Resfriamento Dedicado de Ar Exterior · para o ponto de orvalho e inclui reaquecimento que é capaz...

Projeto Demonstrativo para o GerenciamentoIntegrado no Setor de Chillers

Resfriamento Dedicado de ArExterior

Execução Implementação Realização

Matt Chmielewski BEMP, CEM, LEED AP – Trane Brasil27/04/2016 – São Paulo, Brasil

Sistemas Dedicados de Ar ExternoSistemas Dedicados de Ar Externo

l OBJETIVOS da Apresentação:O que é DOASPorque utilizar DOASPossiveis sistemas de climatização para ventilaçãoAnalise PsicrometricaDOAS em sistemas de Agua GeladaCase Exemplo – Escritorio em FortalezaFazer sistema com 27 fan coils sair mais barato do que

sistema com 25 fan coils – e com mais conforto!

DOAS = “Dedicated Outdoor AirSystem”DOAS = “Dedicated Outdoor AirSystem”Uma unidade DOAS é um tipo de Sistema HVAC dedicado aocondicionamento e insuflamento de ar externo.

Os componentes do equipamento DOAS são parecidos a fancoils.

DOAS (V) + Sistemas Auxiliares (HAC) = Completo Sistema deHVAC de Ar Externa

Tambem conhecido como:“OAHU” Outside Air Handling Unit

“UTAE” Unidade de Tratamento de Ar Externa&

“HVAC” Heating Ventilation & Air Conditioning“FCU” Fan Coil Unit

DOAS – Definição AHRIDOAS – Definição AHRI

• DOAS ou “Dedicated Outdoor Air System” é um produto que,através de condensação a Ar, condensação a Água ou dos

denominados “water sources”, desumidifica 100% do ar externopara o ponto de orvalho e inclui reaquecimento que é capaz deaumentar a temperatura de bulbo seco do ar para a condição

projetada para o ambiente.

Este ar externo condicionado é então insuflado direta ouindiretamente no espaço condicionado. Ele pode pré-condicionar o

ar externo através de “rodas térmicas”, trocadores de calor ououtros aparatos de transferência de massa e/ou calor.

Edificação com DOASEdificação com DOAS• Sistema Dedicado de Ar Externo. Unidade de 100% de ar externo e Sistema de Distribuição que

Condiciona e Insufla o Ar

• Unidades de Resfriamento &Aquecimento Auxiliares.

Somente Refriamento ouRefriamento/Aquecimento dezonas

Mantém as condições das zonas Exemplo de Unidades: VRF, RTU, Splitão, AHU, Vigas

Frias

Ar Externa do DOAS aos FCUAr Externa do DOAS aos FCU• Equipamento DOAS entrega ar externa pre-tratada via rede de

dutos dedicado para FCU`s individuais

DOAS

FCU

FCU

FCU

Os climatizadoresindividuais podemser do tipo:

– blower-coils– rooftop units– air handlers– self-

containedunits

– dual-ductVAV boxes

– ChilledBeams

Ar Externa do DOAS direto aoAmbienteAr Externa do DOAS direto aoAmbiente

RA

RA

OA

EA

EA

EA

CA

CA

SA

SA

dedicatedOA unit

tozones

tozones

floor-by-floorair handlers

Importancia de Ventilação &UmidadeImportancia de Ventilação &Umidade

Refrigeração, Calor, e UmidadeRefrigeração, Calor, e Umidade

dry-bulb temperature

humidity ratio

80°F[26.7°C]80°F[26.7°C]

70°F[21.2°C]

70°F[21.2°C]

comfort zone

Proposito de ar condicionado:Remover calor e umidade.

• Ambientes confortáveis e saudáveis:– Umidade relativa (RH) de 30% a 60%– Temperatura (Tbs) entre 21° a 27°C

Carta PsicrometricaCarta Psicrometrica

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Relação

de

massa

de

agu

aá

massa

de

arseca

11030 40 50 60 70 80 10090

Temperatura Bulbo Seco (comum)

85

80

75

70

65

60

5550

4540

3530

Late

nte

(um

idad

e)QuenteFrio

Seco

Umido

Sensivel

spacespace

30

40

50

55

60

65

70

75

80

Ponto deO

rvalho°F

Manobras na Carta PsicrometricaManobras na Carta Psicrometrica

180

160

140

120

100

80

60

40

20

humidity ratio, grains/lb of dry air

11030 40 50 60 70 80 10090dry-bulb temperature, °F

80

70

50

4030

60

OA 95°F DB78°F WB

CA 70°F DB67°F DPT

CACA

80°F DB60% RH65°F DPT

Esfriado mas não DesumidificadoEsfriado mas não Desumidificado

30

40

50

55

60

65

70

75

80

dew point tem

perature,°F

OAOAspace

spacespace

Manobras na Carta PsicrometricaManobras na Carta Psicrometrica

180

160

140

120

100

80

60

40

20



80

70

50

4030

60

OA


CACA

75°F DB60% RH61°F DPT

Esfriado e DesumidificadoEsfriado e Desumidificado

30

40

50

55

60

65

70

75

80

dew point tem

perature,°F

dry enough toremove spacelatent load


worst-caseupper limit

95°F DB78°F WB

OAOAspace

spacespace

example: fan-coils, VAV, WSHPs, VRFexample: fan-coils, VAV, WSHPs, VRF

Manobras na Carta PsicrometricaManobras na Carta PsicrometricaEsfriado e ‘super’ DesumidificadoEsfriado e ‘super’ Desumidificado

180

160

140

120

100

80

60

40

20



80

70

50

4030

60

OA


CACA

space 75°F DB50% RH55°F DPT

spacespace

example: chilled beams, radiant coolingexample: chilled beams, radiant cooling

30

40

50

55

60

65

70

75

80

dew point tem

perature,°F

to preventcondensation



95°F DB78°F WB

OAOA

Troca de calorTroca de calor

15°C 100°C1 kg

agua

100°C

1 kgvapor

1 kgagua 100°C

+ 85 kcal =

Sens

ivel

+ 244.5 kcal =

Laten

te

Calor Sensivel vs Calor LatenteCalor Sensivel vs Calor Latente

100°C244.5 kcal

1 kgvapor1 kg

Agua

100°C

15°C 16°C1 kcal1 kg

Agua

CargaLatente –Troca de

Fase

Carga Sensivel– Mudança deTemperatura

DOAS - Desacoplar CargasSensíveis e LatentesDOAS - Desacoplar CargasSensíveis e Latentes

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

hu

mid

ity ratio, g

rains/

lb o

f dry air


85

80

75

70

65

60

5550

4540

3530

Carga Sensivel– FCU

CargaLatente- DOAS

CA

Ar Externa +Retorno

Origem de Cargas Latentes emEdificiosOrigem de Cargas Latentes emEdificios


infiltration

people

ventilation Carga Internalatent loads

Carga Externa - Ventilação

source: Humidity Control Design Guide, ASHRAE © 2001, p. 278


Carga Internalatent loads

Carga Externa -Ventilação

Duvidas para o EngenheiroDuvidas para o Engenheiro

• Devo utilizar DOAS?• Qual Configuração de DOAS?

– Ar Externa direto para ambiente?– Ar Externa direto para Fan Coils?– Outros?

• Qual Temperatura de ar insuflamento deve ser utilizado:– Nos Fan coils?– No DOAS?

• Qual Temperatura minima de agua deve ser produzidopelos chillers?

• Pode ser sistema Expansão Direta em vez de Agua Gelada?• Qual solução vai apresentar custo inicial menor?• Qual solução vai gera menor custo operacional?• Qual solução vai garantir o melhor nível de conforto nos

ambientes?

© 2011 Trane, a business of Ingersoll-Rand22

what is the dehumidification duty?Dehumidify Ventilation Air Only

dedicatedOA unit

CA

CA CA

EA

RA

OA

SA SA

RA

spacelatent loads

ventilationlatent load

localHVAC unit

• Dedicated OA unit removes latentload due to ventilation

• Space latent loads must beremoved by local units (any spacedehumidification is coincidental)


180

160

140

120

100

80

60

40

20



80

70

50

4030

60

Dehumidify Ventilation Air Only

30

40

5055

60

65

70

75

80

dew point tem

perature,°F

60% RH = 60°F DPT60% RH = 60°F DPT

50% RH = 55°F DPT50% RH = 55°F DPTDedicated OA unit delivers airat a dew point close to desiredspace condition (does notremove any space latent loads)


dehumidify the space (for comfort)What Leaving-Air Dew Point is Required?

8 10 126 181614outdoor airflow, cfm/person

leav

ing-

air d

ew p

oint

,°F

55

50

45

40

35

30

25

Assumptions:• 200 Btu/h/person latent load• 75°F space temperature


dehumidify the space (for comfort)What Leaving-Air Dew Point is Required?

8 10 126 181614outdoor airflow, cfm/person

leav

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,°F

55

50

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40

35

30

25

Assumptions:• 200 Btu/h/person latent load• 75°F space temperature

lecturehall

K-12classroom

office

Capacidade Latente por tipo deSerpentinaCapacidade Latente por tipo deSerpentinaA Capacidade de esfriamento Latente desistemas de expansao direta e menos doque sistemas de Agua Gelada.

Temperaturas (ponto de orvalho) maisbaixas e uniformes nos evaporadores.

Serpentinas com mais area de troca

Capacidade Latente por tipo deSistema – Temperatura MinimaCapacidade Latente por tipo deSistema – Temperatura Minima

2°C 5°C 7,5°C 10°C 16°CDew Point of Conditioned Outdoor Air (CA)

13°C

60% space RH

50% space RH

Dew point required

packaged DX (rooftop)

chiller + AHU

split DX - VRF, Splitão

Dew point capability

specialty dehumidifier

Considerando carga latente acima da media

Calculo Exemplo - PremissasCalculo Exemplo - Premissas

dry-bulb temperature

humidity ratio

80°F[26.7°C]

80°F[26.7°C]

70°F[21.2°C

]

70°F[21.2°C

]

comfort zone

Criteria do Projeto: Tipo Escritorio – Media

Densidade Manter temperatura (Tbs) nos

ambientes em 24°C +/-2°C Manter umidade relativa

(RH%) em 50% +/- 15% Desconsiderar aquecimento

ou re-aquecimento Controle por Termostato

somente (sem controleespecifico de Umidade)

Ar Externa entregue “Friodireto aos ambientes”

Calculo Exemplo - PremissasCalculo Exemplo - Premissas Materiais de construção conforme

ASHRAE 90.1-2010 – Zona Climatica 2 1800 m2 / andar (60 x 30m) 5 Andares 5 Ambientes x 5 Andares = 25 Ambientes 1 Fan coil / Ambiente x 25 Ambientes = 25

Fan coils 25% área envidraçada todas as faces FOCO – ambiente interna 864 m2, 32% Ar

externa

Calculo Exemplo - PremissasCalculo Exemplo - Premissas

Resultados do Calculo – ZonaInterna 1 – sem DOASResultados do Calculo – ZonaInterna 1 – sem DOAS

Resultados do Calculo - ZonaInterna 1 – com DOASResultados do Calculo - ZonaInterna 1 – com DOAS

Zona Interna 1 – Sem x ComDOASZona Interna 1 – Sem x ComDOAS

Seleção de Serpentina - ZonaInterna 1 – sem DOASSeleção de Serpentina - ZonaInterna 1 – sem DOAS

Seleção de Serpentina - ZonaInterna 1 – com DOASSeleção de Serpentina - ZonaInterna 1 – com DOAS

Caracteristicas dos Fan CoilsCaracteristicas dos Fan Coils• Referencia: Trane WAVE Double• Serpentinas - 120 FPF• Atender carga sensível e latente conforme calcula de carga

utilizando o mínimo de rows (filas) possível• Minimizar queda de pressão de agua e ar nas serpentinas• Horizontal• 20 mmHG pressão externa rede de dutos• Aproximação (approach) entre temperatura de agua gelada e

saída de ar = 5°C• Ventilador volume constante• Filas (rows) adicionais aumenta custo inicial do

produto de 6% a 10% por cada 2 rows (geralmente 4, 6ou 8 rows)

• Adição de Caixa de Mistura em Fan coils aumentacusto inicial +/-20%

QAI – controle de UmidadeQAI – controle de Umidade

Beneficios de DOASBeneficios de DOAS

• Custo inicial (impacto no TR total instalado)• Desacoplamento da carga Latente e carga sensivel• Custo operacional• Ciclo economizador, recuperação de energia

(requisitos da ASHRAE 90.1 quanto uso dos mesmosno Brasil)

• Qualidade de ar interna• Aquecimento suplementar para pequenas demandas• Controle de ventilação por demanda• Pressurização do prédio• Diluir ou elimina contaminantes• Filtragem• Uso de dessicantes

ConclusãoConclusão

• Em aplicações com cargas latentes mais elevadas, épossível aplicar DOAS para o mesmo custo, OU menorde um sistema sem DOAS

• ...e conseguir um Qualidade da Ar Interna superior

• 25 FCUs convencionais com caixas de misturas e mais rows• 25 FCUs convencionais sem caixas de misturas e menos rows + 3

FCUs tipo DOAS.

dedicated outdoor-air ventilation systemsWant to Learn More?dedicated outdoor-air ventilation systemsWant to Learn More?• www.trane.com/bookstore

– Systems Manual, Air Conditioning Clinic series, EngineersNewsletter

– New application manual available 1Q 2002• Designing Dedicated Outdoor-Air Ventilation Systems

(Trane engineering bulletin SYS-EB-3)• Murphy, J. 2006. “Smart Dedicated Outdoor Air Systems.”

ASHRAE Journal (July)• “Dedicated Outdoor-Air Ventilation Systems” Engineers

Newsletter Live broadcast, APP-CMC008-EN (2001)• "Designing Dedicated Outdoor-Air Systems," Trane application

guideSYS-APG001-EN (2003)

• "Dedicated Ventilation Systems," Engineers Newsletter 30-3(2001)

• Morris, W. 2003. “The ABCs of DOAS: Dedicated Outdoor AirSystems.” ASHRAE Journal (May)

dedicated outdoor-air ventilation systemsReferencesdedicated outdoor-air ventilation systemsReferences• www.trane.com/bookstore

– Systems Manual, Air Conditioning Clinic series, EngineersNewsletter

– New application manual available 1Q 2002• Designing Dedicated Outdoor-Air Ventilation Systems

(Trane engineering bulletin SYS-EB-3)• Bibliography

• Apresentação – 3° QAI, Maio 2014 “Suggestions for BetterBuildings in Hot & Humid Climates” – Lew Harriman, Manson-Grant Consulting

• Seminario Sistemas de Agua Gelada – 24/02/16 -“RESFRIAMENTO DEDICADO DE AR EXTERNO (DOAS)” -Cristiano Rayer Brasil

• Seminario Sistemas de Agua Gelada – 01/04/16 - “DOAS –Sistemas de Resfriamento de Ar Externo” - Luciano de A Marcato

Execução Implementação Realização

time, minutes

sensiblesensible

latentlatent

cap

acit

y, M

Bh

30

10

20

0

-10

-200 20 40 60 10080

time delay beforecondensate falls indrain pan

DX air conditioner:One compressor, cycling;constant-speed supply fan(entering air = 80°F DB, 61°F DP)

Cooling-Coil Dehumidification

compressor on

Shirey, D., H. Henderson, and R. Raustad. 2003. DOE/NETL Project #DE-FC26-01NT41253

compressor off

time, minutes

sensiblesensible

latentlatent

cap

acit

y, M

Bh

30

10

20

0

-10

-200 20 40 60 10080

air continues to coolas coil surface warms

moisture re-evaporatesfrom coil surface

time delay beforecondensate falls indrain pan

DX air conditioner:One compressor, cycling;constant-speed supply fan(entering air = 80°F DB, 61°F DP)

compressor on

Cooling-Coil Dehumidification

Shirey, D., H. Henderson, and R. Raustad. 2003. DOE/NETL Project #DE-FC26-01NT41253

180

160

140

120

100

80

60

40

20

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hu

mid

ity ratio, g

rains/

lb o

f dry air


85

80

75

70

65

60

5550

4540

3530

entering air

leaving air(compressor on)

leaving air(15 sec intervals aftercompressor stops)

Cycling compressor,transient conditions

l6

l6 Should there be a title in orange on all the graph slides?lyang, 04/09/2007

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