AUT 190 AR CONDICIONADO PARA ARQUITETURA

Eder Ricardo Voltani edervoltani@

usp.br

Eder Ricardo Voltani edervoltani@

usp.br

1.IN

TRODU

O

2.CARG

A TRMICA

3.CICLO

DE REFRIGERAO

4.EFICIN

CIA ENERG

TICA 5.

TIPOS DE SISTEM

AS 6.

EQU

IPAMEN

TOS

7.DISTRIBU

IO DE AR

8.REFERN

CIAS BIBLIOGRFICAS

Sumrio

Princpios bsicos de refrigerao foram

desenvolvidos por Carnot, em 1824.

Em 1897, Joseph M

cCreaty criou e patenteou o primeiro equipam

ento que pode ser considerado com

o sendo de ar condicionado e consistia em um

sistem

a de resfriamento baseado no borrifam

ento de gua.

Em

1902,

Willys

Carrier inventou

e fez

o prim

eiro exem

plo de

condicionamento de ar por um

processo mecnico para controlar a um

idade de sala de im

presso. Primeiro grande m

ercado foi industria txtil, que logo passou a ser usado em

diversos prdios e instalaes de industrias de papel, produtos farm

acuticos, tabaco e estabelecimentos com

erciais.

1 Introduo

2 Carga Trmica

A carga trm

ica o primeiro e m

ais importante passo no processo de projeto de

uma instalao de ar condicionado.

O

s demais elem

entos devero ser desenvolvidos visando o suprimento da carga

trmica.

O

condicionamento de ar efetua o controle da tem

peratura 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 um

idade (condies de conforto); 9

ISO

7730:2005 -

Ergonomics

of the

thermal

environment

Analytical determination and interpretation of therm

al comfort

using calculation of the PMV and PPD indices and local therm

al com

fort criteria. 9

ASHRAE 55:2004 Thermal environm

ental conditions for human

occupancy. 9

NBR 16401:2008 - Instalaes centrais de ar condicionado

Sistemas centrais e unitrios: Parte 1- Projeto das instalaes; 2-

Parmetros de conforto trm

ico e 3 - Qualidade do ar interior.

2 Carga Trmica

Condies de conforto trm

ico (NBR 16401, 2008);

Vero (CLO

= 0,5)

Inverno (CLO

= 0,9)

2 Carga Trmica

Condies Internas:

Renovao de ar (salubridade); 9

ASHRAE 62.1:2010 Ventilation

for Acceptable

Indoor Air

Quality prev valores de renovao do ar em funo do tipo de

ambiente, ocupao e volum

e do ambiente.

9A Portaria 3.523 do M

inistrio 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 am

biente, ocupao e volum

e do ambiente.

9N

BR 16401:2008 Parte 3 prev valores de renovao do ar em

funo do tipo de ambiente, ocupao e volum

e 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 tem

peratura do ar superior (para resfriam

ento) aquela adotada no projeto (temperatura de bulbo seco,

temperatura de bulbo m

ido ou umidade relativa, nebulosidade ou

radiao solar, direo e velocidade do vento). 9

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 trm

icas: (taxa de calor que deve ser removida, em

W)

As cargas trmicas do am

biente e no equipamento so divididas em

sensvel e latente.

Carga trm

ica do ambiente:

M

todos de clculos: 9

Simplificado;

9Detalhado;

9Interm

edirio.

Simplificado:

9Clculos em

regime perm

anente; 9

Determinao apenas do valor m

ximo dirio da carga trm

ica. CT

conduo devido a transferncia de calor por elementos opacos ser:

2 Carga Trmica

U: coeficiente global de troca de calor entre o am

biente 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: tem

peratura de bulbo seco de projeto do ar interior T

Ar-Sol: temperatura Ar-Sol. Tem

peratura fictcia determinada por:

2 Carga Trmica

Text: tem

peratura de bulbo de projeto do ar exterior : absortncia radiao solar da face externa do elem

ento de vedao I: radiao solar incidente no elem

ento h

e: coeficiente de troca de calor combinado conveco+radiao, na face

externa do elemento de vedao.

CTsolar Carga trm

ica 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 trm

ica gerada internamente:

ASHRAE (2009)) CTpessoas = taxa de calor dissipado * nm

ero de pessoas

2 Carga Trmica

CTequipam

entos + CTilum

inao

ASHRAE (2009)

CTequipam

entos = taxa de calor dissipado * nmero

de equipamentos

CTilum

inao = taxa de calor dissipado * nmero

de lmpadas

2 Carga Trmica

CTREN

OVAO

mren = vazo de ar de renovao (kg/s)

cp = calor especifico do ar (kJ/kg C)

Texterna = tem

peratura externa do ar externo de renovao ( C) T

interna = temperatura interna de conforto trm

ico ( C) h

lv = entalpia lquido-vapor (kJ/kg) w

externa = umidade absoluta do ar externo de renovao(kg/kg ar seco)

winterna = um

idade absoluta do ar interno de conforto trmico (kg/kg ar seco)

2 Carga Trmica

2 Carga Trmica

Q = vazo volum

trica de ar insuflado p= diferena de presso @

= rendimento do ventilar

Q = vazo volum

trica de ar insuflado (m3/s)

J= massa especfica do ar (kg/m

3) c

p = calor especfico do ar (kj/kg( C)

Para determinar a vazo:

CTEQ

UIPAM

ENTO som

a 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 Therm

al Unit).

Detalhado: 9

Necessrio program

as de simulao do com

portamento trm

ico da edificao, tais com

o: NBSLD (Kusuda, 1976), BLAST (Pedersen et al.,

1993), ESP-r (Clarke, 1993), DOE (birdsall, et al., (1994).

9EnergyPlus o m

ais utilizado.

Interm

edirio: 9

Utilizam

fatores que tentam reproduzir o efeito do arm

azenamento

trmico dos com

ponentes radiante dos ganhos de calor e da natureza transitria da conduo de calor nos elem

entos de vedao. 9

Mtodo das CLTD/CLF:

2 Carga Trmica

CLTD = diferena de temperatura equivalente entre o am

biente interno e externo, na qual est em

butido 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 trm

ica, especifico para cada fonte de energia radiante.

(Hernandez Neto et al. 1999)

Com

parao dos mtodos:

3 Ciclo de Refrigerao

Com

ponentes 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

predominantem

ente lquida,

com

baixa presso

e tem

peratura, e absorver calor (carga trmica) do ar forado pelo

ventilador que passa entre os tubos. Ao receber calor, o fluido vaporiza-se.

Com

presso: O fluido refrigerante em

forma de vapor com

primido por

meio de um

compressor elevando a presso e a tem

peratura (calor de com

presso).

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 um

a perda de presso brusca, porm

controlada, que vai reduzir a presso do fluido

4 Eficincia Energtica

Dada pelo coeficiente de desem

penho (COP) que a relao entre o calor

trocado no evaporador , QL, (carga trm

ica do equipamento) e a energia gasta

no compressor, W

, isto :

CO

P de chiller a gua da ordem de 4,5 a 5 (sem

bomba e torre),

3 a 3,5 com bom

ba e torre de resfriamento.

CO

P de chillera ar 2,5 a 3,5

5 Tipos de Sistemas

9Expanso direta;

9Ar condicionado de janela (ACJ)

90,6 a 3 TR

9Vantagens: custo baixo, controle individual,no necessita de rea de piso.

9Desvantagens: elevado consum

o de energia, vida til reduzida, elevado nvel de rudo, im

pacto na fachada, distribuio de ar ineficiente, baixa qualidade de filtragem

, no perm

ite a renovao de ar com controle.

9Aplicaes: residncias, salas com

erciais , etc.

9Expanso direta;

9Split system

9

0,6 a 5 TR 9

Vantagens:funcionamento e controle individualizado,

no necessita de rea de piso, baixo nvel de rudo. 9

Desvantagens: idem o aparelho de janela.

9Aplicaes:residncias, hotis, pequenos prdios com

ercias, escolas, lojas e restaurantes.

5 Tipos de Sistemas

5 Tipos de Sistemas

9Expanso direta;

9Self containeds com

condensador remoto (5 a 40 TR)

9Vantagens: independncia de operao, tecnologia sim

ples. 9

Desvantagens: consumo de energia, nvel de rudo, controle

de temperatura on-off por zona, condies psicrom

tricas pr-definidas.

9Aplicaes: agncias bancrias, pequenos escritrios, lojas, restaurantes.

5 Tipos de Sistemas

9Fluxo de refrigerante varivel (VRV ou VRF);

9Vantagens; controle de tem

peratura e funcionamento individualizado, diversos

modelos de evaporadoras

9Desvantagens: custo elevado, condies psicrom

trica pr-definidas, tecnologia importada.

9Aplicaes: residncias de alto padro, hotis.

CH

ILLER

FAN

CO

IL

5 Tipos de Sistemas

9Expanso indireta (gua gelada)

9Principais caractersticas ;

9CAG;

9Casa de m

quina; 9

Fancoil; 9

Rede de dutos; 9

Vantagens: 9

Alta eficincia energtica, manuteno centralizada,

longa vida til, menor nvel de rudo interno, perm

ite o dim

ensionamento

em

funo das

caractersticas psicrom

tricas do local. 9

Desvantagens: 9

Custo inicial elevado, rea de piso. 9

Principais aplicaes; 9

Edifcios com

erciais de

grande porte,

shopping, hospitais, indstrias, etc.

6 Equipamentos

6 Equipamentos

6 Equipamentos

6 Equipamentos

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

Geoterm

ia:

6 Equipamentos

7 Distribuio de ar

Pelo teto:

-Volum

e 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, Am

erican Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, 2009. ASHRAE 55. Therm

al environmental conditions for hum

an occupancy, American

Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc., Atlanta, 2004. Hernandez N

eto, A.; Tribess, A.; Vittorino, F. Anlise comparativa de clculos de

carga trmica, XV Congresso Brasileiro de Engenharia M

ecnica, guas de Lindia, SP. 1999. GEOTHERM

AL EXCHANGE O

RGANIZATIO

N. (2011). Apresentao: Geotherm

al Heat Pum

ps: Harnessing On-Site Renew

able Energy to Meet Energy-Efficiency

and Clim

ate Change

Goals. Recuperado

em

8 de

julho, 2011,

de http://w

ww

.geoexchange.org/index.php?option=com_phocadow

nload&view

=category&

id=15:igshpa-conference-presentations&Item

id=182.

ISO 7730. Ergonom

ics of the thermal environm

ent Analytical determination

and interpretation of thermal com

fort using calculation of the PMV and PPD

indices na local thermal criteria. International O

rganization for Standardization, Geneva, 2005. N

BR 16401 (2008) Instalaes centrais de ar condicionado Sistemas centrais e

unitrios: Parte 1 Projeto das instalaes, Parte 2 Parmetros de conforto

trmico, Parte 3 Q

ualidade do ar interior. NBR 16401: 2008. Associao

Brasileira de Norm

as tcnicas, Rio de Janeiro.

8 Referncias bibliogrficas

Muito Obrigado!