Sistemas de Climatização - com Volume de Ar Variável e Caudal de Água Variável (Preview)

SISTEMAS de CLIMATIZAÇÃO com VOLUME de AR VARIÁVEL e CAUDAL de ÁGUA VARIÁVEL RUI CAVACA MARCOS

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA e QUALIDADE do AR INTERIOR

SUMÁRIO DE

MATÉRIAS (por Capítulos e Páginas)

PARTE A O Volume de Ar Variável (Equipamentos e sistemas do lado do AR) 1.

INTRODUÇÃO – Os Sistemas de Volume de Ar Variável

19

2.

O EQUIPAMENTO CENTRAL – UTA central

33

3.

O VENTILADOR CENTRAL – Insuflação da UTA central

59

4.

CAIXAS TERMINAIS VAV – Tipos e seleção

5.

REDE de CONDUTAS – Conceção e dimensionamento

101

6.

PERFIL DAS PRESSÕES NUM ESCOAMENTO

119

7.

CONTROLO DA CAPACIDADE DO VENTILADOR

129

8.

PSICROMETRIA DOS PROCESSOS EM VAV

145

9.

VENTILAÇÃO E QUALIDADE DO AR INTERIOR

161

10.

CONTROLO DO CAUDAL DE AR NOVO (AN)

175

11.

ALTERAÇÃO DINÂMICA DO CAUDAL DE AR NOVO

183

12.

DIFUSÃO DE AR NOS LOCAIS

203

13.

SOLUÇÕES VARIANTES E ALTERNATIVAS

221

14.

SISTEMA ECONOMIZADOR DE ENERGIA (lado do ar)

229

15.

CONTROLO DA PRESSURIZAÇÃO NUM EDIFÍCIO

249

16.

OS ESPAÇOS E A CONCEÇÃO DAS INSTALAÇÕES

273

17.

SISTEMA DE GESTÃO TÉCNICA CENTRALIZADA – SGTC

283

79

PARTE B O Caudal de Água Variável (Equipamentos e sistemas do lado da ÁGUA) 18.

PRODUÇÃO DE ÁGUA FRIA

301

19.

BOMBAS CIRCULADORAS DE ÁGUA FRIA

315

20.

VÁLVULAS DE CONTROLO DAS SERPENTINAS

343

21.

CONTROLO DE INSTALAÇÕES DE CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL

369

22.

OS SISTEMAS DE PRODUÇÃO/DISTRIBUIÇÃO

379

23.

ANÁLISE DA VARIAÇÃO DE CARGA NOS SISTEMAS

415

24.

TORRES DE ARREFECIMENTO

427

ANEXOS Elementos Auxiliares

GLOSSÁRIO DE TERMOS TÉCNICOS E TABELAS

CDLIII

BIBLIOGRAFIA E DOCUMENTAÇÃO

CDLXI

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

CDLXVII

ÍNDICE DE FIGURAS E TABELAS

CDLXXV

26

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

Cx VAV R

m

AN

Cx VAV R

+

UTA Central

+

+

TL

TL

Local 1

+

TL

Local 2

TL

Local 3

Local N

Cx VAV R - caixas VAV, c/ reaquecimento TL - Termóstato local

FIGURA 1.5.

Fig 1.6 Princípio de conceção de um Sistema VAV do tipo multizona, com caixas terminais de caudal de ar variável e com bateria de reaquecimento.

AN

Cx VAV R

m

Cx VAV R

+

UTA Central

+

+

+

Existem ainda caixas terminais, que são “assistidas” por ventilador Cxauxiliar emVAV, série VAV R - caixas TL TL TLno modoTLde c/ reaquecimento nas ou paralelo, que se utilizam para melhorar a eficiência aquecimento TL - Termóstato local zonas periféricas e em situaçõesLocal especiais de 1 Local 2 espaços Local 3 que não Local N têm ocupação permanente e que devem responder rapidamente a uma alteração daquela situação de carga e de ventilação.

Fig 1.6 Nos capítulos específicos são analisadas estas alternativas de caixas terminais, com o detalhe adequado.

AN

Cx VAV M

m

Cx VAV R

Cx VAV M

de dupla conduta UTA centralSistema de dupla bateria.

+

De acordo com a Figura 1.6.

TL

AN

Local 1

m

Local 2 Cx VAV M

UTA central de dupla bateria.

Local 3 Cx VAV M

TL

Fig 1.7

TL

TL

Local 1

Local N Cx VAV R +

TL

TL Local 2

Cx VAV M - caixas VAV, de mistura de dois caudais.

Cx VAV R - caixas de VAV, c/ reaquecimento TL - Termóstato local

TL

TL

Local 3

Local N

Cx VAV M - caixas VAV, de mistura de dois caudais.

Cx VAV R - caixas de VAV, c/ reaquecimento TL - Termóstato local

FIGURA 1.6.

Princípio da conceção de um Sistema VAV do tipo dupla conduta, com caixas terminais de mistura de caudais.

Fig 1.7

Tem a vantagem de permitirem uma resposta muito rápida a alterações da carga térmica local, mas o seu custo elevado só é justificado em situações muito especiais, como hospitais, alguns tipos de laboratórios ou numa fachada de elevadas perdas.

AN

Cx VAVe possuir duas baterias terminais, de A UTA tem que ser de características especiais arrefecimento e aquecimento o que a torna onerosa. Pode ser substituída por duas Unidade Central de unidades independentes, uma dedicada ao arrefecimento do ar e outra para o aquecim Expansão Direta Cx VAV mento do ar, solução ainda mais onerosa mas mais eficiente. Cx VAV - caixas VAV AN

TL

BP

Unidade Central de Expansão Direta

m

Local 1

TL

Local 2

TL

BP Local 1

TL

TL Local 2

Local N

Local N

TL

BP – registo motorizado de by-pass à UTA TLCx- VAV termostato local - caixas VAV BP – registo motorizado de by-pass à UTA TL - termostato local

36

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

Largura – 3,5 m

Secção de exaustão

Altura – 2,5 m

Secção de exaustão

Profundidade – 3,0 m

VE

Secção de purga

VI

Secção de insuflação

Pormenor do favo da roda

Secção de insuflação

Fig 2.19

Painel frontal com cinco ventiladores

Corte da caixa dos ventiladores

FIGURA 2.4.

UTA com ventiladores de PCT e motores de corrente contínua tipo EC, instaladosArem num painel da caixa de ventilação.

Reparalelo je

Fig Fonte: 2.4“Work/Johnson Control”

itado

Ar Ex

terio

UTA com recuperador de calor integrado

r

Fig 2.18

eixo

Reto

de ro

tação

rno

Ar In

sufla

do

Esta UTA comporta um recuperador de calor do tipo roda térmica rotativa, que de acordo com o regulamento UE 1253/2014, será um componente obrigatório em Unidades Bidirecionais de Ventilação, embora deva ser analisada a sua justificação energética.

Fig 2.3

NÃO

M

SIM FIGURA 2.5.

Fig 2.6

UTA com montagem sobreposta equipada com recuperador de calor do tipo roda térmica.

Fig 2.5

O recuperador de calor, pode ainda ser do tipo placas com fluxos cruzados de ar, mas estes ocupam muito espaço longitudinal da UTA e como tal limitam a sua aplicação. A sua eficiência também não é elevada. Podem ainda ser do tipo serpentinas separadas com fluxo intermédio, que facilita a instalação da UTA por permitir a separação das duas componentes, mas tem um rendimento baixo. Assim: • Permutador de placa planas: ocupam grande volumetria e têm uma eficiência modesta nas estações quentes.

NÃO

Fig 2.7

SIM

60

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

Dentro destes últimos e em função do perfil da própria pá, é costume identificar duas subcategorias:

• Ventiladores gerais, de pás curvas para trás, PCT (backward curved– BC);

• Ventiladores de pás de perfil aerodinâmico (airfoil fans – AF).

Vejamos as suas características específicas.

Ventiladores de pás curvas para a frente, PCF. Estes ventiladores têm a roda equipada com muitas pás, as quais são de reduzida profundidade (largura) e também reduzida resistência mecânica.

Zona do cone de expansão com velocidade baixa e elevada pressão.

Zona do cone de expansão com elevada velocidade e baixa pressão.

FIGURA 3.1.

Roda de ventilador com pás inclinadas para a frente, PCF ”FC Fans” e respetiva envolvente (evoluta), com as linhas de fluxo do FIG. 3.1 ar, anotando-se a saída radial em relação à entrada.

Rodam geralmente a velocidades não muito elevadas (± 1.000 rpm), movendo grandes caudais de ar a pressões estáticas médias. Não dispensam a existência de uma envolvente (evoluta), para permitir a recuperação da pressão dinâmica na saída do ar das pás, onde é muito elevada, em pressão estática pois que o espaço entre a roda e a envolvente se comporta do ponto da aerodinâmica, como um cone expansivo.

Assim, no início da envolvente a velocidade é elevada, mas à saída é baixa, traduzindo uma conversão de energia cinética (pressão dinâmica), em pressão estática.

Ventiladores de pás curvas para trás, PCT Estes ventiladores têm a roda equipada com poucas pás, mas com grande superfície e elevada resistência mecânica. O seu custo no fabricante de origem é mais elevado que os de tipo PCF. FIG. 3.2

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

) I (B CC 15

20

4,16

5,6 6,25 6,9

22,5 25

(A) CCI

P. Estática – (Pascal)

CCI (A) 10 2,8

kW 11

5

A

30 8,3

(E1) (E2)

0

)

I (B

CC

B

625 575

200

1,4

W 5k 7,3

kW 1 kW 1,5 1,

425

0

1075

0,7 900 5 600 0, kW 55 kW 790 720 400

325 0 0

1230

kW

800

B

525

kW 1350

25

W 5k 1,1

1000

kW rpm

m

2,

kW

W

5

BC Fan – 656 Ø

1425 rp

1200

62

5,5

5

5k

W 5k 3,7

W

1,

kW

1800 1600

A

5

0,7

2000

1400

72

5 400 0, kW

200

kW rpm

5

82

600

0,3

7,5 k

9

FC Fan – 565 Ø

10 kW

pm

r 00

800

55

kW 5,5

W 5k 2,2

W 5k 3 ,7

1000

P. Estática – (Pascal)

70

25

0

5

10

15

20 22,5

0

1,4

2,8

4,16

5,6 6,25 6,9

30 (E1) 8,3 (E2)

(Escala E1) -m3/h x 1000 (Escala E2) -m3/h x 1000

FIGURA 3.9.

FIG. 3.9

Características comparativas de Ventiladores, (Pressão Estática / Potência Absorvida): Lado Esq. – Ventilador de Pás Curvas para Frente, (FC Fan).

Lado Drt. – Ventilador de Pás Curvas para Traz, (BC Fan).

2) Os ventiladores de PCT, BC Fans têm as curvas de igual potência absorvida, quase paralelas às curvas de pressão, resultando que quando os Pontos de Funcionamento percorrem esta curva, por aumento ou diminuição do caudal, não há alteração significativa da potência absorvida.

Assim, ao aumentar o caudal de 15 para 22,5.103 m3/h, (4,16 para 6,25. 103 l/s), à velocidade de 1230 rpm, a potência absorvida no veio manteve-se sempre na ordem dos 5,5 kW. Por esta razão, estes ventiladores são designados de ventiladores sem sobrecarga, non-overload fans.

3) Os ventiladores de PCF, FC Fans

por terem a característica da diminuição da potência absorvida com a diminuição de caudal, são preferidos para as instalações de VAV que trabalham em regime de carga parcial durante períodos prolongados.

Os ventiladores tipo PCT apresentam no entanto, uma disponibilidade para fornecerem Pressões Estáticas mais elevadas e com melhores eficiências que os ventiladores PCF, para lá das vantagens na montagem da caixa da UTA.

72

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

Estator com magnetos comutados

E3

N

N

S

Sonda de posição do rotor - Efeito Hall

SH2

Rotor com magnetos permanentes

SH 1

E1

DC

3 SH

S

E2

Microprocessador

Caixa de controlo do motor

FIGURA 3.10.

Princípio de um motor tipo EC, com a alimentação dos enrolamentos do estator em corrente contínua e com as sondas de controlo de posição do magneto central, (rotor), como input da ponte de comutação.

Estator com FIG 3.10 magnetos comutados E3 3 SH

SH1 o campo Sonda dedo posição do tem tendência a alinhar com Como o eixo magnético permanente rotor, rotor - Efeito Hall S N magnético do estator, SH2 se este for rodando devido à ativação elétrica sucessiva dos SH2 enrolamentos, N oS rotor vai também acompanhando este movimento.

E1

Sin So Efe

1

Rotor com magnetos permanentes

SH3

SH

A posição (ângulo) dos magnetos permanentes do rotor, constitui o input do microproE2 por sondas de efeito Hall localizadas no estator, que funcionam cessador é que é feita E1 Caixa de controlo do na base da sensibilidade ao movimento de um campo magnético próximo, o do rotor, e motor E1 que assim transmitem ao microprocessador qual o enrolamento seguinte a alimentar E2 E2 e com que cadência. A comutação é feita sucessivamente, entreE3 ângulos de 60° e E3 segue um algoritmo traduzido de modo gráfico e simplificado pela figura 3.11..

Co te en

DC

cessador

Tempo - m 100

SH2

80

SH3

Motores

40

EC

E1

60

DC

Eficiência - %

SH1

+ 40%

E1res AC to o E2 M E2 E3

Sinal das Sondas de Efeito Hall

+ 20%

FIG

Comutação de tensão por cada enrolamento

E3

20

Tempo - ms

003.11.

FIGURA

20gráfico30com a informação 40 50 60 de efeito 70 Hall e80 90elétricos100 Diagrama das sondas impulsos de tensão contínua aos enrolamentos, Velocidadade deestator. rotação - % (comutação eletrónica), para criação de um campo magnético rotativo no

FIG 3.11

EC MotoresOsFIG 3.12 EC, têm o equipamento de controlo instalado numa caixa localizada no motores

40%

Mo

t

topo do motor+ e20% são alimentados diretamente em corrente alternada, mono ou trifáAC que é convertida em corrente contínua num retificador interno. sica, s e or Controlador externo Caixa de controlo do motor EC

Regulação (Set-point)

Controlador

Micro processador

Motor EC

Sistema externo de ve

Ventilador

Proc

Spiroval

3

≈ 4,15 m /s

Ø 350

Ø 280

Ø 280

Ø 350

Ø 350

Ø 315

108

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

Fig. 5.3

5.3. Execução da rede de condutas na baixa pressão A rede de distribuição de ar a jusante das caixas VAV, é do tipo clássico em baixa pressão, sendo dimensionada com a ajuda dos diagramas da ASHRAE ou do manual CARRIER, fazendo-se recurso a troços de conduta flexível na ligação aos difusores, mas apenas em condições excecionais e em troços que não sejam superiores a 2 metros.

≈1,1 m3/s

Ø 250

□ 600 x 400

□ 350 x 250

RC

≈1,1 m3/s

Ø 250

RC

□ 600 x 400

□ 350 x 250

B

A

(*) Alternativa em Spiroval, (preferencial).

C

D

(*) 520 x 200

(*) 710 x 300

FIGURA 5.6.

Duas opções de conceção e montagem da rede de baixa pressão a jusante das caixas.

Fig. Na figura 5.6 inferior é considerada particular atenção à atenuação do ruído da caixa, que se tende a propagar aos difusores que estão mais próximos.

O dimensionamento da rede da figura inferior, e as alternativas de conduta spiroval, encontram-se expressas na tabela baixo: TABELA 5.1.

Dimensionamento das redes associadas a esta caixa VAV, no lado montante (alta pressão/ velocidade) e no lado jusante, (baixa pressão/ velocidade).

□ mm

SPIROVAL(mm)

0,8

600 * 400

710 * 300

0,7

225 * 350

520 * 200

TROÇO

PRESSÃO

m3/s

m/s

Ø mm

ΔP/m

A

alta

1,10

± 10

350

4,0

B

baixa

1,10

5,5

500

C

baixa

0,36

4,7

315

D

baixa

0,185

4,0

250

0,7

Ø 250

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

50

50 30

0m m

mm 00

mm zon

(caudais moderados)

5m

00

zona de utilização recomendada

ad

/s

20

25

0m

16

m/ s

10

10

m

0m

m

50

0m m 10

10 5 2

3

m/ s

m/ m/ s s 20 m/ s 15 m/ s 25

0,5 0,7 1

Atrito por unidade de comprimento – Pa/m

100

Na Figura 5.9., a equação de Darcy-Weisbach é traduzida num diagrama para condutas de chapa galvanizada, anotando-se em cor azul, a zona geralmente utilizada para o dimensionamento das redes da baixa à alta velocidade, em que se limita superiormente o valor desta a 15 m/s, para os grandes caudais.

eu (ca

tili

ud

2,5 m/ s 0,1

114

50

100

200

500

1.000

2.000

5.000 10.000 20.000

Caudal de ar – L/s

zaç

ais

ão

ele

rec

vad

om

os)

en

da

da

50.000 100.103 200.103

FIGURA 5.9.

Diagrama simplificado Fig. 5.9para dimensionamento de conduta circular em chapa de aço galvanizado, pelo método de “Igual Perda de Carga”.

Não é um método adequado para as redes de alta pressão do VAV, sendo mais utilizada nas redes clássicas de baixa pressão a caudal constante. Não dispensa a utilização de registos nas derivações devido à diferença de pressão entre o início da rede e o fim desta, o que nas redes de alta pressão e com caudal variável é supérfluo, pois este está sempre a variar.

5.5.3. D imensionamento pelo método da “Recuperação da Pressão UTA Estática” Rede deealta pressão no Este método é o mais recomendado para as redes de alta pressão baseia-se princípio seguinte, a aplicar entre as derivações da conduta a dimensionar: Após Rede da baixa pressão cada derivação, passa a dimensionar-se o troço seguinte, de modo a que a configuração de cada derivação, seja capaz de gerar uma recuperaçãoCaixa de pressão de VAV capaz de vencer a perda de pressão estática, no troço a jusante até à próxima derivação.

Fig. 5.1

Cx 4

M

Fig. 7.1

Vent.

Insufl.

Cx 1

Cx 2

Cx 3

15 1,

ΔP

kW

5

W

525

5 1,

5 kW

Fig. 7.2FIGURA 7.2.

1 1,

ΔP

kW

600 0 0

0, 7

5

400

0,5 5

kW

5

72

5

10

B: 14 000 m3/h; (3,88 m3/s)

CCI (B)

B

5

82

325

FC curve – 565 Ø Pontos kW rpm A: 20 000 m3/h; (5,55 m3/s)

pm

0r

90

425

10 kW

5k

W 7,5 k

kW

0,3

800 200

kW 5,5

5

kW

CCI (A) - Curva Característica da Instalação,(inicial)

A kW

2 2,

55

5 62

5 3,7

P. Est. (Pascal)

kW 0,

Cx 4

CCI (B)

72

1000 75 k 400 0, W

10 kW

5

82

FC curve – 565 Ø kW Cxrpm 3

Cx 2

B

5

1,

600

Cx 1

pm

0r

90

W 7,5 k

kW

800

Vent.

Insufl.

kW

25 2,

Fig. 7.1

M

kW 5,5

1000

5 3,7

P. Est. (Pascal)

CAPÍTULO 7 | CONTROLO DA CAPACIDADE DO VENTILADOR

14 15 20 Δ m3/h A

25

CCI (A) - Curva Característica da (inicial)m3/h x 1000 Instalação, 30 35

5

62

Pontos Ajuste do ponto de funcionamento de um ventilador, no sistema de ventilação a que está associado.

A: 20 000 m3/h; (5,55 m3/s) 0,3 25 5 5k O ponto de funcionamento inicial “A”, deslocou-se para o ponto “B”, por aumento da resistênciaB:da14 Instalação, mantendo-se W (3,88 m3/s)a velo000 m3/h; cidade de 825200 rpm do ventilador, que neste método, não é sujeita a qualquer processo de controlo.

425 kW

325

600

ajuste liv

P. Est. Tot. 500 Pa .

20.000 m 3 /h, 3,88 m 3 /s

200

600 100

550

500

M

300 285

s)

ajuste livre da instalação – po nto B - 14.000 3 m /h; 5,55m3/s nível da p. atmosférica

400

P. Est. Tot. 500 Pa .

Fig. 7.3

P. Est. Tot. 710 Pa .

P. Est. Tot. 710 Pa .

re da instalação 0 um processo 550 – podeslocação É, portanto, simples dos pontos de ao longo nto 20 m3/h x 1000 30 5 35 funcionamento 0 10 B - 14.000 25 14 15de m3/h; 5,55m 3/s 500 Δ m3/h da CCV, no sentido da redução do caudal correspondente à diminuição da carga térmica Fig. 7.2 na caixa C4, 400 e posteriormente no sentido do aumento do caudal, quando a carga térmica Pontos voltar a subir. Estecprocesso é vulgarmente referido na literatura da especialidade, com 3 3 ondições A: 20 000 m /h; (5,5 m /s) 300 in 285 ic ia is 3 3 o nome de riding the fan curve – ponto A B: 14 000 m /h; (3,88 m /

condições

200

Pontos

iniciais – p

onto A - 2

0.000 m 3/h , 3,88 m 3/s

CxA: 4 20 000 m3/h; (5,5 m3/s) 3 3 B: 14 000 m /h; (3,88 m / s)

100

nível da p. atmosférica

M

Cx 4

FIGURA 7.3.

Fig. 7.3 Perfil das pressões estáticas:

– Instalação inicial a funcionar nas condições do ponto (A) com 5,55 m3/s, (20.000 m3/h) de caudal.

– I nstalação a funcionar no ponto (B), com caudal reduzido para 3,88m3/s (14.000m3/h), devido ao fecho parcial de caixa Cx4.

131

30

90

25

85

70%

AR* VR AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR) PARTE A | O VOLUME DE AR

20

50 %

25

75 70

65

,º C

AI

AT

AM

AE

80

Evolução RRL

VI

70

150

t-b ulb

30

RRL

humidity ratio, g/kg of dry air

t 20 em pe r

60

dry

55

we

50

kJ/ kg

40

15

45

ent hal py,

40

35

0,90

25

at

air

ur e

A entrada na serpentina da UTA de um caudal de ar com maior teor de humidade absoluta, faz com que a sua saída tenha também um ligeiro aumento desta grandeza (AT), donde resultará que as condições locais (AR) passem também15 a ter um ligeiro AE agravamento de humidade relativa. Na Figura 8.2, corresponderia aproximadamente a AM % passar de ± 50% para a ± 55%, com o ponto a amarelo, a subir no30diagrama.

10

AR*

0,85

0,80

Fig. 8.2

10

15

25

20

AR Conclui-se assim haver uma10evolução psicrométrica no espaço a climatizar, no sentido da flutuação positiva da humidadeATrelativa, mas com manutenção controlada da temperatura. Esta AI 5 situação pode ser evitada se nas “condições de projeto”, se considerar para o5 espaço a climatizar, um valor0 de humidade relativa um pouco mais baixa do que as condições standard.

10% 0

5

10

15

20

dry-bulb temperature, ºC

volume,m3/kg dry-air 28 30 3435 25

Situação 2 – (Figura 8.3): Diminuição da temperatura exterior, para valores mais baixos, da ordem dos 22,5 °C, agora inferiores às condições interiores de conforto, resultando uma substancial redução da carga térmica interna.

5

10

70%

10

humidity ratio, g/kg of dry air

50 %

C

re

,º

70

65

tu

air

lb

t

20 em

pe

ra

60

dry

55

50

15

45

we t-b u

J/k g hal py, 40 k

ent

40 35 30 25

25 20 15

RRL

15

% 30

10

AR*

AR

AI

0,80

0

20

AM

5 0

0,90

AT

AE

0,85

Fig. 8.3

10

25

80 75

AI

70

VI

Evolução RRL

AT

AM

AE

85

AR

25

VR

AR*

30

90

Nestas condições a evolução do processo é muito semelhante ao anterior, mas agora as caixas VAV vão tentar reduzir ainda mais o caudal insuflado até um valor adequado à carga, podendo acontecer que esse caudal acabe por ficar limitado pelo “caudal mínimo” da cada caixa VAV, que é da ordem dos 30 % em relação ao caudal nominal, conforme exposto nos capítulos das “Caixas de VAV” e do “Controlo da Pressurização”.

15

20

22,5

volume,m3/kg dry-air 28 30 3435 25

10%

5

dry-bulb temperature, ºC

FIGURA 8.3.

Nesta situação a temperatura exterior baixou, ainda mais, passando de 28 °C para 22,5 °C. O novo processo (a vermelho), tem menor carga interna, tendo que haver uma redução do caudal insuflado, com estrangulamento das caixas VAV.

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

Zona 6 Zona 5 Zona 1 Auditório Escritórios Escritorios 250 m2 120 m2 m2 de caudal de Reparemos que na segunda situação, tendo sido introduzido um230 excesso 30 pessoas 20 haverá pessoasuma parcela Ar Novo, para10lápessoas das necessidades calculadas, podemos dizer que desse Ar Novo que se vai perder nas extrações de espaços anexos, mas também haverá 7 uma parcela que volta para a UTA,Zona através do retorno que é um ar novo “não utilizado” e Espaço que poderia permitir que o novo valor daquele caudal de Ar Novo, tivesse afinal um valor Multiusos m2 inferior aos 1200 Zonam43/h (333L/s). 140 10 pessoas Escritórios Voltaremos a170 falar estes3caudais, bem como a Eficiência do Sistema, Ev, m2e a calcular Zona Zonamais 2 de acordo com as recomendações da ASHRAE, para os sistemas complexos.

Escritórios 15pessoas Escritórios 250 m2 170 m2 Resumem-se as duas definições: 20 pessoas 15 pessoas

Espaço crítico, Ec, é o espaço onde se verifica a relação mais elevada, entre caudal de ar novo e caudal de ar insuflado.

Eficiência de ventilação, do Sistema, Ev, representa um coeficiente que deve afetar o caudal total de ar novo a admitir na UTA, para garantir uma adequada distribuição ao espaço crítico.

Fig. 9.4

9.2.2. As condições de aspiração do caudal de ar novo, na UTA

Diminuição da depressão de aspiração do AN A

pressão vent. Insuflação.

Quando se varia o caudal do ventilador de insuflação, não é possível garantir a aspiração do mesmo caudal de ar novo no registo da UTA, devido à alteração das condições de depressão na caixa de mistura e aspiração do ventilador.

pressão vent. Insuflação.

164

B

.local.

AN

C D E

F

Diminuição da pressão do Ventilador de Insuflação

nível da pressão dentro do edifício

nível da pressão atmosférica

G

VI

H

I J

.local.

FIGURA 9.3.

Modificação do perfil de pressões, quando o caudal insuflado diminui e a perda de carga se reduz.

Nessa nova situação o ventilador disponibiliza menor pressão estática, deixando de haver depressão suficiente para aspirar o caudal de Ar Novo pretendido na caixa de mistura.

Fig. 9.3

N

CAPÍTULO 10 | CONTROLO DO CAUDAL DE AR NOVO (AN)

10.1.4. Tomada de Ar Novo, com sistema de injeção por ventilador Neste sistema o registo de AN, é constituído por dois elementos separados, instalados na mesma face ou faces adjacentes da caixa de mistura.

Um dos registos tem a montante um pequeno ventilador e um sistema de medição de caudal por leitura de pressões, que associados a um controlador e um variador de frequência da alimentação desse ventilador, se encarregam de manter o caudal de AN mínimo, por regulação da velocidade de funcionamento do ventilador.

O segundo registo, mantém-se normalmente fechado para que o caudal de retorno se processe e passa abrir modularmente quando o sistema economizer entra em funcionamento, devendo estar dimensionado para o valor do caudal total de AI, diminuído do valor caudal de AN, para garantir o free-cooling com ar novo integral.

RC

LC

LC – Leitor de caudal VAN – Ventilador de Ar Novo RC - Regulador de caudal Mx – Atuadores de Registo SP – “Setpoint”

Ar de Retorno

SP

M1

Ar Novo minimo

VAN

Ar Novo (em free cooling)

Caixa de Mistura

M2

Fig. 10.6 FIGURA 10.6.

Ar de Retorno

Tomada de Ar Novo incluindo, registo separado, leitor de caudal LC, e Ventilador de Ar Novo, VAN. O regulador SP e caudal, RC, vai atuar sobre a velocidade do VAN. RC

O registoPDassociado ao ventilador de injeção, deve estar dimensionado para o caudal M1 de AN mínimo e pode (ou deve), fechar com a paragem da UTA, sendo o seu atuador do tipo on/off.

Ar Novo Este sistema de injeção minimo por ventilador, funciona bem devido à facilidade de regulação,

Fig. 10.7

mas implica espaços para aplicar o registo e o ventilador. Estes podem, no entanto, Ar Novo PD – Pressóstato diferencial ficar localizados fora do (em perímetro por um troço de conduta. free imediato da UTA, ligados RC - Regulador de caudal Caixa de cooling) Mx – Atuadores de Registo Mistura SP – “Setpoint” M2

179

RM Sonda CO2 (ambiente)

(opção de sonda CO2 de conduta)

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR) Controlador

Setpoint

11.4.2. Cálculo dinâmico do caudal de VAN, conforme Standard 62.1 da ASHRAE Independentemente da existência de um sistema específicos de CDV-CO2, nos locais mais representativos de elevada ocupação e com grande flutuação, pode nos sistemas VAV, implementar-se também um método dinâmico de calculo do VAN. Cx VAV

Cx VAV

Vpz2

m

Vpz1

Vpz4

Vpz5

M

Cálculo dinâmico do Vot

m

Vpz6 SGTC

m

Vot

Vpz3

Informação sobre Vpz1; Vpz2; ...Vpzn

m

m

m

Para isso, éMnecessário que as caixas terminais de VAV estejam, do ponto de vista do UTA Central controlo, equipadas nesse sentido e haja um controlador central baseado na tecnolom gia DDC e que se baseia no calculo permanente do Vot, de acordo com o Appendix A da VASHRAE AN (Vot) – Standard 62.1, sendo o método designado na literatura da especialidade Sco2 T T T T por Reset.

ScoVentilation CO2 2 – Sonda de TL - Termóstato local Zonaque A é fornecida Zonapelo B controlador Zonadas C OCx método, tem por base a Auditório informação dinâmica VAV - caixas de VAV caixas VAV, sobre o caudal de ar primário, Vpz, que cada caixa debita e que é variável em função da carga térmica a absorver no momento. A informação é dada por um sinal digital do sistema DDC.

m

200

m

Ajuste da posição do Registo AN

FIGURA 11.13.

Esquema de um sistema VAV multizona, na qual se estabelece um processo de calculo dinâmico da ventilação, (“ventilation reset”), baseado no sistema de gestão técnica centralizado, com tecnologia DDC.

De cada vez que há uma variação do Vpz, em valor e espaço de tempo predefinidos, é feito um cálculo da eficiência do sistema, Ev, e recalculado o valor do caudal de ar novo total, Vot, a admitir na UTA central. Um atuador de registo do ar novo, ou outro sistema dedicado, recebe a informação e altera o Vot anterior, para o novo valor.

setpoint da temp.

E3

23 22

E2

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR) 21

E1

20

da temp. interior (ºC) Temperaturasetpoint interior (ºC)

220

24

0

20

22

24

26

Fig. 12.14

E5

25

E4

24

E3

23

22 27 21

E2

26 20 25

ão

E1

24

Δ 1°C20

23

ç op

22

24

0

A

B Verão ão 30 32 28 ç op

>

t. exterior tensão do controlador 10 Volts 26

22

FIGURA 12.14.

21 < Inverno Conversão do sinal contínuo de saída do controlador, em cinco escalões, nos dois sentidos da variação da temperatura 20 exterior. Resultam escalões intermédios de regulação de 21,5; 23 e 24,5 °C, entre os valores limites de 20 e 26 °C. 19

Δ 2°C

Fig. 12.14

t. exterior 26 28 30 32 tensão do controlador 10 Volts

Temperatura interior (ºC)

18

À Figura 12.14, correspondem as regulações seguintes:

2714 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

(limite inferior) 20 °C - 21,5 °C – 23 °C - 24,5 °C – 26 °C (limite Temperatura exteriorsuperior). (ºC) 26 A o ã 25 do controlo é conforme a Figura ç O diagrama simplificado 12.15, com organização em casop Verão > Fig. 12.13 B 24 cata, em que um controlador específico compara a todo o momento a regulação de temão Δ 1°C ç p peratura do termóstato do algoritmo em função da 23 local, TL, com os valores de oreferência temperatura exterior,22ajustando o valor daquele setpoint, ficando para o utilizador apenas a possibilidade de ajustar (+/-) 1°C, (para os termóstatos eletrónicos que permitem isso).

21 20

Cx VAV +

< Inverno

Δ 2°C

19 18

Termostatos + + Locais 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

TL

TL

TL

Sonda Temperatura exterior

algoritmo de Temperatura exterior (ºC) compensação SGTC

Fig. 12.13 Local 1

Local 2

Local 3

Ajuste de Setpoint

FIGURA 12.15.

Fig. 12.15

Esquema de princípio do ajuste automático do setpoint dos Termóstatos Locais, TL, para que a temperatura interior se ajuste às condições do exterior, com vista a um melhor conforto e também eficiência energética.

Sonda Cx VAV Temperatura

exterior

Termostatos + Para não haver +grande instabilidade na cadeia+ de controlo, uma vez que o termóstato Locais local, vai por sua vez atuar sobre a caixa terminal de VAV, a banda proporcional algoritmo denão compensação deve ser apertada, para não causar instabilidade no anel de SGTC controlo global.

Reparar TL TL TL que este ajuste de temperatura do setpoint vai funcionar ao longo do dia com a variação da insolação exterior.

Local 1

Local 2

Local 3

Ajuste de Setpoint

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

Por temperatura seca do ar exterior, de valor fixo. – TF É definido um valor de temperatura exterior a partir da qual é efetuada a comutação, devendo essa temperatura ser inferior à temperatura de regulação do espaço a tratar, conforme a Figura 14.7. Neste caso, as Condições de Projeto para o arrefecimento, foram definidas como sendo 25 °C, 50 % HR, e a temperatura de shutoff foi 23 °C. É uma estratégia de controlo barata e fiável, pois apenas necessita de uma sonda de temperatura exterior. Esta sonda não pode apanhar radiação solar direta, sob pena de dar uma informação totalmente errada sobre a temperatura do ar.

Por entalpia do ar exterior, fixa. – HF Nesta estratégia é previamente fixado um valor da entalpia do ar exterior para o qual será efetuada a comutação.

No exemplo da Figura 14.7, considerou-se um valor de 44 kJ/kg de ar, para a entalpia, ligeiramente abaixo da entalpia correspondente às Condições de Projeto, que tem o valor de ± 51 kJ/kg de ar.

30

y dit hu

mi

70% lat

ive

80

15

50 %

10

10%

5

5

0

-5

5

10

15

20

25

dry-bulb temperature, ºC

30

Estratégias de reposição do caudal de ar novo mínimo: Opção A): Por limite de temperatura fixa, TF, ou diferencial, DT. Opção B): Por limite de entalpia fixa, HF, ou diferencial DH.

30

95

100

Fig. 14.7

volume,m3/kg dry-air

35

40

0,90

FIGURA 14.7.

0

0,85

0,80

-5

humidity ratio, g/kg of dry air

- re

25

75 ºC e, pe ra tu r

b

te m

ent 55 halpy , kJ 60 / 65 kg air 70 we t75 20 bul

50

ΔH 40

45

40

HF

35

Condições de Projeto

30

15

%

30

10

25

25

25

20

15

20

85

Estratégia A) Controlo por temperatura

Estratégia B) Controlo por entalpia

95

90

TF ΔT

100

Esta opção tem a desvantagem de necessitar da instalação de uma sonda de entalpia, composta por uma sonda de temperatura e outra de humidade relativa, sendo este tipo de sondas limitada nas gamas de leitura, necessitando de calibração periódica, por desregulação frequente.

10

238

0 45

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

aquecimento

100%

244

Zona 1

sinal do controlo 0%

arrefecim. mecânico

arrefecim. p/ ar novo Zona 2

sinal valv. serpentina aquecim.

Zona 3

Zona 4

limite shutoff

sinal valv. serpentina arrefecim.

sinal aos atuadores de registo

posição minima do registo AN

limite shutoff

0 a 100%

0 a 100%

(t inv. ± 20°C)

(t verão ± 24°C)

0 a 100%

feedback / saídas dos controladores

FIGURA 14.12.

Fig. 14.12

Diagrama das fases e sequências do controlo, numa UTA com regime de free-cooling, para um sistema de VAC.

A Figura 14.12, representa a configuração do sinal de cada controlador, CT1 e CT2, (anéis de controlo) e o feedback das saídas (output) dos controladores, sendo o valor de cada saída, determinado pela comparação entre o valor da temperatura ambiente e o setpoint de regulação.

A solução de controlo, observada no sentido do aumento da carga interna do espaço, (da esquerda para a direita), será: RRj

Aquecimento, (Zona 1):

VR

ST/ AR

O anel de controlo de aquecimento, do CT1, deverá ter uma regulação para o inverno, ST/amb. tinv. = ± 20 °C e não RR deixará a que a temperatura ambiente desça aquém deste valor, por abertura em rampa modulada da válvula da serpentina de agua quente.

VAQ

VAF

RAN ST/ AN Arrefecimento livre, (free-cooling), (Zona 2 e Zona VI 3):

Logo que a válvula de água quente feche totalmente, ou seja, quando o sinal de saída CT2 do controlador CT1 se tornar nulo (por um determinado CT1 tempo), fica disponibilizado Setpoint eletronicamente o subcontrolador CT2, que possui uma (ou duas) saídas analógicas, ) (tinv. e tver.podem para comando dos atuadores elétricos dos registos de caudal. Estes registos ser acoplados mecanicamente, ou de preferência cada um possuir um atuador de registo.

Fig. 14.11

256

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

Entre as vantagens, da aplicação de registos de lâminas, destacam-se:

• Investimento inicial relativamente reduzido, embora exija condições adequadas de montagem para um bom funcionamento e exploração.

• Controlo simples, facilitando a intervenção das equipas de manutenção.

Como desvantagens, salientam-se: na parte mais alta.

INTERIOR DO EDIFICIO

ARt AN - Ar Novo • Podem conduzir a uma rejeição caudal de ar elevado no inverno, se o controlo retorno livre p/ tetos falsosde e corredores AI - Ar Insuflado não for adequado e se o atuador e o registo não garantirem o fecho total das VI - Ventilador de Insuflação m - motor do atuador lâminas do mesmo.

EXTERIOR

ARt - Ar de Retorno

m

ARj

RRj - Registo de Rejeição RRj (deSensibilidade sobrepressão) ao “efeito de chaminé”, em edifícios elevados • e quando localizados ARj - Ar Rejeitado RRj (c/ atuador mecânico)

• Só devem ser aplicados em instalações pequenas, com pressurizações reduzim ~20 Pa). das (até

• Inviabilizam o retorno do ar por rede de condutas, por não haver extração mecânica por ventilador.

VI AI

m

AN

g 15.4

15.4.1.Comando dos Registos de Rejeição O comando e controlo de abertura destes registos pode ser feito por um controlador de pressão, identificado na Figura 15.5., como CP. Alternativamente poderá fazer-se a partir do SGTC. pressão atmosférica

Δp CP

m

RRj

Set point de pressão

ARj (c/ atuador mecânico)

EXTERIOR

ARt INTERIOR DO EDIFICIO

retorno livre p/ tetos falsos e corredores

pressão no interior

m

FIGURA 15.5.

Fig 15.5

Controlo de pressurização de um Edifício, com Registo de Rejeição.

O controlador de pressão, CP, comanda a abertura do registo, RRj, para manter a pressão diferencial previamente regulada pelo valor do Setpoint.

Um controlador de pressão, CP, lê a diferença de pressões entre o seu interior e exterior, por meio de um transdutor de pressão, e recorre a um anel de controlo do tipo PID, para modular uma saída de tensão que comanda o atuador do registo, desde a posição de fecho até à posição de abertura total, de modo a manter a pressão selecionada como referência (setpoint), na gama dos 10 a 20 Pa.

pressão atmosférica

Δp CP

SP - Setpoint de pressão

pressão interior

Caudal - (%)

CAPÍTULO 15 | CONTROLO DA PRESSURIZAÇÃO NUM EDIFÍCIO

ante l result ) cauda 0 1 = A % te (para ultan al res 5%) d u a c A=1 (para

110 100 80

Registos de Ar Novo, RAN (RLO)

60 40 20 0

0 90

15 75

Registos de Retorno, RR (RLP)

0%

1 A=

30 60

RE

A=

5%

60 30

% 75 15

Caudal resultante

RAN

10

15

1 A=

45 45

A=

RR

%

90 0

Abertura do RAN Abertura do RR

FIGURA 15.17.

Configuração do caudal resultante dos caudais individuais que atravessam os registos RAN e RR, quando estes variam Fig. 15.17 inversamente de posição, um a abrir, outro a fechar, nas situação de modulação do free-cooling.

Exemplo para dois valores de”autoridade” individuais dos registos.

A Figura 15.17, mostra como podem ser selecionados os dois registos de modo a somarem um caudal próximo do constante. Selecionou-se para o caudal de AN um RLO e para o caudal de retorno um RLP, para haver compensação das lombas das curvas dos respetivos registos.

Quando se selecionam dois registos do mesmo tipo, nomeadamente do tipo RLO, para o Ar Novo e para o Retorno, a curva do caudal resultante, apresenta uma maior flutuação entre as posições extremas dos registos embora se apresente mais simétrica.

A aplicação de um RLP no retorno, é uma boa opção, sendo recomendada pela ASHRAE Guideline 16, para os três tipos de despressurização em sistemas com economizer, (Registo de Rejeição, Ventilador de Rejeição e Ventilador de Retorno), com velocidades de passagem quando abertos de 4 a 8 m/s para os dois primeiros e velocidades de 8 a 10 m/s para o terceiro.

Este registo de retorno, por estar instalado entre duas caixas (plenos) de mistura, ambas sujeitas a elevada pressão, (a de rejeição, a valores da ordem dos (+)75 Pa e a de mistura a valores da ordem dos (-)75 Pa), terá que ser selecionado para uma perda de carga elevada, de modo a ter autoridade suficiente no circuito entre plenos, já que a perda de carga (de pressão) entre os dois plenos será de 150 Pa, absolutos.

Dada a importância de uma boa seleção dos registos de ar nas UTAs equipadas com facilidades de economizer, resumem-se as recomendações da Guideline 16 da ASHRAE, sobre a seleção destes equipamentos:

271

PARTE A | O VOLUME DE AR VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DO AR)

A UTA central – (parte da insuflação) Na Figura 17.6, está representada uma UTA central, que servirá tipicamente uma rede de condutas de alta pressão com caixas terminais de VAV. Esta UTA possui só um ventilador de insuflação, VI, caixa de mistura de caudais de retorno e ar novo, e está preparada para poder funcionar em regime economizer, com registo independente para admissão de ar novo mínimo. Possui ainda sistema de filtragem de ar e baterias de água fria e quente com válvulas de duas vias.

A despressurização do edifício é feita por ventilador de rejeição, VRj, associado a registo de rejeição RRj, localizados, p. ex., no topo de uma courete e eventualmente em quantidade duplicada.

A simbologia usada é a do quadro seguinte: ΔP

Sonda de pressão diferencial

UVF

Unidade de variação de frequência

AR

Atuador elétrico de registo

VM

Válvula modulante de caudal de água

ST

Sonda de temperatura, (ar ou agua)

RAN

Registo de Ar Novo

Sonda de temperatura exterior

RAN min

Registo de Ar Novo mínimo

SH

Sonda de humidade

RRJ

Registo de Rejeição

(2)

Número de cabos, (com um par)

RR

Registo de Retorno

SText

A listagem de pontos é apresentada em tabela abaixo das Figuras seguintes:

VRj

EDIFICIO (Hall Entrada)

RRj

AR

UVF 1 2 3 4

AN min

RANmin

Δp6

Δp2

AR

(2)

SText

VI

RAN

(1)

SHR

RR

AR

Δp1

ST4

AR

AR

ST1

Δp3

VM/F

ST2

VM/Q

ST3

Δp4

UVF

Δp5

1 2 3 4

(2)

1 2

(2)

34

FIGURA 17.6.

(1)

5

(1)

6

(1)

7

(1)

(3)

8

9

(3)

10

(4)

11

(1)

12

(1)

13

(1)

14

Fig. 17.5 Esquema tipo dos equipamentos de campo do SGTC numa UTA, com os respetivos cabos de ligação ao Controlador Local.

Listagem de pontos associada. (considerada apenas o corpo de insuflação).

j

288

VRj

CAPÍTULO 18 | PRODUÇÃO DE ÁGUA FRIA

18.3.1. Classificação dos chillers, pelo tipo de arrefecimento Podemos dividir os chillers em dois grandes grupos – Chillers com ciclo de compressão e chillers com ciclo de absorção – e subdividir estes quanto ao fluido de arrefecimento, em: • Chillers arrefecidos a ar, que são construídos em bloco com todos os seus constituintes, compressor, condensador, evaporador, ventiladores de arrefecimento, tubagens e controlo. São pré constituídos e ensaiados, sendo como tal mais fáceis de instalar e de colocar em funcionamento. São fabricados em escalões de potência, que podem ir até aos 2.000 kW. • Chillers arrefecidos a água, necessitam de uma ligação hidráulica externa para garantir o arrefecimento do condensador. São fabricados em gamas de potência, que pode ir até aos 15 000 kW, dependendo do fabricante. Os chiller arrefecidos a água, exigem um sistema adicional de arrefecimento, incorporando circulador de água, torre de arrefecimento e um sistema de controlo do conjunto, que os torna mais complexos e caros como tal digamos que menos utilizados.

Apresentam porém a vantagem de serem energeticamente bem mais mais eficientes e permitem maior flexibilidade na localização dos equipamentos principais, nomeadamente chiller e bombas associadas, que podem ficar protegidos da intempérie, ficando apenas a torre no exterior mais adotada para resistir à agressividade atmosférica.

Excluímos outros tipos de chiller, como os reversíveis em bomba de calor ou a quatro tubos, com recuperação de calor, de absorção, etc., por não estarem no âmbito do livro.

18.3.2. Classificação pelo tipo de compressor Existem quatro tipos de compressores com que podem ser equipados os chillers e que lhes proporcionam diferentes constituições, gamas de potência de fabrico, preferência de aplicação e custo inicial. As vantagens e desvantagens de cada tipo e as gamas de fabricação disponíveis são variáveis entre fabricantes, mas podem enquadrar-se nas características médias abaixo descritas:

Alternativos

Tipo “Scroll”

Parafuso, (Screw)

Centrifugos

FIGURA 18.2.

Esquemas de princípio de conceção e funcionamento dos tipos de compressores que podem equipar os chillers.

Fig 18.2

303

+(-) caudal de água fria

a rg ca ca i m ér CAPÍTULO 18 | PRODUÇÃO DE ÁGUA FRIA

(to +(rre ) d ou issi ar pa am çã bi o en te )

Os fabricantes de determinados tipos de chillers, admitem uma variação do caudal no evaporador que pode ir até os 60%, para unidades com potência mais elevada (acima +(-) dos 500 kW), fazendo recurso a permutadores mais eficientes constituídos com maior pro duda numero de passagens, onde a velocidade agua ç chil ão d pode descer até aos 0,6 m/s, muito le3,5 inferior aos valores antigos da ordem dos r m/s,o sendo que a decisão final tem que ser sempre confirmada pelo fabricante.

Fig. 18.1

18.7.3. Reposição das temperaturas de produção de agua fria dos chillers Uma outra maneira de otimizar automaticamente o consumo da instalação é adaptar a temperatura de produção de água fria dos chillers em função da temperatura exterior.

Setpoint da produção água fria (ºC)

Este processo beneficia essencialmente o consumo dos compressores dos chillers, uma vez que podem trabalhar com um diferencial de pressão menor no ciclo frigorifico, pois o valor deste no processo de evaporação será também menor.

14 13 12,5 12 11 10 9 8 7 6,5 6

B

Escalões de temperatura: A e B – Esc. extremos E1, E2 e E3 – Esc. intermédios

E3 E2 E1 A

5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Temperatura exterior (ºC)

FIGURA 18.7.

Diagrama correspondente ao ajuste do setpoint da temperatura de produção de água fria de um chiller, em função da temperatura exterior, para melhoria da sua eficiência.

Fig. 18.7

O Standard 90.1 da ASHRAE, faz uma recomendação para este método, que se pode traduzir no gráfico da Figura 18.7, admitindo que o chiller tem facilidades para receber esta informação, facilmente suportada por um algoritmo a residir no Sistema de Gestão Técnica.

O setpoint do chiller será então fixo e da ordem dos 6,5 °C, para temperaturas do ar exterior acima dos 27 °C (ponto A). Para temperaturas exteriores abaixo dos 16 °C o setpoint será também fixo e da ordem dos 12,5 °C, (ponto B). Entre estes dois pontos, o setpoint é ajustado em rampa contínua ou em rampa com vários escalões intermédios descontínuos.

313

altura de

120 100

elevação

(m)

C reg.

Rendim.; [%]

[m] 140

CAPÍTULO 19 | BOMBAS CIRCULADORAS DE ÁGUA FRIA

(Δm)

C inic.

80

l

a

icia

ad

60

70

ul . in 19.5.2. Variação de caudal nas reg bombas tal

ins ão 60 laç da . a t c Representa o tipo de atuação nos sistemas VWV, como resposta à %) ( ns mais frequente i to 50 da térmica desde en 20 da carga variação constante o valor máximo (condições de projeto) até c. m di ren Q reg. Q inic.

40

aos valores mais reduzidos correspondentes à carga mínima. 40 10

20

30

40

50

60

70

80

90 [m3/h]

Por variação de caudal, entende-se que se trata da alteração do caudal de um circuito por da modulação da velocidade da bomba instalada nesse circuito. Esta variação Fig.via 19.10 de velocidade é feita por recurso a um variador de frequência elétrica de alimentação da bomba, que pode atingir valores da ordem dos 30%, da velocidade inicial, (com perda de rendimento). [m] 140 (rpm 1)

120 100

(rpm 2)

80

(rpm 3)

60

(rpm 4)

[kW]

a urv

c

10

2 3 4

ão

aç tal

40 20

1 - (C. Proj.)

ins

da

20

30

40

50

60

70

80

90 m3/h; (%)

20

1 - (C. Proj.)

15 10 5

(rpm 1)

2

(rpm 2)

3

(rpm 3)

4

(rpm 4) 10

20

30

40

50

60

70

80

90 m3/h; (%)

FIGURA 19.11.

Fig. 19.11

Variação de caudal, por alteração da velocidade de rotação da bomba, desde o valor inicial, (rpm 1), até ao valor final, (rpm 4).

As características da instalação mantêm-se, representadas pela Curva Característica da Instalação.

Mantendo-se a mesma instalação, ou seja, não havendo modificação no circuito hidráulico, por fecho ou abertura de válvulas, a Curva da Instalação mantém-se e os novos pontos de funcionamento obedecem às leis da afinidade.

Nas UTAs dos sistemas VAV, isso é particularmente significativo, pois que com a redução da carga térmica vai haver também redução do caudal de ar nas serpentinas, da ordem dos 30%, o que é acompanhado pela diminuição do caudal de água.

327

CAPÍTULO 19 | BOMBAS CIRCULADORAS DE ÁGUA FRIA

[m] 140 120

rpm 1

100

rpm 2

80

B1

rpm 3

60

20

as

v cur

20 [kW] 15

da

ão

laç

ta ins

rpm 2

5

rpm 3

Fig. 19.12

10

20

A

B1

rpm 1

10

A

B2

rpm 4

40

Área proporcional à diferença de consumos energéticos, entre as duas soluções.

Diferença de consumos energéticos, (Potência x Caudal)

B2 30

40Q 50 B

60

QA

70

80

90 m3/h; (%)

FIGURA 19.12.

Processo de redução de caudal a partir do valor A, para o valor B, com duas soluções possíveis: Ponto B1 – atuação em válvulas da Instalação.

Ponto B2 – redução da velocidade da bomba.

O leitor pode perguntar: porque não regular inicialmente a instalação pelo processo modificação da velocidade da bomba? A resposta será: sim, pode fazê-lo, se não hou[m] ver outros constrangimentos. Por exemplo: 140

• Vários circuitos paralelos com necessidades de alteração de caudal diferentes; altura de elevação que saturem a disponibilidade da UVF, para 120 • Necessidades de regulação amplas, (m) C reg. regulação de velocidades mais baixas, como são frequentes nos sistemas VAV; 100 (Δm) C inic.

• Outras condicionantes. Por exemplo, na Figura 19.12., reparar que se a Curva da Instalação 80 tivesse uma componente em altura estática de 40 m, (curva a traço interrompido), não se poderia baixar a velocidade abaixo de rpm 4. a ial 70 d c 60 i a in ul . g l e sempre De resto a solução preferencial será ta o recurso à variação de velocidade, presor ns 60 qual seja possível çã situação a i inicial da instalação, na supondo que 40 partimos de uma a l d . ) ta c s % in condições: to ( alinhar razoavelmente três 50 da en 20 c. dim n condições nominais – carga máxima de instalação de 100 % da(s) re Q reg. –Q disponibilidade inic.

Rendim.; [%]

UVF(s).

10

20

30

40

50

60

70

80

90

40

[m3/h]

329

340

PARTE B | O CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DA ÁGUA)

Com base nas velocidades médias calculadas e expressas na linha inferior da tabela, extrapolou-se para tubagens de menor diâmetro, realçando-se que a diferença de custos comercias destas em relação às tubagens de maior diâmetro, traduzirá algum condicionamento nesta extrapolação, significando assim alguma limitação na comparação.

TABELA 19.3.

Extrapolação dos valores da tabela da ASHRAE, para tubagens de menor diâmetro e velocidades de escoamento da mesma ordem de grandeza.

FUNCIONAM. (hr/ano) DN da tubagem (mm)

<= 2,000 HR/ANO

> 2,000 E ≤ 4,400

> 4,400 E ≤ 8,760

Caudal e Velocidade Variaveis

Outras situações

Caudal e Velocidadee Variaveis

Outras situações

Caudal e Velocidade Variaveis

Outras situações

(l/s)

(l/s)

(l/s)

(l/s)

(l/s)

(l/s)

25

1,4

1,0

0,8

32

2,3

1,7

1,4

40

3,5

2,7

2,2

50

5,5

4,2

3,4

As válvulas de manobra e acessórios da instalação A perda de carga em válvulas e acessórios, designadas por perdas de carga dinâmicas, são calculadas pela fórmula abaixo. Não se justificando normalmente um cálculo muito apurado, pode o mesmo ser estimado por agrupamento de tipo de válvula e acessórios.

HL = z ·

1 · n2 2g

com: HL – perda de carga localizada, (m), (altura de elevação) z – coeficiente de perda de carga, (adimensional) n – velocidade do escoamento, (m/s2), igual ao da tubagem de ligação. g – aceleração da gravidade, (9,81 m/s2)

O valor do coeficiente z, para cada tipo de válvula podem ser encontrados com detalhe, em tabelas de válvulas e transformações, nomeadamente no Manual Carrier ou no documento “Selecting Centrifugal Pumps – KSB”, numa tabela de fácil seleção e bem organizada, disponível na Internet.

Transformações suaves em vez de transições a 90º, são sempre de preferir e reduzem quase para metade a perda de carga localizada. São situações vulgarizadas, por questões de tradição e menor esforço que vale a pena tentar alterar, como caso da Figura 19.22..

CAPÍTULO 20 | VÁLVULAS DE CONTROLO DAS SERPENTINAS

Embora a constituição dependa do Fabricante, o princípio de funcionamento passa pela existência de um mecanismo que inclui um diafragma flexível e uma mola associada, que são impulsionados para cima ou para baixo pela pressão da água à entrada da válvula, P1 e pela pressão à saída P3, com uma atuação que contraria o efeito primário da pressão diferencial do circuito.

O diafragma e mola, empurram ou aliviam a pressão de um “obturador” sobre a “sede”, mantendo-se uma pressão diferencial constante entre P2 e P3, porque quando a pressão P1 aumenta em relação a P3, o diafragma atua no sentido da aproximação do obturador à sede, diminuindo a pressão diferencial entre P1 e P3 e inversamente.

Tomadas de Pressão

P2-P3=Cte Regulador de Pressão Diferencial

Diafragma

P1

P3

P2

Obturador

P2

Sede

P1

Regulação de Caudal Máximo

P3

P2 P3

Esquema de constituição

Princípio de uma VRC IP

Fig.20.4 FIGURA 20.4.

Válvulas de regulação do tipo Independente da Pressão. Esquemas de princípio de funcionamento e de constituição, de acordo com o modelo de um fabricante.

Veremos no próximo capítulo, as “Válvulas de Controlo Independentes da Pressão”, P2-P3= Cte que assentam também neste princípio de funcionamento.

Canal de passagem na esfera

As válvula de seccionamento, VS’s

São simples válvulas de manobra, para permitirem isolar o circuito derivado, com vista à intervenção nos equipamentos que no caso da Figura P1 desse circuito, P2 sendo P3 20.3, não se instalou outra válvula de seccionamento, porque a VRC pode também funcionar para efeitos de seccionamento.

Canal da P3

pressão de

saídaa atuação As VS’s podem ser do tipo cunha, macho esférico ou borboleta, sendo que Diafragma manual muito rápida destas últimas, em grandes instalações pode provocar uma Mola Fig.20.20 onda de pressão interna na tubagem, semelhante ao golpe de aríete.

347

VC

P1

Fig.20.18

Kvs - Coeficiente de

360Q

PARTE B | O CAUDAL DE ÁGUA passagem| (EQUIPAMENTOS da válvula VC E SISTEMAS DO LADO DA ÁGUA) Q VARIÁVEL

(Kvs)

Apresentam-se valores típicos para o Kvs de válvulas de controlo de duas vias de um determinado Fabricante.

D

B

DN 15

Δpvalvula

6.3

Δpciruito derivado

Fig.20.13

DN 20

A

DN 25

DN 32

10.0

16.0

Circuito 8.6 derivado

B

D N40 DN 50 Δpserpentina 25.0 36.0

DN 65 Δpvalv.

63.0

DN 80

DN 100

100.0

160.0

6,3

6.3

10.0

16.0

Δp25.0 cir. deriv.

36.0

63.0

100.0

2.5

4,0

4.0

6.3

10.0

16.0

25.0

36.0

63.0

1.6

1.6

2.5

4.0

6.3

10.0

16.0

25.0

36.0

4

Kvs

Circuito principal

Ida

C

Retorno

Ida

A

Retorno

TABELA 20.1.

VC VC Valores típicos do Coeficiente de Caudal, “Kvs”, para válvulas de duas vias, fornecidos por Fabricante conhecido.

Fig.20.14

Alternativa de calculo do Kvs Apresentação da matéria de acordo com a Figura 20.19.

VRC

Serpentina

VC

B

A ΔPVRC

ig.20.19

ΔPserpentina ΔPA/B

ΔPV

VS - Válvula de Seccionamento VRC – Válvula Reguladora de Caudal (e de seccionamento)

VC – Válvula de Controlo (V2V)

FIGURA 20.19.

Figura equivalente à Figura 20.17, simplificada e com identificação das perdas de carga individuais e total no circuito.

A

A

Poderíamos ter selecionado o Kvs de outro modo mais simples, se tivéssemos em conta que a autoridade Av da válvula, não deve VRC ser inferior a pelo menos 0,5 e calcuVC larmos os restantes parâmetros com base nesta imposição.

Serpentina VS B Considerando a definição da autoridade da válvula,VSAv, e a Figura 20.19. (que é a - Válvula de Seccionamento Figura 20.17., simplificada); VRC – Válvula Reguladora de Caudal (e de seccionamento) DPválvula totalmente aberta DPv100 Vc – Válvula de Controlo (V2V) An = ou DPválvula fechada DPv0

e que se pretende uma Av não inferior a 0,5, deverá ser com base na expressão anterior, DPv100 = DPv0 x 0,5 e porque, com a válvula VC fechada Δ Pserp.a pressão perda de carga do circuito A/B, cai todo sobre a válvula, será DPv100 = (DPA/B)/2. Δ Pvalv.

Na situação da VC aberta para o caudal máximo, será: Δ P circuito derivado

Fig.20.17

ΔP = (P1 e P2) - Diferencial de pressão correspondente à perda de carga na válvula.

P2

1) DPA/B = DPv100 + DPserpentina + DPvrc + DP(restantes válvulas B e circuito) , ou

2) DPA/B ≅ DPv100 + DPserpentina + DPvrc , desprezando a 4.ª parcela do 2.º termo

CAPÍTULO 20 | VÁLVULAS DE CONTROLO DAS SERPENTINAS

As características das VCIP de atuação mecânica, à semelhança das VRCIP (Cap. 20.2.), embora dependentes da marca, baseiam-se na existência de um diafragma com uma mola associada, localizados numa espécie de antecâmara da válvula e expostos às pressões hidráulicas P1 à entrada e P3 à saída daquela.

perfis das variaveis

Em função da diferença entre as pressões P1 e P3, o mecanismo desloca-se segundo alteração um eixo e influencia a pressão P2 de uma segunda câmara.Resposta P2 vai de assim variar de compensação exterior do modo inversamente ao da diferença P1-P3, permitindo do ΔP 4 que ΔP de pressõesinterna setpoint doproporcional caudal a esfera de regulação fique como que imersa num ambiente de pressão diferencial diferencial 1 constante,pressão que estabiliza o caudal que passa pelo canal da mesma esfera, deixando assim de depender da diferença direta entre as pressões externas P1 e P3.

2 angulo abertura valv.

Fig.20.22

Válvulas de controlo IP, por atuação eletrónica perfil do caudal

3

Estas válvulas são mais sofisticadas e como tal mais onerosas, mas também apresentempos (ajustáveis) tempo tam outras funcionalidades. Uma válvula representativa destas características éa de estabilização Energy Valve de um conhecido fabricante, constituída conforme Figura 20.21, por dois módulos associadas: um tubo de medição de caudal e uma válvula de controlo caracterizada.

3

5 1

1 - Válvula caracterizada, c/ 2 - Disco caracterizado 3 - Atuador da válvula

6

2

7

4

4 - Tubo de medição de caudal 5 - Sensor de caudal associado c/ 6 - Sonda de temp. da água (ret.)

7 - Sonda de temp. água. (ida)

Fig.20.21 FIGURA 20.21.

Princípio das VC IP, com atuação eletrónica.

As possíveis alterações de caudal, resultantes da flutuação da pressão, são corrigidas pela atuação da válvula, após feedback da variação daquele caudal no tubo de medição.

(Fonte: Belimo)

2

4 1- Válvula de controlo (caracterizada)

6

2 - Atuador inteligente.

363

VC

CD 1

CD 2

BC – bomba de circulação do circuito de caudal variável

CD 3

PARTE B | O CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DA ÁGUA)

Fig. 21.3

Δp/BCREDUZIDA

Altura de elevação – (m ca)

Parte da cota desta curva é representada pela perda de carga correspondente às válPerfil d e pressconsiderada a curva desdobrada na componente das válvulas de controlo, tendo-se ão 1 – C audal m áximcarga vulas de controlo as restantes perdas de da instalação. o Perfil deepres são 2 - Caudal reduzido

Quando a carga térmica começa a reduzir-se e o caudal de água fria se reduz de modo ΔP/CD1 ΔP/CD2 ΔP/CD3 ΔP/BCaNOM. correspondente, curva da instalação aumenta de inclinação e o–ponto dederivados funcionaCD’s circuitos na secundaria. mento vai passar de A para B, a que corresponde então um distribuição menor caudal mas um ΔP/BC – Altura manométrica aumento da pressão. Qualquer válvula de controlo que esteja nos circuitos derivados da bomba de circulação passam a estar sujeita a uma maior pressão, pois foi devido aoΔP/CD seu fecho quediferencial o caudal – pressão nos Circuitos Derivados de água foi sucessivamente diminuindo.

Distância - (m)

A=

DPválvula toda abertaVC Â(DPcomponentes do circuito associado) CD 1

VC

VC

CD 2

CPD

Por definição BC da “autoridade” da válvula, esta vai diminuir, pelo aumento do valor do denominador da equação de definição de “autoridade”, pois se recorda que:

CD 3

Vejamos o que se passa num diagrama pressão/distância, com o circuito mais distante e provavelmente o que representa a maior perda de carga da instalação, identi-Fig. 21.5 ficado pelo Circuito Derivado 3, CD3, na Figura 21.2.

Perfil de pressão 1 – caudal reduzido

Perfil de p

ΔP/BC (ponto A)

ΔP/BC (ponto B)

Altura de elevação – (m ca)

370

VC

C

VC

ressão 2 -

caudal má

ximo

ΔP/CD1

ΔP/CD2

ΔP/CD3

CD 1

CD 2

CD 3

VC

VC

VC

CDs – circuitos derivados na distribuição secundaria. ΔP/BC – Altura manométrica da bomba de circulação, para os pontos de funcionamento “A” e “B”. ΔP/CD – pressão diferencial nos Circuitos Derivados

Distância - (m) BC

FIGURA 21.2.

Modificação dos perfis de pressão dos circuitos principais, em resultado da diminuição de caudal no circuito mais distante, (maior perda de carga), CD3, pelo fecho da respetiva válvula de controlo, afetando as pressões diferenciais nos restantes circuitos e a autoridade das respetivas válvulas de controlo.

Em resposta à menor carga da serpentina, a válvula vai passando de toda aberta e perda de carga reduzida, Δp / CD3, para válvula fechada e caudal nulo, (ou quase), suportando uma pressão cada vez maior, (representado a traço interrompido). Com o caudal reduzido, a perda de carga na tubagem é cada vez menor pelo que o perfil da

Fig. 21.2

ig. 22.7

CD - coletor desacoplam.

Chiller 3

Chiller 2

Chiller 1

BS - Bombas Secundárias/Distrib. . (caudal variável) VI – Válvulas de isolamento dos . chiller’s.

BS

Sistema de “bombas multiplicadas” em instalações de CPV. VC

BPs O esquema correspondente é o da Figura 22.7., semelhante ao da Figura 22.6., mas com a diferença de que não existem bombas secundárias, pois trata-se de um sishidr. primário anel hidráulico secundário temaanel de caudal primário variável, onde todo o circuito hidráulico é assegurado por bombas primárias, mas de caudal variável.

Chiller 3

VIs

BCs

CBp - coletor de by-pss

Sendo os chillers de caudal variável é possível otimizar a produção com o consumo para cargas reduzidas, para as quais os chillers podem oferecer uma boa eficiência.

Não esquecer que se os chillers forem de caudal constante o seu rendimento máximo verifica-se para o seu caudal máximo, (caudal nominal do chiller), ao passo que os chillers de caudal variável apresentam a eficiência máxima para um caudal reduzido da ordem dos 30/40 % do valor máximo.

Chiller 2

Fig. 22.6

BP - Bombas Primárias/Produção

VIs . (caudal constante) PARTE B | O CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DA ÁGUA)

Chiller 1

386

VBp

VC

BC - Bombas gerais de Circulação . (caudal variável) VI - Válvulas de isolamento . dos chiller’s VBp - Válvula de controlo do . by-pass MC - Medidor de caudal

MC FIGURA 22.7.

Sistema de CPV, com Bombas gerais de Circulação, em sistema multiplicado.

Pode representar uma opção energética eficiente, mas tem um controlo de gestão complexo.

Com esta configuração, são possíveis situações em que o número de chillers não é igual ao número de bombas a funcionar. Assim é possível que:

• Duas bombas trabalhem com um só chiller, de modo a aumentar a capacidade debitada pelo chiller e resolver temporariamente um problema de baixo DT, dispensando o arranque de um segundo chiller;

• Três bombas trabalhem com dois chillers permitindo a utilização de um elevado DT e um baixo caudal, (por controlo da VBp), para uma melhor eficiência na parte da distribuição.

Por estes itens acima, se antevê as vantagens de eficiência energética de um sistema Caudal Primário Variável, mas também a complexidade no seu controlo e exploração.

398

PARTE B | O CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DA ÁGUA)

Nestas condições a entrada em carga de um novo chiller pode ser retardada uma vez que há disponibilidade extra na unidade operacional e o eventual arranque de outra unidade deve fazer-se com base na leitura das sondas de temperatura, ST/ida e ST/ retorno e no medidor de caudal, MC, que vão permitir calcular a todo o momento a carga absorvida na distribuição (caudal * DT).

A opção do número de chillers a disponibilizar, tem ainda a ver com o tipo de compressores de cada um, do tipo velocidade constante ou velocidade variável, em face da diferente eficiência de cada um perante a carga. Sendo todos do mesmo tipo, e isso é uma opção recomendável, a regra será:

22.7. Controlo das pressões no Fig. 22.14

CONSUMO SECUNDÁRIO

VBP

Δp

Chiller 3

Chiller 2

Chiller 1

• Nos chillers de caudal constante, a maior eficiência da produção, é estabelecida com a colocação em funcionamento, do menor número de chillers, cada um a trabalhar à maior carga possível, a que corresponde a melhor eficiência.

• Nos chillers de caudal variável, a maior eficiência da produção, é estabelecida com a distribuição da ST/ida carga total da instalação, por vários chillers, de modo a que cada um possa trabalhar com a sua melhor eficiência para aVIscarga parcial, ( Ver Fig.22.21).

MC - medidor de caudal VBP - válvula de by-pass Δp - controlo de segurança . de circulação no chiller

caudal mínimo do chiller em carga anel hidráulico

– Sistemas CPV

MC Relacionado com o escalonamento dos chillers, está também o controlo das pressões no anel hidráulico, havendo duas pressões diferenciais que é necessário controlar:

1) A pressão diferencial de fim de linha, PDFL UVF

Fig. 22.16

BC

MC

VBp

PDFL

Chiller 3

Chiller 2

Chiller 1

VI

CBp - coletor de by-pss

SP

VC

UVF - Unidade de Variação . de Frequência PDFL - Pressóstato diferencial . de fim de linha SP - Sondas de Pressão BC - Bomba de Circulação . (caudal variável)

SP

FIGURA 22.16.

Controlo da pressão diferencial de fim de linha, PDFL, um sistema do tipo CPV. A pressão diferencial no extremo da rede é mantida, com base na modelação da velocidade da bomba (ou bombas), de circulação do sistema, BC. VI

CHILLER 1

Esta pressão do extremo do circuito hidráulico normalmente designada de presretorno da ida à são de “fim de linha”, é lida pelo pressóstato associado a dias VI diferencial PDFL, distribuição distribuição CHILLER 2 sondas hidráulicas, SP, cf/ Figura 22.16, e constitui a garantia de que existe pressão suficiente para o circuito derivado mais distante funcionar.

VI CHILLER 3

Fig. 22.17

PDBP

VBP

água

Fig. 22.23

VG

by-pass

ar

408

IDA

RETORNO PARTE B | O CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO LADO DA ÁGUA)

V3V

22.9.3 Mitigação da degradação do DT.

Prim./ida

Sec./ ida

acima de Proj.

PRODUÇÃO PRIMÁRIA

de Proj.

Os dois problemas referidos em 2) e 3) da alínea anterior, podem ser mitigados pela configuração do coletor de desacoplamento comum ao primário e secundário, com Q primario Q secundário uma válvula unidirecional, conforme B já explicado no capítulo 22.5.1, que evita que o sobre caudal do secundário faça retorno direto pelo coletor, misturando-se com o caudal arrefecido no nó “A”, aumentando a temperatura de entrega nas serpentinas.

Prim./ret.

Sec./ret.

Assim o caudal vai ser obrigado a passar pelo(s) chiller(s), que normalmente suportam agravamentos da ordem dos 130%, de modo a retirar dele uma capacidade acrescida (caudal * DT), com uma eficiência melhorada.

Fig. 22.25

5ºC - Temp. de Proj.

Q primario

FIGURA 22.25.

Sec./ ida A

M

> 5ºC - Temp. acima de Proj.

± 10ºC

PRODUÇÃO PRIMÁRIA

Prim./ida

Prim./ret.

B

CONSUMO SECUNDÁRIO

Fig. 22.24

± 10ºC

Nos sistemas clássicos de CPC/CSV

CONSUMO SECUNDÁRIO

O problema da diminuição do DT atenua-se quer corrigindo, na medida do possível, as deficiências que estão na sua origem, (seis situações descritas no Capítulo 22.9.1.), M A quer, implementando medidas compensatórias, que- Temp. a seguir se descrevem. > 5ºC 5ºC - Temp.

Q secundário

Sec./ret.

Instalação de uma válvula de retenção no coletor, para evitar que o caudal de retorno não arrefecido, se vá misturar com o caudal de ida, em M, com aumento da temperatura deste e consequente agravamento da degradação do ΔT.

Esta é uma solução possível, quer para sistemas com bombas primárias individualizados por cada chiller, quer para sistemas com bombas instaladas em corpo único multiplicado, com chillers geralmente do tipo de velocidade fixa.

Nos sistemas de CPV Nos sistemas de caudal primário variável, CPV, onde normalmente são utilizados chillers de velocidade variável os quais apresentam melhores eficiências a carga reduzida, a solução do problema é a de acomodar em funcionamento o menor numero de chillers em função da sua eficiência.

MC

424

12ºC

CΔ

VBP 0 L/s

12ºC

PARTE B | O CAUDAL 200 L/sDE ÁGUA VARIÁVEL | (EQUIPAMENTOS 200 L/sE SISTEMAS DO LADO DA ÁGUA)

Fig. 23.9 Carga térmica a 33% Na Figura 23.10., a carga diminuiu dos 66% anteriores e vai ficar num valor de 33%.

VI1 BC1

100 L/s

BC2

VI2 VI3

BC3

Carga no consumo: 33% 100 L/s; c/ ΔT=7ºC

Chiller 1 (100% de carga)

Chiller 2

5ºC

CΔPD

Chiller 3 VBP

MC

12ºC

0 L/s

100 L/s

Fig. 23.10

12ºC 100 L/s

FIGURA 23.10.

Instalação e condições semelhantes às da figura anterior, porém com a carga reduzida para 33%.

Foi “isolado” mais um chiller e colocada fora de serviço, mais uma bomba, a BC2.

É possível agora, isolar mais um chiller, (n.º 2) e parar mais uma bomba, (nº 2). O chiller ativo suporta isolado a carga total dos consumidores.

Continua a não haver circulação na válvula de bypass, pois toda a capacidade térmica da água é absorvida no consumo.

VI1

BC1

100 L/s BC2

Chiller 1 VI2

(50% de carga)

Chiller 2 VI3

BC3

Carga no consumo: 33% 100 L/s; c/ ΔT=7ºC 5ºC

(50% de carga)

Chiller 3

Fig. 23.11 FIGURA 23.11.

Opção alternativa à configuração da instalação da Figura 23.10, mas com maior número de chillers em funcionamento a carga reduzida, 50%, mas com eficiência parcial superior.

VI1

PD

Carga no consumo: 10%

(saída) Ag. fria (saída)

BC

CAPÍTULO 24 | TORRES DE ARREFECIMENTO

431

Agua quente (entrada) Enchimento de contacto águaar, em “fluxos cruzados”

Fig. 24.3

Agua fria (saída) FIGURA 24.3.

Pressão (kPa)

Aspeto de uma torre modular, para capacidades elevadas, com ventilador auxiliar axial, em montagem do tipo “ar induzido”.

Os fluxos de ar e água são designados como do tipo “cruzados”.

elevação de pressão

condensador O tipo de torre representada na Figura 24.3, é a de uso mais vulgarizado com capacidades até valores 1000Tag TR,EC(±3.500 kW) nominais, podendo ser instaladas em módulos Tag EC – Correspondência (ou células) paralelas, para 1 potências maiores. da Temperatura da água na Entrada do Condensador 2 (condições 1 e 2) 24.2. Parâmetros característicos das torres de arrefecimento linhas de temp. constante Tag SE – Correspondência As torres de arrefecimento são caracterizadas pelos parâmetros seguintes. da Temperatura da água na Saída do Evaporador

1) Diferencial de temperatura da água Tag SE compressor evaporador É a diferença de temperatura da água, entre a entrada e a saída, da torre. O valor Entalpia / kg) desta grandeza é uma opção do projetista e tem a ver com a(kJcorrespondente saída e Fig. 24.7 entrada do mesmo caudal da água no condensador do chiller associado à torre, (ou chillers e torres).

Estas temperaturas rondam normalmente os 35 °C na entrada na torre e 29,5 °C na saída, correspondendo-lhe um diferencial de 5,5 °C. Estudaremos a otimização destas temperaturas mais à frente.

2) "Aproximação" (à temperatura do ar de entrada) Na literatura técnica da especialidade é designada por approach.

Como o nome sugere, é a diferença entre a temperatura da saída da água e a temperatura húmida da entrada do ar, conforme Figura 24.4. Caracteriza teoricamente a temperatura mais baixa a que a água pode sair e condiciona fisicamente a torre, por-

CAPÍTULO 24 | TORRES DE ARREFECIMENTO

• Podem ser utilizados em agrupamentos de UTAs, nomeadamente em edifícios de elevada altura, com uma UTA por piso;

• Representam normalmente um investimento inicial menos oneroso do que o dos economizadores do lado do ar.

445

24.8.2. Princípio de funcionamento Na Figura 24.15, está representado um esquema de tubagem de um “economizador integrado”, assim designado porque permite o funcionamento simultâneo com o(s) chiller(s), garantindo um primeiro arrefecimento da água no secundário do permutar de calor, antes da passagem da água das serpentinas das UTAs, pelo evaporador do chiller, se tal for necessário e possível.

TORRE 1

Circuito de arrefecimento pelas torres Circuito de arrfecimento pelos chillers

TORRE 2

VI

BC

BP

BS

UTAs

CHILLER 1

VI

V2V

CHILLER 2

PC

VI

Fig. 2 FIGURA 24.15.

Sistema economizer do lado da água, do “tipo integrado”, num sistema primário/secundário, permitindo o funcionamento em sequência e se necessário, do free cooling das torres e do arrefecimento mecânico dos chillers. O permutador PC, pode ser, p. ex. do tipo placas paralelas.

V2V

V2V

11ºC

11ºC V2V

RGA utas)

DUÇÃO hillers)

No diagrama, a tubagem do lado da água fria tem uma distribuição CPC/CSV, (caudal primário constante / caudal secundário variável), mas poderia ser do tipo caudal único variável e, nesse caso, com a localização do permutador Às Torres no circuito primário.

P.Calor (free cooling) P.Calor Às Torres Os chillers e as torres de arrefecimento são organizados e dimensionados como se o permutador não existisse, sendo aplicada uma válvula de isolamento VI, no circuito deste, para permitir a sua ativação e desativação de modo algo semelhante ao do Permutador deque, Calor, em utilização.

Permutador de em by-pass. escalonamento dosCalor, chillers, segundo o princípio de base de nas épocas quentes, são ativados os chillers e desativado o economizador, e nas épocas fria será ativado o economizador e desativados os chillers, ficando um em standby para arrefecer a água até ao setpoint pretendido, se o economizador só por si não o conseguir.

Fig.

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS Prefácio Agradecimento à EFRIARC Nota da EFRIARC A organização base do livro Linhas de orientação dos assuntos do livro Sumário de matérias

V VII IX XI XIII XV

PARTE A | O Volume de Ar Variável (Equipamentos e sistemas do lado do AR)

17

1.

1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

1.6.

1.7.

1.8.

INTRODUÇÃO – Os sistemas de Volume de Ar Variável Breves considerações sobre os sistemas de caudal variável Alguma história sobre os sistemas de caudal variável Princípio dos sistemas de climatização por VAV Características dos sistemas VAV – (vantagens e desvantagens) Deslocação da carga e adaptação da capacidade térmica Tipos de sistemas VAV – características principais Os sistemas de VAV, de alta performance Dimensão, classificação e aplicação dos sistemas 1.8.1. Dimensão e classificação 1.8.2. Aplicação dos Sistemas VAV

19 19 20 20 22 23 24 28 31 31 31

1.9.

Conceitos de base, recorrentes no livro

32

2.

2.1.

O EQUIPAMENTO CENTRAL – UTA central A organização da Unidade de Tratamento de Ar Central 2.1.1. Configuração de montagem.

2.1.2. Algumas recomendações de montagem

33 33 33 37

2.2. Serpentina de arrefecimento 2.3. Serpentina de aquecimento 2.4. Os registos de caudal 2.5. Secção de filtragem 2.5.1.

A seleção e classificação do sistema de filtragem

38 44 45 48 51

2.6 Os recuperadores de energia 2.6.1. Eficiência e consumo energético do permutador 2.6.2. Exemplo prático – (calculo da eficiência)

53 54 56

3.

O VENTILADOR CENTRAL – Insuflação da UTA central 3.1. Genérico 3.2. O ventilador central. Tipologia e teoria associada 3.3. Ponto de Funcionamento e Curvas Características do Ventilador 3.3.1. Curvas Características do Ventilador, CCV 3.3.2. Curvas Características da Instalação, CCI

59 59 59 63 63 64

CDLXVII

CDLXVIII

3.3.3.

3.3.4.

3.3.5.

Ponto de Funcionamento da instalação, PF Alteração da velocidade de um ventilador Leis da afinidade dos ventiladores

66 67 68

3.4. Comparação de Curvas de Características dos Ventiladores 3.5. Os motores elétricos de Comutação Eletrónica – (Motores EC) 3.5.1. Princípio de funcionamento de um Motor ED 3.5.2. Características gerais dos motores EC 3.5.3. Facilidades de aplicação a equipamentos de AVAC

69 71 71 73 75

4.

CAIXAS TERMINAIS VAV – Tipos e seleção 4.1. Genérico 4.2. Características construtivas gerais 4.3. Tipo de funcionalidade das caixas VAV 4.3.1. Caixas VAV, só para arrefecimento 4.3.2. Caixas VAV, com reaquecimento 4.3.3. Caixas com reaquecim. e dois valores de caudal máximo, (* SAP/VAV) 4.3.4. Caixas assistida, com ventilador em paralelo 4.3.5. Caixas assistida, com ventilador em série 4.3.6. Caixas para sistemas de dupla conduta 4.3.7. Caixas dependentes ou independentes da pressão

79 79 79 81 82 83 84 86 88 88 89

4.4. Seleção das caixas terminais VAV 4.4.1. Caudal máximo e caudal mínimo das caixas 4.4.2. Níveis de ruído, radiado e emitido 4.4.3. Pressão estática de trabalho 4.4.4. Opção entre caixas assistidas com ventilador em série vs paralelo

90 90 91 92 94

4.5. Sistemas de Controlo das Caixas VAV 4.5.1. Sistema de leitura do caudal de ar nas caixas 4.5.2. Controlo nas caixas “dependentes” e “independentes” da pressão” 4.5.3. Controlo das caixas VAV, com reaquecimento 4.5.4. Controlo das caixas tipo, dual maximum, (* SAP/VAV)

95 95 97 99 100

5.

REDE DE CONDUTAS – Conceção e dimensionamento 5.1. Genérico 5.2. Conceção geral das redes de condutas 5.2.1. Redes de insuflação 5.2.2. Execução da rede de condutas na alta pressão

101 101 101 103 104

5.3. Execução da rede de condutas na baixa pressão 5.4. O retorno de ar – Conceções e base de dimensionamento.

5.4.1.

Aspiração livre por tetos falsos e coretes.

108 109 110

5.5. ANEXO – Métodos de dimensionamento de condutas 5.5.1. Classificação das redes de condutas 5.5.2. Método de dimensionamento por “Igual Perda de Carga” 5.5.3. Dimensionamento pelo método da “Recuperação da Pressão Estática” 5.5.4.

Principio do método de “Redução da Perda de Carga”

112 112 113 114 116

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

6.

PERFIL DAS PRESSÕES NUM ESCOAMENTO 6.1. Conceitos gerais das pressões estática, de velocidade e total 6.1.1. O Ventilador 6.1.2. O sistema de ventilação 6.2. Exemplos de perfis de pressão no sistema 6.2.1. Ventilador de insuflação simples, sem tomada de ar novo 6.2.2. Ventilador de insuflação simples, com tomada de ar novo 6.2.3. Ventilador de insuflação e retorno, na mesma UTA

119 119 120 120 122 123 125 126

7.

7.1.

7.2.

7.3.

7.4.

7.5.

7.6.

CONTROLO DA CAPACIDADE DO VENTILADOR Processo do “Ajuste livre da instalação” Método do controlo da pressão – sonda na conduta de insuflação Controlo da pressão – sensores de caudal, nas caixas VAV – (*SAP/VAV) Seleção do ponto inicial de funcionamento nas Condições de Projeto Considerações sobre as sondas Identificação da Zona Crítica – Sistemas mono e multizona

129 130 132 136 139 140 143

8.

PSICROMETRIA DOS PROCESSOS EM VAV 8.1. Genérico 8.2. Processo de arrefecimento – Carga máxima/Condições de Projeto 8.2.1. Descrição dos processos parciais do ar, (cf/ simbologia da Figura 8.1.)

8.2.2. Condições dos equipamentos 8.3. Processo de arrefecimento – Situações de carga térmica reduzida 8.4. Processo de arrefecimento – Condições exteriores de Inverno 8.5. Controlo da temperatura de insuflação da UTA 8.5.1. Condições Gerais 8.5.2. Vantagens e desvantagens do SAT Reset 8.5.3. Equipamento de controlo 8.6. Controlo dinâmico da temperatura do caudal de insuflação

145 145 146 146 148 148 151 153 153 155 156 157

9.

VENTILAÇÃO E QUALIDADE DO AR INTERIOR 9.1. Genérico 9.2. A tomada e a distribuição dos caudais de Ar Novo 9.2.1. A distribuição dos valores do caudal de ar a cada zona 9.2.2. As condições de aspiração do caudal de ar novo, na UTA

161 161 161 161 164

9.3. Cálculo do caudal de ar novo, pelo Standard 62.1da ASHRAE 9.4. Aplicação de um exemplo prático 9.4.1. Métodos de cálculo de AN

165 167 169

10.

CONTROLO DO CAUDAL DE AR NOVO (AN) 10.1 Genérico 10.1.1 Posição fixa para o registo e caudal de Ar Novo mínimo 10.1.2 Tomada de Ar Novo, com sistema de medição de caudal 10.1.3 Tomada de Ar Novo, com controlo proporcional 10.1.4 Tomada de Ar Novo, com sistema de injeção por ventilador 10.1.5 Tomada de Ar Novo por registo independente com modulação

175 175 176 177 178 179 180

CDLXIX

CDLXX

10.2 Regulação dos registos de ar novo (AN) e retorno (AR)

181

11.

11.1.

11.2.

ALTERAÇÃO DINÂMICA DO CAUDAL DE AR NOVO Controlo dinâmico da ventilação, em face do número de ocupantes Controlo dinâmico da ventilação, baseado no teor do CO2 11.2.1. Implementação prática do processo “CDV-CO2” 11.2.2. Princípio do controlo do processo “CDV-CO2”

183 184 186 188 189

11.3.

Métodos do controlo do processo “CDV-CO2” 11.3.1. Método de controlo proporcional 11.3.2. Método do setpoint único 11.3.3. Os equipamentos de controlo

191 192 194 195

11.4. Controlo dinâmico do VAN nas instalações de VAV 11.4.1.

Informação do teor de CO2 ambiente, a partir de sondas, (CDV-CO2) 11.4.2. Cálculo dinâmico do caudal VAN, conforme Standard 62.1 ASHRAE

197 198 200

12.

DIFUSÃO DE AR NOS LOCAIS 12.1. “Zona de Ocupação” e condições de conforto 12.2. A difusão de ar – conceitos fundamentais 12.3. Dimensionamento dos difusores de ar 12.4. Localização das grelhas de retorno 12.5. A difusão de ar nas instalações de VAV 12.6. A conceção da difusão de ar em espaços periféricos e interiores 12.6.1. Considerações gerais 12.6.2. Locais periféricos com necessidades de aquecimento elevadas 12.6.3. Locais periféricos com necessidades de aquecimento médias 12.6.4. Locais periféricos com necessidades de aquecimento reduzidas 12.6.5.

Outros espaços específicos

203 203 205 207 210 211 213 213 214 215 216 216

12.7. As condições de conforto em temperatura e humidade 12.7.1. Ajuste automático das temperaturas de conforto ambiente

218 219

13.

SOLUÇÕES VARIANTES E ALTERNATIVAS 13.1. Sistemas de VAV com “ar frio” 13.1.1. Bases de dimensionamento nos sistemas de “ar frio” 13.1.2. Vantagens e desvantagens dos sistemas de agua fria:

221 221 221 223

13.2 Sistemas dedicados ao Ar Novo (“DOAS”) 13.2.1. Entrega de Ar Novo, na aspiração de cada UTA 13.2.2. Entrega direta do caudal de AN, na caixa VAV de cada Zona 13.2.3. Entrega do caudal de AR diretamente na Zona 13.3. Sistemas de VAV com unidades autónomas arrefecidas a água

224 224 225 226 226

14.

SISTEMA ECONOMIZADOR DE ENERGIA (lado do ar) 14.1. Principio de funcionamento 14.2. Modos de funcionamento

229 229 230

14.2.1.

Funcionamento de um sistema clássico, VAC, sem economizer 231 14.2.2. Funcionamento do economizer, num sistema de VAC 232

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

14.2.3. Funcionamento do economizer, num sistema de VAV 235 14.3. Estratégias de reposição do ar novo nos economizadores 237 14.4. Análise psicrométrica das estratégias do limite de shut off 240 14.5. Controlo da temperatura ambiente nos sistemas economizers 242 14.5.1.

Instalações do tipo VAC 243 14.5.2. Instalações do tipo VAV 245 14.5.3. Algumas recomendações práticas 248 15.

CONTROLO DA PRESSURIZAÇÃO NUM EDIFÍCIO 15.1. Principio da pressurização de um edifício 15.2. A pressurização dos Edifícios com sistemas VAV 15.3. Sistemas e modos de controlo da pressurização 15.3.1. Controlo direto da pressurização 15.3.2. Controlo indireto da pressurização, por seguimento de caudais

249 249 249 251 252 252

15.4 Controlo da pressurização, por sistema de Registos de Rejeição 15.4.1.

Comando dos Registos de Rejeição

254 256

15.5. Controlo da pressurização, por sistema de Ventiladores de Rejeição 15.5.1. Comando e controlo dos Ventiladores e Registos de Rejeição 15.5.2.

A pressão estática, nos sistemas com Ventilador de Rejeição, VRj

257 260 261

15.6. Controlo da pressurização, por sistema de Ventilador de Retorno 15.6.1. Comando e controlo nos sistemas com Ventilador de Retorno 15.6.2. Níveis da pressão estática, nos sistemas com VRj

262 264 265

15.7. Seleção e dimensionamento de registos de regulação de caudal 15.7.1.

Curvas de registos 15.7.2.

Seleção combinada de registos

267 269 270

16.

OS ESPAÇOS E A CONCEÇÃO DAS INSTALAÇÕES 16.1. Genérico 16.2. Solução de Unidade Central ou Unidade a piso a piso 16.3. A organização e identificação das “ZONAS térmicas” 16.4. A configuração da rede de condutas 16.5. O dimensionamento da rede de condutas 16.6. Cálculo dos caudais de ar

273 273 273 274 276 278 281

17.

SISTEMA DE GESTÃO TÉCNICA CENTRALIZADA – SGTC 17.1. Genérico 17.2. Organização e tipos de “pontos do SGTC” 17.2.1. Tipos e listagem de “pontos”

283 283 285 286

17.3. Comando de funcionamento da instalação 292 17.3.1. Modos de comando horário simples, “ocupado/desocupado” 292 17.3.2. Horários diferenciados p/zona e “tempo extra” (timed override) 294 17.3.3. Arranque e paragens otimizados 294 17.3.4. Modo de standby e arrefecimento noturno 296 17.4. Arranque e paragens otimizados

298

CDLXXI

CDLXXII

PARTE B | O Caudal de Água Variável (Equipamentos e sistemas do lado da ÁGUA)

299

18.

PRODUÇÃO DE ÁGUA FRIA 301 18.1. Genérico 301 18.2. Algumas considerações históricas dos sistemas CAV 301 18.3. Unidades de produção de água fria – Chillers 302 18.3.1.

Classificação dos chillers, pelo tipo de arrefecimento 302 18.3.2.

Classificação pelo tipo de compressor 303 18.4. Eficiência energética de um chiller 305 18.4.1.

Regulamentação europeia sobre eficiência de chillers 306 18.5. Eficiência em função da carga, em velocidades constante e variável 307 18.6. Escalões de temperatura de funcionamento dos chillers 308 18.6.1. Diferencial de temperatura mais elevad 309 18.6.2. Condicionantes ao aumento do ΔT 309 18.6.3. Chillers arrefecido a água 310 18.7. Caudais nominais, de sobrecarga e reduzidos, de um chiller 311 18.7.1. Caudal nominal e caudal de sobrecarga, no evaporador 311 18.7.2. Caudal reduzido, no evaporador 312 18.7.3.

Reposição das temperaturas de produção de agua fria dos chillers 313 19.

BOMBAS CIRCULADORAS DE ÁGUA FRIA 19.1. Tipos de bombas de circulação 19.2. Variáveis características das bombas 19.2.1. Altura manométrica de elevação – [metros ou kPa] 19.2.2. Potências absorvidas – [W] 19.2.3. Rendimento hidráulico – [%] 19.2.4. NPSH, (Net Positive Suction Head) – [metros] 19.2.5. Cálculo da Altura de Elevação

315 315 316 316 317 318 318 318

19.3. Diagrama das Bombas de Circulação 19.4. Curva de funcionamento da instalação – CFI 19.4.1. Perdas de carga da instalação hidráulica 19.4.2.

Instalação em circuito fechado e circuito aberto

320 321 323 324

19.5. Regulação e variação do caudal nas bombas 19.5.1.

Regulação inicial de caudais 19.5.2. Variação de caudal nas bombas 19.5.3. Comparação entre regulação por válvulas e modulação por velocidade

325 325 327 328

19.6. Paralelo de bombas 19.7. Controlo automático de velocidade nas bombas 19.7.1. Tipos de controlo 19.7.2. Situação de bombas em paralelo

330 332 332 335

19.8. Dimensionamento das tubagens de água

336

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

20.

VÁLVULAS DE CONTROLO DAS SERPENTINAS 20.1. Genérico – Tipo de válvulas de controlo das instalações 20.1.1. Controlo das serpentinas com válvulas de três vias – V3V 20.1.2. Controlo das serpentinas com válvulas de duas vias – V2V 20.1.3.

Controlo de serpentinas com válvulas termoelétricas 20.2. As válvulas de comando e controlo das instalações 20.3. Características das válvulas de controlo – Curvas e coeficientes 20.3.1. Válvulas de controlo tipo “globo” 20.3.2. Válvulas de controlo tipo “macho esférico” 20.3.3. Curvas característica da serpentina

343 343 343 344 345 346 348 348 350 351

20.4. “Autoridade” da válvula 20.4.1.

“Autoridade” da válvula instalada num circuito

353 356

20.5. Coeficiente de Passagem da Válvula de Controlo, “Kvs”

358

20.6. Válvulas de controlo independentes da pressão, (VCIP) 20.6.1.

Conceção das válvulas de controlo independentes da pressão, VCIP 20.6.2. Vantagens e desvantagens das Válvulas de Controlo IP

361 362 365

20.7. Atuadores de válvulas 20.7.1.

O anel de controlo

366 368

21.

21.1.

21.2.

21.3.

369 369 371 373

CONTROLO DE INSTALAÇÕES DE CAUDAL DE ÁGUA VARIÁVEL Circuitos com bomba de caudal constante Circuitos com bomba de caudal variável Reposição da pressão diferencial, *(SAP)

22.

OS SISTEMAS DE PRODUÇÃO/DISTRIBUIÇÃO 22.1. Genérico 22.2. Conceção dos sistemas de produção / distribuição 22.2.1.

Sistemas de caudal primário e secundário, constantes 22.2.2. Sistemas de Caudal Prim. Constante, CPC e Caudal Sec. Variável, CSV 22.2.3.

Sistemas só caudal primário variável, CPV

379 379 380 380 381 383

22.3. Organização dos sistemas de bombagem primários 22.4. Dimensionamento da altura manométrica das bombas 22.5. Configuração dos Coletores dos sistemas CPC/CSV e CPV 22.5.1.

Sistemas CPC/ CSV – (Caudal prim. constante/caudal sec. variável) 22.5.2.

Sistemas só CPV – (Caudal primário variável)

384 387 391 391 393

22.6. Escalonamento dos chillers 395 22.6.1. Sistemas CPC / CSV 395 22.6.2.

Sistemas CPV – Sistemas só caudal primário 397 22.7. Controlo das pressões no anel hidráulico.

22.8. Colocação em carga de chillers em paralelo. Regime transitório 22.8.1. Otimização de escalonamento dos chillers – *(SAP)

398 400 402

22.9. Síndrome de baixo ΔT 22.9.1. Situações que podem contribuir para agravar o problema de baixo ΔT 22.9.2.

Consequências da síndrome de baixo ΔT

403 405 406

CDLXXIII

CDLXXIV

22.9.3 Mitigação da degradação do ΔT

408

22.10. Circuitos hidráulicos no VAV – Principais opções de conceção 22.10.1.

Opção 1 – Sistema primário – UTA única 22.10.2.

Opção 2 – Sistema primário – Algumas UTAs de capacidade media 22.10.3.

Opção 3 – Sistema primário/secundário – (UTAs de cap. elevada) 22.10.4.

Opção 4 – Sistema primário/secundário – (UTAs remotas)

409 409 412 413 414

23.

ANÁLISE DA VARIAÇÃO DE CARGA NOS SISTEMAS 23.1. Introdução 23.2. Variação das cargas nos sistemas CPC/CSV – (Sem degradação do ΔT) 23.2.1. Escalonamento dos chillers, com reset da temp. de ida – *(VAV/SAP)

415 415 416 418

23.3. Variação das cargas em sistemas CPC/CSV – (Com degradação do ΔT) 23.4. Variação das cargas nos sistemas CPV

419 422

24.

TORRES DE ARREFECIMENTO 24.1. Genérico 24.1.1. Tipos de torres de arrefecimento 24.1.2. A circulação de ar – natural e forçado

427 427 429 430

24.2. Parâmetros característicos das torres de arrefecimento 24.3. Pré-seleção de uma torre 24.4. Paralelo de torres 24.5. Otimização das temperaturas de funcionamento de uma torre 24.6. Psicrometria das torres de arrefecimento 24.7. Comando e controlo de funcionamento das torres 24.7.1. Gestão do caudal mínimo de água em circulação 24.7.2.

Gama de temperatura da água nas torres de arrefecimento 24.7.3 Controlo da temperatura de saída das torres

431 434 434 436 438 439 439 441 442

24.8. Sistema economizer no lado da água 24.8.1. Genérico 24.8.2. Princípio de funcionamento 24.8.3. Características dos equipamentos 24.8.4. Controlo da instalação

444 444 445 446 448

ANEXOS – Elementos auxiliares

CDLI

GLOSSÁRIO DE TERMOS TÉCNICOS E TABELAS Termos Técnicos Tabelas de Conversão de Unidades

CDLIII CDLIII CDLVII

BIBLIOGRAFIA E DOCUMENTAÇÃO Bibliografia Documentação

CDLXI CDLXI CDLXII

ÍNDICE GERAL DE MATÉRIAS

CDLXVII

ÍNDICE DE FIGURAS E TABELAS

CDLXXV

SISTEMAS de CLIMATIZAÇÃO com VOLUME de AR VARIÁVEL e CAUDAL de ÁGUA VARIÁVEL EFICIÊNCIA ENERGÉTICA e QUALIDADE do AR INTERIOR

RUI CAVACA MARCOS Sobre a obra O presente livro aborda essencialmente os sistemas de climatização do tipo “tudoar”, nas vertentes aeráulica, hidráulica e de controlo que lhe estão subjacentes. Fazse também, e como objetivo central do livro, o desenvolvimento específico para as situações com Volume de Ar Variável e Caudal de Água Variável, numa perspetiva em que a eficiência e a economia de energia constituem a prioridade.

Nos sistemas de AVAC antigos todas as grandezas eram fixas, nomeadamente os caudais de ar, os caudais de água e as pressões destes, as velocidades de rotação de bombas e ventiladores, os pontos de regulação e as programações de funcionamento, etc.

Porém, nos sistemas atuais e com o fim de garantir a melhor eficiência energética, todas as grandezas são (ou deveriam ser) variáveis, adaptadas às necessidades em tempo real das instalações, como a carga térmica, o número de ocupantes, os períodos de funcionamento, etc.

O livro aborda estas questões nas três vertentes referidas, primeiro e necessariamente para os sistemas com grandezas constantes, e depois para os sistemas com grandezas variáveis.

Aborda ainda temas muito atuais, ligados à eficiência energética dos edifícios, como o Free-Cooling do lado do ar e do lado da água, o Demand Control Ventilation, o Pressure Reset Control e outros ligados à Qualidade do Ar Interior.

Sobre o autor Rui Alberto Cavaca Marcos é licenciado em Engenharia Eletrotécnica, ramo de Energia, pelo IST (1972), e em Engenharia Mecânica, ramo de Termodinâmica, pelo IST (1980). Frequentou o curso de Gestão do ISCTE promovido pela Ordem dos Engenheiros, em 1990. Trabalhou sucessivamente no MOP, Direção de Aeronáutica Civil (Luanda), Gabinete de Projetos Marc & Robat (Marobal), e como consultor técnico do quadro da CGD, na Direção de Património e Obras.

Em simultâneo, exerceu sempre funções de docência, primeiro no IST, na área de Eletrotecnia, e posteriormente no ISEL, na área de Climatização e Energia. Foi também formador em cursos para Peritos Qualificados da Adene / RCESE, no ISEL. Exerceu sempre a atividade privada como consultor e projetista de instalações de AVAC. É membro sénior da Ordem dos Engenheiros, Perito Qualificado do SCE / RCESE e vogal da Comissão Técnica da EFRIARC. Apoio Institucional

Apoio à Edição Também disponível em formato e-book Assinaturas secundárias

ISBN: 978-989-892-747-7

Equipamentos de Ventilação e Ar Condicionado, S.A.

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