Introdução ao Projeto de Sistemas de Ar condicionado 1

Esta é uma introdução aos sistemas de ar condicionado (frequentemente referidos como sistemas de climatização – sistemas de condicionamento de ventilação, aquecimento e ar). É destinado para aqueles engenheiros, arquitetos e profissionais da construção que estão apenas perifericamente envolvidos com sistemas de climatização nas suas atividades profissionais, mas gostariam de saber mais sobre os conceitos, princípios de AVAC, sistemas e equipamentos.

Não é um manual de design, mas dá aos profissionais de design e construção a possibilidade de dar um passo em frente na compreensão desta área de tecnologia de construção.

A informação sobre Design é apresentada aqui de uma forma “manual”, ou seja, os cálculos são apresentadas como se calculados manualmente, apesar de, evidentemente, serem feitos na maioria dos casos, na prática, por programas de computador. Esta apresentação manual irá dar uma melhor compreensão dos princípios subjacentes ao invés de apenas deixar a questão sob o ponto de vista de um exercício de input e processamento de dados, para cálculos de carga.

Cálculos de carga

O primeiro passo no projeto do sistema de climatização é selecionar as condições de design, Verão e Inverno no interior e exterior. Há várias fontes para essa informação, mas entre os melhores são DOD Militar Handbook MIL-HDBK-1190 e Instalações Engenharia Naval Command NAVFAC publicação P-89, dados meteorológicos de Engenharia.

Procedimentos manuais fornecidos abaixo para a determinação de cargas de aquecimento e arrefecimento são apenas para fins de ilustração e formação, mas pode ser usados para sistemas de pequena dimensão (por exemplo, sistemas de aquecimento inferior a 200.000 BTU por hora e sistemas de arrefecimento inferior a 10 toneladas).

Os programas de computador disponíveis irão fornecer as determinações de carga mais precisas e a altura do dia com a maior carga de refrigeração. A carga mais elevada de aquecimento ocorre geralmente antes do amanhecer e, portanto, esta deve ser considerada no design de carga de aquecimento.

Carga de aquecimento

Carga de aquecimento… a quantidade de aquecimento que deve ser fornecida dada a temperatura do ambiente exterior e a temperatura desejada no interior…. é calculada como descrito abaixo. A carga de aquecimento é devida transmissão, infiltração, e ventilação.

Transmissão

Carga de aquecimento devida à transmissão é calculada usando a Equação

2,1. Q = U x A x (Ti – To) (Eq. 2.1) onde:

Q é a perda de calor = Btu / hr calor perdido por transmissão;

U = coeficiente de transferência de calor (veja isto num manual para a sua própria construção, seja ela parede, chão, telhado, etc;

A = área de superfície (parede, telhado, janela, etc);

Ti = temperatura do design interior;

e To = temperatura de design exterior.

Use esta fórmula para calcular as perdas de transmissão de calor de cada elemento do revestimento da construção (por exemplo, paredes, janelas, telhado, etc.) Note que sótão, espaço ao redor e temperatura do chão são diferentes das temperaturas exteriores.

Infiltração e ventilação

Para determinar a carga de aquecimento usar a carga máxima de infiltração e ventilação. O ar exterior para ventilação deve exceder o ar de exaustão em 10 a 15 por cento, para minimizar a infiltração. O designer deve usar a sua capacidade crítica sobre a quantidade de ar em excesso fornecido para incluir com base no número e tipo de portas e janelas.

Q = 1,10 x x CFM (Ti – To) (Eq. 2.2) onde:

CFM pés = cúbicos por minuto de ar exterior,

e Q = a perda de calor sensível, Btu / hr.

Este cálculo não se aplica a sistemas de ventilação industrial, por exemplo, sistemas para controlar a fumos, vapores e poeira a partir de processos como revestimento, pintura, soldagem e marcenaria. Consulte a Sociedade Americana de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado Engenheiros (ASHRAE) Handbook, sistemas de climatização e Aplicações, para orientação no projeto destes sistemas.

Carga total de aquecimento

Soma das cargas de transmissão com cargas de infiltração e ventilação para obter a carga de aquecimento total. Para esta carga de aquecimento total computadorizada, adicione o seguinte equipamento de tamanho central (não se aplicam estes fatores ao dimensionamento de um equipamento terminal tais como radiação barbatana-tubo, unidades ventilador- bobina, etc):

  • Fator de exposição (lado predominante do vento) até 15 por cento.
  • Captador (para edifícios aquecidos de forma intermitente com fontes de calor primários, tais como caldeiras, transferidor de calor vapor-água , etc) 10 por cento.
  • Edifícios com reversão nocturna. Um edifício com 10 graus F reversão pode exigir até 30 por cento para o coletor sobre-dimensionamento aceitável e requisitos energéticos mínimos.

Carga de Refrigeração

Cálculo do pico de carga de arrefecimento pode ser difícil. Ganho de calor (o ganho de calor = carga de refrigeração) é composto de ou influenciado pelo ganho de condução de calor através de partes opacas do revestimento edifício; a condução mais radiação solar através das janelas e clarabóias; as cargas de construção internas, tais como pessoas, luzes, equipamentos, motores,aparelhos e dispositivos, e carga de ar exterior de infiltração. Para dimensionar o volume de ar variável (VAV) sistemas, cálculo de cargas tem requisitos mais exigentes, não abordados aqui.

Transmissão e Ganho de Vidro Solar

Carga de refrigeração é o ganho de calor da transmissão de ganho de calor solar através da infiltração de vidro, e ventilação, e cargas internas. É calculado como discutido abaixo.

Os Muros e transmissão do telhado

Resfriamento de carga devido à transmissão através das paredes e teto é calculado usando a Equação

2.3. Q = U x A x (Para – Ti) (Eq. 2.3)

Transmissão de vidro e Ganho Solar

Ganho de calor (carga de arrefecimento), devido à transmissão e ganho solar através do vidro é calculada como mostrado abaixo.

Transmissão

Ganho de calor por transmissão através do vidro é calculado usando a Equação

2.4. Q = U x A x (Para – Ti) (Eq. 2.4)

Ganho de calor solar

Ganho de calor solar através do vidro é calculada usando

(Eq. 2.5). Q = A x SC x SHGF (Eq. 2.5) onde:

SC = coeficiente de sombreamento;

e SHGF = fator de ganho de calor solar (veja-se o SHGF num manual (por exemplo, ASHRAE Handbook, Fundamentos) para cada exposição e tipo de vidro).

Infiltração e ventilação

Ganhos de calor sensível e latente de infiltração e ventilação são calculados usando as equações 2.6 e 2.7. Os conceitos de calor sensível e latente exigem uma compreensão da psicometria, que está além do escopo desta discussão. A questão do calor latente geralmente entra em ação somente em climas particularmente húmidos. Nesta simplificada apresentação vamos assumir um clima Mediterrâneo (isto é, como a Califórnia) e, em geral, não se manter preocupação com o calor latente.

  • Sensível QS = 1,10 x x CFM (Para – Ti) (Eq. 2.6)
  • latente QL = 4840 x CFM x W (Eq. 2.7) onde: W = variação da taxa de húmidade (ar lb água / lb).
  • Taxas de ventilação

Consulte a ASHRAE Standard 62 para requisitos de ventilação ou utilize os valores típicos abaixo:

  • Auditórios, teatros – 15 cfm / pessoa
  • Os camarotes – 15 cfm / pessoa
  • Quarto – 30 quarto / cfm
  • Sala de aula – 15 cfm / pessoa
  • Centros de comunicação – 20 pessoa / cfm
  • Salas de conferências – 20 cfm / pessoa
  • Corredores – 0,1 ft cfm / sq
  • Jantar – 20 cfm / pessoa
  • Halls – 15 cfm / pessoa
  • Vestiários, camarins – 0,5 ft cfm / sq
  • Lounges, bares – 30 cfm / pessoa
  • Escritórios – 20 cfm / pessoa
  • Casa de banho, WC (privado) – 35 quarto / cfm
  • WC (público) – 50 armário cfm / água ou mictório

O total requisito correcto de ar exterior para sistemas centrais que fornecem espaços com diferentes proporções de ar livre-ar-alimentação de ar é determinado a partir do seguinte:

CFMot = Y x CFMst (Eq. 2,8) onde:

CFMot = corrigido quantidade total de ar exterior,

CFMst = sistema total de fluxo de ar (isto é, a soma de ar fornecido a todos os espaços),

e Y = fração corrigida do ar exterior,

ou

Y = X / (1 + X – Z) (Eq. 2.9) onde:

X = CFMoa / CFMst,

Z = CFMoc / CFMsc, onde:

CFMoa = soma não corrigida das taxas de fluxo de ar ao ar livre para espaços no sistema,

CFMoc ar = ao ar livre necessário para o espaço crítico

e CFMsc fornecimento de ar para o espaço = crítico.

O espaço crítico é que o espaço com a maior fracção requerida de ar exterior para o fornecimento desse espaço.

Cargas internas

  • Carga de Pessoas: Ajustado (normal masculino / feminino / infantil), por pessoa.
  • Sensible / Latent Office (sentados luz trabalho de digitação,) 255 Btu / hr 255 Btu / h
  • Fábrica (bancada luz) 345 Btu / hr 435 Btu / h
  • Fábrica (trabalho de máquina de luz) 345 Btu / hr 695 Btu / h
  • Ginásio atletismo 635 Btu / h 1165 Btu / h

Luzes e equipamentos

Luzes Q = 3,41 x W x Ful x Fsa (Eq. 2.10) onde:

W = potência total da luz,

Factor de utilização Ful = e Fsa = fator de subsídio especial para luminárias fluorescentes ou para equipamentos que libertam apenas parte de seu calor para o espaço condicionado.

Equipamento (1) Dentro do Motor espaço condicionado ou dentro de corrente de ar.

Q = 2545 x HP / (Em flm x x Fum) (Eq. 2.11) onde:

HP = potência do motor,

Em = eficiência do motor,

FLM = fator de carga do motor,

e Fum = fator de utilização do motor. (2) Eletrodomésticos e equipamentos, como máquinas comerciais e computadores. Consulte a ASHRAE Manual, Fundamentos e dados do fabricante para determinar os ganhos de calor sensível e latente de equipamento.

Qs = 3,41 x W x Fue (Eq. 2.12) onde:

Qs = carga sensível,

W = aparelho de potência, e

Fue = fator de uso do equipamento.

Ganho de calor proveniente de fontes diversas

HVAC Fan Motors (Fora da Airstream). Tipicamente, 35 por cento da entrada para um ventilador AVAC motor é convertida em calor na passagem do ar devido à ineficácia do ventilador.

 HVAC Fan Motors (Dentro da Corrente de Ar). A carga do motor é convertida em calor.

Vazamento do duto.

A perda de fornecimento de ar, devido à fuga de conduta deve ser compensada por uma capacidade de sistema como se segue:

(1) Sistemas bem concebidos e construídos: aumento da capacidade do ventilador de 3 por cento.

(2) Sistemas mal projetados e construídos: aumento da capacidade do ventilador de 10 por cento.