Projeto Demonstrativo para o GerenciamentoIntegrado no Setor de Chillers
Resfriamento Dedicado de ArExterior
Execução Implementação Realização
Matt Chmielewski BEMP, CEM, LEED AP – Trane Brasil27/04/2016 – São Paulo, Brasil
Sistemas Dedicados de Ar ExternoSistemas Dedicados de Ar Externo
l OBJETIVOS da Apresentação:O que é DOASPorque utilizar DOASPossiveis sistemas de climatização para ventilaçãoAnalise PsicrometricaDOAS em sistemas de Agua GeladaCase Exemplo – Escritorio em FortalezaFazer sistema com 27 fan coils sair mais barato do que
sistema com 25 fan coils – e com mais conforto!
DOAS = “Dedicated Outdoor AirSystem”DOAS = “Dedicated Outdoor AirSystem”Uma unidade DOAS é um tipo de Sistema HVAC dedicado aocondicionamento e insuflamento de ar externo.
Os componentes do equipamento DOAS são parecidos a fancoils.
DOAS (V) + Sistemas Auxiliares (HAC) = Completo Sistema deHVAC de Ar Externa
Tambem conhecido como:“OAHU” Outside Air Handling Unit
“UTAE” Unidade de Tratamento de Ar Externa&
“HVAC” Heating Ventilation & Air Conditioning“FCU” Fan Coil Unit
DOAS – Definição AHRIDOAS – Definição AHRI
• DOAS ou “Dedicated Outdoor Air System” é um produto que,através de condensação a Ar, condensação a Água ou dos
denominados “water sources”, desumidifica 100% do ar externopara o ponto de orvalho e inclui reaquecimento que é capaz deaumentar a temperatura de bulbo seco do ar para a condição
projetada para o ambiente.
Este ar externo condicionado é então insuflado direta ouindiretamente no espaço condicionado. Ele pode pré-condicionar o
ar externo através de “rodas térmicas”, trocadores de calor ououtros aparatos de transferência de massa e/ou calor.
Edificação com DOASEdificação com DOAS• Sistema Dedicado de Ar Externo. Unidade de 100% de ar externo e Sistema de Distribuição que
Condiciona e Insufla o Ar
• Unidades de Resfriamento &Aquecimento Auxiliares.
Somente Refriamento ouRefriamento/Aquecimento dezonas
Mantém as condições das zonas Exemplo de Unidades: VRF, RTU, Splitão, AHU, Vigas
Frias
Ar Externa do DOAS aos FCUAr Externa do DOAS aos FCU• Equipamento DOAS entrega ar externa pre-tratada via rede de
dutos dedicado para FCU`s individuais
DOAS
FCU
FCU
FCU
Os climatizadoresindividuais podemser do tipo:
– blower-coils– rooftop units– air handlers– self-
containedunits
– dual-ductVAV boxes
– ChilledBeams
Ar Externa do DOAS direto aoAmbienteAr Externa do DOAS direto aoAmbiente
RA
RA
OA
EA
EA
EA
CA
CA
SA
SA
dedicatedOA unit
tozones
tozones
floor-by-floorair handlers
Refrigeração, Calor, e UmidadeRefrigeração, Calor, e Umidade
dry-bulb temperature
humidity ratio
80°F[26.7°C]80°F[26.7°C]
70°F[21.2°C]
70°F[21.2°C]
comfort zone
Proposito de ar condicionado:Remover calor e umidade.
• Ambientes confortáveis e saudáveis:– Umidade relativa (RH) de 30% a 60%– Temperatura (Tbs) entre 21° a 27°C
Carta PsicrometricaCarta Psicrometrica
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Relação
de
massa
de
agu
aá
massa
de
arseca
11030 40 50 60 70 80 10090
Temperatura Bulbo Seco (comum)
85
80
75
70
65
60
5550
4540
3530
Late
nte
(um
idad
e)QuenteFrio
Seco
Umido
Sensivel
spacespace
30
40
50
55
60
65
70
75
80
Ponto deO
rvalho°F
Manobras na Carta PsicrometricaManobras na Carta Psicrometrica
180
160
140
120
100
80
60
40
20
humidity ratio, grains/lb of dry air
11030 40 50 60 70 80 10090dry-bulb temperature, °F
80
70
50
4030
60
OA 95°F DB78°F WB
CA 70°F DB67°F DPT
CACA
80°F DB60% RH65°F DPT
Esfriado mas não DesumidificadoEsfriado mas não Desumidificado
30
40
50
55
60
65
70
75
80
dew point tem
perature,°F
OAOAspace
spacespace
Manobras na Carta PsicrometricaManobras na Carta Psicrometrica
180
160
140
120
100
80
60
40
20
humidity ratio, grains/lb of dry air
11030 40 50 60 70 80 10090dry-bulb temperature, °F
80
70
50
4030
60
OA
CA 52°F DB52°F DPT
CACA
75°F DB60% RH61°F DPT
Esfriado e DesumidificadoEsfriado e Desumidificado
30
40
50
55
60
65
70
75
80
dew point tem
perature,°F
dry enough toremove spacelatent load
dry enough toremove spacelatent load
worst-caseupper limit
95°F DB78°F WB
OAOAspace
spacespace
example: fan-coils, VAV, WSHPs, VRFexample: fan-coils, VAV, WSHPs, VRF
Manobras na Carta PsicrometricaManobras na Carta PsicrometricaEsfriado e ‘super’ DesumidificadoEsfriado e ‘super’ Desumidificado
180
160
140
120
100
80
60
40
20
humidity ratio, grains/lb of dry air
11030 40 50 60 70 80 10090dry-bulb temperature, °F
80
70
50
4030
60
OA
CA 55°F DB45°F DPT
CACA
space 75°F DB50% RH55°F DPT
spacespace
example: chilled beams, radiant coolingexample: chilled beams, radiant cooling
30
40
50
55
60
65
70
75
80
dew point tem
perature,°F
to preventcondensation
dry enough toremove spacelatent load
dry enough toremove spacelatent load
95°F DB78°F WB
OAOA
Troca de calorTroca de calor
15°C 100°C1 kg
agua
100°C
1 kgvapor
1 kgagua 100°C
+ 85 kcal =
Sens
ivel
+ 244.5 kcal =
Laten
te
Calor Sensivel vs Calor LatenteCalor Sensivel vs Calor Latente
100°C244.5 kcal
1 kgvapor1 kg
Agua
100°C
15°C 16°C1 kcal1 kg
Agua
CargaLatente –Troca de
Fase
Carga Sensivel– Mudança deTemperatura
DOAS - Desacoplar CargasSensíveis e LatentesDOAS - Desacoplar CargasSensíveis e Latentes
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
hu
mid
ity ratio, g
rains/
lb o
f dry air
11030 40 50 60 70 80 10090dry-bulb temperature, °F
85
80
75
70
65
60
5550
4540
3530
Carga Sensivel– FCU
CargaLatente- DOAS
CA
Ar Externa +Retorno
Origem de Cargas Latentes emEdificiosOrigem de Cargas Latentes emEdificios
infiltration
people
ventilation Carga Internalatent loads
Carga Externa - Ventilação
source: Humidity Control Design Guide, ASHRAE © 2001, p. 278
Origem de Cargas Latentes emEdificiosOrigem de Cargas Latentes emEdificios
Carga Internalatent loads
Carga Externa -Ventilação
Duvidas para o EngenheiroDuvidas para o Engenheiro
• Devo utilizar DOAS?• Qual Configuração de DOAS?
– Ar Externa direto para ambiente?– Ar Externa direto para Fan Coils?– Outros?
• Qual Temperatura de ar insuflamento deve ser utilizado:– Nos Fan coils?– No DOAS?
• Qual Temperatura minima de agua deve ser produzidopelos chillers?
• Pode ser sistema Expansão Direta em vez de Agua Gelada?• Qual solução vai apresentar custo inicial menor?• Qual solução vai gera menor custo operacional?• Qual solução vai garantir o melhor nível de conforto nos
ambientes?
© 2011 Trane, a business of Ingersoll-Rand22
what is the dehumidification duty?Dehumidify Ventilation Air Only
dedicatedOA unit
CA
CA CA
EA
RA
OA
SA SA
RA
spacelatent loads
ventilationlatent load
localHVAC unit
• Dedicated OA unit removes latentload due to ventilation
• Space latent loads must beremoved by local units (any spacedehumidification is coincidental)
© 2011 Trane, a business of Ingersoll-Rand23
180
160
140
120
100
80
60
40
20
humidity ratio, grains/lb of dry air
11030 40 50 60 70 80 10090dry-bulb temperature, °F
80
70
50
4030
60
Dehumidify Ventilation Air Only
30
40
5055
60
65
70
75
80
dew point tem
perature,°F
60% RH = 60°F DPT60% RH = 60°F DPT
50% RH = 55°F DPT50% RH = 55°F DPTDedicated OA unit delivers airat a dew point close to desiredspace condition (does notremove any space latent loads)
© 2011 Trane, a business of Ingersoll-Rand24
dehumidify the space (for comfort)What Leaving-Air Dew Point is Required?
8 10 126 181614outdoor airflow, cfm/person
leav
ing-
air d
ew p
oint
,°F
55
50
45
40
35
30
25
Assumptions:• 200 Btu/h/person latent load• 75°F space temperature
© 2011 Trane, a business of Ingersoll-Rand25
dehumidify the space (for comfort)What Leaving-Air Dew Point is Required?
8 10 126 181614outdoor airflow, cfm/person
leav
ing-
air d
ew p
oint
,°F
55
50
45
40
35
30
25
Assumptions:• 200 Btu/h/person latent load• 75°F space temperature
lecturehall
K-12classroom
office
Capacidade Latente por tipo deSerpentinaCapacidade Latente por tipo deSerpentinaA Capacidade de esfriamento Latente desistemas de expansao direta e menos doque sistemas de Agua Gelada.
Temperaturas (ponto de orvalho) maisbaixas e uniformes nos evaporadores.
Serpentinas com mais area de troca
Capacidade Latente por tipo deSistema – Temperatura MinimaCapacidade Latente por tipo deSistema – Temperatura Minima
2°C 5°C 7,5°C 10°C 16°CDew Point of Conditioned Outdoor Air (CA)
13°C
60% space RH
50% space RH
Dew point required
packaged DX (rooftop)
chiller + AHU
split DX - VRF, Splitão
Dew point capability
specialty dehumidifier
Considerando carga latente acima da media
Calculo Exemplo - PremissasCalculo Exemplo - Premissas
dry-bulb temperature
humidity ratio
80°F[26.7°C]
80°F[26.7°C]
70°F[21.2°C
]
70°F[21.2°C
]
comfort zone
Criteria do Projeto: Tipo Escritorio – Media
Densidade Manter temperatura (Tbs) nos
ambientes em 24°C +/-2°C Manter umidade relativa
(RH%) em 50% +/- 15% Desconsiderar aquecimento
ou re-aquecimento Controle por Termostato
somente (sem controleespecifico de Umidade)
Ar Externa entregue “Friodireto aos ambientes”
Calculo Exemplo - PremissasCalculo Exemplo - Premissas Materiais de construção conforme
ASHRAE 90.1-2010 – Zona Climatica 2 1800 m2 / andar (60 x 30m) 5 Andares 5 Ambientes x 5 Andares = 25 Ambientes 1 Fan coil / Ambiente x 25 Ambientes = 25
Fan coils 25% área envidraçada todas as faces FOCO – ambiente interna 864 m2, 32% Ar
externa
Caracteristicas dos Fan CoilsCaracteristicas dos Fan Coils• Referencia: Trane WAVE Double• Serpentinas - 120 FPF• Atender carga sensível e latente conforme calcula de carga
utilizando o mínimo de rows (filas) possível• Minimizar queda de pressão de agua e ar nas serpentinas• Horizontal• 20 mmHG pressão externa rede de dutos• Aproximação (approach) entre temperatura de agua gelada e
saída de ar = 5°C• Ventilador volume constante• Filas (rows) adicionais aumenta custo inicial do
produto de 6% a 10% por cada 2 rows (geralmente 4, 6ou 8 rows)
• Adição de Caixa de Mistura em Fan coils aumentacusto inicial +/-20%
Beneficios de DOASBeneficios de DOAS
• Custo inicial (impacto no TR total instalado)• Desacoplamento da carga Latente e carga sensivel• Custo operacional• Ciclo economizador, recuperação de energia
(requisitos da ASHRAE 90.1 quanto uso dos mesmosno Brasil)
• Qualidade de ar interna• Aquecimento suplementar para pequenas demandas• Controle de ventilação por demanda• Pressurização do prédio• Diluir ou elimina contaminantes• Filtragem• Uso de dessicantes
ConclusãoConclusão
• Em aplicações com cargas latentes mais elevadas, épossível aplicar DOAS para o mesmo custo, OU menorde um sistema sem DOAS
• ...e conseguir um Qualidade da Ar Interna superior
• 25 FCUs convencionais com caixas de misturas e mais rows• 25 FCUs convencionais sem caixas de misturas e menos rows + 3
FCUs tipo DOAS.
dedicated outdoor-air ventilation systemsWant to Learn More?dedicated outdoor-air ventilation systemsWant to Learn More?• www.trane.com/bookstore
– Systems Manual, Air Conditioning Clinic series, EngineersNewsletter
– New application manual available 1Q 2002• Designing Dedicated Outdoor-Air Ventilation Systems
(Trane engineering bulletin SYS-EB-3)• Murphy, J. 2006. “Smart Dedicated Outdoor Air Systems.”
ASHRAE Journal (July)• “Dedicated Outdoor-Air Ventilation Systems” Engineers
Newsletter Live broadcast, APP-CMC008-EN (2001)• "Designing Dedicated Outdoor-Air Systems," Trane application
guideSYS-APG001-EN (2003)
• "Dedicated Ventilation Systems," Engineers Newsletter 30-3(2001)
• Morris, W. 2003. “The ABCs of DOAS: Dedicated Outdoor AirSystems.” ASHRAE Journal (May)
dedicated outdoor-air ventilation systemsReferencesdedicated outdoor-air ventilation systemsReferences• www.trane.com/bookstore
– Systems Manual, Air Conditioning Clinic series, EngineersNewsletter
– New application manual available 1Q 2002• Designing Dedicated Outdoor-Air Ventilation Systems
(Trane engineering bulletin SYS-EB-3)• Bibliography
• Apresentação – 3° QAI, Maio 2014 “Suggestions for BetterBuildings in Hot & Humid Climates” – Lew Harriman, Manson-Grant Consulting
• Seminario Sistemas de Agua Gelada – 24/02/16 -“RESFRIAMENTO DEDICADO DE AR EXTERNO (DOAS)” -Cristiano Rayer Brasil
• Seminario Sistemas de Agua Gelada – 01/04/16 - “DOAS –Sistemas de Resfriamento de Ar Externo” - Luciano de A Marcato
time, minutes
sensiblesensible
latentlatent
cap
acit
y, M
Bh
30
10
20
0
-10
-200 20 40 60 10080
time delay beforecondensate falls indrain pan
DX air conditioner:One compressor, cycling;constant-speed supply fan(entering air = 80°F DB, 61°F DP)
Cooling-Coil Dehumidification
compressor on
Shirey, D., H. Henderson, and R. Raustad. 2003. DOE/NETL Project #DE-FC26-01NT41253
compressor off
time, minutes
sensiblesensible
latentlatent
cap
acit
y, M
Bh
30
10
20
0
-10
-200 20 40 60 10080
air continues to coolas coil surface warms
moisture re-evaporatesfrom coil surface
time delay beforecondensate falls indrain pan
DX air conditioner:One compressor, cycling;constant-speed supply fan(entering air = 80°F DB, 61°F DP)
compressor on
Cooling-Coil Dehumidification
Shirey, D., H. Henderson, and R. Raustad. 2003. DOE/NETL Project #DE-FC26-01NT41253
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
hu
mid
ity ratio, g
rains/
lb o
f dry air
11030 40 50 60 70 80 10090dry-bulb temperature, °F
85
80
75
70
65
60
5550
4540
3530
entering air
leaving air(compressor on)
leaving air(15 sec intervals aftercompressor stops)
Cycling compressor,transient conditions
l6