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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.

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1 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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3 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 O Cálculo da Carga e os Sistemas

4 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

5 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.

6 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.

7 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.

8 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...

9 Algumas variáveis de projeto : Condicionamento Térmico de Edifício Comercial: Estudo de Caso 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 m 2 / pessoa Iluminação 40 W/m 2 BS = 24 o C UR = 50 % Edifício Bussiness Point Setor Autarquias Sul - Brasília - DF

10 Localização: Brasília – DF Setor Autarquias Sul

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12 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)

13 CARGA TÉRMICA DO EDIFÍCIO 900 TR Estruturas 46% Diversos 5% Ar externo 15% Pessoas 13% Luzes 21% O condicionamento dos ambientes privados é exclusivo: sistema de água gelada com fan-coils e BTU meter

14 CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO PRINCIPAIS ESTRATÉGIAS DO PROJETO

15 CORES CLARAS Redução de 900 para 880 TR CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO ESTRATÉGIAS DO PROJETO

16 REDUÇÃO DOS VIDROS Redução de 900 para 800 TR CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO ESTRATÉGIAS DO PROJETO

17 REVESTIMENTO REFLETIVO Redução de 900 para 800 TR CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO ESTRATÉGIAS DO PROJETO

18 VIDROS REFLETIVOS Redução de 900 para 795 TR CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO ESTRATÉGIAS DO PROJETO

19 ISOLAMENTO Redução de 900 para 845 TR CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO ESTRATÉGIAS DO PROJETO

20 ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO Redução de 900 para 830 TR CORES CLARAS REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA: 70 50% REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO: MÁMORE BRANCO VIDROS REFLETIVOS ISOLAMENTO APROPRIADO ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO ESTRATÉGIAS DO PROJETO

21 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% ESTRATÉGIAS DO PROJETO

22 DIMINUIÇÃO DA CARGA TÉRMICA EM RELAÇÃO AO PRÉDIO BASE (PADRÃO, DE CUSTO MÉDIO) Cores claras2,2 % Isolamento 6,1 % Rotação 7,8 % Redução vidro11,0 % Revestimento11,0 % Vidros refletivos11,6 % REDUÇÃO TOTAL 50 %

23 Estruturas 12% Diversos 3% Ar externo 28% Pessoas 22% Luzes 35% REDUÇÃO DA CARGA TÉRMICA E NOVAS TENDÊNCIAS Nova tendência tecnológica: Iluminação por LED (light emission diode) >> 25% redução consumo; >> 6 x mais durável Nova tendência tecnológica: Controle de presença e/ou contaminantes Nova tendência tecnológica no Brasil: Estruturas mais leves, concreto protendido, dry-wall, isolamento térmico de paredes, vidros duplos, etc (Veja New York Light Fair 2005)

24 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.

25 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!!

26 CURVAS TÍPICAS DEMANDA DE REFRIGERAÇÃO DE EDIFÍCIO COMERCIAL E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Horas do dia TR 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

27 TERMO-ACUMULAÇÃO: ARMAZENAGEM TOTAL (opera de 00:00 ~ 07:00 e de 17:00 ~ 24:00) É necessário especificar sistema com potência de 53 TR, que consumirá os kWh, operando 14 horas/dia Horas do dia TR

28 Horas do dia TR TERMO-ACUMULAÇÃO: ARMAZENAGEM PARCIAL (opera de 00:00 às 24:00) É necessário especificar sistema com potência de 32 TR, que consumirá os kWh, operando 24 horas/dia

29 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.

30 Ambiente Fan- Coil ESQUEMA DE UM SISTEMA DE TERMO- ACUMULAÇÃO DE GELO OU ÁGUA GELADA Salmoura ou Etileno-Glicol Banco de Gelo ou Água Gelada Sistema Refrigeração (chiller)

31 TERMOACUMULAÇÃO

32 SISTEMAS DE CONDICIONAMENTO DE AR

33 SISTEMA A AR DE ZONA SIMPLES Ambiente Serp. Aquecim. Serp. Resfr. e Desum. Vent. Insuflamento Umidificador Ar externo (renovação) Ar de Retorno Ventilador Retorno Ar eliminado T H Ar de Recirculação Exfiltração

34 SISTEMA A AR COM REAQUECIMENTO TERMINAL Ar externo Zona 1Zona 2 Serp. Aquec 13 o C Ventilador Insuflamento Serpentina de Resfr. Desum. Ar de Retorno Ar eliminado TT

35 SISTEMA A AR DE DUPLO DUTO Zona 1Zona 2 Serpentina de Resfriamento Serpentina de Aquecimento 34 a 45 o C 13 o C Caixa de Mistura TT

36 SISTEMA VOLUME DE AR VARIÁVEL – VAV - Zona 1Zona 2 Ar de Retorno Serpentina de Resfr. E Desum. Vent. Insuflamento 13 o C TT

37 SISTEMA DE ÁGUA GELADA COM QUATRO TUBOS Ventilador Ar externo T Bomba Água Fria Sistema de Refrigeração / Chiller Água Quente Sistema de Aquecimento / Bomba de calor ou Caldeira Fan Coil 1 Fan Coil 2 Unidades Fan-Coil Válvula de Alívio Ar p/ ambiente

38 Instalação Simples de Fan-Coil

39 Sistema de Distribuição de Ar-Condicionado: Volume Constante

40 Sistema de Distribuição de Ar-Condicionado: Volume Variável (VAV)


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