas de ar por hora (renovação do volume do edifício) Ocupação de 6 m2 / pessoa Edifício Bussiness Point Setor Autarquias Sul - Brasília - DF Iluminação 40 W/m2 BS = 24 oC UR = 50 %
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Localização: Brasília – DF Setor Autarquias Sul
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Edifício Inteligente, o Sistema Central Controla:
Chiller AR CONDICIONADO DE DEPENDÊNCIAS COMUNS; ILUMINAÇÃO DE DEPENDÊNCIAS COMUNS, EM ASSOCIAÇÃO COM SENSOR DE PRESENÇA; MOVIMENTAÇÃO DE TRÊS ELEVADORES; SEGURANÇA DE ACESSO: ACESSO NAS CATRACAS DO LOBBY, COM CARTÃO ELETRÔNICO ACESSO À GARAGEM; FOTOGRAFIA DIGITAL DE VISITANTES NO LOBBY E CORREDORES MULTI-USUÁRIOS; ABERTURA DE PORTAS DE SEGURANÇA. SENSORES DE FUMAÇA E FOGO; OUTRAS UTILIDADES: BOMBAS, VENTILADORES DE GARAGEM, CAIXAS DE ÁGUA; LEITURA DOS BTU METERS E RELÓGIOS ELÉTRICOS; ACESSO INTERNET BANDA LARGA E VOIP (PREVISTO)
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900 TR CARGA TÉRMICA DO EDIFÍCIO
Diversos 5% Ar externo 15% Pessoas 13% Estruturas 46% Luzes 21% O condicionamento dos ambientes privados é exclusivo: sistema de água gelada com fan-coils e “ BTU meter “
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PRINCIPAIS ESTRATÉGIAS DO PROJETO
CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO
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ESTRATÉGIAS DO PROJETO
CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO CORES CLARAS Redução de 900 para 880 TR
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ESTRATÉGIAS DO PROJETO
CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO REDUÇÃO DOS VIDROS Redução de 900 para 800 TR
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ESTRATÉGIAS DO PROJETO
CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO REVESTIMENTO REFLETIVO Redução de 900 para 800 TR
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ESTRATÉGIAS DO PROJETO
CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO VIDROS REFLETIVOS Redução de 900 para 795 TR
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ESTRATÉGIAS DO PROJETO
CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO ISOLAMENTO Redução de 900 para 845 TR
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ESTRATÉGIAS DO PROJETO
CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO Redução de 900 para 830 TR
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- 50% ESTRATÉGIAS DO PROJETO REDUÇÃO DA CARGA TÉRMICA:
CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO REDUÇÃO DA CARGA TÉRMICA: DE 900 TR PARA 450 TR - 50%
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DIMINUIÇÃO DA CARGA TÉRMICA EM RELAÇÃO AO PRÉDIO BASE (PADRÃO, DE CUSTO MÉDIO)
Cores claras 2,2 % Redução vidro 11,0 % Revestimento 11,0 % Vidros refletivos 11,6 % Isolamento 6,1 % Rotação 7,8 % REDUÇÃO TOTAL %
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REDUÇÃO DA CARGA TÉRMICA
E NOVAS TENDÊNCIAS Nova tendência tecnológica no Brasil: Estruturas mais leves, concreto protendido, dry-wall, isolamento térmico de paredes, vidros duplos, etc Diversos 3% Estruturas 12% Ar externo 28% Nova tendência tecnológica: Controle de presença e/ou contaminantes Pessoas 22% Luzes 35% Nova tendência tecnológica: Iluminação por LED (light emission diode) >> 25% redução consumo; >> 6 x mais durável (Veja New York Light Fair 2005)
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OUTRAS ALTERAÇÕES POSSÍVEIS NO PROJETO
Sistema de Termo-Acumulação (redução na conta de energia) Utilização de Ar Externo para Resfriar Estrutura à Noite Utilização do Calor Rejeitado no Condensador do Chiller Aplicar Resfriamento Evaporativo no Condensador do Chiller; Alteração de Set-Point (maior temp. ambiente e UR); Utilizar Motores Elétricos de Alto Rendimento; Outros.
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TERMOACUMULAÇÃO Termoacumulação é a armazenagem do frio visando:
Transferência do consumo de energia do horário de ponta de carga (consumo geral) para horário fora de ponta; Nivelamento de consumo pela média: aumenta-se o custo de investimento (com os tanques e acessórios, apesar da redução da potência do equipamento), mas diminui-se o custo operacional . O contrato com o fornecedor da energia elétrica considera, entre outros, a potência instalada!!
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CURVAS TÍPICAS DEMANDA DE REFRIGERAÇÃO DE EDIFÍCIO
COMERCIAL E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA TR 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Horas do dia Se o sistema trabalha sem termo-acumulação, será necessário especificar um sistema de refrigeração que atenda os 100 TR ( 350 KW ) de potência de pico, consumo de kWh!! 1 TR é potência necessária para liquefazer 1 tonelada de gelo em 24 horas = 3,5 kW
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TERMO-ACUMULAÇÃO: ARMAZENAGEM TOTAL
(opera de 00:00 ~ 07:00 e de 17:00 ~ 24:00) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Horas do dia TR É necessário especificar sistema com potência de 53 TR, que consumirá os kWh, operando 14 horas/dia
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TERMO-ACUMULAÇÃO: ARMAZENAGEM PARCIAL
(opera de 00:00 às 24:00) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Horas do dia TR É necessário especificar sistema com potência de 32 TR, que consumirá os kWh, operando 24 horas/dia
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TIPOS DE SISTEMAS DE TERMO-ACUMULAÇÃO
Termo-acumulação com Gelo Maior densidade de energia armazenada, resulta em um tanque menor e mais leve (6 a 7 vezes menor); tanque de gelo é caro. Termo-acumulação com Água Gelada - Maior, mas mais barata, e pode ser interligada com sistema de combate a incêndio.
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ESQUEMA DE UM SISTEMA DE TERMO-ACUMULAÇÃO DE GELO OU ÁGUA GELADA
Banco de Gelo ou Água Gelada Salmoura ou Etileno-Glicol Ambiente Fan- Coil Sistema Refrigeração (chiller)
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TERMOACUMULAÇÃO
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SISTEMAS DE CONDICIONAMENTO DE AR
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SISTEMA A AR DE ZONA SIMPLES
Umidificador T Ar externo (renovação) H Ar de Recirculação Vent. Insuflamento Serp. Resfr. e Desum. Serp. Aquecim. Ambiente Ar eliminado Exfiltração Ar de Retorno Ventilador Retorno
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SISTEMA A AR COM REAQUECIMENTO TERMINAL
Serpentina de Resfr. Desum. 13 oC Ar externo Serp. Aquec Zona 1 Zona 2 Ventilador Insuflamento T T Ar eliminado Ar de Retorno
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SISTEMA A AR DE DUPLO DUTO
Zona 1 Zona 2 Serpentina de Resfriamento Serpentina de Aquecimento 34 a 45 oC 13 oC Caixa de Mistura T
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SISTEMA VOLUME DE AR VARIÁVEL – VAV -
Serpentina de Resfr. E Desum. 13 oC T Vent. Insuflamento Zona 1 Zona 2 Ar de Retorno
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SISTEMA DE ÁGUA GELADA COM QUATRO TUBOS
Unidades Fan-Coil Válvula de Alívio Fan Coil 1 Água Quente Água Fria Fan Coil 2 T Sistema de Aquecimento / Bomba de calor ou Caldeira Sistema de Refrigeração / Chiller Ventilador Bomba Ar externo Ar p/ ambiente
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Instalação Simples de “Fan-Coil”
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Sistema de Distribuição de Ar-Condicionado: Volume Constante
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Sistema de Distribuição de Ar-Condicionado: Volume Variável (VAV)
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