Sistemas com Ventiloconvectores

Um sistema com ventiloconvectores utiliza ar novo dedicado e é constituído por UTANs e unidades terminais localizadas nos espaços. As UTANs insuflam o ar novo necessário nos diversos espaços e as unidades terminais, designadas por ventiloconvectores (VC), removem a carga térmica desses espaços. Uma representação simplificada do sistema é apresentada na Figura 4.7. Sem perda de generalidade, considera-se que as unidades terminais funcionam numa rede a água, a dois ou quatro tubos.

O ar novo é insuflado na rede de condutas (Insuflação), sendo a entrega em cada espaço calibrada através da actuação nos registos R. Esta calibração é normalmente efectuada no arranque da instalação. Em algumas situações estes registos são motorizados e o caudal de ar novo adapta-se às necessidades interiores.

Figura 4.7. Sistema com VC

A temperatura de insuflação do ar novo é controlada na UTAN, com base num sensor em T. Em cada espaço a carga é removida na bateria dos VC, sendo a temperatura dos espaços definida num controlador Te. Normalmente, permite-se a alteração do caudal do VC no controlador Q.

4.6.1 Unidades terminais

Os ventiloconvectores (VC) são genericamente constituídos por uma bateria de arrefecimento, por outra de aquecimento nos modelos a quatro tubos, por um ventilador e por um filtro plano de uma classe G. Em algumas instalações, existe uma pequena rede de condutas a jusante dos VCs.

Estas unidades terminais deverão remover a carga interna dos espaços, dado que a UTAN deverá introduzir o ar às condições psicrométricas médias do interior. As cargas internas são predominantemente sensíveis, na maioria dos edifícios de serviços onde estes equipamentos são instalados. É comum o factor de calor sensível (FCS) da linha da sala ser superior a 0,9 nas condições de projecto de Verão. É função do VC remover as cargas sensíveis e latentes, de acordo com a relação do FCS. Cumprir esta função implica remover

carga latente do ar novo é apenas resultante da gama admissível de variação dos parâmetros de controlo da UTAN, ou devido às variações de humidade que ocorram num sistema com controlo termostático.

O ajuste do FCS da bateria depende do ajuste da sua temperatura média. O aumento do FCS pode ser obtido por aumento da velocidade de passagem do ar na bateria, por aumento da área de permuta ou por aumento da temperatura média da água no circuito da bateria. Em qualquer caso, a temperatura média da bateria aumenta e, concomitantemente, o FCS no estado de funcionamento.

As baterias de arrefecimento são normalmente escolhidas para uma temperatura de entrada de água (Te) de 7 ºC e de saída (Ts) de 12 ºC (regime de 7 ºC-12 ºC). Aumentando a diferença entre Ts e Te, mantendo-se Te, ou aumentando Te e mantendo-se a diferença referida, a potência da bateria baixa e aumenta o FCS. Em regimes de (7 ºC-17 ºC), ou de (12 ºC-17 ºC), a maioria das baterias comercialmente existentes apresentam um FCS unitário, ou seja, a bateria remove apenas calor sensível.

Nas situações de Inverno, cada VC introduz a carga térmica necessária, sendo a humidade ambiente definida pelas condições de insuflação da UTAN. O controlo das válvulas da UTAN é realizado de acordo com a figura junta, abrindo-se progressivamente a válvula de arrefecimento ou de aquecimento, à medida que a temperatura exterior se afasta da temperatura interior de conforto.

Figura 4.8. Controlo de temperatura da UTAN

Dado que a gama de aceitação da humidade relativa no ambiente é bastante ampla, conforme foi referido no capítulo 3, os problemas de controlo de humidade não são críticos na generalidade das instalações de âmbito terciário. Neste sentido, admitir que a humidade relativa possa atingir valores de 60-70% pode ser uma medida de redução dos consumos de energia.

Normalmente, o controlo da carga da bateria depende da diferença entre a temperatura medida na sala e a que lhe é pré-definida no termóstato. Em função desta diferença, é actuada uma válvula que permite aumentar ou diminuir o caudal de água na bateria. Outros sistemas menos comuns podem pesar os efeitos da humidade relativa. Sendo a temperatura efectiva TE* a medida normalmente aceite para definir as condições de conforto, foi proposto um modelo que utiliza 24,5 ºC para a TE* no intervalo de humidade relativa entre 30 e 60%. Este modelo utiliza um controlador de lógica vaga, que permite controlar o VC de

modo a garantir condições interiores segundo a linha psicrométrica da temperatura efectiva indicada [4.16].

Em alternativa, podem ser utilizadas soluções de variação do caudal de ar de insuflação do VC, ou ainda, por actuação num registo que varia o caudal de retorno [4.17].

Nas aplicações com maior conforto, o sistema com VCs é a quatro tubos, o que permite que algumas unidades estejam a arrefecer enquanto outras se encontrem em modo de aquecimento. Nestas situações, que ocorrem na “meia-estação”, é comum utilizar-se uma banda morta de funcionamento do controlo de temperatura de insuflação do ar da UTAN, numa gama de, por exemplo, 20 ºC a 24 ºC. Quando o ar exterior está abaixo de 20 ºC, este é aquecido, e se se encontrar acima de 24 ºC, é arrefecido. Esta opção permite enviar o ar para o ambiente em condições aceitáveis para qualquer dos modos de arrefecimento ou de aquecimento, permitindo tirar algum partido do efeito de arrefecimento gratuito.

4.6.2 Mapeamento do projecto de um sistema com ventiloconvectores

O mapeamento do projecto de um sistema com ventiloconvectores é apresentado na Figura 4.9. O sistema de controlo de temperatura (PP 2.1) é assegurado pelo controlo de capacidade das baterias do VC, para um caudal de insuflação determinado. Este controlo pressupõe o ajuste da temperatura de insuflação na UTAN. O sistema de difusão assegura a velocidade residual recebendo em princípio o ar vindo dos VCs.

A filtração é assegurada prioritariamente na UTAN, havendo ainda uma filtração local nos VCs. A calibração dos registos de cada sala assegura o caudal de ar novo para cada espaço, sendo a totalidade do caudal definida na UTAN. Na realidade, este parâmetro representa o próprio sistema de ventilação.

Nesta decomposição, assumiu-se a água como fluido de distribuição, aliás como se fará no prosseguimento deste trabalho. No entanto, até ao nível de decomposição efectuada é igualmente válida para sistemas que utilizem como fluido de transporte a água glicolada, um termofluido, ou qualquer tipo de fluido frigorigéneo.

Figura 4.9. Mapeamento do projecto de um sistema com ventiloconvectores

RF 3.1 PP 3.1 PP 2.1: Sistema de controlo da temperatura interior RF 3.2: Ajustar temperatura de insuflação no espaço (n) PP 3.2: Potência da bateria do VC(n) RF 3.3 PP 3.3 RF 3.4: Assegurar o caudal no espaço (n) PP 3.4: Caudal do VC(n) RF 3.5: Ajustar a temperatura de insuflação na UTAN PP 3.5: Potência das baterias na UTAN RF 3.6 PP 3.6 RF 3.7: Assegurar a velocidade residual no espaço (n) PP 3.7: Difusor no espaço (n) RF 3.8 PP 3.8 RF 3.9: Entregar o caudal AN no espaço (n) PP 3.9: Registo AN no espaço (n) RF 3.10: Assegurar o caudal total de AN PP 3.10: Caudal de AN da UTAN RF 3.11 PP 3.11 RF 3.12: Filtrar o ar do espaço (n) PP 3.12: Filtro do VC(n) PP 2.2: Sistema de insuflação do ar no interior PP 2.3: Sistema de introdução de ar exterior PP 2.4: Sistema de filtração do ar RF 3.13: Filtrar o AN PP 3.13: Filtros na UTAN RF 3.1 PP 3.1 PP 2.1: Sistema de controlo da temperatura interior RF 3.2: Ajustar temperatura de insuflação no espaço (n) PP 3.2: Potência da bateria do VC(n) RF 3.3 PP 3.3 RF 3.4: Assegurar o caudal no espaço (n) PP 3.4: Caudal do VC(n) RF 3.5: Ajustar a temperatura de insuflação na UTAN PP 3.5: Potência das baterias na UTAN RF 3.6 PP 3.6 RF 3.7: Assegurar a velocidade residual no espaço (n) PP 3.7: Difusor no espaço (n) RF 3.8 PP 3.8 RF 3.9: Entregar o caudal AN no espaço (n) PP 3.9: Registo AN no espaço (n) RF 3.10: Assegurar o caudal total de AN PP 3.10: Caudal de AN da UTAN RF 3.11 PP 3.11 RF 3.12: Filtrar o ar do espaço (n) PP 3.12: Filtro do VC(n) PP 2.2: Sistema de insuflação do ar no interior PP 2.3: Sistema de introdução de ar exterior PP 2.4: Sistema de filtração do ar RF 3.13: Filtrar o AN PP 3.13: Filtros na UTAN