Muitos tipos de ar condicionado resfriar o ar através do contato direto com as linhas de refrigerante. No entanto, esta configuração de sistema pode ser difícil de instalar em grandes edifícios, especialmente em edifícios altos. Quando a água é usada como fluido de troca de calor entre o ar interno e o refrigerante, o calor pode ser removido de forma eficaz, mesmo que os espaços condicionados estejam longe do equipamento de refrigeração.
Sem o uso de água gelada, haveria apenas duas configurações possíveis para resfriamento de ambientes:
- Instalação de longas linhas de refrigerante entre equipamentos de refrigeração e espaços condicionados.
- Circulação de ar através das unidades de resfriamento e, em seguida, distribuição de ar com sistemas de dutos longos.
Linhas longas de refrigerante estão mais expostas a danos físicos e vazamentos, e a perda de refrigerante pode ser significativa se a instalação for grande. Por outro lado, os dutos de ar são muito volumosos e consomem mais energia do ventilador à medida que seu comprimento aumenta.
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Vantagens do resfriamento espacial com água gelada
A água pode transportar o calor removido dos espaços internos de forma mais eficaz do que o ar, e os tubos hidrônicos são muito mais compactos do que dutos de ar. Estas diferenças drásticas na configuração do sistema são devidas às propriedades físicas de cada substância:
- O calor específico da água é 4,187 kJ/kg-K, enquanto o calor específico do ar é 1 kJ/kg-K. Em outras palavras, se massas equivalentes de ar e água experimentam o mesmo aumento de temperatura, a água absorve quatro vezes mais calor.
- A água também é muito mais densa que o ar, tendo uma densidade de 1.000 kg/m3, enquanto o ar tem uma densidade de 1.225 kg/m3. A água não só transporta mais calor por quilograma, mas também utiliza menos espaço que o ar para uma determinada massa.
O maior calor específico e densidade da água representam vantagens de projeto em sistemas de água gelada. Quando é utilizada água gelada, o calor interno pode ser removido com uma massa fluida menor e a tubulação hidrônica é mais compacta que os dutos de ar.
A água gelada também é mais conveniente quando estão envolvidas distâncias verticais. A água pode ser bombeada verticalmente sem problemas, mas soprar ar frio para os andares superiores é impraticável e ineficiente.
Para uma carga de resfriamento especificada, um sistema de água gelada normalmente proporciona uma eficiência maior do que um sistema de ar condicionado apenas com dutos de ar. Isto pode ser uma vantagem significativa em edifícios comerciais, onde a eficiência extra rende milhares de dólares em poupanças mensais.
Como os sistemas de água gelada contribuem para a qualidade do ar interno
Quando um edifício utiliza apenas dutos de ar, as áreas internas são interligadas. Com esta configuração, poluentes do ar e os odores desagradáveis podem espalhar-se facilmente para outras partes do edifício. Por outro lado, um sistema de água gelada permite a utilização de um sistema de tratamento de ar separado para cada área, isolando poluentes e odores do ar. Se uma área tiver problemas de qualidade do ar, as áreas com sistemas de dutos separados não serão afetadas.
Os sistemas de água gelada também produzem menos ruído do que os dutos de ar, o que melhora o conforto dos ocupantes. Esta é uma vantagem significativa em edifícios de escritórios, onde o ruído e a vibração constantes de um sistema de dutos de ar podem causar distração e diminuir a produtividade.
Aumentando o desempenho dos sistemas de água gelada
Embora os sistemas de água gelada sejam eficientes, o seu consumo de energia ainda é significativo. No entanto, existem várias atualizações possíveis que tornam os sistemas de água gelada ainda mais eficientes:
- Motores de eficiência premium NEMA são altamente recomendados para bombas de água gelada e manipuladores de ar. Esses motores têm a classificação de eficiência mais alta dos EUA.
- Para aplicações onde a carga é inferior a um cavalo-vapor, são recomendados motores comutados eletronicamente (ECM). A classificação NEMA Premium Efficiency não cobre motores de potência fracionária
- Os motores de alta eficiência podem ser complementados com inversores de frequência (VFD), que reduzem a velocidade do motor durante condições de carga parcial.
- Considere que os ECMs já possuem controle de velocidade integrado e, portanto, não é necessário um VFD.
Os sistemas de água gelada normalmente podem ser integrados a plataformas de automação predial, que otimizam sua operação com base na carga de resfriamento atual. Mesmo quando um sistema de água gelada utiliza equipamentos eficientes, o desempenho superior só pode ser alcançado com os pontos de ajuste corretos para operação.
As instalações mecânicas são volumosas e decisões erradas de projeto podem causar um aumento significativo no custo do sistema. Por exemplo, equipamentos superdimensionados e layouts de dutos ineficientes aumentam os custos sem trazer benefícios. Engenheiros MEP profissionais pode otimizar o custo dos sistemas de água gelada, ao mesmo tempo que integra medidas de eficiência energética, como controle de velocidade do motor.
