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Adlio Rodrigues [email protected]

Francisco Bispo [email protected]

C&R Cl imat izao e Refr igeraoSCE Sistemas de C l imat izao em Edi f c ios

Adlio Rodrigues [email protected]

Francisco Bispo [email protected]

Mdulo 3Sistemas de AVAC

Mdulo 3: S istemas de AVAC

3.1) Viso geral de sistemas de AVAC


3.1) Viso geral de sistemas de AVAC Edifcio de Servios


3.1) Viso geral de sistemas de AVAC - Hotel


3.1) Viso geral de sistemas de AVAC Escritrios e industrial


3.1) Viso geral de sistemas de AVAC Centro Comercial e Hipermercado


3.1) Viso geral de sistemas de AVAC Expanso direta, VRV ou VRF



3.1.1) Produo de energia trmica

3.1.2) Distribuio de energia trmica

3.1.3) Unidades Terminais

3.1.4) Unidades de Tratamento de Ar (UTA)



3.1.1) Produo de energia trmica

Produo de calor ou frio designao termodinamicamente incorreta;

Caldeira de gua quente, a gs natural:

Energia qumica do combustvel energia calorfica na queima;

Calor da combusto parcialmente transmitido gua (aumenta T);

gua quente (T elevada) transfere energia para meio (T mais baixa).

Chiller s frio, ar-gua, eltrico:

Ciclo de compresso de vapor compressor acionado eletricamente (rejeitacalor para ar) e condensador arrefecido a ar;

Energia retirada gua, no evaporador rejeitado para o ar, no condensador;

Energia eltrica transferncia de energia de fonte fria (gua a T baixa)para uma fonte quente(ar exterior a T mais alta).



3.1.1) Produo de energia trmica: Aquecimento (Caldeiras)

I. Caldeiras:

Recipiente pressurizado concebido para transferir calor a um fluido,normalmente gua, produzindo vapor ou lquido quente;

Classificadas em funo de:

- utilizao; - aproveitamento de calor latente;

- tipo de fluido aquecido; - forma e tamanho;

- combustvel usado; - temperatura e presso de servio;

- conceo; - etc.




Quanto utilizao:

Caldeiras de cogerao: produzem vapor (alta P e T) energia mecnica emturbinas acionam alternadores energia eltrica;

Caldeiras de recuperao de calor: recuperao de calor de processoindustrial ou outras fontes (incinerao);

Caldeiras de aquecimento: transferem calor da queima de combustvel fluido transportado at locais a aquecer.

Quanto ao tipo de fluido aquecido:

Fluido trmico: normalmente leo, utilizao T = 200C, a baixa presso(diminuindo risco de fugas);

Vapor de gua: gua no estado de vapor saturado, T = 150C (), P = 4 a 6 bar;

gua quente: gua no estado lquido, utilizao T 90C a baixa presso,considera-se gua quente at T = 110C a 1.5 bar.




Quanto ao combustvel utilizado (fonte energtica):

Energia qumica (queima combustvel slido, lquido ou gasoso) ou eltrica;

Combustveis slidos: Biomassa (lenha, pellets, bagao de cana-de-acar,resduos diversos, etc.), carvo, coque;Queimadores: de grelha, suspenso (pulverizados), oude leito fluidizado;

Combustveis lquidos: Gasleo, fuelleo, lcool de cana-de acar, etc.;Queima em suspenso atravs de atomizao (spray)a alta presso (pulverizao mecnica), baixa presso(por arrastamento com fluido auxiliar: BP e MP - ar,AP - vapor) ou centrfuga (copo rotativo);

Combustveis gasosos: Gs natural, gs de alto forno, biogs, etc.;Queima em suspenso tal como combustveis lquidos;

Principal diferena: tipo de fornalha e queimador, e equipamento auxiliar;

Algumas caldeiras permitem queima de dois combustveis: lquido + gasoso;




Quanto ao combustvel utilizado (fonte energtica):

Caldeira de recuperao: aproveitam fumos a temperatura elevada, aindacom O suficiente para combusto, vindo de umsistema energtico (e.g., turbina a gs, paraproduo de eletricidade).

Quanto conceo:

Caldeira gastubulares: gases quentes da combusto circulam por dentrodos tubos e gua por fora (tubos de fumo);So mais usadas em climatizao e AQS;

Caldeira aquatubulares: gua circula por dentro dos tubos e gases quentesda combusto por fora (tubos de gua);So mais usadas em processos industriais e grandescentrais de produo de energia.




Quanto ao aproveitamento de calor latente:

Caldeira convencionais: fumos a temperatura suficientemente elevada evitar condensao de gua existente nos fumos evitando a formao de:NOx+HO (e.g., 2NO+HO HNO+HNO

cido ntrico e nitroso, respetivamente);SOx+HO (e.g., SO+HO HSO cido sulfrico);

Aproveitamento da condensao da gua eficincia mais elevada;

Caldeira de condensao: Pmx: 900 kW, produo de gua quente (T = 95C);Tubular normal + permutador (gases/gua);Arrefecimento gases de combusto condensaodo vapor de gua + aquecimento da gua noretorno caldeira;Condensados drenados na caldeira e gasesevacuados na chamin;Utilizam apenas combustveis limpos: GN e GPL;Rendimentos elevados >90% T 45C, para PCS,para PCI (sem condensao vapor de gua) >100%.




Exemplos:



3.1.1) Produo de energia trmica: Aquecimento (Bombas de Calor)

II. Bombas de Calor:

Equipamento alternativo s caldeiras (T 60C - BT, j possvel T = 80C - AT);

Servem para aquecimento do ar, ou de gua;

Mesmo princpio dos Sistemas Frigorficos: aproveitamento energtico feito na fonte quente aproveita calor rejeitado pelo condensador;

Eficincia BC > SF: BC =SF +1 ou COP = EER + 1 (a desenvolver mais tarde);

Podem ser reversveis: funcionamento em aquecimento ou arrefecimento.

Evaporador

Condensador

CompressorVlvula delaminagem

Sistema Frigorfico

Evaporador

Condensador


VlvulaInversorade Ciclo

Bomba de Calor (reversvel)Funcionamento em Aquecimento




Compressor: Eltrico;Gs Natural ou Propano (motor de combusto interna);

Bombas de Calor a Gs (GHP): Circuito de arrefecimento do motor AQS;Gases de escape produo AQS/eletricidade;




A bomba de calor pode ser: Aerotrmica (incluindo termodinmicas);Geotrmica (de baixa entalpia);Aquatrmica.

Evaporao a partir do Ar (Aerotermia), do Solo (Geotermia) ou da gua(aquotermia);




Princpio de Funcionamento Bomba de Calor (Ar, Solo, gua)

http://www.dimplex.de/pt/downloads/animacoes.html




Princpio de Funcionamento Bomba de Calor Reversvel





Princpio de Funcionamento Bomba de Calor Geotrmica Reversvel





BC Geotrmicas (GeoHP) VS BC Aerotrmicas (HP)

Arrefecimento Aquecimento (apoio de Caldeira)

GeoHP HP GeoHP HP Caldeira




Exemplos:



3.1.1) Produo de energia trmica: Arrefecimento

I. Princpios Gerais:

Equipamentos para produo de frio efetuam arrefecimento:

- da gua, num local distinto do local a climatizar;

- do ar, num local distinto do local a climatizar;

- do ar, no local a climatizar;

Chillers: arrefecimento de gua em local distinto do local a climatizar(que poder arrefecer o ar numa UTA). Tambm designadoscomo Unidades Produtoras de gua Refrigerada (UPAR);

Expanso Direta: unidades de arrefecimento de ar, instaladas no prpriolocal a climatizar (Splits, Multi-splits ou VRF), ou com ciclofrigorfico no interior da unidade que arrefece diretamente oar e conduzido para os locais atravs de condutas(Rooftops, unidades autnomas). So sistemas do tipo tudorefrigerante (ver seco 3.2.2.1);

Observao: estes equipamentos podero tambm produzir calor;




Arrefecimento do ar ou da gua atravs de ciclo frigorifico (mais comuns) de:

- Compresso de vapor (a desenvolver c/ maior detalhe mais tarde);

- Absoro e outros;

Compresso de Vapor (fluido refrigerante) constituda por 4 etapas:

- Evaporao: refrigerante evapora, estando em contacto com fluido(ar ou gua) a uma temperatura mais elevada (41);

- Compresso: vapor do refrigerante colocado a uma presso (etemperatura) mais elevada (12);

- Condensao: vapor do refrigerante perde calor, condensando, parao meio exterior (ar ou gua), que est a umatemperatura inferior (23);

- Expanso: reduo da presso (e temperatura) do liquido que sado condensador e entra no evaporador (34);

Evaporador

Condensador


Sistema Frigorfico




Absoro: Produo de frio a partir de fonte quente, e dividido em duascategorias, quanto mistura:

- Sal-lquido: brometo de ltio-gua (LiBr-H0), gua orefrigerante e o brometo de ltio o absorvente;

- Lquido-lquido: gua-amonaco (H0-NH), gua o absorvente e oamonaco o refrigerante;




Absoro: (LiBr-H0)

http://www.yazaki-airconditioning.com/fileadmin/templates/img_airconditioning/swf/080925_chiller_absorption_ani.html




Absoro: (LiBr-H0)

A soluo diluda de LiBr (LiBr-HO) bombeada a partir do Absorvedor para o Gerador, onde aquecida at ao ponto de

ebulio, atravs da permuta de calor com o fluido proveniente da fonte de calor.

O refrigerante (HO) evaporado a partir da soluo diluda (LiBr-HO) e flui, sob a forma de vapor, para o permutador de

calor do Condensador onde condensado para o estado lquido, atravs da rejeio de calor para o circuito de gua de

arrefecimento.





Absoro: (LiBr-H0)

Devido separao parcial da soluo de LiBr e HO durante a ebulio no Gerador, a concentrao de LiBr na restantesoluo aumenta. Esta soluo concentrada circula do Gerador para o Absorvedor onde ser pulverizada sobre a superfciedo permutador do Absorvedor.

Uma vez que a gua do circuito de arrefecimento circula atravs do permutador do Absorvedor, na cmara partilhada peloEvaporador e pelo Absorvedor, a presso de vapor relativamente baixa devido elevada concentrao de soluo de LiBr, eeste o meio que o lquido refrigerante (HO) proveniente do Condensador encontra medida que pulverizado sobre opermutador do Evaporador.





Absoro: (LiBr-H0)

A soluo concentrada (LiBr) absorve o vapor do refrigerante (HO) proveniente do Evaporador medida que o lquidorefrigerante (HO) muda o seu estado para vapor, extraindo a energia da vaporizao gua refrigerada que circula nopermutador do Evaporador. Esta extrao de calor resulta na obteno de gua refrigerada.

A soluo concentrada (LiBr) volta a ser uma soluo diluda (LiBr-HO) medida que o vapor do refrigerante (HO) absorvido. Na sua condio relativamente fria, a soluo diluda (LiBr-HO) recolhida no crter do Absorvedor e forado,pela bomba de circulao da de soluo, a regressar ao Gerador, para ebulir novamente e assim repetir o ciclo dearrefecimento.




3.1.1) Produo de energia trmica: Arrefecimento (Chillers, compresso de vapor)

II. Chillers:

Classificao:

- Ar / gua: Condensam para o ar;

- gua / gua: Condensam para a gua;

Evaporador

CondensadorCompressor

Vlvula delaminagem

Circuito de guaVentiloconvectores

UTAs

Circuito de guaTorre de

Arrefecimento

Evaporador

CondensadorCompressor

Vlvula delaminagem

Circuito de guaVentiloconvectores

UTAs

Ar




Tipo de funcionamento:

- 2 Tubos: S frio ou Bomba de Calor;

- 4 Tubos: Bomba de Calor ou S Frio com recuperao;

Os Chillers/Bomba de Calor a 2 tubos ou produzem frio ou calor;

Os Chillers/Bomba de Calor a 4 tubos produzem frio e calor emsimultneo;

Os Chillers S Frio com recuperao (4 tubos) disponibilizam guaquente apenas quando esto a produzir frio;

Tipo de Compressor:

- Scroll: Potncias baixas;

- Alternativo: Potncias intermdias;

- Parafuso: Potncias elevadas;

Tipo de evaporador:

- Carcaa e tubos; Permutador de placas: Potncias baixas;




Componentes: Condensador

Evaporador

Compressor

Bombas




Exemplos:


3.2) Classificao dos sistemas de AVAC

3.2.1) Em funo da produo de energia trmica:

3.2.1.1) Sistemas centralizados

3.2.1.2) Sistemas individualizados

3.2.1.3) Sistemas semi-centralizados




3.2.1.2) Sistemas centralizados

Sistema centralizado serve a totalidade ou grande parte do edifcio;

Circuito primrio encontra-se num local prprio (Zona Tcnica);

Climatizao dos locais efetuada

atravs do fluido trmico que

circula no circuito secundrio.




3.2.1.2) Sistemas individualizados

Aparelho ou conjunto de aparelhos sevem apenas um espao dum edifcio;

Unidades de janela (em desuso) ou splits (unidades separadas).

Evaporador

Condensador


Unidade S Frio

Evaporador

Condensador


Unidade Bomba de CalorFuncionamento em Arrefecimento

Evaporador

Condensador


VlvulaInversorade Ciclo

Unidade Bomba de CalorFuncionamento em Aquecimento

Evaporador

Condensador + compressor+ vlvula delaminagem

Tubagem:Linha de gsLinha de lquido




3.2.1.3) Sistemas semi-centralizados

Tambm designados por sistemas modulares;

Sistemas de Volume de Refrigerante Varivel (VRV);

Existe apenas um circuito, o do fluido

frigorigneo (primrio), que vai at aos

locais a climatizar;

Combina as caractersticas dos sistemas

individuais com as de um sistema centralizado.

Unidade Exterior

Unidade Interior Unidade InteriorUnidade InteriorUnidade Interior



3.2.2) Em funo do fluido de transporte:

3.2.2.1) Sistemas tudo gua/refrigerante

3.2.2.2) Sistemas tudo ar (VAV, VAC, VVT)

3.2.2.3) Sistemas ar-gua





A energia trmica levada ao local a climatizar por gua, (gua refrigerada

ou gua quente) ou por um refrigerante (fluido frigorigneo);

Nos sistemas a gua existem duas solues: sistemas a 2 ou a 4 tubos;

1. Sistemas a 2 tubos:

No permite aquecimento e arrefecimento em simultneo;

2 tubos: um para a ida outro para o retorno, portanto um nico circuito;

Apenas circula gua quente ou gua refrigerada.






Permite aquecimento e arrefecimento em simultneo;

2 circuitos independentes, 4 tubos: dois para a ida e dois para o retorno;

Num circuito circula gua quente no outro gua refrigerada.

Nos locais a climatizar existem unidades terminais (UTs) com uma bateria

(de aquecimento/arrefecimento) ou duas baterias (de aquecimento e de

arrefecimento) caso se trate de um sistema a 2 ou 4 tubos. Vlido tb UTAs;

UTs: Ventilo-convetores, Radiadores, Pavimento ou Teto Radiante, etc.





Nos sistemas tudo refrigerante incluem-se VRV, splits e multi-splits, e

unidades de janela;

Os sistemas tudo refrigerante podem ser a 2 ou a 3 tubos;


No permite aquecimento e arrefecimento em simultneo;

Linha de lquido e linha de gs.






Permite aquecimento e arrefecimento em simultneo;

Sistemas com recuperao de calor;

Linha de lquido e duas linhas de gs: uma de descarga e outra de aspirao;

A inverso de ciclo feita numa Unidade Seletora de Fluxo, colocadaimediatamente antes da Unidade Interior ou agrupamento de UnidadesInteriores ;

linha de 3 tubos da Unidade Exterior at Unidade Seletora e 2 at UnidadeInterior.





A energia trmica levada ao local a climatizar por ar, previamente

termicamente tratado numa Unidade de Tratamento de Ar (UTA);

O ar levado aos locais atravs de condutas de ventilao;

Sistemas de conduta simples (mais utilizado) e de dupla conduta (pouco

frequentes);

Sistemas de condutas simples de Volume de Ar Varivel (VAV), Volume de

Ar Constante (VAC) e Volume e Temperatura Varivel (VVT);





1. Volume de Ar Constante (VAC):

Caudal de ar insuflado constante;

Remoo da carga trmica obtida pela variao de insuflao (temperatura);

Sistema simples , mas com elevados consumos de operao.

2. Volume de Ar Varivel (VAV):

Temperatura de insuflao constante;

Remoo da carga trmica obtida pela alterao caudal insuflado;

Problemas: carga trmica reduzida e no equilbrio do sistema em espaoscargas trmicas diferentes;

Resoluo: pleno de retorno ou ventiladores de velocidade varivel.





3. Volume e Temperatura Varivel (VVT):

Variao da temperatura de insuflao e do caudal, em funo da variao dacargas trmica;

Variao de caudal at um limite mnimo;

Variao da temperatura, aps atingir o limite mnimo de caudal.

Todos os sistemas anteriores podem efetuar ventilao por mistura ou por

deslocamento.




3.2.2.3) Sistemas ar-gua

Utilizao simultnea de ar e gua como fluidos trmicos;

Situao mais corrente:

Correo da carga trmica do espao atravs do circuito a gua;

Correo da temperatura do ar exterior para o colocar nas condies interioresantes de o insuflar nos espaos (temperatura neutra: Tespao 2C).


3.3) Instrumentao e controlo

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