Carga Térmica em Ar Condicionado

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Definições

Métodos de Cálculo

Ferramentas de simulação

Normas

Condições externas e internas

Carga Térmica


Ganho de Calor

1. Ganho de calor no ambiente: taxa de calor que entra, sai ou é gerado dentro da zona de ocupação em um determinado momento

2. Classificação do ganho de calor conforme:

1. Fonte

2. Sensível ou Latente


Ganho de Calor

Fontes externas:

Radiação solar através de superfícies transparentes (vidros)

Condução de calor através de superfícies opacas e transparentes (paredes externas, tetos, vidros)

Ventilação e infiltração do ar

Fontes internas:

Pessoas

Iluminação

Equipamentos

Cargas especiais


Ganho de Calor

Ganho de calor sensível: diretamente adicionado(ou retirado) da zona de ocupação através de condução , convecção ou radiação

Ganho de calor latente: quando ocorre um aumento (ou diminuição) do vapor de água presente na zona de ocupação


Carga Térmica

Carga Térmica no ambiente : Energia retirada do (ou fornecida para o) ar no ambiente a fim de se manter a temperatura da zona de ocupação constante

Carga Térmica no ambiente pode ser sensível e/ou latente

Inércia do ambiente: os ganhos de calor não são transferidos imediatamente para o ar ambiente


Relação Ganho de Calor e Carga Térmica

Ganho de Calor

Mobiliário, Estrutura da edificação, etc..

Carga térmica

Extração de calor

Convecção

Radiação Convecção (com atraso)



Carga Térmica

Carga térmica no ambiente

Carga térmica na serpentina


Carga Térmica

Carga Térmica na serpentina : calor que deve ser retirado do ar da zona de ocupação somado ao calor devido à renovação do ar

Carga Térmica no ambiente pode ser sensível e/ou latente

Carga Térmica nos resfriadores: soma das cargas em todas as serpentinas com os ganhos de calor devido a ganhos de calor nos tubos de distribuição de água gelada.



Métodos mais conhecidos

Balanço de energia

Diferença de Temperatura Total Equivalente

Funções de Transferência

RTS

CLTD/CLF

Todos os métodos permitem a avaliação da contribuição dos diversos ganhos de calor ao perfil de carga térmica



Balanço de energia: avaliação dos seguintes aspectos hora a hora:

Balanço de energia na face externa

Condução de calor nas paredes (funções de transferência)

Balanço de energia e massa na face interna

Balanço de energia e massa no ar na zona de ocupação

Método utilizado no desenvolvimento do software BLAST e reutilizado no software Energy-Plus

Permite avaliação do perfil de carga térmica e/ou temperatura média da zona de ocupação

Exige um esforço computacional grande para ser implementado



Radiação solar

incidente

Convecção

Ar Externo

Radiação ultra

violeta

Balanço de

energia na face

externa

Condução na

parede

Balanço de

energia na face

interna

Radiação de

onda curta das

lâmpadas

Radiação de

onda longa das

lâmpadas

Radiação de

onda longa das

outras superfíciesRadiação solar transmitida

(superfícies transparentes)

Convecção para

o ar ambiente

Balanço de

energia no ar

Convecção de

outras superfícies

Ventilação,

Infiltração,

Exaustão

Sistema de

climatização

REPETIR O CÁLCULO PARA

CADA SUPERFÍCIE

Balanço de energia



Método das séries temporais radiantes (RTS)

Taxa de calor por incidência

solar para cada hora em

cada superfície exterior

Cálculo do ganho de calor

por incidência solar para

cada hora em cada janela

Cálculo do ganho de calor por

incidência solar difusa para


Cálculo da temperatura

ar-sol para cada hora

em cada superfície

Usando séries temporais de condução

para tetos/paredes, cálculo do ganho de

calor para cada parede externa

Cálculo do ganho de calor por

incidência solar difusa para


Cálculo do

ganho de calor

por iluminação

Cálculo do

ganho de calor

pelos ocupantes

Cálculo do ganho

de calor pelos

equipamentos

Separação dos ganhos de calor

em parcelas radiantes e

convectivas

Cálculo dos ganhos de

calor por infiltração

Somatória de todas as parcelas

de convecção a cada hora

Somatória de todas as parcelas

a cada hora

Avaliação das parcelas de

radiação com base nas séries

temporais radiantes resultando

na carga térmica devido a

ganhos de calor por radiação

Perfil horário de

carga térmica



Diferença de Temperatura Total Equivalente

Total Equivalent Temperature Differential Method (TETD)

Todos os ganhos de calor são somados perfil de ganho de calor instantâneo

Perfil de carga térmica é obtido utilizando fatores de ponderação com tempo (Time Averaging - TA) inércia do ambiente

Permite avaliação do perfil de carga térmica

Não permite avaliação do perfil de temperatura média da zona de ocupação




Funções de Transferência

Desenvolvido por Mitalas (1972)

Aplicação de séries de fatores de ponderação (funções de transferência)

Considera o efeito dos ganhos de calor na carga térmica em cada instante (inércia térmica)


Base para elaboração do método CLTD/CLF



CLTD/CLF

Baseia-se no método das funções de transferência

Condições de temperatura interna e externa fixas

Considera o efeito dos ganhos de calor na carga térmica em cada instante (inércia térmica)

Oferecem valores tabelados para os diversos ganhos de calor

Exige um esforço computacional pequeno para ser implementado



• Diferentes níveis de detalhamento e modelos

• Qualificação técnica do usuário:

• Diversos sistemas operacionais

• Disponibilidade:

•http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/subje

cts_sub.cfm

http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/subjects_sub.cfm

http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/subjects_sub.cfm



Capacidades: • Simulação energética

• Cálculos de carga de resfriamento/aquecimento

• Energia renovável

• Análise de retrofit

• Edifícios verdes e sustentabilidade


Ferramentas de simulação – Energy Plus









Outros softwares: • ESP-r

• TAS

• TRACE

• E-20

• Design Builder e Simergy (interfaces gráficas

para o Energy Plus)


Cálculo de Carga Térmica

Considerações para projeto:

Características da zona de ocupação (dimensões, materiais, orientação, tipos de superfícies)

Condições termo-higrométricas internas e externas

Perfis de ocupação (pessoas, iluminação, equipamentos)

Período de cálculo (verão, inverno, etc.)

Dados adicionais: tipos de sistema de condicionamento de ar e de distribuição de ar/água, perdas de energia dos sistemas


Fontes

• NBR 16401 : Critérios de projeto

• NBR 7265 : Tratamento de ar em unidades medico

assistenciais

•ASHRAE 62: Ventilação para qualidade do ar

•ASHRAE 55: Conforto térmico

•ASHRAE 90.1: Diretrizes de eficiência energética

• Dados Climáticos de 14 Cidades Brasileiras de Solange V. G.

Goulart, Roberto Lamberts e Samanta Firmino – RPA

•ASHRAE - Handbook of Fundamentals



Definição das condições externas - NBR 16401















Condição

externa

Condição

interna






Definição das condições internas - NBR 16401









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5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 4 8 12 16 20 24

Tempo [h]

Ca

rga

Té

rmic

a [

W]

Tint=22ºC

Tint=24ºC

Tint=26ºC

Efeito da Temperatura Interna


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 4 8 12 16 20 24

Tempo [h]

Ca

rga

Té

rmic

a [

W]

Text=32ºC

Text=34ºC

Text=36ºC

Efeito da Temperatura Externa

Documents

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