AUT 190

AR CONDICIONADO PARA ARQUITETURA

Eder Ricardo Voltani edervoltani@usp.br

Eder Ricardo Voltani edervoltani@usp.br

1. INTRODUO 2. CARGA TRMICA 3. CICLO DE REFRIGERAO 4. EFICINCIA ENERGTICA 5. TIPOS DE SISTEMAS 6. EQUIPAMENTOS 7. DISTRIBUIO DE AR 8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

Sumrio

Princpios bsicos de refrigerao foram desenvolvidos por Carnot, em 1824.

Em 1897, Joseph McCreaty criou e patenteou o primeiro equipamento que pode ser considerado como sendo de ar condicionado e consistia em um sistema de resfriamento baseado no borrifamento de gua.

Em 1902, Willys Carrier inventou e fez o primeiro exemplo de condicionamento de ar por um processo mecnico para controlar a umidade de sala de impresso. Primeiro grande mercado foi industria txtil, que logo passou a ser usado em diversos prdios e instalaes de industrias de papel, produtos farmacuticos, tabaco e estabelecimentos comerciais.

1 Introduo

2 Carga Trmica

A carga trmica o primeiro e mais importante passo no processo de projeto de uma instalao de ar condicionado.

Os demais elementos devero ser desenvolvidos visando o suprimento da carga trmica.

O condicionamento de ar efetua o controle da temperatura e umidade para satisfazer as necessidades do espao, devendo ainda controlar o fluxo e a qualidade do ar.

Condies de Projeto: (internas e externas) Internas:

Temperatura e umidade (condies de conforto); ISO 7730:2005 - Ergonomics of the thermal environment

Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.

ASHRAE 55:2004 Thermal environmental conditions for human occupancy.

NBR 16401:2008 - Instalaes centrais de ar condicionado Sistemas centrais e unitrios: Parte 1- Projeto das instalaes; 2- Parmetros de conforto trmico e 3 - Qualidade do ar interior.

2 Carga Trmica

Condies de conforto trmico (NBR 16401, 2008); Vero (CLO = 0,5)

Inverno (CLO = 0,9)

2 Carga Trmica

Condies Internas: Renovao de ar (salubridade);

ASHRAE 62.1:2010 Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality prev valores de renovao do ar em funo do tipo de ambiente, ocupao e volume do ambiente.

A Portaria 3.523 do Ministrio da Sade, 1998, prev valores de ar de renovao para diferentes ambientes (27 m3/h/pessoa para escritrios), enquanto a ASHRAE 62.1:2004 prev valores de renovao do ar em funo do tipo de ambiente, ocupao e volume do ambiente.

NBR 16401:2008 Parte 3 prev valores de renovao do ar em funo do tipo de ambiente, ocupao e volume do ambiente.

2 Carga Trmica

Condies Externas: So fixadas em funo do dia tpico, que corresponde s condies em

que 10% dos dias de vero podem ter temperatura do ar superior (para resfriamento) aquela adotada no projeto (temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo mido ou umidade relativa, nebulosidade ou radiao solar, direo e velocidade do vento). NBR 16401:2008 Prev 32 C para frequncia de 0,4%, 31 C para

frequncia de 1% e 30 C para frequncia de 2%.

2 Carga Trmica

Cargas trmicas: (taxa de calor que deve ser removida, em W)

As cargas trmicas do ambiente e no equipamento so divididas em sensvel e latente.

Carga trmica do ambiente: Mtodos de clculos:

Simplificado; Detalhado; Intermedirio.

Simplificado: Clculos em regime permanente; Determinao apenas do valor mximo dirio da carga trmica. CTconduo devido a transferncia de calor por elementos opacos ser:

2 Carga Trmica

U: coeficiente global de troca de calor entre o ambiente interno e o meio externo, funo dos coeficientes de pelcula que englobam tanto os efeitos de conveco como de radiao

A: rea do elemento de vedao Tint: temperatura de bulbo seco de projeto do ar interior TAr-Sol: temperatura Ar-Sol. Temperatura fictcia determinada por:

2 Carga Trmica

Text: temperatura de bulbo de projeto do ar exterior : absortncia radiao solar da face externa do elemento de vedao I: radiao solar incidente no elemento he: coeficiente de troca de calor combinado conveco+radiao, na face

externa do elemento de vedao.

CTsolar Carga trmica devido a radiao solar direta:

ID = radiao direta incidente sobre o vidro: D = transmissividade do vidro incidncia solar direta: AV = rea do vidro sujeito radiao solar direta.

2 Carga Trmica

CTinterna Carga trmica gerada internamente:

ASHRAE (2009))

CTpessoas = taxa de calor dissipado * nmero de pessoas

2 Carga Trmica

CTequipamentos + CTiluminao

ASHRAE (2009)

CTequipamentos = taxa de calor dissipado * nmero de equipamentos

CTiluminao = taxa de calor dissipado * nmero de lmpadas

2 Carga Trmica

CTRENOVAO

mren = vazo de ar de renovao (kg/s) cp = calor especifico do ar (kJ/kg C) Texterna = temperatura externa do ar externo de renovao ( C) Tinterna = temperatura interna de conforto trmico ( C) hlv = entalpia lquido-vapor (kJ/kg) wexterna = umidade absoluta do ar externo de renovao(kg/kg ar seco) winterna = umidade absoluta do ar interno de conforto trmico (kg/kg ar seco)

2 Carga Trmica

2 Carga Trmica

Q = vazo volumtrica de ar insuflado p= diferena de presso = rendimento do ventilar

Q = vazo volumtrica de ar insuflado (m3/s) = massa especfica do ar (kg/m3) cp = calor especfico do ar (kj/kg( C)

Para determinar a vazo:

CTEQUIPAMENTO soma algbrica da carga do ambiente, renovao e ventilador:

2 Carga Trmica

Divide o valor total da carga trmica por 3520 W para obter o valor da carga em TR = tonelada de refrigerao (energia necessria para que 1000 kg (1tonelada) de gua a 0 C passa de gua para gelo em 24 horas.

1TR = 12.000 Btu/h (British Thermal Unit).

Detalhado: Necessrio programas de simulao do comportamento trmico da

edificao, tais como: NBSLD (Kusuda, 1976), BLAST (Pedersen et al., 1993), ESP-r (Clarke, 1993), DOE (birdsall, et al., (1994).

EnergyPlus o mais utilizado.

Intermedirio: Utilizam fatores que tentam reproduzir o efeito do armazenamento

trmico dos componentes radiante dos ganhos de calor e da natureza transitria da conduo de calor nos elementos de vedao.

Mtodo das CLTD/CLF:

2 Carga Trmica

CLTD = diferena de temperatura equivalente entre o ambiente interno e externo, na qual est embutido o efeito de conduo de calor e sua converso em carga trmica.

CLF = fator de ponderao para converso da componente radiante dos ganho de calor em carga trmica, especifico para cada fonte de energia radiante.

(Hernandez Neto et al. 1999)

Comparao dos mtodos:

3 Ciclo de Refrigerao

Componentes do ciclo de refrigerao:

3 Ciclo de Refrigerao

Processos do ciclo de refrigerao Evaporao: Etapa onde o fluido refrigerante entra na serpentina como

uma mistura predominantemente lquida, com baixa presso e temperatura, e absorver calor (carga trmica) do ar forado pelo ventilador que passa entre os tubos. Ao receber calor, o fluido vaporiza-se.

Compresso: O fluido refrigerante em forma de vapor comprimido por meio de um compressor elevando a presso e a temperatura (calor de compresso).

Condensao: Etapa onde ocorre a rejeio de calor do ciclo. No condensador o vapor perde calor para o meio condensante (ar ou gua) e sai do condensador na forma lquida.

Expanso: Etapa onde ocorre uma perda de presso brusca, porm controlada, que vai reduzir a presso do fluido

4 Eficincia Energtica

Dada pelo coeficiente de desempenho (COP) que a relao entre o calor trocado no evaporador , QL, (carga trmica do equipamento) e a energia gasta no compressor, W, isto :

COP de chiller a gua da ordem de 4,5 a 5 (sem bomba e torre), 3 a 3,5 com bomba e torre de resfriamento.

COP de chillera ar 2,5 a 3,5

5 Tipos de Sistemas

Expanso direta;

Ar condicionado de janela (ACJ)

0,6 a 3 TR

Vantagens: custo baixo, controle individual,no necessita de rea de piso.

Desvantagens: elevado consumo de energia, vida til reduzida, elevado nvel de rudo, impacto na fachada, distribuio de ar ineficiente, baixa qualidade de filtragem, no permite a renovao de ar com controle.

Aplicaes: residncias, salas comerciais , etc.

Expanso direta;

Split system

0,6 a 5 TR

Vantagens:funcionamento e controle individualizado, no necessita de rea de piso, baixo nvel de rudo.

Desvantagens: idem o aparelho de janela.

Aplicaes:residncias, hotis, pequenos prdios comercias, escolas, lojas e restaurantes.

5 Tipos de Sistemas

5 Tipos de Sistemas

Expanso direta;

Self containeds com condensador remoto (5 a 40 TR)

Vantagens: independncia de operao, tecnologia simples.

Desvantagens: consumo de energia, nvel de rudo, controle de temperatura on-off por zona, condies psicromtricas pr-definidas.

Aplicaes: agncias bancrias, pequenos escritrios, lojas, restaurantes.

5 Tipos de Sistemas

Fluxo de refrigerante varivel (VRV ou VRF);

Vantagens; controle de temperatura e funcionamento individualizado, diversos modelos de evaporadoras

Desvantagens: custo elevado, condies psicromtrica pr-definidas, tecnologia importada.

Aplicaes: residncias de alto padro, hotis.

CHILLER

FANCOIL

5 Tipos de Sistemas

Expanso indireta (gua gelada)

Principais caractersticas ;

CAG;

Casa de mquina;

Fancoil;

Rede de dutos;

Vantagens:

Alta eficincia energtica, manuteno centralizada, longa vida til, menor nvel de rudo interno, permite o dimensionamento em funo das caractersticas psicromtricas do local.

Desvantagens:

Custo inicial elevado, rea de piso.

Principais aplicaes;

Edifcios comerciais de grande porte, shopping, hospitais, indstrias, etc.

6 Equipamentos

6 Equipamentos

6 Equipamentos

6 Equipamentos

(Fonte: G.E.O., 2011, adaptado).

Geotermia:

6 Equipamentos

7 Distribuio de ar

Pelo teto: - Volume de ar constante (VAC) - Volume de ar varivel (VAV)

7 Distribuio de ar

Pelo piso:

7 Distribuio de ar

8 Referncias bibliogrficas

ASHRAE. Handbook of Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, 2009. ASHRAE 55. Thermal environmental conditions for human occupancy, American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, 2004.

Hernandez Neto, A.; Tribess, A.; Vittorino, F. Anlise comparativa de clculos de carga trmica, XV Congresso Brasileiro de Engenharia Mecnica, guas de Lindia, SP. 1999. GEOTHERMAL EXCHANGE ORGANIZATION. (2011). Apresentao: Geothermal Heat Pumps: Harnessing On-Site Renewable Energy to Meet Energy-Efficiency and Climate Change Goals. Recuperado em 8 de julho, 2011, de http://www.geoexchange.org/index.php?option=com_phocadownload&view=category&id=15:igshpa-conference-presentations&Itemid=182.

ISO 7730. Ergonomics of the thermal environment Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices na local thermal criteria. International Organization for Standardization, Geneva, 2005. NBR 16401 (2008) Instalaes centrais de ar condicionado Sistemas centrais e unitrios: Parte 1 Projeto das instalaes, Parte 2 Parmetros de conforto trmico, Parte 3 Qualidade do ar interior. NBR 16401: 2008. Associao Brasileira de Normas tcnicas, Rio de Janeiro.

8 Referncias bibliogrficas

Muito Obrigado!