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1 PROFESSOR: ENG MEC MSc JORGE FERREIRA TRATAMENTO DE AR II SISTEMAS DE AR CONDICIONADO E SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS DISTRIBUIÇÃO DE AR NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS EM SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA 2 SISTEMAS DE AR CONDICIONDO TÓPICOS ABORDADOS: CICLO DE REFRIGERAÇÃO TIPOS DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR UNIDADES RESFRIADORAS DE LÍQUIDO 3 CICLO DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR: 5ºC 55ºC 4 CICLO DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR: 5 CICLO DE REFRIGERAÇÃO CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR: UNIDADES: TR – Tonelada de Refrigeração 1 TR = 12.000 BTU/h 1 TR = 3.024 kcal/h 1 TR = 3.516 Watts 6 TÓPICOS ABORDADOS CICLO DE REFRIGERAÇÃO TIPOS DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR UNIDADE RESFRIADORA DE LÍQUIDO - CHILLER 7 TIPOS DE SISTEMAS CLASSIFICAÇÃO: SISTEMAS DE EXPANSÃO DIRETA SISTEMAS DE EXPANSÃO INDIRETA 8 TIPOS DE SISTEMAS AR INTERNO SISTEMA DE EXPANSÃO DIRETA - CICLO DE REFRIGERAÇÃO: 9 TIPOS DE SISTEMAS ÁGUA GELADA SISTEMA DE EXPANSÃO INDIRETA - CICLO DE REFRIGERAÇÃO: 10 TIPOS DE SISTEMAS SISTEMAS DE EXPANSÃO DIRETA COM CONDENSAÇÃO A AR: Componentes do sistema: 24ºC 13ºC 5ºC 55ºC 35ºC 45ºC 11 TIPOS DE SISTEMAS SISTEMAS DE EXPANSÃO DIRETA COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA: Componentes do sistema: 24ºC 13ºC 5ºC 45ºC 29ºC 35ºC 35ºC UR~100% 12 TIPOS DE SISTEMAS SISTEMAS DE EXPANSÃO INDIRETA COM CONDENSAÇÃO A AR: Componentes do sistema: 24ºC 13ºC 12,5ºC 7ºC 55ºC 5ºC 35ºC 45ºC 13 TIPOS DE SISTEMAS SISTEMAS DE EXPANSÃO INDIRETA COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA: Componentes do sistema: 23ºC 13ºC 12,5ºC 7ºC 45ºC 5ºC 35ºC 29,5ºC 35ºC UR~100% 14 SISTEMAS DE EXPANSÃO DIRETA: Aparelho de janela Split system de ambiente Split system para duto Self-contained com condensador remoto Self-contained com condensador a ar incorporado Self-contained com condensação a água Roof-top Sistema de fluxo de refrigerante variável (VRV ou VRF) TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 15 SISTEMAS DE EXPANSÃO DIRETA COM CONDENSAÇÃO A AR: Componentes do sistema: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 16 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA APARELHO DE JANELA: 17 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA APARELHO DE JANELA - CICLO DE REFRIGERAÇÃO ARAR 18 APARELHO DE JANELA VANTAGENS: Baixo custo inicial, muito inferior às demais soluções Funcionamento e controle individualizado Não necessita de área de piso para instalação TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 19 APARELHO DE JANELA DESVANTAGENS: Atende somente a ambientes com comunicação com o exterior Elevado consumo de energia Vida útil reduzida Manutenção dificultada quando da utilização de muitas unidades Problemas para drenagem de condensado Controle de temperatura on-off Baixa qualidade de filtragem de ar Presença do equipamento dentro do ambiente de trabalho Elevado nível de ruído Forte impacto na estética da arquitetura (fachada) TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 20 APARELHO DE JANELA APLICAÇÕES: Residências Hotéis até 3 estrelas Salas comerciais Pequenos escritórios TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 21 SPLIT SYSTEM DE AMBIENTE: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 22 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA SPLIT SYSTEM - CICLO DE REFRIGERAÇÃO ARAR Unidade Condensadora Unidade Evaporadora 23 SPLIT SYSTEM DE AMBIENTE VANTAGENS: Custo inicial relativamente baixo para pequenas capacidades, porém superior ao aparelho de janela Funcionamento e controle individualizado Não necessita de área de piso para instalação Baixo nível de ruído da unidade evaporadora, se comparado ao aparelho de janela TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 24 SPLIT SYSTEM DE AMBIENTE DESVANTAGENS: Elevado consumo de energia Vida útil reduzida Manutenção dificultada quando da utilização de muitas unidades Problemas para drenagem de condensado Controle de temperatura on-off Baixa qualidade de filtragem de ar Baixa qualidade do ar devido a não utilização de ar exterior de renovação Presença do equipamento dentro do ambiente de trabalho Distância limitada entre as unidades internas e externas TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 25 SPLIT SYSTEM DE AMBIENTE APLICAÇÕES: Residências Hotéis até 4 estrelas Salas comerciais e escritórios Escolas Lojas e restaurantes TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 26 SELF-CONTAINED COM CONDESADOR INCORPORADO, SELF-CONTAINED COM CONDENSADOR REMOTO, CONDICIONADOR SPLIT PARA DUTOS: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 27 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA SELF-CONTAINED INCORPORADO - CICLO DE REFRIGERAÇÃO ARAR 28 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA SELF-CONTAINED REMOTO - CICLO DE REFRIGERAÇÃO ARAR Condensador RemotoCondicionador de Ar 29 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA SPLIT PARA DUTOS - CICLO DE REFRIGERAÇÃO ARAR Unidade Condensadora Unidade Evaporadora 30 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA SELF-CONTAINED COM CONDESADOR INCORPORADO, SELF-CONTAINED COM CONDENSADOR REMOTO, CONDICIONADOR SPLIT PARA DUTOS: 31 SELF-CONTAINED COM CONDESADOR INCORPORADO, SELF-CONTAINED COM CONDENSADOR REMOTO, CONDICIONADOR SPLIT PARA DUTOS, VANTAGENS: Menor custo de implantação que os sistemas de água gelada para aplicações de pequeno e médio porte, As unidades podem operar com horários independentes proporcionando maior flexibilidade de operação Tecnologia simples amplamente difundida pela mão de obra nacional TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 32 SELF-CONTAINED COM CONDESADOR INCORPORADO, SELF-CONTAINED COM CONDENSADOR REMOTO, CONDICIONADOR SPLIT PARA DUTOS, DESVANTAGENS: Consumo de energia maior que os sistemas de água gelada Maior nível de ruído que os sistemas de água gelada devido a presença do compressor próximo do ambiente climatizado, exceto no caso de condicionadores Split para duto. No caso de utilização de muitas unidades, apresentam maior custo de manutenção em função da utilização de muitos equipamentos e componentes Controle de temperatura on-off por zona (não individualizado) Equipamento projetado para operação com características de carga térmica de conforto (fator de calor sensível ~ 0,75) TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 33 SELF-CONTAINED COM CONDESADOR INCORPORADO, SELF-CONTAINED COM CONDENSADOR REMOTO, CONDICIONADOR SPLIT PARA DUTOS, APLICAÇÕES: Agências bancárias Pequenos escritórios Lojas Restaurantes TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 34 ROOF-TOP: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 35 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA ROOF-TOP - CICLO DE REFRIGERAÇÃO ARAR 36 ROOF-TOP VANTAGENS: Baixo custo inicial Não há necessidade de área técnica interna TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 37 ROOF-TOP DESVANTAGENS: Consumo de energia mais elevado que os sistemas de água gelada Nível de ruído elevado junto as unidades podendo ocasionar problemas com vizinhos No caso de utilização de muitas unidades resulta em maior custo de manutenção em função da utilização de muitos equipamentos e componentes Controle de temperatura on-off por zona (não individualizado) Equipamento projetado para operação com característicasde carga térmica de conforto (fator de calor sensível ~ 0,75) TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 38 ROOF-TOP APLICAÇÕES: Hipermercados Prédios comerciais horizontais Lojas de conveniência Restaurantes Galpões industriais TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 39 SISTEMAS DE EXPANSÃO DIRETA COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA: Componentes do sistema: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 24ºC 13ºC 5ºC 45ºC 29,5ºC 35ºC 35ºC UR~100% 40 SELF-CONTAINED COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 41 TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA SELF-CONTAINED COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA - CICLO DE REFRIGERAÇÃO ÁGUAAR 42 SELF-CONTAINED COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA VANTAGENS: Não possui limitações de distância entre o condicionador de ar e a rejeição de calor para o exterior como os sistemas com condensação a ar de expansão direta, sendo aplicável em instalações de maior porte ou onde exista esta limitação Baixo custo de implantação do sistema de resfriamento de água de condensação (infra-estrutura básica para implantação de um sistema de ar condicionado central) Maior facilidade de rateio de custos de energia e manutenção em prédios comerciais multi-usuários Tecnologia simples amplamente difundida pela mão de obra de manutenção nacional Menor consumo de energia elétrica que os sistemas com condensação a ar TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 43 SELF-CONTAINED COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA DESVANTAGENS: Consumo de energia mais elevado que os sistemas de água gelada com condensação a água Dependência de água de reposição e tratamento químico, elevando os custos operacionais Maior nível de ruído no ambiente que os sistemas de água gelada devido a presença do compressor próximo ao ambiente trabalho Custo de manutenção elevado em função da utilização de muitos equipamentos e componentes, localizados em espaços mecânicos geralmente apertados e junto aos ambientes de trabalho Controle de temperatura on-off por zona (não individualizado) Equipamento projetado para operação com características de carga térmica de conforto (fator de calor sensível ~ 0,75) TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 44 SELF-CONTAINED COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA APLICAÇÕES: Edifícios comerciais multi-usuários, especialmente os construídos para venda das unidades Agências bancárias Lojas TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO DIRETA 45 EXPANSÃO INDIRETA (Água Gelada): Classificação conforme tipo de chiller: – Chiller a ar – Chiller a água Classificação conforme tipo de condicionadores de ar (sistema secundário) – Condicionador fancoil convencional – Condicionador fancoil com VAV (Volume de Ar Variável) – Condicionador tipo fancolete TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 46 EXPANSÃO INDIRETA (Água Gelada): Classificação conforme tipo de chiller: – Chiller a ar – Chiller a água TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 47 SISTEMAS DE EXPANSÃO INDIRETA COM CONDENSAÇÃO A AR: Componentes do sistema: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 48 SISTEMAS DE EXPANSÃO INDIRETA COM CONDENSAÇÃO A ÁGUA: Componentes do sistema: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 49 EXPANSÃO INDIRETA (Água Gelada): Classificação conforme tipo de condicionadores de ar (sistema secundário) – Condicionador fancoil convencional – Condicionador fancoil com VAV (Volume de Ar Variável) – Condicionador tipo fancolete TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 50 FAN COIL CONVENCIONAL: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 51 FAN COIL CONVENCIONAL: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA Vazão do ar no duto constante Condicionador de ar STA Temperatura do ar no duto variável Sala 1 Sala 2 Válvula motorizada 2 ou 3 vias Duto de retorno 52 FAN COIL CONVENCIONAL VANTAGENS: Podem ser obtidas altas eficiências energéticas Manutenção centralizada de baixo custo Longa vida útil do sistema central Menor nível de ruído interno Permite o dimensionamento do condicionador em função das características psicrométricas e de carga térmica específica da aplicação Menor capacidade instalada que os sistemas de expansão direta em instalações de grande porte em função do aproveitamento do fator de demanda e diversidade de carga no dimensionamento da capacidade da Central de Água Gelada (CAG). TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 53 FAN COIL CONVENCIONAL DESVANTAGENS: Não permite o funcionamento individualizado de um ambiente Custo inicial mais elevado para pequenas capacidades TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 54 FAN COIL CONVENCIONAL APLICAÇÕES: Edifícios comerciais Shopping Centers Hospitais e Laboratórios Indústrias TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 55 FAN COIL COM VAV: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 56 FAN COIL COM VAV: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA STA STA Condicionador de ar Caixa de VAV Temperatura do ar no duto constante Vazão do ar no ambiente variável STA Duto de retorno Sala 1 Sala 2 SPD Variador de Frequencia Válvula motorizada 2 ou 3 vias 57 FAN COIL COM VAV VANTAGENS: Podem ser obtidas altos índices de eficiências energéticas Controle individualizado de temperatura Menor consumo de energia dos ventiladores Manutenção centralizada de baixo custo Longa vida útil do sistema central Baixo nível de ruído interno Melhor controle da umidade relativa Permite o dimensionamento do condicionador em função das características psicrométricas e de carga térmica específica da aplicação Pode utilizar equipamentos de maior capacidade e levar vantagem da diversidade de carga térmica para um dimensionamento otimizado do sistema secundário de tratamento do ar. Fornece maior flexibilidade à variações de carga térmica TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 58 FAN COIL COM VAV DESVANTAGENS: Apresentam custos de implantação elevados Possui maior complexidade e exige cuidadoso trabalho de comissionamento da instalação Exige controle digital com automação Não permite o funcionamento individualizado de um ambiente Requer maior espaço físico no entreforro para instalação das caixas de VAV e dutos. TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 59 FAN COIL COM VAV APLICAÇÕES: Edifícios comerciais e escritórios de alto padrão Aplicações com grandes variações de carga térmica TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 60 CONDICIONADOR TIPO FANCOLETE (HIDRÔNICO): TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 61 CONDICIONADOR TIPO FANCOLETE (HIDRÔNICO) VANTAGENS: Podem ser obtidas altas eficiências energéticas Proporciona de forma econômica funcionamento e controle de temperatura individualizado Longa vida útil do sistema central O sistema utiliza a água para transporte do frio (“sistema todo água” - All water system), o que economiza espaço interno e por isso muitas vezes é aplicado quando a altura do pé-direito é restrita TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 62 CONDICIONADOR TIPO FANCOLETE (HIDRÔNICO) DESVANTAGENS: Presença do equipamento dentro do ambiente de trabalho Problemas de drenagem de condensado junto a cada condicionador de ar TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 63 CONDICIONADOR TIPO FANCOLETE (HIDRÔNICO) APLICAÇÕES: Hotéis de alto padrão (4 e 5 estrelas) Também utilizados em quartos de pacientes de hospitais Prédios com limitação de pé-direito Utilização como solução mista em sistemas centrais, ou seja, aplicação de condicionadores centrais com rede de dutos e condicionadores individuaisdedicados a ambientes que necessitem de funcionamento e controle independente. TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 64 CONFIGURAÇÕES DO CIRCUITO DE ÁGUA GELADA: VAZÃO DE ÁGUA CONSTANTE VAZÃO DE ÁGUA VARIÁVEL TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA 65 CONFIGURAÇÕES DO CIRCUITO DE ÁGUA GELADA - VAZÃO CONSTANTE: TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA URA-1 URA-2 URA-3 BAG-1 BAG-2 BAG-3 CONDICIONADORES CONDICIONADORES CONDICIONADORES V3V V3V V3V ~ 7 °C ~ 12 °C 66 CONFIGURAÇÕES DO CIRCUITO DE ÁGUA GELADA - VAZÃO VARIÁVEL: SISTEMA DESACOPLADO COM ANEL PRIMARIO - SECUNDÁRIO URA-1 URA-2 URA-3 BAGS-1 BAGS-2 CONDICIONADORES CONDICIONADORES CONDICIONADORES B Y - P A S S BAGP-1 BAGP-2 BAGP-3 V2V V2V V2V VSD VSD TIPOS DE SISTEMAS - EXPANSÃO INDIRETA ~ 12 °C ~ 7 °C 67 TÓPICOS ABORDADOS CICLO DE REFRIGERAÇÃO TIPOS DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR UNIDADE RESFRIADORA DE LÍQUIDO - CHILLER 68 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR APARELHO DE JANELA E SPLIT SYSTEM DE AMBIENTE: Seleção direta relacionando a carga térmica do ambiente com a capacidade total do modelo Exemplo de dados de seleção - Aparelho de Janela: Aparelho de Janela Item Descrição Dados para seleção Unidade 01 Modelo de referência Springer Carrier BCE 125D --- 02 Modelo x Somente Frio Quente/Frio --- 03 Capacidade nominal 12.000 BTU/h 04 Alimentação 2F+T/60Hz 220 V 05 Corrente nominal 6,0 A 06 Consumo 1.270 W 07 Dimensões do gabinete 07.01 Altura 370 mm 07.02 Largura 590 mm 07.03 Profundidade 575 mm 08 Peso 35 kg 69 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR APARELHO DE JANELA E SPLIT SYSTEM DE AMBIENTE: Exemplo de dados de seleção - Split System ambiente: Split Ambiente Item Descrição Dados para seleção Unidade 01 Modelo de referência Carrier 42DXD12226 + 38 XCB 12226 --- 02 Tipo de evaporador High Wall --- 03 Modelo x Somente Frio Quente/Frio --- 04 Capacidade nominal 12.000 BTU/h 05 Alimentação 2F+T/60Hz 220 V 06 Corrente nominal 5,7 A 07 Consumo 1.190 W 08 Desnível máximo entre unidades 5 m 09 Distância máxima entre unidades 10 m 10 Dimensões evaporador LxAxP 815 x 260 x 185 mm 11 Peso evaporador 9 kg 12 Dimensões condensador LxAxP 710 x 545 x 310 mm 13 Peso condensador 34 kg 70 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR APARELHO DE JANELA E SPLIT SYSTEM DE AMBIENTE: Outras características importantes: Posição do insuflamento de ar em relação ao ambiente Posição da tomada e descarga de ar de condensação em relação ao local Aspectos estéticos (design, cor, dimensão , etc.) Fator de calor sensível - FCS = 0,65 71 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR CONDICIONADORES TIPO SELF-CONTAINED REMOTO E INCORPORADO, SPLIT PARA DUTO E ROOF-TOP Exemplo de dados de seleção: Condicionador de expansão direta com condensação a ar Item Descrição Dados para seleção Unidade 01 Modelo de referência --- 02 Calor total 14.000 kcal/h 03 Calor sensível total 10.000 kcal/h 04 Temperaturas de entrada (BS/BU) 27,0 / 19,5 oC 05 Vazão de ar 3.400 m3/h 06 Pressão estática externa 12 mmCA 07 Filtro de ar G3 classe ABNT 08 Temperatura do ar no condensador 35 o C 09 Alimentação 3F+T/60Hz 220 V 10 Corrente nominal 22,5 A 11 Consumo 6.450 W 12 Desnível máximo entre unidades 12 m 13 Distância máxima entre unidades 30 m 14 Dimensões evaporador LxAxP 960 x 1390 x 580 mm 15 Peso evaporador 153 kg 16 Dimensões condensador LxAxP 993 x 1393 x 560 mm 17 Peso condensador 184 kg 72 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR CONDICIONADORES TIPO SELF-CONTAINED REMOTO E INCORPORADO, SPLIT PARA DUTO E ROOF-TOP Outras características importantes: Dimensionados para conforto em aplicações comerciais Fator de calor sensível - FCS ~ 0,75 Vazão de ar de 680 m3/h/TR (+/- 15 %) 73 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR EXEMPLOS DE SELEÇÃO: 1 - CONDICIONADOR DE EXPANSÃO DIRETA Dados de seleção: Condicionador de expansão direta com condensação a ar Item Descrição Dados para seleção Unidade 01 Modelo de referência --- 02 Calor total 14.000 kcal/h 03 Calor sensível total 10.000 kcal/h 04 Temperaturas de entrada (BS/BU) 27,0 / 19,5 oC 05 Vazão de ar 3.400 m3/h 06 Pressão estática externa 12 mmCA 07 Filtro de ar G3 classe ABNT 08 Temperatura do ar no condensador 35 o C 09 Alimentação 3F+T/60Hz 220 V 10 Corrente nominal 22,5 A 11 Consumo 6.450 W 12 Desnível máximo entre unidades 12 m 13 Distância máxima entre unidades 30 m 14 Dimensões evaporador LxAxP 960 x 1390 x 580 mm 15 Peso evaporador 153 kg 16 Dimensões condensador LxAxP 993 x 1393 x 560 mm 17 Peso condensador 184 kg 74 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR EXEMPLOS DE SELEÇÃO: 1 - CONDICIONADOR DE EXPANSÃO DIRETA Dados de performance - Catálogo Split para Duto TRANE DX + TRAE: 75 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR EXEMPLOS DE SELEÇÃO: 1 - CONDICIONADOR DE EXPANSÃO DIRETA Dados de performance - Catálogo Split para Duto - Hitachi RVT050 76 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR ÁGUA GELADA - CONDICIONADORES TIPO FAN-COIL Seleção de dois dispositivos que constituem o Fan-Coil: – Ventilador – Serpentina de Resfriamento 77 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR ÁGUA GELADA - CONDICIONADORES TIPO FAN-COIL Serpentina de resfriamento - Variáveis envolvidas: Variáveis do lado do ar: – Temperatura de entrada (BS/BU) – Vazão de ar Variáveis do lado da água gelada: – Temperatura de entrada – Vazão de água Variáveis da serpentina: – Área de face – Número de filas – Número de circuitos – Número de aletas por polegada 78 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR ÁGUA GELADA - CONDICIONADORES TIPO FAN-COIL Serpentina de resfriamento - Variáveis envolvidas: Variáveis do lado do ar = Resultado da carga térmica Variáveis do lado da água - Condições do sistema de água gelada Valores usuais: Temperatura de alimentação para os condicionadores: 7 oC Diferencial de temperatura da água: 5,5 oC Vazão de água gelada: 0,55 m3/h/TR (2,4 GPM/TR) Outras condições: onde: Q = calor total em kcal/h V = vazão de água em m3/h DT = diferencial de temperatura (oC) Q = V x 1000 x (DT) 79 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR ÁGUA GELADA - CONDICIONADORES TIPO FAN-COIL Serpentina de resfriamento - Aspectos Construtivos: Área de Face - Define a seleção do gabinete onde: V = vazão em m3/h (dado da carga térmica) v = velocidade em m/s (usualmente adotada como < 2,5 m/s) Af = área de face em m2 (dado dos modelos do fabricante) No filas - 3, 4, 5, 6 ou 8 filas (aumenta área de troca de calor) No aletas / polegada - 8 a 14 aletas/polegada (aumenta área de troca de calor) No circuitos - define a velocidade da água dentro do tubo eficiência de troca de calor x perda de carga V = (v . Af ) x 3600 80 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR ÁGUA GELADA - CONDICIONADORES TIPO FAN-COIL Serpentina de resfriamento - Aspectos Construtivos: No de filas No de circuitos No de aletas por polegada Área de face - m2 81 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR ÁGUA GELADA - CONDICIONADORES TIPO FAN-COIL Serpentina de resfriamento - Aspectos Construtivos: Exemplo: 2 filas / 2 circuitos 82 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR ÁGUA GELADA - CONDICIONADORES TIPO FAN-COIL Exemplo de dados de seleção: Condicionador de ar tipo fancoil Item Descrição Dados para seleção Unidade 01 Modelo de referência --- 02 Calor total 19.564 kcal/h 03 Calor sensível total 13.732 kcal/h 04 Temperaturas de entrada (BS/BU) 25,9 / 18,9 oC 05 Vazãode ar 3.400 m3/h 08 Altitude 0 m 08 Velocidade de face máxima 2,5 m/s 08 Velocidade de descarga máxima 10 m/s 06 Pressão estática externa 15 mmCA 07 Filtro de ar G3 classe ABNT 08 Temperatura de entrada da água 7 o C 09 Vazão de água gelada 3,5 m3/h 10 Perda de carga máxima na serpentina 5 mCA 15 Número de filas --- --- 11 Alimentação 3F+T/60Hz 220 V 11 Potência do motor 2 CV 14 Dimensões do gabinente LxAxP 658 x 1084 x 1426 mm 15 Peso 150 kg 15 Lado da conexão hidráulica x Direito Esquerdo --- 15 Posição de montagem Vertical superior --- 83 SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR EXEMPLOS DE SELEÇÃO 2: CONDICIONADOR TIPO FAN-COIL Utilização de software de seleção de fabricantes em aula 84 TÓPICOS ABORDADOS CICLO DE REFRIGERAÇÃO TIPOS DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO SELEÇÃO DE CONDICIONADORES DE AR UNIDADE RESFRIADORA DE LÍQUIDO - CHILLER 85 TIPO DE CONDENSAÇÃO: CONDENSAÇÃO A ÁGUA CONDNSAÇÃO A AR RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLERS 86 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER CHILLERS: COMPRESSORES GÁS REFRIGERANTE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 87 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER COMPRESSORES: Chillers utilizados até início da década de 90 Compressor Faixa de capacidade (TR) Alternativo 20 a 200 Centrífugo 300 a 5000 Chillers atuais Compressor Faixa de capacidade (TR) Scroll 20 a 120 Parafuso 60 a 400 Centrífugo 400 a 5000 88 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER COMPRESSORES: Alternativo 89 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER COMPRESSORES: Scroll 90 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER COMPRESSORES: Parafuso 91 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER COMPRESSORES: Centrífugo 92 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER GÁS REFRIGERANTE: Chillers utilizados até início da década de 90 Compressor Faixa de capacidade (TR) Gás Refrigerante Alternativo 20 a 200 R-22 Centrífugo 300 a 5000 R-11 ou R-12 Chillers atuais Compressor Faixa de capacidade (TR) Gás Refrigerante Scroll 20 a 120 R-22 ou R-407 Parafuso 60 a 400 R-22, R-407 ou R-134a Centrífugo 300 a 5000 R-123 ou R-134a 93 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER GÁS REFRIGERANTE: Prazo para eliminação da importação da substância Protocolo de Montreal CONAMA 267 Gás Refrigerante Composição Países desenvolvidos Demais países Brasil R-11 CFC 1996 2010 2001 R-12 CFC 1996 2010 2007 R-22 e R-123 HCFC 2030 2040 2040 R-407 e R-134a HFC --- --- --- 94 PARÂMETROS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: kW / TR Consumo de energia elétrica em kW dividido pela capacidade de energia térmica em TR COP - Coeficiente de Performance Razão entre a capacidade térmica de o consumo de energia (ambos na mesma unidade - adimensional - kWt / kWe) EER - Razão de eficiência energética Razão entre a capacidade térmica em BTU/h e o consumo de energia em Watts exemplo: 1 kW / TR => COP = 3,5 => EER = 12 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLERS 95 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: Chillers utilizados até início da década de 90 Compressor Faixa de capacidade (TR) Gás Refrigerante Eficiência (kW /TR) Alternativo a água 20 a 200 R-22 0,9 a 1,2 ou mais Centrífugo a água 300 a 5000 R-11 ou R-12 0,7 a 0,8 ou mais Chillers atuais Compressor Faixa de capacidade (TR) Gás Refrigerante Eficiência (kW/TR) Scroll a ar 20 a 150 R-22 ou R-407 1,1 a 1,3 Scroll a água 20 a 150 R-22 ou R-407 0,8 a 0,95 Parafuso a ar 60 a 400 R-22, R407 ou R-134a 1,1 a 1,2 Parafuso a água 60 a 400 R-22, R407 ou R-134a 0,62 a 0,8 Centrífugo a água 300 a 5000 R-123 ou R-134a 0,5 a 0,7 RESFRIADORES DE LÍQUIDO - CHILLER 96 ENGENHARIA DO AR CONDICIONADO SISTEMAS DE AR CONDICIONADO E SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS DISTRIBUIÇÃO DE AR NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS EM SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA 97 TÓPICOS ABORDADOS INTRODUÇÃO CONFORTO TÉRMICO SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES TABELAS DE SELEÇÃO – TROX RECOMENDAÇÕES GERAIS TAB – TESTES, AJUSTES E BALANCEAMENTO 98 DUTO DE INSUFLAÇÃO CONDICIONADOR DE AR V.Controle Água gelada ou gás AMBIENTE TOMADA DE AR EXTERIOR DUTO DE RETORNO Grelha de Retorno Filtro de ar Ventilador Serpentina de Resfriamento Difusor DISTRIBUIÇÃO DE AR - INTRODUÇÃO DISTRIBUIÇÃO DE AR: Elemento final do sistema de condicionamento de ar 99 DEFINIÇÕES: ZONA DE OCUPAÇÃO - 1,8 a 2 metros do piso GRELHAS - Instalação em paredes DIFUSORES - Instalação no teto, junto ao forro ACESSÓRIOS - Caixas pleno, registros, defletores, etc. DISTRIBUIÇÃO DE AR - INTRODUÇÃO 100 DISTRIBUIÇÃO DE AR - INTRODUÇÃO 101 CONFORTO TÉRMICO VARIÁVEIS ENVOLVIDAS NO CONFORTO TÉRMICO Temperatura Umidade Relativa Temperatura média radiante Velocidade do ar Nível de atividade Resistência térmica do vestuário Um ambiente é considerado desconfortável quando 20% ou mais das pessoas estão insatisfeitas. 102 CONFORTO TÉRMICO TEMPERATURA E UMIDADE RELATIVA 103 SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES PARÂMETROS BÁSICOS: VAZÃO DE AR VELOCIDADE DE SAÍDA NÍVEL DE RUÍDO PERDA DE CARGA ALCANCE 104 SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES NÍVEL DE RUÍDO RECOMENDADO: Aplicação Nível sonoro em dB (A) Noise Criteria (NC) Emissoras de Rádio, Estúdios de TV, Bibliotecas 20 - 25 15 - 20 Residências, hotéis, igrejas e teatros 25 - 35 20 - 30 Escritórios em geral 35 - 40 30 - 35 Cinemas 35 - 40 30 - 35 Locais públicos 35 - 45 30 - 40 Lojas e centros comerciais 40 - 50 35 - 45 105 SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES ALCANCE: (Throw) Distância percorrida pelo jato de ar antes de atingir a zona ocupada 106 SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES TABELA DE SELEÇÃO TROX - GRELHAS VAT: 107 SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES TABELA DE SELEÇÃO TROX - DIFUSOR QUADRADO ADLQ - 4 VIAS: 108 SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES TABELA DE SELEÇÃO TROX - DIFUSOR LINEAR ALS: 109 SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES GRELHAS DE RETORNO E TOMADAS DE AR EXTERNO: onde: V = vazão em m3/h v = velocidade em m/s (valor recomendado < 2,5 m/s) Aef = área efetiva de abertura em m2 V = (v . Aef ) x 3600 110 SELEÇÃO DE GRELHAS E DIFUSORES RECOMENDAÇÕES GERAIS: – Utilizar registros de regulagem nos dispositivos de insuflamento para ajuste fino da vazão de ar – Não considerar os registros de regulagem das bocas de ar para balanceamento da rede de dutos. – Utilizar grelhas com deflexão das aletas para possibilitar o direcionamento e abertura do jato de ar insuflado. – Não instale grelhas e difusores próximo a curvas ou trecho inicial da rede de dutos – Não instale grelhas e difusores ou quaisquer dispositivos com diferentes perdas de carga no mesmo ramal de duto. Separe os ramais e utilize dispositivos de regulagem no duto (damper de lâminas opostas). – Procure localizar as bocas de insuflamento e retorno de modo a evitar curto-circuito de ar. – Evite utilização de trechos longos de dutos flexíveis (máximo de 3 metros) e com curvas de raio curto – Em locais com baixo pé-direito utilize preferencialmente difusores e não grelhas. – Utilize difusores lineares periféricos próximos às janelas para combater as cargas térmicas excessivas de insolação. 111 TAB – TESTES, AJUSTE E BALANCEAMENTO Medir, Ajustar, Documentar 112 Difusor de ar Rede de dutos Damper de balanceamento Fresta para retorno TAB – TESTES, AJUSTE E BALANCEAMENTO Elementos de distribuição de ar – Indicação em projeto 113 Saída para acoplamento do difusor de ar Damper de Balanceamento de ar TAB – TESTES, AJUSTE E BALANCEAMENTO Elementos de distribuição de ar – Aspectos construtivos114 BALANCEAMENTO DE AR – PROCEDIMENTOS MÍNIMOS: – Medir e documentar as grandezas elétricas do motor do ventilador – Testar e ajustar a rotação do ventilador – Medir e documentar a pressão do sistema (sucção/descarga do ventilador) – Medir e ajustar a vazão de ar em cada ramal de duto e em cada boca de ar, dentro das tolerâncias admitidas (+/- 10%). Documentar os valores de projeto e os valores encontrados. Marcar posição de ajuste nos dispositivos de regulagem (damper) – Medir, ajustar e documentar a vazão de ar exterior – Medir, ajustar e documentar a vazão de ar total do ventilador – Medir e documentar as temperaturas do ar externo, entrada e saída do condicionador de ar (temperatura de bulbo seco e de bulbo úmido ou umidade relativa) – Emitir relatório de balanceamento documentando todos os valores medidos e ajustados TAB – TESTES, AJUSTE E BALANCEAMENTO 115 ENGENHARIA DO AR CONDICIONADO SISTEMAS DE AR CONDICIONADO E SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS DISTRIBUIÇÃO DE AR NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS EM SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA 116 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS TRATAMENTO DE AR EXTERNO CENTRALIZADO SISTEMAS DE VOLUME DE REFRIGERANTE VARIÁVEL DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) 117 TRATAMENTO DE AR EXTERNO CENTRALIZADO ALTERNATIVAS TÉCNICAS: Ventilação mecânica com pré filtragem Pré filtragem e resfriamento Recuperador de calor Desumidificação com cilindro dessecante NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 118 TRATAMENTO DE AR EXTERNO CENTRALIZADO BENECÍFIOS: Imposição de uma taxa de renovação de ar adequada e permanente Localização da captação de ar em local apropriado com melhor qualidade do ar externo, normalmente na cobertura Independência de fatores relacionados as pressões de ventos Possibilidade de pré tratamento do ar externo incluindo: filtragem, resfriamento, desumidificação e umidificação Possibilidade de fornecimento do ar externo a uma condição de temperatura e umidade constante, resultando em um melhor controle das condições internas Possibilidade de adoção de recuperadores de calor visando a redução do consumo de energia O pré resfriamento do ar externo centralizada permite fornecer taxas de renovação adequadas sem acréscimo de carga térmica para os condicionadores de ar existente NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 119 TRATAMENTO DE AR EXTERNO CENTRALIZADO Ventilação mecânica com pé filtragem NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 120 TRATAMENTO DE AR EXTERNO CENTRALIZADO Pré filtragem e resfriamento NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 121 TRATAMENTO DE AR EXTERNO CENTRALIZADO Recuperador de calor NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 122 TRATAMENTO DE AR EXTERNO CENTRALIZADO Recuperador de calor NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 123 TRATAMENTO DE AR EXTERNO CENTRALIZADO Desumidificação com cilindro dessecante Indicado para aplicações especiais com baixa umidade relativa (< 50%) NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 124 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS SISTEMAS VRV ou VRF - FLUXO DE REFRIGERANTE VARIÁVEL 125 SISTEMAS VRV ou VRF - FLUXO DE REFRIGERANTE VARIÁVEL ARAR Unidade Condensadora Múltiplas Unidades Evaporadoras NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 126 SISTEMAS VRV ou VRF - FLUXO DE REFRIGERANTE VARIÁVEL 50m 15m 40m 150m 300m Mitsubish NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 127 SISTEMAS VRV ou VRF - FLUXO DE REFRIGERANTE VARIÁVEL VANTAGENS: Controle de temperatura e funcionamento individualizado Solução de equipamento, sistema e controle integrados de um mesmo fabricante minimizando problemas de instalação Diversos modelos de unidades evaporadoras internas com diferentes arranjos de montagem e acabamento Mínima área técnica requerida para equipamentos, shafts e tubulações Baixo consumo de energia em cargas parciais proporcionado pela variação da velocidade do compressor Aproveitamento do fator de demanda e diversidade de carga no dimensionamento da capacidade do sistema central NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 128 SISTEMAS VRV ou VRF - FLUXO DE REFRIGERANTE VARIÁVEL DESVANTAGENS: Custo de implantação elevado, superior aos dos sistemas de água gelada Condições psicrométricas e de carga térmica definida para aplicações de conforto Tecnologia importada com apenas 3 ou 4 fabricantes atuando no mercado Presença de equipamento dentro do ambiente de trabalho Possíveis problemas de qualidade do ar relacionados com a renovação de ar (necessidade de um sistema de ventilação mecânica) e filtragem NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 129 SISTEMAS VRV ou VRF - FLUXO DE REFRIGERANTE VARIÁVEL APLICAÇÕES: Residências de alto padrão Hotéis de alto padrão Reforma de edifícios existentes sem sistema central de ar condicionado original (minimiza obras civis necessárias) Prédios históricos Prédios de escritórios de pequeno e médio porte NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 130 SISTEMAS VRV ou VRF - FLUXO DE REFRIGERANTE VARIÁVEL APLICAÇÕES: NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 131 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO TETO x PISO 132 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO BENEFÍCIOS: Flexibilidade para mudanças de lay-outs Aproveitamento do espaço de piso elevado usado para elétrica e dados Possível economia de energia (redução da potência de ventiladores e aumento da temperatura de insuflamento) Possível melhora da qualidade do ar (displacement ventilation) 133 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO Conceitos: TETO x PISO - Insuflamento de ar na zona ocupada => temperatura alta e velocidade baixa (>17 oC) - Seleção e localização de difusores adequada (afastamento min. 40cm da cadeira) - Altura do piso elevado compatível com cabeamento e escoamento do ar (ideal > = 40cm) - No caso de plenos sob o piso, a distância entre condicionadores de ar deve ser limitada (ideal=15m a 20m) - Isolamento da laje de piso localizada sobre pavimentos não condicionados 134 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO Tipos de Piso Elevado: Piso Monolítico 135 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO Tipos de Piso Elevado: Piso Monolítico NÃO RECOMENDADO PARA DISTRIBUIÇÃO DE AR 136 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO Tipos de piso elevado: Piso Modulado com pedestal regulável T R O X 137 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO O conceito Displacement Flow (Fluxo de deslocamento): O deslocamento do ar se dá à baixa velocidade pela convecção natural das fontes de calor (correntes verticais) A menor turbulência no ambiente resulta em uma melhor qualidade do ar TROX 138 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS DISTRIBUIÇÃO DE AR PELO PISO Considerações importantes: Recomendável usar sistema de suprimento de ar externo centralizado, pré resfriado e desumidificado, afim de minimizar a deficiência de desumidificação resultante da alta temperatura de insuflamento Em prédios com fachadas expostas à radiação solar, deve ser criado um zoneamento periférico utilizando condicionadores de ar independentes por fachada ou vazão de ar variável (dutos ou ventiladores sob o piso) Controle permanente do número de difusores instalados no piso para garantir um balanceamento adequado Controle permanente do cabeamento sob o piso para evitar criação de septos que impedem a passagem do ar Limpeza e aspiração periódica das caixas de coleta dos difusores139 RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS Painel Radiante com água gelada Ar externo primário pré-tratado Forro Metálico Transferência de calor por radiação dos objetos e superfícies do ambiente Ar externo primário pré-tratado (desumidificado) Convecção Natural Princípio de funcionamento 140 RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 141 RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 142 RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) VANTAGENS: Melhor conforto térmico (controle da troca de calor por radiação e utilização de menor vazão de ar, minimizando possíveis deficiências de distribuição de ar e proporcionando menor nível de ruído no ambiente) Menor consumo de energia de ventiladores Menor consumo de energia no chiller (temperatura da água gelada mais alta) Menor altura do entreforro Modulação dos painéis pode proporcionar maior número de zonas de controle, permitindo melhor controle de temperatura e maior flexibilidade de lay-out NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 143 RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) DESVANTAGENS: Risco de condensação Não recomendado para locais com alta carga latente (restaurantes, auditórios, cinemas, etc.) Não recomendado para áreas com portas para o exterior Limitação arquitetônica do forro (forma e materiais) Necessita de automação e controle preciso Custo inicial elevado NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 144 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) Para evitar a condensação, a temperatura do painel radiante deve ser controlada em função da temperatura do ponto de orvalho do ambiente (dew point) 145 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) Teste de condensação em laboratório: Formação de condensado após 8,5 horas com a temperatura do painel radiante abaixo da temperatura do ponto de orvalho do ambiente 146 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) Dimensionamento: Ar externo (vazão dimensionada pelo número de ocupantes – ex.: 27 m3/h/pesssoa) Pré-resfriamento e desumidificação do ar externo: Remoção da carga térmica do ar externo (sensível e latente), Remoção da carga térmica latente interna (desumidificação – ar mais seco), Remoção de parte da carga sensível interna (ar mais frio). Painel radiante - Carga térmica sensível interna remanescente 147 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) Desempenho do painel radiante em função da temperatura: (exemplo de valores típicos) Temperatura média do painel °F (°C) Temperatura do ambiente °F (°C) Q radiação BTU/h.ft2 (W/.m2) Q convecção BTU/h.ft2 (W/.m2) Q total BTU/h.ft2 (W/.m2) 50 (10) 72 (22) 19 (60) 18 (57) 37 (117) 55 (13) 72 (22) 15 (47) 13 (41) 28 (88) 60 (16) 72 (22) 11 (35) 8 (25) 19 (60) 65 (18) 72 (22) 6 (19) 4 (13) 10 (32) 50 (10) 78(26) 24 (76) 24 (76) 48 (151) 55 (13) 78(26) 20 (63) 19 (60) 39 (123) 60 (16) 78(26) 16 (51) 14 (44) 30 (95) 65 (18) 78(26) 12 (38) 9 (28) 21 (66) 148 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) Desempenho do painel radiante em função do ponto de orvalho: (exemplo de valores típicos) Temperatura do ambiente °F (°C) Umidade relativa % Ponto de Orvalho °F (°C) Temp. de entrada da água TPO + 3°F °F (°C) Temp. média do painel Temp. entrada + 5°F °F (°C) Q sensível BTU/h.ft2 (W/.m2) 72 (22) 40 46 (8) 49 (9) 54 (12) 30 (95) 72 (22) 60 57 (14) 60 (16) 65 (18) 10 (32) 78 (26) 40 52 (11) 55 (13) 60 (16) 30 (95) 78 (26) 60 63 (17) 66 (19) 71 (22) 10 (32) 149 RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) Considerações para uso no Brasil: Características construtivas do prédio: alta estanqueidade e alta impermeabilidade Densidade de carga: Capacidade típica da solução de teto frio apresentada: > 30m2/TR Carga térmica usual para escritórios no Brasil: < 25 m2/TR Viabilização do uso de resfriamento por painel radiante para altas densidades de carga usualmente encontradas no Brasil: SISTEMA MISTO = PAINEL RADIANTE + INSUFLAMENTO DE AR CONVENCIONAL NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS 150 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) Exemplo de fluxograma do sistema: Painel V2V V2V V2V V2V Painel Painel Painel T R O C A D O R D E C A L O R V2V BAG 7 °C 14 °C 16 °C 13 °C TE 151 NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS RESFRIAMENTO POR PAINEL RADIANTE (TETO FRIO) Exemplo de fluxograma do sistema (controle): T Painel V2V V2V V2V V2V VSD Painel Painel Painel T R O C A D O R D E C A L O R V2V BAG T U Controlador Pt .Orvalho Ambiente T Zona 7 °C 14 °C 16 °C 13 °C TE 152 ENGENHARIA DO AR CONDICIONADO SISTEMAS DE AR CONDICIONADO E SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS DISTRIBUIÇÃO DE AR NOVAS TECNOLOGIAS E TENDÊNCIAS EM SISTEMAS DE CLIMATIZAÇÃO ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA 153 TÓPICOS ABORDADOS CRITÉRIOS DE ANÁLISE DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO ANÁLISE ENERGÉTICA SIMULAÇÃO TÉRMICA E ENERGÉTICA DE EDIFICAÇÕES ESTUDO DE CASOS 154 Diversidade de sistemas Necessidade de estudo caso a caso Definição do sistema é a decisão mais importante em uma instalação nova ou retrofit 90% dos custos do sistema e da satisfação do usuário estão associados ao tipo de sistema Apesar disso apenas de 5 a 10% do trabalho de engenharia em um projeto é dedicado a definição a seleção do sistema CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA 155 CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA CUSTO DE IMPLANTAÇÃO CUSTO OPERACIONAL CONFIABILIDADE FLEXIBILIDADE MANUTENÇÃO CONFORTO OUTRAS PREMISSAS DETERMINANTES 156 CUSTO DE IMPLANTAÇÃO: Primeiro critério a ser considerado Em alguns casos o único critério Determinação do custo de implantação da instalação é função de: – capacidade – tipo de sistema – particularidades da instalação – condições comerciais de contratação e do mercado CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA 157 CUSTO OPERACIONAL: Composto de diversos componentes (energia, água, manutenção, etc.) Trata-se de um critério de grande complexidade de avaliação Composição dos custos em prédios americanos com ciclo de vida de 40 anos (ASHRAE): Operação 50% Alterações diversas 25% Construção do prédio 11% Outros 14% CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA 158 CONFIABILIDADE: Equipamentos reservas, energia de backup, ... Aplicações: Data Center, CPD, Telecomunicações, Indústria, Laboratórios, Estabelecimentos de Saúde, Segurança ........ Custo médio de Downtime - USA: Segmento Custo médio / hora US$ Venda de bilhetes entretenimento 69.000,00 Reservas de passagens de avião 89.000,00 Home Shopping 113.000,00 Pay-per-view 150.000,00 Vendas via cartão de crédito 2.650.000,00 Mercado Financeiro 6.450.000,00 CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA 159 CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA FLEXIBILIDADE: Mudança de lay-out Mudança de ocupação Flexibilidade de horários de funcionamento Variações de carga térmica 160 MANUTENÇÃO: Assistência técnica Qualificação da mão de obra requerida Cultura demanutenção da empresa Padronização Durabilidade do sistema e componentes Acesso aos equipamentos CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA 161 CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA CONFORTO: Acústica Controle individualizado Distribuição de ar Qualidade do ar 162 CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA OUTRAS PREMISSAS DETERMINANTES PARA DEFINIÇÃO DE UM SISTEMA: Limitações de espaço físico Limitações arquitetônicas Prazo de implantação Preservação arquitetônica em prédios históricos Qualidade do ar interno (ex. salas limpas, hospital) Precisão de controle requerida (ex. temperatura e umidade) 163 Custo de implantação Outras premissas Ciclo de vida Manutenção Confiabilidade Custo operacional CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO SISTEMA 164 TÓPICOS ABORDADOS CRITÉRIOS DE ANÁLISE DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO ANÁLISE ENERGÉTICA SIMULAÇÃO TÉRMICA E ENERGÉTICA DE EDIFICAÇÕES ESTUDO DE CASOS 165 O custo com energia é um fator determinante em uma análise técnica e econômica de um sistema de ar condicionado. A análise e determinação do consumo de energia é bastante complexa e está baseada nos seguintes fatores: - Desempenho térmico da edificação - Eficiência do sistema de ar condicionado - Tarifa de energia ANÁLISE ENERGÉTICA 166 CONSUMO DE ENERGIA EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE AR CONDICIONADO DESEMPENHO TÉRMICO DA EDIFICAÇÃO TARIFA CUSTO ENERGÉTICO OPERACIONAL ANÁLISE ENERGÉTICA 167 PERFIL DE CARGA TÉRMICA - Exemplo de um prédio de escritórios Componentes da carga térmica do prédio 30% 6% 6% 3%1%10% 8% 9% 20% 7% Radiação solar através das janelas Transimssão de calor pelas janelas Transissão de calor pelas paredes Transmissão de calor pela cobertura Transmissão de calor por paredes internas Iluminação Equipamentos de escritório Pessoas Ar externo de renovação Fator de segurança ANÁLISE ENERGÉTICA - CARGA TÉRMICA 168 SCHEDULES DE UTILIZAÇÃO: (variação da iluminação, ocupação, equipamentos internos... ao longo do dia) ANÁLISE ENERGÉTICA - CARGA TÉRMICA Hotel - Schedule de iluminação 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora % Escritório - Schedule de ocupação 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora % Escritório - Schedule de iluminação 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora % Hotel - Schedule de ocupação 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora % 169 CONSIDERAÇÕES GERAIS TR TR.h / dia Carga Térmica Diária (TR) - Janeiro 0 500 1000 1500 2000 2500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Horas T R Perfil de Carga Térmica de Bloco de verão [TR] 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 Horas T R ANÁLISE ENERGÉTICA - CARGA TÉRMICA 170 CONSIDERAÇÕES GERAIS TR.h / dia TR.h / ano Capacidade Térmica Mês a Mês 0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês T R h 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez TR.h MÊS ANÁLISE ENERGÉTICA - CARGA TÉRMICA 171 ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE UM SISTEMA: CHILLER - Eficiência Energética - kW/TR: ANÁLISE ENERGÉTICA - EFICIÊNCIA DO SISTEMA Chillers utilizados até início da década de 90 Compressor Faixa de capacidade (TR) Gás Refrigerante Eficiência (kW /TR) Alternativo a água 20 a 200 R-22 0,9 a 1,2 ou mais Centrífugo a água 300 a 5000 R-11 ou R-12 0,7 a 0,8 ou mais Chillers atuais Compressor Faixa de capacidade (TR) Gás Refrigerante Eficiência (kW/TR) Scroll a ar 20 a 1500 R-22 ou R-407 1,1 a 1,3 Scroll a água 20 a 150 R-22 ou R-407 0,8 a 0,95 Parafuso a ar 60 a 400 R-22, R407 ou R-134a 1,1 a 1,2 Parafuso a água 60 a 400 R-22, R407 ou R-134a 0,62 a 0,8 Centrífugo a água 300 a 5000 R-123 ou R-134a 0,5 a 0,7 172 ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE UM SISTEMA: EQUIPAMENTOS AUXILIARES Bombas de água gelada Bombas de água de condensação Torres de Resfriamento Ventiladores ANÁLISE ENERGÉTICA - EFICIÊNCIA DO SISTEMA 173 ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE UM SISTEMA: BOMBAS Potência consumida é função da vazão, altura manométrica e rendimento total (eficiência do impelidor e do motor elétrico) ANÁLISE ENERGÉTICA - EFICIÊNCIA DO SISTEMA 174 Potência elétrica consumida do ventilador é função da capacidade, das condições climáticas do local e do tipo de torre Além do consumo elétrico é importante considerar o consumo de água por evaporação, arraste e purga. Este consumo é função do calor rejeitado na torre, tipo de torre e condições climáticas. Valores típicos de consumo: 7 a 8,5 litros / h / TR. ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE UM SISTEMA: TORRES DE RESFRIAMENTO ANÁLISE ENERGÉTICA - EFICIÊNCIA DO SISTEMA 175 ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE UM SISTEMA - EFICIÊNCIA DA PLANTA: Análise simplificada Representação da eficiência de todos os equipamentos em função do consumo elétrico e da capacidade térmica em TR do sistema (kW / TR) Exemplo de sistema - 240 TR: – Duas unidades resfriadoras de 120 TR com condensação a água (URA) – Duas bombas de água gelada vazão constante (BAG) – Duas bombas de água de condensação vazão constante (BAC) – Duas torres de resfriamento (TRA) ANÁLISE ENERGÉTICA - EFICIÊNCIA DO SISTEMA Exemplo de Eficiência Global da Planta a plena carga Equipamento Capacidade total (TR) Potência total (kW) Eficiência (kW/TR) URA 2 x 120 = 240 2 x 96 = 192 0,80 BAG 2 x 120 = 240 2 x 11 = 22 0,092 BAC 2 x 120 = 240 2 x 7,5 = 15 0,063 TRA 2 x 120 = 240 2 x 5,5 = 11 0,046 Total 240 240 1,00 176 ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE UM SISTEMA EFICIÊNCIA DA PLANTA - CARGA PARCIAL A eficiência global da planta varia em função do tipo de sistema e estratégia de operação e controle. Exemplo carga parcial - 130 TR: ANÁLISE ENERGÉTICA - EFICIÊNCIA DO SISTEMA Exemplo de Eficiência Global da Planta em carga parcial Equipamento Capacidade parcial (TR) Potência média parcial (kW) Eficiência média (kW/TR) URA 2 x 65 = 130 2 x 52 = 104 0,80 BAG 2 x 65 = 130 2 x 11 = 22 0,169 BAC 2 x 65 = 130 2 x 7,5 = 15 0,115 TRA 2 x 65 = 130 2 x 5,5 = 11 (on-off) 0,046 Total 130 147,0 1,13 177 EFICIÊNCIA GLOBAL DO SISTEMA – ESTADO DA ARTE ANÁLISE ENERGÉTICA - EFICIÊNCIA DO SISTEMA 178 TARIFA DE ENERGIA ELÉTRICA - Grupo A - Alta Tensão Tarifa Convencional Faturamento do consumo e demanda, sem diferenciar o horário do dia e o período do ano Tarifa horo-sazonal Faturamento de preços diferentes para demanda e consumo de energia de acordo com as horas do dia (ponta e fora de ponta) e com os períodos do ano (seco e úmido). Hora de ponta - 3 horas consecutivas entre 17:00 e 22:00 hs, de segunda a sexta-feira, definidas pela concessionária. Período seco - 7 meses (maio a novembro) Período úmido - 5 meses (dezembro a abril) ANÁLISE ENERGÉTICA - CUSTO DE ENERGIA 179 TARIFA DE ENERGIA ELÉTRICA - Tarifa horo-sazonal Tarifa verde Aplicação de um preço único de demanda, independente de horário e período, e preços diferenciados de consumo, de acordo com as horas do dia e do período do ano Tarifa azul Aplicaçãode preços diferenciados de demanda e consumo de energia elétrica para os horários de ponta e fora de ponta e para os períodos seco e úmido. ANÁLISE ENERGÉTICA - CUSTO DE ENERGIA 180 ENERGIA ELÉTRICA - Tarifa horo-sazonal – Light ( sem ICMS, PIS, COFINS) TARIFAS DE ALTA TENSÃO - ESTRUTURA HORO-SAZONAL VERDE Nível de tensão Demanda ( R$ / kW ) Consumo ( R$ / MWh ) Ponta Fora de Ponta Seca Úmida Seca Úmida A4 (2,3 a 25 kV) 10,84 1.212,15 1.189,94 149,61 136,73 AS (subterrâneo) 16,18 1.275,90 1.252,80 155,55 142,08 TARIFAS DE ALTA TENSÃO - ESTRUTURA HORO-SAZONAL AZUL Nível de tensão Demanda ( R$ / kW ) Consumo ( R$ / MWh ) Ponta Fora de Ponta Ponta Fora de Ponta Seca Úmida Seca Úmida A4 (2,3 kV a 25 kV) 41,99 10,84 237,07 214,86 159,61 136,73 AS (subterrâneo) 46,45 16,18 246,66 223,61 155,55 142,08 ANÁLISE ENERGÉTICA - CUSTO DE ENERGIA 181 TARIFA DE GÁS NATURAL Tarifa por faixas de consumo - Valores com impostos - CEG RJ ANÁLISE ENERGÉTICA - CUSTO DE ENERGIA Tarifa de Gás Natural para Climatização (CEG) C u s t o d o g á s ( i m p o s t o s i n c l u s o s ) Faixa de consumo (m3/h) R$/m3 0 - 200 3,0228 201 - 5.000 1,7814 5.001 - 20.000 1,5859 20.001 - 70.000 1,3168 70.001 - 120.000 1,2114 182 ÁGUA Consumo nas torres de resfriamento de sistemas com condensação a água Tarifas variam de um local para outro Cobradas normalmente por faixas de consumo Cobrança adicional de tarifa de esgoto em função do consumo de água Obtenção da tarifa média: valor pago dividido pelo consumo Valores encontrados no Rio de Janeiro: R$ 6,00 a R$ 15,00 / m3 ANÁLISE ENERGÉTICA - CUSTO DE ENERGIA 183 ANÁLISE SIMPLIFICADA TR TR.h / dia TR.h / dia TR.h / ano (kW / TR) x TR.h kWh kWh x Tarifa R$ ANÁLISE ENERGÉTICA - CUSTO DE ENERGIA 184 TÓPICOS ABORDADOS CRITÉRIOS DE ANÁLISE DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO ANÁLISE ENERGÉTICA SIMULAÇÃO TÉRMICA E ENERGÉTICA DE EDIFICAÇÕES ESTUDO DE CASOS 185 Simulação de todas as variáveis envolvidas no desempenho térmico e energético de uma edificação, levando em consideração as interações entre as variáveis Reprodução das características de uma edificação e do sistema de ar condicionado de forma inteligível ao programa, representadas pelas variáveis de entrada. Avaliação de resultados detalhados: evoluções horárias de fluxos de calor, desempenho de elementos do sistema de ar condicionado, consumo de energia por uso final, relatórios mensais de consumo, índices de desempenho energético. Simulação de diversas opções de sistemas a partir de uma mesma base de dados com a criação de inúmeros casos hipotéticos que levem a um menor custo operacional permitindo avaliar o retorno financeiro de cada medida SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE EDIFICAÇÕES 186 Informações: http://www.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/ Softwares mais comuns: DOE2.1 BLAST Energy Plus TRNSYS Carrier HAP Trane TRACE 700 SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE EDIFICAÇÕES 187 Equipamentos Sistema Arquitetura Ocupação Clima DIAGNÓSTICO COMPREENSIVO Estudo energéticoLevantamento Processos Schedules Tarifa S i m u l a d o r CARGAS Consumidores Variáveis e estáveis SISTEMAS Performance dos sistemas individuais PLANTA Sistemas centrais de utilidades ECONÔMICO Custo de energia SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE EDIFICAÇÕES 188 Memória de Massa - Dias de Semana 0 100 200 300 400 500 600 0 0 : 0 0 0 1 : 0 0 0 2 : 0 0 0 3 : 0 0 0 4 : 0 0 0 5 : 0 0 0 6 : 0 0 0 7 : 0 0 0 8 : 0 0 0 9 : 0 0 1 0 : 0 0 1 1 : 0 0 1 2 : 0 0 1 3 : 0 0 1 4 : 0 0 1 5 : 0 0 1 6 : 0 0 1 7 : 0 0 1 8 : 0 0 1 9 : 0 0 2 0 : 0 0 2 1 : 0 0 2 2 : 0 0 2 3 : 0 0 Hora k W Simulado 14/12/00 - 5a feira 15/12/00 - 6a feira 11/12/00 - 2a feira SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE EDIFICAÇÕES CALIBRAÇÃO DO MODELO DE SIMULAÇÃO: 189 TÓPICOS ABORDADOS CRITÉRIOS DE ANÁLISE DE SISTEMAS DE AR CONDICIONADO ANÁLISE ENERGÉTICA SIMULAÇÃO TÉRMICA E ENERGÉTICA DE EDIFICAÇÕES ESTUDO DE CASOS
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