Sistemas ar/´agua

Os sistemas ar/´agua s˜ao bem distintos dos sistemas tudo ar porque utilizam dois meios, o ar (normalmente designado por ar prim´ario) e a ´agua, para transferirem calor e por vezes tamb´em massa (retirando ou introduzindo vapor de ´agua), com os espa¸cos a climatizar. Para tal ´e preciso que disponham, para al´em do equipamento central de produ¸c˜ao de frio e de calor, um ou v´arios tipos de unidades terminais, que nos casos mais vistos s˜ao ventilo-convetores, podendo ainda ser unidades de indu¸c˜ao, ou pain´eis radiantes.

Tal como se ver´a mais adiante, estes sistemas podem apresentar v´arias conce¸c˜oes de acordo com o tipo de circuito de distribui¸c˜ao de ´agua que ´e utilizado. Os mais usados s˜ao os de dois tubos e os de quatro tubos, havendo no entanto a possibilidade de o sistema utilizar trˆes tubos, sendo dois de ida e um de retomo.

Em algumas aplica¸c˜oes, o sistema de dois tubos utiliza apenas ´agua fria, sendo o aquecimento feito por meio de resistˆencias el´etricas.

Os sistemas ar/´agua tˆem um campo de aplica¸c˜ao muito pr´oprio como ´e o caso de zonas perif´ericas de edif´ıcios com m´ultiplas zonas, nos quais n˜ao ´e exigido um controlo rigoroso da humidade relativa, podendo suprir todas as necessidades de arrefecimento, de aquecimento, ou de ambas em simultˆaneo.

2.3. TECNOLOGIA DOS SISTEMAS DE AR CONDICIONADO 53

Descri¸c˜ao e funcionamento do sistema ar/´agua

A designa¸c˜ao de ar prim´ario ´e feita por contraponto a ar secund´ario, aquele que em cada espa¸co ´e recirculado. Daqui que seja tamb´em usual designar o circuito de ´agua, para as unidades terminais, de circuito secund´ario.

A fun¸c˜ao do primeiro ´e a de satisfazer as necessidades de ventila¸c˜ao, servindo no ver˜ao para, simultaneamente, assegurar que a HR n˜ao seja muito alta dentro dos espa¸cos climatizados e no inverno, para que o ambiente n˜ao seja excessivamente seco.

Mas, para que assim seja, ´e preciso que os caudais sejam os adequados e que as condi¸c˜oes de insufla¸c˜ao sejam devidamente controladas. No ver˜ao, por exemplo, o ar ´e insuflado frio e seco, este ´e respons´avel pela remo¸c˜ao de parte da carga sens´ıvel do local e de parte, ou da totalidade, da carga latente. ´E assim, que o ar prim´ario controla, indiretamente, a humidade relativa.

Se tal n˜ao se passar, ent˜ao as unidades terminais dever˜ao ter capacidade para remover o restante, ou at´e a totalidade das cargas latentes e, nesses casos, ser´a necess´ario prever uma rede de tubagem para recolha de condensados.

Embora as unidades terminais possam trabalhar com condensa¸c˜ao do ar na bateria de arrefecimento, deve-se referir que algum desses equipamentos, como as unidades de indu¸c˜ao, n˜ao s˜ao preparadas para assim funcionarem.

Os sistemas de ar prim´ario

No caso das unidades de indu¸c˜ao, os sistemas de ar prim´ario podem utilizar retorno de ar e at´e mesmo serem dimensionados para funcionarem com 100% de ar exterior, desde que apresentem vantagens econ´omicas decorrentes do funcionamento em certas esta¸c˜oes do ano.

Poder´a haver necessidade de prover a instala¸c˜ao de um humidificador, ou at´e de baterias de reaquecimento, por zona.

A distribui¸c˜ao do ar prim´ario para as unidades de indu¸c˜ao ´e feita atrav´es de redes de condutas de alta velocidade e de alta press˜ao, de onde podem advir problemas de ru´ıdo que n˜ao s˜ao f´aceis de eliminar.

Quando as unidades terminais s˜ao ventilo-convetores, pode-se utilizar a mesma solu¸c˜ao para a distribui¸c˜ao do ar prim´ario, ou seja aquela em que a mistura entre este e o ar secund´ario ocorre dentro do pr´oprio equipamento, antes do filtro e da bateria.

No entanto, para os ventilo-convetores e para os pain´eis radiantes, o ar prim´ario pode ser fornecido separadamente.

Sistemas de dois tubos

Tal como o nome indica funciona com dois tubos, um de ida e outro de retorno. Cada espa¸co, numa dada zona t´ermica de um edif´ıcio, dispondo de uma ou mais unidades terminais, pode receber ´agua fria, ou ´agua quente e ainda o ar prim´ario. Este ´ultimo, pode ser fornecido a baixa temperatura, durante o Ver˜ao e esta¸c˜oes interm´edias e aquecido no Inverno. No entanto, pode mesmo durante o Inverno ser fornecido frio, se for necess´ario dispor de uma fonte de arrefecimento para algumas zonas.

A prop´osito das formas de fazer a distribui¸c˜ao do ar e da ´agua, ´e importante conhecer `a partida as caracter´ısticas t´ermicas do edif´ıcio. Duas situa¸c˜oes podem ocorrer: ou o edif´ıcio necessita de arrefecimento e de aquecimento; ou necessita apenas de arrefecimento, enquanto ocupado, podendo necessitar de aquecimento durante os per´ıodos de n˜ao ocupa¸c˜ao, como por exemplo durante a noite.

Para a primeira situa¸c˜ao ´e importante determinar, `a priori, para que condi¸c˜oes exteriores o sistema dever´a mudar do regime de arrefecimento para o de aquecimento, ou vice-versa. ´E costume designar a temperatura do ar exterior, para a qual o arrefecimento n˜ao ´e mais necess´ario, de temperatura de n˜ao arrefecimento - change- over temperature.

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Pode-se acrescentar que mais correto do que determinar aquela temperatura ser´a determinar a banda de temperaturas para as quais n˜ao ´e mais necess´ario o arrefecimento. Muitas vezes, se tal precau¸c˜ao n˜ao for tomada, podem ocorrer mudan¸cas frequentes entre os ciclos de arrefecimento e de aquecimento, durante certas ´epocas do ano. A transi¸c˜ao da situa¸c˜ao de funcionamento em regime de Ver˜ao, para uma interm´edia, onde os ganhos de calor exteriores s˜ao menores (devido a uma temperatura mais baixa e eventualmente devido tamb´em a menores ganhos solares, o que acontece para algumas orienta¸c˜oes), dever´a ser feita gradualmente, aumentando a temperatura do ar prim´ario, para que os locais com menores ganhos de calor n˜ao fiquem sub- arrefecidos.

A segunda situa¸c˜ao, dita de nonchangeover, ou apenas arrefecimento, diz respeito a edif´ıcios onde muito raramente seja necess´ario aquecimento. Nesses casos ´e quase sempre a fachada Sul, desde que disponha de envidra¸cados, onde os ganhos solares s˜ao elevados no Inverno, que necessita de arrefecimento. Por isso, uma solu¸c˜ao com o sistema de dois tubos poder´a ser a de conceber v´arias zonas, no que respeita `a distribui¸c˜ao da ´agua. Se essa for a solu¸c˜ao, ent˜ao os circuitos de ar prim´ario devem obedecer aos mesmos crit´erios de distribui¸c˜ao por zona.

A partir de um certo valor da temperatura exterior, o ar prim´ario ´e aquecido e o seu caudal dever´a assegurar as eventuais necessidades de aquecimento, j´a que no secund´ario apenas circula ´agua fria.

Em resumo, pode dizer-se que o projeto de um sistema ar/´agua de dois tubos exige uma avalia¸c˜ao correta do comportamento t´ermico do edif´ıcio, nomeadamente nos seguintes aspetos:

• determina¸c˜ao das zonas t´ermicas para a distribui¸c˜ao do ar prim´ario. Estas zonas dependem das diferentes exposi¸c˜oes/orienta¸c˜oes do edif´ıcio;

• _{determina¸c˜ao das diferentes temperaturas de mudan¸ca de ciclo de arrefecimento} e de aquecimento e vice-versa, para cada zona.

Sistemas de quatro tubos

Com este sistema, cada unidade terminal disp˜oe de quatro tubos, dois para a ´agua quente e outros dois para a fria, para al´em do ar prim´ario.

As unidades terminais podem dispor de duas baterias, sendo uma para aquecimento e a outra para arrefecimento. Outras disp˜oem apenas de uma que, ou funciona com ´agua quente ou com ´agua fria, caso em que, duas v´alvulas de trˆes vias s˜ao instaladas, uma na entrada e outra na sa´ıda da bateria.

A primeira daquelas funciona em sequˆencia e tem a fun¸c˜ao de deixar entrar ´agua quente, ou fria, enquanto a de sa´ıda, tendo igualmente duas posi¸c˜oes faz a liga¸c˜ao da bateria com o tubo de retorno adequado.

Os circuitos de distribui¸c˜ao de ´agua

A ´agua pode ser distribu´ıda em dois circuitos:

• o prim´ario, onde recebe, ou cede, calor para uma fonte - onde existe o chiller e a caldeira;

• o secund´ario onde essa energia ´e transportada at´e, ou desde, as unidades terminais. O secund´ario pode ter um permutador de calor entre ele e o circuito prim´ario, ou mesmo n˜ao dispor de qualquer separa¸c˜ao f´ısica com o prim´ario. Neste ´ultimo caso, parte da ´agua do prim´ario circular´a no secund´ario.