qai com equipamentos e projeto inteligentes… por ciro cruz, da jci

Qualidade de Ar Interior com equipamentos e projeto inteligente.

Palestrante: Ciro CruzGlobal Product Manager, Johnson ControlsJohnson Controls - FEBRAVA 2015 – Seminário TécnicoSetembro 23, 2015 - 10:45

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Palestrante: Ciro Cruz

Global Product Manager,

Chiller Solutions, Johnson Controls

Topico: Qualidade de Ar Interior com equipamentos e projeto inteligente

1. Balanço entre eficiência e QAI: Adote uma abordagem holística.

2. Circuitos de água gelada dissociados.

3. Central de água gelada com “Lift” reduzido e duplo circuito de água gelada.

4. Chillers.

5. Torre de resfriamento.

6. Múltiplos sistemas de tratamento de ar: DOAS, AHU, Teto Radiante, UFAD

7. Controles.

8. Estudo de caso: Jurong Entertainment Mall (JEM) – Singapura.

Johnson Controls - FEBRAVA 2015 - Seminário Técnico

’

3

• Qualidade de Ar Interior— Pessoas passam mais tempo em áreas internas.(>90%)

— Síndrome do edifício doente.

— Contenciosos jurídicos sobre mofo (USA).

• ASHRAE Std 62.1 — Regulação local (Building Code).

— Certificação LEED.

— Filtragem do ar (Poeira, poluentes)

— Umidade relativa max.65%.

— Taxa de renovação de ar exterior/pessoa.

1.Balanço entre eficiência e QAI.Porque necessitamos ventilação e filtragem?

4

Possíveis impactos de uma melhor QAI

Custos iniciais e Operacionais $$$

kW/Ton

Carga de resfriamento

kWh

Maior produtividade

Maior assiduidade

Menos doençasrespiratórias e alérgicas

Menos litígiosjudiciais

1. Balanço entre eficiência e QAI.Possíveis impactos dos requesitos de uma melhor qualidade de ar interior.

5

1. Balanço entre eficiência e QAI. Como mitigar os impactos da melhor QAI? Adote uma abordagem holística.

Tratamentodo Ar

Automação eOptmização

Variadoresde

Frequência

Torres de Resfriamento

Bombas e Motores

Para promover uma melhor QAI, os sistemas devem ser projetad os e operados de forma holística, buscando controlar a fonte de poluentes, ter

uma taxa de ventilação de ar exterior correta, previnir umidade e mofo, promover boas práticas de limpeza e manutenção, bem como monitorização

da QAI, mas de uma forma energeticamente eficiente .

6

Efic

iênc

iaen

ergé

tica

da

Cen

tral

de

água

gela

da

Tipos de sistemas de central de água gelada

Anteriores + Circuitos de água

gelada dissociados (Cargas latentes e

sensíveis)

*JEM- Estudo de Caso0.527 kW/Ton

Elevar a TSAG

+ Fluxo

primáriovariável(VPF)

*Corporation Place0.59 kW/Ton

Fluxoprimáriovariável

*Min. Platinum 0.65 kW/Ton

Elevar a TSAG

+ Fluxo primáriovariável (VPF)

+Vazão em

contra fluxo(SCF)

*Potencial0.57 kW/Ton

Eficiência da Central (Chiller + Bombas + Vent. da To rre de Cond.) ≤ 0.65 kW/TR*

*Exemplo: Consumo anual médioem kW/ton pela escala do “Singapore Green Mark”

2. Circuitos de água gelada dissociados.Máxima eficiência e alta qualidade do ar interior ao mesmo tempo.

7

% das Cargas. Latente Sensível

Condução pelas paredes , telhado, etc

Radiação Solar

Iluminação

Equipamentos (alguma parte….maioria sensível)

Pessoas

Infiltração

Ventilação

Ganhos de calor do sistema

20-30% 70- 80% % do total de carga de resfriamento:

Servido pelo circuito de “Baixa Temperatura”ou pelo circuito de

multipla temperaturade água gelada

2. Circuitos de água gelada dissociados.Otimização de um sistema de HVAC, separando ("decoupled") cargas latente de cargas sensíveis...

Servido pelo circuito de “Alta

Temperatura” de água gelada

8

12 °C 7 °C

Circuito de água condensação

Central de água gelada

35 °C 30 °C

Circuito de água gelada

Central de água gelada tradicional

3. Central de água gelada com “Lift” reduzido e duplo circuito de água gelada.

9

Press ão

Entalpia

“Lift”

12 °C

7 °C

30 °C

95° F 35° C35 °C

3. Central de água gelada com “Lift” reduzido e duplo circuito de água gelada.Considere o projeto de sistema de água gelada típico...

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3. Central de água gelada com “Lift” reduzido e duplo circuito de água gelada.Tire proveito da redução do “Lift”........

Evaporador

Compressor

Condensador

Press ão

EntalpiaReduz o consumo de

energia

“Lift” (ou “Head Pressure”)

Reduzindo a temperatura da água do condensador

Reduz o trabalho do compressor

Reduz o “Lift”

Estratégia de redução do “Lift” # 1: Reset da Temperatura de Condensação

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3. Central de água gelada com “Lift” reduzido e duplo circuito de água gelada.Tire proveito da redução do “Lift” do sistema........

Estratégia de redução do “Lift” # 2: Arranjo de vazão em série e contrafluxo (SCF)

9 deg °C14.0 deg °C 19 deg °C

30 deg °C 32.5 deg °C 35 deg °C

“Lift” é reduzido em 2.5 °C “Lift” é reduzido em 5.0 °C

VPF

32.5 °C – 9 °C = 23.5 °C lift

35 °C – 14 °C = 21 °C lift

Sistema tradicionalarranjo em paralelo.Lift: 35 °C – 9 °C = 26 °C

Sistema com arranjo em sériee contrafluxo:

Lift Chiller 235 °C – 14 °C = 21 °CLift Chiller 132.5 °C – 9 °C = 23.5 °C

Lift m édio em SCF = 22.2 °C

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9°C 14°C 19°C

30°C 32.°C 35°C

Desempenho em Série e Contrafluxo VSD chiller em condições climáticas de Singapura (aplicado de edifício de escritórios)

1645 kWr1520kWr

% Capacidade

CO

P

Baseline: Projeto tradicional

Série Contrafluxo (alta+Baixa) COP

Alta Temp. chiller COP

Baixa Temp.Chiller COP

28% melhor eficiência que o projeto original (plena ca rga)48% melhoria média


Estratégia de redução do “Lift” # 2: Arranjo de vazão em série e contrafluxo (SCF)

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EvaporadorCompressor

Condensador

Press ão

Entalpia

Reduz o consumo de energia

“Lift” (ou “Head Pressure”)

Aumentando a temperatura da água do

evaporador

Reduz o trabalho do compressor

Reduz o “Lift”

Estratégia de redução do “Lift” # 3: Reset da Temperatura de água gelada

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Entrada de Ar:

25°C Bulbo seco

18.5°C Bulbo úmido

Reduzir 1 °C no ‘lift’ aumenta o COP em � 3%

Fluxo de Ar: 5,000 l/s

Target de temperatura de saida de ar:13°C Bulbo seco

Uma maior serpentina (baixa velocidade de

face) permite o uso de uma temperatura mais alta da alimentação de água de gelada (reset)

sem impacto nas condições de saida do

ar, perda de pressão estática ou perda de

pressão de bombeamento.

Temperaturarequerida de água gelada?

Temp. de Saída – approach = Temp. de saída de água gela da (Set-point)

13°C Temp. de Saída- 7°C approach= 6°C Set-point de água gelada

Projeto Tradicional: 2.5 m/s velocidade de face

6°C to 7°C temperatura de approach

13°C Temp. de Saída- 4°C approach= 9°C Set-point de água gelada

Projeto aperfeiçoado:<2.0 m/s face velocity

3°C to 4°C temperatura de approach

3. Central de água gelada com “Lift” reduzido e duplo circuito de água gelada.Tire proveito da redução do “Lift”........

Estratégia de redução do “Lift” # 3:

Reset da Temperatura de água gelada

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% de carga típica em um edifício misto :

• 28% das cargas: 15 oC Set-point água gelada • 36% das cargas: 13.5 oC Set-point água gelada • 36% das cargas: 9 oC Set-point água gelada • Média total: 12.3 oC Set-point água gelada

Ganho significativo de eficiência do sistema versus um sistema de arranjo típico em paralelo (7 °C Set-point AG)

3. Central de água gelada com “Lift” reduzido e duplo circuito de água gelada.Combinando as alternativas de reset de água gelada propostas anteriormente.

Reduzir 1 °C no ‘lift’ aumenta o COP em � 3%

15 °C

Circuito de Alta de Temp. A.G.

VPF20 °C

1o. estágio para pré-resfriamentopelo Circuito de Alta de Temp. A.G.

Unidade de Multi-Estágio “Dedicada para Tratamento de Ar Exterior“ (DOAS) por resfriamento para desumidificação e control e de condensação

Ar Externo33/27 °CIns. Ar

13/12.9 °C

9 °C 18 °C13.5 °C

Circuito de Baixa de Temp. A.G.

VPF

9 °C

18 °C

VAV & AHU(s)

Ins. Ar13/12.9 °C

Ret. Ar24.7/19.4 °C

18 °C

18 °C

2o. estágio para pré-resfriamentopelo Circuito de Baixa de Temp. A.G.

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Unidade de multi-estágio “Dedicada para Tratamento de Ar Exterior“ (DOAS) por resfriamento para desumidificação e controle de condensação

23°C / 55%

33/28°C

O “Lift” reduzido pela elevação do set-point de saída de água gelada (Reset) proporciona significativos ganhos na eficiência do sistema de AC.

UFAD(Sistema de Insuf. pelo Piso)

15oC

13oC

9oC

*Sistema mostrado com roda entálpica.

Circuito de Alta de Temp. A.G.para carga sensível

18°C 28°C12°C

1o. estágio para pré-resfriamentopelo Circuito de Alta de Temp. A.G.

2o. estágio para pré-resfriamentopelo Circuito de Baixa de Temp. A.G.

AHU & VAV (s)9°C 15°C

Teto Radiante(Chilled beam)

Set-point

Set-point

Set-point

3. Central de água gelada com “Lift” reduzido e duplo circuito de água gelada.Combinando as alternativas de reset de água gelada propostas anteriormente.

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Proporcione um ambiente saudável e confortável!Reduza custos operacionais – utilitidades, manutenção e trabalho!

Chiller Centrífugo de Mancal Magnético• Projetado para operar com arranjo em SCF.• Menor custo operacional proporcionado por VSD como padrão.• Chiller mais silencioso do mercado.• Reduzida área de piso; Ótimo para retrofit.

Sistema dedicado para tratamento de ar exterior (DOAS)• Unidade dedicada para gerenciar a quantidade e qualidade exata a ser insuflado

no empreendimento.• Exaustão através da unidade.• DOAS não manipulam cargas de refrigeração & aquecimento do espaco comum.• Melhor solução para atingir os requerimentos da ASHRAE norma 62.1.

Eclipse Air Handling Units (YM- AHU)Alto grau de flexibilidade para atender a maioria das especificações do mercado comercial.

Projeto para fornecer máxima QAI com múltiplos estágios de filtro, alta estanqueidade e bandejas do dreno em plástico.

Reduzido níveis de ruído para aplicações sensíveis.Controles e acessórios podem ser fornecidos de fábrica.

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4- ChillersProjetar um sistema otimizado começa com um chiller de operação eficiente....

Em climas tropicais como Singapura (ambiente mais desafiador para economia de energia com VSD) épossível ter ganho de eficiência de sistema com clima quente e úmido.

No Brasil ainda teríamos a possibilidade de reduzir ainda mais o “lift” de operação, usando o reset de água decondensação. (estratégia #1 de redução de “lift”)

Design Performance

Chiller58%

Tower5%

Fans24%

Pumps13%

19

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

CO

P

% Capacidade

YK CSD Constant CEFT YK CSD AHRI Relief YK VSD AHRI Relief YMC2 AHRI Relief

Velocidade ConstanteTemp.Entr.água Cond. Constante

Velocidade Constante, Redução de CondensaçãoAHRI

Velocidade Vari ávelRedução de CondensaçãoAHRI

Velocidade Vari ávelRedução de CondensaçãoAHRI + oil-free YMC2)

Chillers operam 85% do tempo dentro desta faixa de capacidade

4- ChillersTecnologia VSD desbloqueia o benefício de eficiência em todas as condições climáticas.

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32 - 37 °C

OR

30 - 35 °C

Design Condition Quociente de eficiência de energia (EER) =

875 kW / 7.5 kW = 117

250 ton de uma torre de baixo nível de ruído

Projeto Original = approach 5-7 °C

A torre de resfriamento é o dispositivo de transferência de

calor mais eficaz no sistema.

Optimização no dimensionamento de torre de resfriamento economiza

energia, quando considerado o funcionamento ao longo do ano!

Operar o sistema com a temperatura da água CONSTANTE da torre

desperdiça energia

5- Torre de ResfriamentoRever as condições de concepção convencional... Qual é a temperatura de projeto de água de condensação apropriado?

Projeto Optmizado = approach 3-4 °C

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Sistema dedicado para tratamento de ar exterior (DO AS)■ Trata 100% do ar exterior e atende a carga total de umidificação do prédio.

■ Controla o ponto de orvalho do espaço interno.

■ Mantém a taxa de ventilação projetada

■ Sistema de recuperação de energia (roda entálpica) para reduzir a carga da serpentina

6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar:Sistema dedicado para tratamento de ar exterior (DOAS)

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Feature Performance (Eclipse YM)

Faixa de Vazão 900 – 20K

Paredes 1” (R-13)

Construção Sanduíche de Poliuretano Injetado

Estanqueidade <5%

Base Viga estruturada

Norma para Filtragem ABNT 16401-2008

Categorias LEED* EA-1, & 4 , EQ-1, 2, 3.1, 5, & 7.1

*Produtos não podem garantir que receberá pontos LEED.

Unidades de YORK Eclipse (YM) podem ajudar para a realização dos créditos nas categorias listadas.

6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar:YORK ECLIPSE® Air-Handling Unit

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Extensiva Opção de Filtros

� Atende aos requisitos das mais variadas aplicações.

� Vários tipos de filtro disponíveis.

� Eficiências e diferentes classificações de grau de filtragem segundo Norma ABNT 16401.

Lâmpadas Ultra-Violetas

� Descontaminação de Superfície:

� Irradiação ultravioleta germicida (UVGI) é o processo de usar umcomprimento de onda de 254 nanômetros da luz ultravioleta (UV-C)para matar organismos no ar e superfície.

Serpentina ANTES de UV aplicada.

Serpentina DEPOIS de UV aplicada.


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� Definição de AHU “Customizado” tem mudado…� 20 anos atrás: Motor Interno� 15 anos atrás: Filtragem especial, Ventiladores de alta pressão� 10 anos atrás: Rodas entálpicas, Construção modular, <1% estanqueidade.� 5 anos atrás: Lâmpadas UV, Maiores vazões, múltiplos ventiladores,….

� Hoje, “Customização” é guiada pelos seguintes requerimento s…� Componentes e aplicação especializada:

� Resitentes à corrosão.� Controles e acessórios fornecidos pelo fabricante.

� Flexibilidade de configuração:� Desempenho dos módulos “Customizados" implementadas em unidades de Eclipse ™....

� Construção modular, � Capacidade de atender altas vazões,� Lâmpadas UV, � Estrutura reforçada e base para os ventiladores.


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Teto Radiante (Chilled Beam)Ativo ou Passivo. Uma serpentina de água gelada atende a maior parte da carga sensívelrequerida pelo ambiente. Necessita de um sistema de ar primário complementar para ventilação e desumidimificação do ambiente.

Sistema de insuflamento pelo piso York Airfixture (UFAD)Baixo custo operacional.Alto nível de conforto.Operação silenciosa, ideal para prédio de escritórios.

Distribuição de ar eficiente.

YGFC Fan Coil Unit (FCU)Projetado para manejar grandes diferencias de temp. de A.G.Baixo custo inicial.Operação silenciosa, ideal para hotéis.

Controles e acessórios podem ser fornecidos de fábrica.


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Codições de Operação:

Circuito de Alta temperature de A.G 59-63°F(15-17°C)

Circuito de baixatemperatura de A.G.45-54°F(7-12°C)

6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar:Teto frio (Chilled beams) do tipo Ativo

Circuito de águamoderado

Chilled Beans Ativo

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6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar:Teto frio (Chilled beams) do tipo Passivo


Circuito de águamoderado

Chilled Beans Passivo

Circuito de baixatemperatura de A.G.45-54°F(7-12°C)

Circuito de Alta temperatura de A.G 59-63°F(15-17°C)

Ar condicionado primário para controle de ventilação e umidade

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� Menor potência nos ventiladores e menor consumo de energiadevido a baixíssima pressão estática sob o assoalho (1 mmca vs.38-50 mmca típico para sistemas de ar de alimentação por dutos)

� Mais horas de “free cooling”, uma vez que o ar é insuflado a 18°C,utilizando água gelada a 13°C apartir de um AHU vs. o tradicionalde 13°C de insuflamento do ar para 7°C da água gelada de umsistema de dutos.

� Eficácia na distribuição de ar, com menos ar exterior e mesmaqualidade de Ar interior.

Economia de energia total de 20 a 30% vs.

tradicional sistema por duto.

18 °C

24 °C

25 °C

26 °C

6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar:Sistema de insuflamento pelo piso York Airfixture (UFAD)


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BAS System (Sistema Metasys )- Permite o acesso fácil aos dados de qualquer ponto e em qualquer tipo dede dispositivo móvel, reduzindo os custos trabalhistas e aumentar asatisfação do cliente e usuários.-Relatórios interativos, permitindo o rápido diagnóstico e solução deproblemas.

AHU & FCU Controles e acessórios podem ser fornecidos de fabrica.(FSC)- Melhor Qualidade de ar interior

- Menor custo em trabalho de campo- Menor prazo de entrega do projeto- Cabeamento elétrico consistente,

- Alta qualidade padronizada de instalação.


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Estações de Trabalho

N2

TCP/IP

LON

Gerenciadoras

Ar-Cond. de sala

WiFi

Chiller

VAV

Controladoras de CampoFEC

Caixa VAVFEC

Servidor ADS

MSTP BACnet MSTP BACnet

Caixa VAV

7- ControlesCentral de HVAC & BMS (Sistema Metasys MEA – Arquitetura Nativa)

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HT loop chillers

LT loop SCF chillers

Metasys Medição da eficiência instantânea: Jan 2014 3 :38 PM => Central de A.G.0.564 kW/TR (Chillers 0.464 kW/TR + Bombas + Ventiladores da Torr e 0.100 kW/TR)

7- ControlesCentral de HVAC & BMS (Sistema Metasys MEA – Arquitetura Nativa)

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8- Estudo de Caso: JEM - SingapuraProjeto mais eficiente de uma central de água gelada da Johnson Controls

Eficiência da Central de HVAC:

0.527 kW/Ton

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Um dos mais “constantes” climas tropicais: Singapura tem um clima quente e úmido

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Nome do prédio: JEMEndereço: 50 Jurong, Gateway RdCódigo Postal : 608549Tipo de Prédio: Misto de Varejo & EscritoriosÁrea Bruta de Piso (GFA) 108,169 m²Área Condicionada 94,786 m²


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8- Estudo de Caso: JEM - SingapuraEficiência de uma Central de AG. exemplar com 0.527 kW/Ton (with R134a)

Escopo do projeto:• YORK 2 x 2000TR Vazão em Série e Contrafluxo (SCF)• YORK 1 x 1000TR VSD + 1 x 500TR VSD• YORK Climatizadores e demais unidades de tratamento do ar• Fluido Refrigerante: R134a• Consultoria em TI• Metasys Building Management System• ICT Solução de Convergência

Resumo do projeto:� Desenvolvimento misto com Varejo & Escritórios� Conclusão completa: 2013� BCA Green Mark Platinum com uma eficiência da central de água gelada de 0.55 kW/TR� Desempenho real da planta de água gelada: 0.527 kW/Ton

Participantes do projeto:• Proprietário: Lend Lease� Projetista: Bescon

Source: JEM Operating System Efficiency Report: Page 10/10 dated 21st Feb 2014

JEM é conhecido como o “mais verde edifício" em Singapura (2013)

Sumário da performance da central de água gelada

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Eficiência da central de água gelada vs. a carga térmica

ProjetadaReal

Carga Térmica em TR

Efic

iênc

iado

Sis

tem

a (

kW/tr

)

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8- Estudo de Caso: JEM – Singapura Prêmio de Sustentabilidade – Recebeu o primeiro certificado Platinum Green Mark para um prédio de uso misto.

Elevando o nível em excelência em eficiência energética para sistemas de HVAC em Singapura.

Performance requerida para se qualificar no mais al to grau pelo Singapura Green Mark (Platina)

Eficiência da Central de HVAC (Chiller + Bombas + Ven t. da Torre) ≤ 0.65 kW/TR

Melhor eficiência de planta entregue pela Johnson C ontrols ultrapassando as expectativas do cliente e definindo novo padrão no m ercado de Singapura.

0.527 kW/TR (JEM)

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Conclusoes:� QAI e baixos custos operacionais não são incompativeis.

� A optmização do projeto de HVAC com a implementação de estratégias de aumento de eficiência podemeliminar o aumento de consumo de energia requerido para atender normas de QAI.

Johnson Controls - FEBRAVA 2015 - Seminário Técnico

Custos

Operacionais $$$

kW/Ton

kWh

Maior produtividade

Maior assiduidade

Menos doenças

respiratórias e alérgicas

Menos litígios judiciais

Aumento de eficiência por redução do “Lift” do sistema

• Separação de cargas (latente e sensível)• Reset de temperaturas do sistema (água gelada e condensação)• Revisão no selecionamento de serpentinas dos AHU.• Revisão no selecionamento do “approach: de torre de condensação.• Uso de chillers em série e contra-fluxo.• Uso de climatização por “vigas frias” e “insuflamento pelo piso”.• Uso de sistemas de automação/optimização da central de água gelada.

Benefícios do aumento de QAI

[email protected]

Fábrica Sorocaba, SPAr Condicionado e

Refrigeração

Qualidade de Ar Interior com equipamentos e projeto inteligente.

qai com equipamentos e projeto inteligentes… por ciro cruz, da jci

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