Carga Térmica. Definições. Métodos de Cálculo. Ferramentas de simulação. Normas. Condições externas e internas

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1 Carga Térmica Definições Métodos de Cálculo Ferramentas de simulação Normas Condições externas e internas PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 1/40

2 Ganho de Calor 1. Ganho de calor no ambiente: taxa de calor que entra, sai ou é gerado dentro da zona de ocupação em um determinado momento 2. Classificação do ganho de calor conforme: 1. Fonte 2. Sensível ou Latente PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 2/40

3 Ganho de Calor Fontes externas: Radiação solar através de superfícies transparentes (vidros) Condução de calor através de superfícies opacas e transparentes (paredes externas, tetos, vidros) Ventilação e infiltração do ar Fontes internas: Pessoas Iluminação Equipamentos Cargas especiais PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 3/40

4 Ganho de Calor Ganho de calor sensível: diretamente adicionado(ou retirado) da zona de ocupação através de condução, convecção ou radiação Ganho de calor latente: quando ocorre um aumento (ou diminuição) do vapor de água presente na zona de ocupação PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 4/40

5 Carga Térmica Carga Térmica no ambiente : Energia retirada do (ou fornecida para o) ar no ambiente a fim de se manter a temperatura da zona de ocupação constante Carga Térmica no ambiente pode ser sensível e/ou latente Inércia do ambiente: os ganhos de calor não são transferidos imediatamente para o ar ambiente PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 5/40

6 Relação Ganho de Calor e Carga Térmica Ganho de Calor Convecção Carga térmica Extração de calor Radiação Mobiliário, Estrutura da edificação, etc.. Convecção (com atraso) PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 6/40

7 PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 7/40

8 Carga Térmica Carga térmica na serpentina Carga térmica no ambiente PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 8/40

9 Carga Térmica Carga Térmica na serpentina : calor que deve ser retirado do ar da zona de ocupação somado ao calor devido à renovação do ar Carga Térmica no ambiente pode ser sensível e/ou latente Carga Térmica nos resfriadores: soma das cargas em todas as serpentinas com os ganhos de calor devido a ganhos de calor nos tubos de distribuição de água gelada. PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 9/40

10 Métodos de Cálculo Métodos mais conhecidos Balanço de energia Diferença de Temperatura Total Equivalente Funções de Transferência RTS CLTD/CLF Todos os métodos permitem a avaliação da contribuição dos diversos ganhos de calor ao perfil de carga térmica PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 10/40

11 Métodos de Cálculo Balanço de energia: avaliação dos seguintes aspectos hora a hora: Balanço de energia na face externa Condução de calor nas paredes (funções de transferência) Balanço de energia e massa na face interna Balanço de energia e massa no ar na zona de ocupação Método utilizado no desenvolvimento do software BLAST e reutilizado no software Energy-Plus Permite avaliação do perfil de carga térmica e/ou temperatura média da zona de ocupação Exige um esforço computacional grande para ser implementado PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 11/40

12 Métodos de Cálculo Balanço de energia Radiação solar incidente Convecção Ar Externo Radiação ultra violeta Balanço de energia na face externa Radiação de onda curta das lâmpadas Condução na parede Balanço de energia na face interna Radiação de onda longa das lâmpadas Radiação solar transmitida (superfícies transparentes) Radiação de onda longa das outras superfícies Convecção para o ar ambiente Ventilação, Infiltração, Exaustão Balanço de energia no ar Convecção de outras superfícies REPETIR O CÁLCULO PARA CADA SUPERFÍCIE Sistema de climatização PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 12/40

13 Métodos de Cálculo Método das séries temporais radiantes (RTS) Taxa de calor por incidência solar para cada hora em cada superfície exterior Cálculo do ganho de calor por incidência solar para cada hora em cada janela Cálculo dos ganhos de calor por infiltração Cálculo da temperatura ar-sol para cada hora em cada superfície Cálculo do ganho de calor por incidência solar difusa para cada hora em cada janela Usando séries temporais de condução para tetos/paredes, cálculo do ganho de calor para cada parede externa Somatória de todas as parcelas de convecção a cada hora Cálculo do ganho de calor por incidência solar difusa para cada hora em cada janela Cálculo do ganho de calor por iluminação Separação dos ganhos de calor em parcelas radiantes e convectivas Somatória de todas as parcelas a cada hora Perfil horário de carga térmica Cálculo do ganho de calor pelos ocupantes Cálculo do ganho de calor pelos equipamentos Avaliação das parcelas de radiação com base nas séries temporais radiantes resultando na carga térmica devido a ganhos de calor por radiação PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 13/40

14 Métodos de Cálculo Diferença de Temperatura Total Equivalente Total Equivalent Temperature Differential Method (TETD) Todos os ganhos de calor são somados perfil de ganho de calor instantâneo Perfil de carga térmica é obtido utilizando fatores de ponderação com tempo (Time Averaging - TA) inércia do ambiente Permite avaliação do perfil de carga térmica Não permite avaliação do perfil de temperatura média da zona de ocupação Exige um esforço computacional grande para ser implementado PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 14/40

15 Funções de Transferência Métodos de Cálculo Desenvolvido por Mitalas (1972) Aplicação de séries de fatores de ponderação (funções de transferência) Considera o efeito dos ganhos de calor na carga térmica em cada instante (inércia térmica) Exige um esforço computacional grande para ser implementado Base para elaboração do método CLTD/CLF PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 15/40

16 Métodos de Cálculo CLTD/CLF Baseia-se no método das funções de transferência Condições de temperatura interna e externa fixas Considera o efeito dos ganhos de calor na carga térmica em cada instante (inércia térmica) Oferecem valores tabelados para os diversos ganhos de calor Exige um esforço computacional pequeno para ser implementado PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 16/40

17 Ferramentas de simulação Diferentes níveis de detalhamento e modelos Qualificação técnica do usuário: Diversos sistemas operacionais Disponibilidade: cts_sub.cfm PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 17/40

18 Ferramentas de simulação Capacidades: Simulação energética Cálculos de carga de resfriamento/aquecimento Energia renovável Análise de retrofit Edifícios verdes e sustentabilidade PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 18/40

19 Ferramentas de simulação Energy Plus PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 19/40

20 Ferramentas de simulação Energy Plus PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 20/40

21 Ferramentas de simulação Energy Plus PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 21/40

22 Ferramentas de simulação Energy Plus PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 22/40

23 Ferramentas de simulação Outros softwares: ESP-r TAS TRACE E-20 Design Builder e Simergy (interfaces gráficas para o Energy Plus) PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 23/40

24 Cálculo de Carga Térmica Considerações para projeto: Características da zona de ocupação (dimensões, materiais, orientação, tipos de superfícies) Condições termo-higrométricas internas e externas Perfis de ocupação (pessoas, iluminação, equipamentos) Período de cálculo (verão, inverno, etc.) Dados adicionais: tipos de sistema de condicionamento de ar e de distribuição de ar/água, perdas de energia dos sistemas PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 24/40

25 Cálculo de Carga Térmica Fontes NBR : Critérios de projeto NBR 7265 : Tratamento de ar em unidades medico assistenciais ASHRAE 62: Ventilação para qualidade do ar ASHRAE 55: Conforto térmico ASHRAE 90.1: Diretrizes de eficiência energética Dados Climáticos de 14 Cidades Brasileiras de Solange V. G. Goulart, Roberto Lamberts e Samanta Firmino RPA ASHRAE - Handbook of Fundamentals PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 25/40

26 Cálculo de Carga Térmica Definição das condições externas - NBR PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 26/40

27 Cálculo de Carga Térmica Definição das condições externas - NBR PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 27/40

28 Cálculo de Carga Térmica Definição das condições externas - NBR PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 28/40

29 Cálculo de Carga Térmica Definição das condições externas - NBR PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 29/40

30 Cálculo de Carga Térmica Definição das condições externas - NBR PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 30/40

31 Condição interna Condição externa PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 31/40

32 PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 32/40

33 PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 33/40

34 PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 34/40

35 PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 35/40

36 Cálculo de Carga Térmica Definição das condições internas - NBR PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 36/40

37 Cálculo de Carga Térmica Definição das condições internas - NBR PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 37/40

38 Cálculo de Carga Térmica Definição das condições internas - NBR PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 38/40

39 Efeito da Temperatura Interna Carga Térmica [W] Tint=22ºC Tint=24ºC Tint=26ºC Tempo [h] PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 39/40

40 Efeito da Temperatura Externa Carga Térmica [W] Text=32ºC Text=34ºC Text=36ºC Tempo [h] PME Ar Condicionado e Ventilação Alberto Hernandez Neto -Direitos autorais reservados - É proibida a reprodução deste material sem a autorização expressa do autor 40/40

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