Carga_Termica.PPT

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

• 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

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

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.

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.

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.

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...

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 m2 / pessoa
 Iluminação 40 W/m2
 BS = 24 oC UR = 50 %
Edifício Bussiness Point
Setor Autarquias Sul - Brasília - DF
http://www.bpoint.com.br

Localização:
Brasília – DF
Setor Autarquias Sul

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)

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 “

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

 CORES CLARAS  Redução de 900 para 880 TR
 CORES CLARAS
 REDUÇÃO DE ÁREA ENVIDRAÇADA:
70  50%
 REVESTIMENTO EXTERNO REFLETIVO:
MÁMORE BRANCO
ESTRATÉGIAS DO PROJETO

 REDUÇÃO DOS VIDROS  Redução de 900 para 800 TR
 CORES CLARAS
70  50%
MÁMORE BRANCO

 REVESTIMENTO REFLETIVO  Redução de 900 para 800 TR
 CORES CLARAS
70  50%
MÁMORE BRANCO

 VIDROS REFLETIVOS  Redução de 900 para 795 TR
 CORES CLARAS
70  50%
MÁMORE BRANCO

 ISOLAMENTO  Redução de 900 para 845 TR
 CORES CLARAS
70  50%
MÁMORE BRANCO

 ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO  Redução de 900 para 830 TR
 CORES CLARAS
70  50%
MÁMORE BRANCO

 CORES CLARAS
70  50%
MÁMORE BRANCO
ROTAÇÃO DO EDIFÍCIO
REDUÇÃO DA CARGA TÉRMICA:
DE 900 TR PARA 450 TR - 50%

DIMINUIÇÃO DA CARGA TÉRMICA EM RELAÇÃO AO
PRÉDIO BASE (PADRÃO, DE CUSTO MÉDIO)
 Cores claras 2,2 %
 Isolamento 6,1 %
 Rotação 7,8 %
 Redução vidro 11,0 %
 Revestimento 11,0 %
 Vidros refletivos 11,6 %
REDUÇÃO TOTAL 50 %

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)

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.

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!!

CURVAS TÍPICAS DEMANDA DE REFRIGERAÇÃO DE EDIFÍCIO
COMERCIAL E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
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 2.620 kWh!!
 1 TR é potência necessária para liquefazer
1 tonelada de gelo em 24 horas = 3,5 kW

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 2.620 kWh, operando 14 horas/dia
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Horas do dia
TR

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
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 2.620 kWh, operando 24 horas/dia

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.

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)

SISTEMAS DE
CONDICIONAMENTO DE AR

SISTEMAAAR 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

SISTEMAAAR COM
REAQUECIMENTO TERMINAL
Ar externo
Zona 1 Zona 2
Serp.
Aquec
13 oC
Ventilador
Insuflamento
Serpentina de
Resfr. Desum.
Ar de Retorno
Ar
eliminado
T
T

SISTEMAAAR DE DUPLO DUTO
Zona 1 Zona 2
Serpentina de
Resfriamento
Serpentina de
Aquecimento
34 a 45 oC
13 oC
Caixa de
Mistura
T T

SISTEMA VOLUME DE AR VARIÁVEL – VAV -
Zona 1 Zona 2
Ar de Retorno
Serpentina de
Resfr. E Desum.
Vent.
Insuflamento
13 oC
T
T

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

Ar externo
Exterior
Ar insuflado
Ar de retorno
Filtro
Serpentina
de resfriamento
Vent.
U nida de
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Instalação Simples de “Fan-Coil”

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Sistema de Distribuição de Ar-Condicionado:
Volume Constante

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