AVALIAÇÃO SIMPLIFICADA DOS CONSUMOS DE ENERGIA ASSOCIADOS À VENTILAÇÃO
Celestino Rodrigues Ruivo
Área Departamental de Engenharia Mecânica, Escola Superior de Tecnologia da Universidade do Algarve, 8000
Faro, Portugal – Tel. 289800100; Fax 289888405
RESUMO
Em muitos locais climatizados bem como em muitos locais não climatizados é necessário prever uma certa
renovação de ar, tanto para eliminar as substâncias poluentes produzidas internamente bem como para introduzir
a quantidade suficiente de oxigénio para o ser humano poder respirar comodamente. O processo de renovação de
ar pode ser feito através de sistemas de ventilação natural ou de ventilação mecânica.
A manutenção das condições interiores dos espaços para garantir as condições de conforto térmico ao ser
humano bem como a boa conservação dos bens materiais exige o recurso à utilização de sistemas de ar
condicionado para remoção da carga térmica, na qual se inclui a parcela associada à ventilação.
A previsão do consumo de energia associada à ventilação na fase de projecto do sistema de climatização com
ventilação mecânica ou com ventilação natural exige a realização de uma simulação dinâmica do edifício e dos
seus sistemas de climatização. Os resultados desta previsão dependerão pois do estado do ar exterior, do ar
interior, do caudal de ar associado à ventilação, bem como da tipologia do próprio sistema de ar condicionado
em causa.
INTRODUÇÃO
O cálculo das cargas térmicas de uma determinada zona de um edifício exige o conhecimento prévio de:
- Condições interiores previstas para zona condicionada;
- Condições interiores de espaços adjacentes não condicionados;
- Condições exteriores climáticas;
- Caracterização térmica da construção da envolvente opaca e transparente.
A determinação das cargas térmicas é extremamente complexa e difícil de se poder realizar com elevado nível de
precisão. Em termos práticos este tipo de cálculo apresenta sempre erros, mais ou menos significativos, em
função do método de cálculo utilizado e do grau de precisão dos dados de partida. No que respeita à parcela da
ventilação, os erros podem ter maior significado nos sistemas com ventilação natural devido à incerteza na
caracterização da influência dos efeitos naturais associados ao vento e ao efeito de chaminé na renovação de ar.
Quando a complexidade do edifício não é elevada, a determinação da carga térmica pode ser conseguida com
recurso a uma simples folha de cálculo manual. Contudo, quando a complexidade do edifício se torna maior é
conveniente apostar no desenvolvimento de uma folha de cálculo em computador, ou então utilizar um programa
informático de cálculo de cargas térmicas existente no mercado que consiga tratar o problema com um mínimo
de rigor.
No que respeita à previsão do consumo de energia associado à necessidade de ventilar os espaços é importante
conhecer o caudal de ar de ventilação, as condições interiores, as condições exteriores e a passagem ou não de ar
entre zonas diferentes. Quando a ventilação é feita mecanicamente é necessário também ter em conta a tipologia
do sistema de ventilação, nomeadamente quais os tipos de recuperadores instalados e quais as suas
características de desempenho.
CARGA TÉRMICA ASSOCIADA À VENTILAÇÃO
A carga térmica total de uma determinada zona de um edifício é a quantidade de calor que deve ser retirada ou
colocada nessa mesma zona para que as condições interiores, temperatura e humidade relativa, não sofram
variações significativas relativamente aos valores pretendidos.
A carga térmica de cada zona depende das condições climáticas exteriores e das condições verificadas no
interior da zona. A componente externa está associada às trocas de calor através da envolvente exterior:
transmissão de calor através de paredes, tectos, pavimentos, envidraçados. A componente interna depende do
calor gerado na zona, geralmente devido à utilização de equipamento diverso, à necessidade de iluminação
artificial e à própria permanência das pessoas. Em muitos casos, a ventilação também constitui uma carga
térmica da zona, nomeadamente quando o exterior entra directamente na zona com um estado diferente do estado
higrométrico da zona.
A carga térmica da zona também se pode dividir nas componentes sensível e latente. A componente sensível
engloba todas as parcelas de origem interna e externa que impõem alterações na temperatura de interior caso esta
não seja controlada. Por sua vez, a componente latente corresponde às parcelas, tanto de origem externa como de
origem interna, que são responsáveis apenas por alterações no conteúdo de humidade quando não é feito o
controlo desta variável.
No cálculo da carga térmica é usual considerar valores das condições interiores representativas do estado
higrométrico constantes, sabendo-se à partida que na maior parte dos casos os espaços climatizados irão ter
apenas controlo de temperatura, sendo o conteúdo de humidade variável em função da evolução das diferentes
parcelas da componente latente da carga térmica e também da evolução dos processos básicos de ar
condicionado que ocorrem no sistema de climatização. Assim, nestes casos a avaliação do consumo de energia
por parte do sistema de climatização para remover a carga térmica associada à ventilação não pode ser feita de
forma isolada. A avaliação deve resultar da simulação conjunto do sistema de climatização e do comportamento
térmico de cada zona climatizada.
A figura 1 ilustra um esquema de um sistema de climatização composto por várias zonas climatizadas com uma
unidade terminal em cada zona sendo a renovação de ar dos espaços feita por ventilação natural. A unidade
terminal tem por função controlar a temperatura da zona a que diz respeito. Os sistemas de climatização mais
comuns obedecendo a esta tipologia são os sistema tudo água, tudo fluido frigorigéneo e tudo eléctrico. No caso
dos sistemas tudo água, as unidades terminais mais comuns são os ventilo-convectores e os radiadores, sendo
que estes últimos apenas são utilizados no modo de aquecimento. Relativamente aos sistemas tudo fluido
frigorigéneo as unidades terminais são as unidades interiores dos sistemas split, sistemas multi-split e sistemas de
caudal de fluido frigorigéneo variável. A ventilação de cada um destes espaços é feita em separado estando o
caudal de ventilação destes espaços dependente dos efeitos do vento e de chaminé e das aberturas fixas e
reguláveis existentes para a entrada do ar novo e saída do ar viciado. Neste tipo de instalações em que apenas a
temperatura de cada zona é controlada podem surgir problemas na situação de aquecimento nas regiões onde o
clima é mais seco pelo facto do valor de humidade relativa verificado no interior dos espaços ser inferior ao
mínimo recomendável. Tal situação pode ser atenuada se for utilizado um sistema de humidificação em cada
zona. Caso se comprove que não é necessário proceder à humidificação, o consumo de energia associado ao
sistema de climatização na época de aquecimento deve-se apenas aos processos de aquecimento sensível que
ocorrem nas unidades terminais e obviamente também ao calor perdido no transporte do fluido de transferência
utilizado bem como na sua veiculação.
Figura 1- Sistema de climatização de várias zonas com ventilação natural
A figura 2 ilustra um esquema de um sistema de climatização composto por duas zonas climatizadas com uma
unidade terminal em cada uma destas zonas e uma zona intermédia não climatizada. Neste caso, a ventilação dos
diversos espaços está interligada, devendo o ar entrar nas zonas principais e sair nas zonas de serviço, estando
mais uma vez o caudal de renovação de ar dos espaços dependente dos efeitos de chaminé e do vento bem como
do tipo e área das aberturas para a entrada e saída de ar em cada zona. O consumo de energia associado à
ventilação depende das condições de entrada e de saída do ar de ventilação em cada uma das zonas.
Figura 2- Sistema de climatização de várias zonas com ventilação natural
A figura 3 ilustra um esquema de um sistema de climatização composto por várias zonas climatizadas com uma
unidade terminal em cada zona, sendo a renovação de ar dos espaços assegurada por uma unidade de tratamento
de ar novo (UTAN), cuja configuração mais simples corresponde ao caso em que apenas se processa a filtragem
do ar exterior, a distribuição pelas diferentes zonas e a exaustão do ar viciado. Nesta configuração mais simples,
as unidades interiores em cada zona são responsáveis pela remoção da carga térmica de cada zona e também da
carga térmica do ar novo. Caso a unidade de tratamento de ar novo contenha no seu interior módulos com
equipamentos de ar condicionado, tais como baterias, humidificadores e recuperadores de calor, o ar novo pode
ser distribuído por todas as zonas com um estado próximo do pretendido para o ambiente interior de cada zona.
Nestes casos, as unidades interiores podem ter uma dimensão menor, uma vez que a carga térmica a remover é
menor porque a parcela associada à ventilação é removida nos equipamentos da UTAN. Neste tipo de
instalações é importante tirar partido do módulo de humidificação na UTAN para evitar os problemas derivados
da ocorrência de valores de humidade relativa relativamente baixos no interior de cada zona nas regiões mais
secas durante a época de aquecimento. No caso de unidade terminal corresponder a uma superfície arrefecida, de
que é exemplo o caso mais comum o sistema de tecto arrefecido, é importante na época de arrefecimento
proceder-se à desumidificação do ar novo na UTAN para que a humidade relativa do ar interior de cada zona
seja inferior ao valor máximo recomendável e para que não haja formação de condensados na superfície
arrefecida.
UTAN
Figura 3- Sistema de climatização de várias zonas com ventilação mecânica
Na fase de cálculo da carga térmica de uma zona, mesmo com programas de simulação dinâmica mais avançados
tais como o programa Energy Plus, é comum admitir-se que a zona ocupada está completamente misturada,
sendo caracterizada apenas por um sistema termodinâmico composto por um único volume de controlo.
Qualquer dos modos dependendo do modo como se processa a difusão de ar no espaço é sabido que poderão
haver gradientes mais ou menos significativos de temperatura e de velocidade. Como este aspecto normalmente
não é tido em conta devido à complexidade da análise do problema, a carga térmica através da envolvente ao
depender das trocas de calor por convecção e por radiação nas superfícies internas faz com que a sua avaliação
seja feita com um grau de incerteza desconhecido. Tendo em conta as simplificações comuns, a carga térmica
global associada à renovação de ar da zona i é calculada do seguinte modo:
Q& i = m& vent ,i × ( hent ,i − hint ,i )
onde
(1)
m& vent ,i representa o caudal mássico de ar seco associado ao escoamento de ar húmido utilizado na
renovação da zona i,
hent ,i representa a entalpia do ar exterior referida à unidade de massa de ar seco e hint ,i a
entalpia do ar interior da zona i referida também à unidade de massa de ar seco. Os valores de entalpia do ar
húmido hext ,i e hint ,i são normalmente estimados a partir dos valores da temperatura t e do conteúdo de
humidade do ar húmido w através da seguinte expressão:
h = 1005 × t + w ( 2501000 + 1820 × t )
(2)
sendo as unidades de t (ºC), de w (kg/kg ar seco) e de h (J/kg ar seco).
A componente sensível da carga térmica associada à renovação de ar da zona i é calculada do seguinte modo:
Q& s ,i = m& vent ,i × c p ( tent ,i − tint ,i )
onde as variáveis
(3)
tent ,i e tint ,i representam as temperaturas, respectivamente, no ar de entrada e no ar interior da
zona i. A variável
c p representa o calor específico do ar húmido referido à unidade de massa de ar seco e é
normalmente estimada do seguinte modo:
c p = 1005 + w × 1820
(4)
em que w é o valor médio do conteúdo de humidade do ar, sendo prática corrente a consideração de um valor
constante e aproximado para o calor específico de 1010 J/(kg ar seco ºC).
A componente latente da carga térmica associada à renovação de ar da zona i está associada à necessidade de
humidificação ou de desumidificação do ar novo para que este fique com o mesmo conteúdo de humidade do ar
da zona i. A taxa de vapor de água envolvida neste processo é calculada do seguinte modo:
m& vap ,i = m& vent ,i × ( went ,i − wint ,i )
onde
(5)
went ,i e wint ,i representam os conteúdos de humidade do ar referidos à unidade de massa de ar seco
respectivamente no ar de entrada e no ar interior da zona i. A componente latente da carga térmica
correspondente avalia-se, por exemplo, através de:
Q& l ,i = Q& i − Q& s ,i = m& vent ,i × ( hent ,i − hint ,i ) − c p ( tent ,i − tint ,i )  .
(6)
A convenção adoptada na escrita da formulação anterior pressupõe que os valores positivos das carga
correspondem a ganhos por parte do ar ambiente da zona que o sistema de climatização deverá remover.
O caudal de ar de ventilação que é necessário insuflar em cada zona é normalmente ditado pela necessidade de
remoção da carga poluente, estando assim garantida, na maior parte dos casos a renovação de ar para que a
concentração em oxigénio seja a adequada para proporcionar um processo de respiração cómodo ao ser humano.
Como no interior dos espaços pode haver uma grande diversidade de poluentes com concentrações máximas
admissíveis e taxas de libertação diferentes é extremamente difícil fazer uma avaliação rigorosa bem
representativa do que se irá passar na realidade durante a exploração dos diferentes espaços de um edifício.
Assim sendo, na fase de projecto de um sistema de climatização é prática corrente, dependendo do tipo de
espaço, adoptar um caudal de ventilação em função do número de ocupantes, da área ou simplesmente atribuindo
um número de renovações de ar por hora. Normalmente não é feita qualquer correcção ao caudal volúmico de ar
de ventilação relativamente à temperatura, ao conteúdo de humidade e à altitude do local. A taxa de renovação
de ar é normalmente expressa em caudal volúmico, sendo usual adoptar-se um valor da ordem de 30 m3/h por
ocupante em locais onde não é permitido fumar. É pois importante, com base nos conhecimentos de fisiologia
humana, saber como o sistema de respiração humano se comporta em locais com pressões significativamente
& vent ,i
diferentes da pressão atmosférica de 101325 Pa. Qualquer dos modos, o caudal mássico de ar seco m
relaciona-se com o caudal volúmico
m& vent ,i = ρ × V&vent .
V&vent do seguinte modo:
(7)
em que ρ não representa a massa específica do ar húmido, mas sim a concentração de ar seco (kg/m3). O
problema que se levanta nesta fase consiste em saber qual o valor da concentração de ar seco a considerar no
cálculo. O procedimento habitual consiste em considerar os valores de caudal volúmico determinados por
métodos de cálculo indicados na literatura ou simplesmente obtidos por consulta directa de tabelas indicadas na
literatura enquanto para a variável ρ devem ser utilizados os valores da massa específica do ar seco referente
às condições de atmosfera padrão para a altitude do local em questão. Segundo a ASHRAE [1] os valores a usar
são os que se apresentam na tabela 1.
Tabela1- Caracterização da atmosfera padrão a diversas altitudes.
Altitude
(m)
-500
0
500
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Temperatura
(ºC)
18.2
15.0
11.8
8.5
2.0
-4.5
-11.0
-17.5
-24.0
-30.5
-37.0
-43.5
-50.0
Pressão
atmosférica
(Pa)
107478
101325
95461
89874
79495
70108
61640
54020
47181
41061
35600
30742
26436
Massa específica
do ar seco
(kg/m3)
1.285
1.225
1.167
1.112
1.006
0.909
0.819
0.736
0.660
0.590
0.525
0.466
0.413
Nas instalações com sistemas de ventilação natural, as variações de caudal são difíceis de contabilizar porque a
análise dinâmica da influência do vento e do efeito de chaminé no caudal de ar de renovação é relativamente
complexa. No caso das instalações com sistemas de ventilação mecânica, o caudal de renovação de ar pode ser
constante ou variável em função da carga poluente interna que ocorre no interior dos espaços.
No caso das instalações com sistemas de ventilação natural representados nas figuras 1 e 2, o consumo de
energia associada à carga térmica de ventilação depende pois do caudal de renovação e dos estados do ar de
ventilação à entrada e à saída de cada zona. No caso das instalações da figura 3, o consumo de energia depende
também destas mesmas variáveis mas também das alterações de estado que ocorrem na UTAN.
Em qualquer dos casos é pois imprescindível saber caracterizar as evoluções do estado higrométrico do ar
exterior e do estado do ar interior em cada zona. A evolução no ar interior normalmente não apresenta
amplitudes de variação tão grandes quanto as que se verificam no exterior. Qualquer dos modos é importante
prever a evolução do estado higrométrico do ar interior uma vez que na maior parte dos casos a humidade
relativa não é controlada e também pelo facto de em muitas horas a unidade terminal de uma ou mais zonas
poderão estar fora de serviço ou operando com pontos de ajuste variáveis no tempo. Tal análise não é fácil de
levar a cabo porque exige a simulação dinâmica da unidade terminal conjuntamente com o comportamento
térmico da zona a ela associada. A evolução no ar exterior ao apresentar uma amplitude muito significativa
influencia de forma significativa o consumo de energia numa instalação de climatização, embora em certas horas
se possa tirar partido do ar exterior para promover o arrefecimento gratuito das zonas. A informação climática do
local em questão é pois fundamental para a análise do problema em questão. Todavia nem sempre os dados
climáticos disponíveis se adequam ao caso em questão devendo o projectista ser o responsável pelo conjunto de
dados que deve considerar no dimensionamento dos equipamentos de climatização e na análise da previsão do
consumo de energia por parte do sistema de climatização. Com este intuito, apresenta-se de seguida uma
metodologia para realizar a previsão das evoluções horárias da temperatura exterior ( φ =t) e do conteúdo de
humidade do ar exterior ( φ =w), para os diferentes dias do ano através da utilização da seguinte expressão
genérica:
φ (τ ) = αφ (τ )
onde
τ
αφ (τ )
∆φ
+φ
2
em (h) representa a hora do dia,
(8)
∆φ a amplitude média diária, φ o valor médio da variável φ e
a variável que impõe a evolução aproximadamente sinusoidal da variável
φ
em cada ciclo diário. Esta
variação sinusoidal pode ser estimada do seguinte modo:
αφ (τ ) = cos( F1φ (τ + F 3φ ) + F 2φ
(9)
As variáveis F1φ ,
F 2φ e F 3φ assumem valores de modo a que o perfil de evolução diária da variável φ seja
próximo do real, nomeadamente no que respeita aos instantes em que a variável, temperatura ( φ =t) ou conteúdo
de humidade ( φ =w), assume os valores máximo e mínimo. Para estimar a evolução da temperatura poder-se-ão
utilizar as seguintes expressões para o cálculo de
F1φ , F 2φ e F 3φ .
π
14π

; F 3t = 24
 F1t = τ + 10 ; F 2t = τ + 10
ns
ns

( 2τ ns − 14 ) π
π

; F 2t = −
; F 3t = 0
 F1t =
τ
τ
14
14
−
−
ns
ns


π
14π
; F 2t =
; F 3t = 0
 F1t =
τ ns + 10
τ ns + 10

A variável
τ ns
se
0 ≤ τ < τ ns
se τ ns ≤ τ < 14
(10)
se 14 ≤ τ < 24
.
representa o instante em que o sol nasce, sendo estimada a partir da seguinte expressão:
τ ns = 12 −
arcos ( -tg ( Dec ) tg ( Lat ) )
15
.
(11)
em que as variáveis Dec e Lat em radianos representam respectivamente a declinação e a latitude. A declinação
relaciona-se com o número do dia do ano ou dia Juliano ND do seguinte modo:
Dec = 23.5 −
 2π ( ND + 284 ) 
sen 

180
365.25


π
(12)
Relativamente à evolução da humidade do ar exterior é prática corrente admitir nos dias de Verão sem formação
de orvalho um valor constante para o conteúdo de humidade. Nos dias em que o conteúdo de humidade não é
constante, de que é exemplo um dia típico de Inverno, o conteúdo de humidade assume o valor máximo quando a
temperatura é máxima e o valor mínimo quando a temperatura é mínima. As diferenças entre os valores máximo
e mínimo do conteúdo de humidade são maiores nos dia de Inverno, aparentando ser uma boa hipótese de
simplificação considerar, ainda que com alguma aproximação, α w (τ ) = α t (τ ) .
O algoritmo de cálculo da carga térmica associado à ventilação tendo por base a metodologia exposta
anteriormente pode ser implementado com relativa facilidade em folhas de cálculo do EXCEL apenas nos casos
em que abordagem pode ser simplificada, sendo o utilizador responsável pela introdução de um conjunto de
dados relativamente pequeno. Os casos mais simples de tratar são pois aqueles em que o caudal de ventilação e
as condições interiores se podem admitir constantes e apenas se justifique a análise de um dia representativo de
cada mês, devendo o utilizador apenas definir:
- Altitude e latitude do local
- Caudal de ventilação
- Temperatura máxima e a temperatura mínima do ar exterior para cada dia típico do mês
- Cont. de humidade máximo e o cont. de humidade mínimo do ar exterior para cada dia típico do mês
- Temperatura do ar interior em cada dia típico do mês
- Cont. de humidade do ar interior em cada dia típico do mês
Os valores da carga térmica sensível e latente de ventilação em cada instante assim calculados num caso prático
e as características dos equipamentos de climatização, nomeadamente dos equipamentos que compõem a unidade
de tratamento de ar novo, são dados fundamentais para a realização da análise dos processos psicrométricos que
ocorrem nos equipamentos com vista à análise do desempenho do sistema e à avaliação do consumo de energia
associado à ventilação.
ENERGIA ASSOCIADA À VENTILAÇÃO – EXEMPLO DE UM CASO DE ESTUDO
É apresentado em seguida um simples exemplo de um caso de estudo com vista à avaliação simplificada da
energia associada à carga térmica de ventilação dos espaços que o sistema de climatização integrando um
sistema de ventilação mecânica dever retirar ou fornecer ao ar. O sistema em causa está representado na figura 4.
UTAN
Figura 4- Sistema de climatização de várias zonas com ventilação mecânica
As unidades terminais controlam apenas a temperatura do ar das zonas ocupadas. Neste exemplo admite-se que
os valores de temperatura são iguais em todos os espaços. A unidade de tratamento de ar novo tem por função
nos meses mais frios e mais secos promover o aquecimento do ar novo quando a temperatura do ar exterior está
abaixo da temperatura interior dos espaços e promover a humidificação quando o ar exterior apresenta um
conteúdo de humidade inferior a um valor mínimo. Nos meses mais quentes e mais húmidos a unidade de
tratamento de ar novo promove o arrefecimento do ar novo quando a temperatura do ar exterior está acima da
temperatura interior dos espaços e promove a desumidificação do ar novo quando o ar exterior apresenta um
conteúdo de humidade superior a um valor máximo. Os valores máximo e mínimo do conteúdo de humidade a
considerar devem ter em linha de conta as condições de bem estar exigidas pelo ser humano, ou seja, a humidade
relativa no interior dos espaços deve estar compreendida entre 35% e 65%, e ao mesmo tempo os valores
considerados devem também propiciar a utilização mais racional possível da energia por parte do sistema de
climatização. O caso de estudo corresponde a um edifício localizado a 40ºN de latitude e a 400 m de altitude,
sendo a pressão atmosférica de 96628.8 Pa e a massa específica padrão do ar seco estimada em 1.144 kg/m3 (ver
tabela 1). O volume total de todos os espaços climatizados é de 3000 m3, sendo estes ventilados à taxa de uma
renovação por hora, ou seja, o caudal de ar novo tratado na UTAN de ar novo cifra-se em 3000 m3/h. A evolução
do estado higrométrico do ar exterior no dia típico de cada mês foi gerada tendo em conta a formulação
apresentada anteriormente e os dados da tabela 2. Para efeitos de cálculo da carga térmica foram considerados
valores constantes de temperatura e de humidade relativa do ar interior ao longo do dia típico de cada mês, os
quais também estão indicados na tabela 2.
A tabela 3 indica os valores de temperatura e de humidade relativa que ditam o funcionamento dos equipamentos
da UTAN, nos meses mais frios e mais secos o ar novo à saída da UTAN é distribuído pelos diferentes espaços
com uma temperatura igual ou superior à temperatura do ar interior e a humidade relativa igual ou superior a um
valor mínimo enquanto nos meses mais quentes e mais húmidos o ar novo é distribuído a uma temperatura
inferior ou igual à temperatura do ar interior e a humidade relativa é inferior ou igual ao a um valor máximo.
Com este procedimento é assim possível avaliar as reais necessidades de aquecimento e de humidificação nos
meses mais frios e mais secos bem como as reais necessidades de arrefecimento e de desumidificação do ar novo
nos meses mais quentes e mais húmidos.
A evolução do estado higrométrico do ar exterior ao longo do dia típico de cada mês está caracterizada
graficamente nas figuras 5 e 6, respectivamente para a temperatura e para o conteúdo de humidade. Do cálculo
de cargas térmicas obtiveram-se as parcelas sensível e latente da carga térmica associada à ventilação que se
indicam na tabela 5. Como já foi referido anteriormente, estes valores não correspondem às reais necessidades de
aquecimento e de arrefecimento bem como de humidificação e de desumidificação. Assim, tendo em conta a
estratégia de funcionamento o procedimento de cálculo adoptado conduz às necessidades indicadas na tabela 6.
Tabela 2- Ar exterior e ar interior
Ar exterior
Ar interior
Mês
Temperatura
máxima
(ºC)
Temperatura
mínima
(ºC)
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
10
11
13
18
24
27
33
33
27
24
19
12
2
3
5
10
15
18
21
21
18
15
10
4
Humidade
relativa
máxima
(%)
100
100
100
91
91
83
81
79
83
93
100
100
Humidade
relativa
mínima
(%)
65
62
58
54
52
48
40
39
48
53
57
61
Temperatura
(ºC)
Humidade
relativa
(%)
20
20
21
22
23
24
25
25
24
22
21
20
35
35
40
45
50
55
60
60
55
50
40
35
Tabela 3- Valores mínimos e máximos da temperatura e da humidade relativa do ar novo à saída da UTAN
Mês
Tipo de mês
Temperatura
mínima
(ºC)
Temperatura
máxima
(ºC)
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Frio e seco
Frio e seco
Frio e seco
Frio e seco
Quente e húmido
Quente e húmido
Quente e húmido
Quente e húmido
Quente e húmido
Frio e seco
Frio e seco
Frio e seco
20
20
21
22
-----22
21
20
----23
24
25
25
24
----
Humidade
relativa
mínima
(%)
30
30
30
30
-----30
30
30
Humidade
relativa
máxima
(%)
----65
65
65
65
65
----
35
Jan
30
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Temperatura (ºC)
25
20
15
10
5
0
0
4
8
12
16
20
24
Hora
(a)
35
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
30
Temperatura (ºC)
25
20
15
10
5
0
0
4
8
12
16
20
24
Hora
(b)
Figura 5- Evolução da temperatura do ar exterior: a) Janeiro, Fevereiro, Março, Abril, Maio, Junho; b) Julho,
Agosto, Setembro, Outubro, Novembro, Dezembro
0.014
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Conteúdo de humidade (kg/kg)
0.012
0.010
0.008
0.006
0.004
0
4
8
12
16
20
24
Hora
(a)
0.014
Conteúdo de humidade (kg/kg)
0.012
0.010
0.008
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
0.006
0.004
0
4
8
12
16
20
24
Hora
(b)
Figura 6- Evolução do conteúdo de humidade do ar exterior: a) Janeiro, Fevereiro, Março, Abril, Maio, Junho;
b) Julho, Agosto, Setembro, Outubro, Novembro, Dezembro
Tabela 4- Cargas térmicas associadas à ventilação
Jan
Fev
Mar
Hora
Qsen
Qlat Qsen Qlat Qsen Qlat
1
-14.4 -1.2 -13.7 -0.6 -13.0
-2.0
2
-15.0 -1.4 -14.3 -0.7 -13.6
-2.0
3
-15.6 -1.5 -14.9 -0.8 -14.2
-2.0
4
-16.2 -1.6 -15.4 -0.8 -14.7
-2.0
5
-16.6 -1.6 -15.8 -0.9 -15.0
-2.0
6
-16.9 -1.7 -16.1 -0.9 -15.3
-2.0
7
-17.2 -1.7 -16.3 -0.9 -15.3
-2.0
8
-17.2 -1.8 -16.2 -0.9 -15.1
-2.0
9
-17.0 -1.7 -15.7 -0.9 -14.2
-2.0
10
-16.0 -1.5 -14.5 -0.7 -13.0
-2.0
11
-14.5 -1.2 -13.0 -0.6 -11.5
-2.0
12
-12.7 -0.9 -11.4 -0.4 -10.0
-2.0
13
-11.1 -0.6
-9.9 -0.2
-8.8
-2.0
14
-10.0 -0.4
-9.0 -0.1
-8.0
-2.0
15
-9.6 -0.4
-8.6 -0.1
-7.7
-2.0
16
-9.6 -0.4
-8.7 -0.1
-7.7
-2.0
17
-9.8 -0.4
-8.9 -0.1
-8.0
-2.0
18
-10.1 -0.5
-9.2 -0.1
-8.3
-2.0
19
-10.6 -0.5
-9.7 -0.2
-8.8
-2.0
20
-11.1 -0.6 -10.2 -0.3
-9.4
-2.0
21
-11.7 -0.7 -10.8 -0.3 -10.0
-2.0
22
-12.3 -0.9 -11.5 -0.4 -10.7
-2.0
23
-13.0 -1.0 -12.2 -0.5 -11.5
-2.0
24
-13.7 -1.1 -12.9 -0.6 -12.2
-2.0
Abril
Qsen Qlat
-9.4 -1.2
-10.1 -1.2
-10.6 -1.2
-11.1 -1.2
-11.4 -1.2
-11.5 -1.2
-11.4 -1.2
-10.8 -1.2
-9.9 -1.2
-8.6 -1.2
-7.2 -1.2
-5.9 -1.2
-4.8 -1.2
-4.1 -1.2
-3.8 -1.2
-3.9 -1.2
-4.2 -1.2
-4.5 -1.2
-5.0 -1.2
-5.7 -1.2
-6.4 -1.2
-7.1 -1.2
-7.9 -1.2
-8.7 -1.2
Mai
Qsen Qlat
-5.6
2.3
-6.3
2.3
-6.9
2.3
-7.4
2.3
-7.6
2.3
-7.7
2.3
-7.3
2.3
-6.5
2.3
-5.3
2.3
-3.9
2.3
-2.5
2.3
-1.1
2.3
0.0
2.3
0.7
2.3
1.0
2.3
0.9
2.3
0.6
2.3
0.1
2.3
-0.5
2.3
-1.2
2.3
-2.1
2.3
-3.0
2.3
-3.9
2.3
-4.8
2.3
Qsen
-3.8
-4.5
-5.1
-5.5
-5.7
-5.7
-5.3
-4.4
-3.2
-1.9
-0.4
0.9
2.0
2.6
2.9
2.8
2.5
2.0
1.4
0.6
-0.3
-1.2
-2.1
-3.0
Jun
Qlat
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
Tabela 4 (cont.)
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Hora
Qsen Qlat Qsen Qlat Qsen Qlat
Qsen Qlat Qsen Qlat Qsen
Qlat
1
-1.1
1.8
-0.7
1.0
-3.1
1.1
-3.7
4.1
-7.3
3.8
-12.4
0.2
2
-2.1
1.8
-1.7
1.0
-3.8
1.1
-4.5
4.1
-8.1
3.8
-13.0
0.1
3
-2.9
1.8
-2.6
1.0
-4.5
1.1
-5.1
4.1
-8.7
3.7
-13.6
0.1
4
-3.4
1.8
-3.2
1.0
-5.0
1.1
-5.7
4.1
-9.3
3.7
-14.2
0.0
5
-3.8
1.8
-3.6
1.0
-5.4
1.1
-6.2
4.1
-9.8
3.7
-14.6
0.0
6
-3.8
1.8
-3.8
1.0
-5.7
1.1
-6.5
4.1 -10.2
3.7
-15.0
0.0
7
-3.3
1.8
-3.7
1.0
-5.8
1.1
-6.7
4.1 -10.4
3.7
-15.2 -0.1
8
-2.3
1.8
-2.8
1.0
-5.4
1.1
-6.7
4.1 -10.5
3.7
-15.3 -0.1
9
-0.7
1.8
-1.3
1.0
-4.5
1.1
-6.0
4.1 -10.3
3.7
-15.2 -0.1
10
1.2
1.8
0.6
1.0
-3.1
1.1
-4.7
4.1
-9.1
3.7
-14.3
0.0
11
3.1
1.8
2.6
1.0
-1.4
1.1
-3.0
4.1
-7.4
3.8
-12.8
0.2
12
4.9
1.8
4.6
1.0
0.2
1.1
-1.2
4.1
-5.4
3.8
-11.0
0.3
13
6.4
1.8
6.2
1.0
1.6
1.1
0.4
4.1
-3.6
3.9
-9.3
0.5
14
7.3
1.8
7.3
1.0
2.5
1.1
1.5
4.1
-2.4
3.9
-8.1
0.6
15
7.7
1.8
7.7
1.0
2.9
1.1
1.9
4.1
-1.9
4.0
-7.7
0.6
16
7.5
1.8
7.5
1.0
2.8
1.1
1.8
4.1
-2.0
4.0
-7.7
0.6
17
7.2
1.8
7.2
1.0
2.5
1.1
1.6
4.1
-2.2
3.9
-7.9
0.6
18
6.5
1.8
6.6
1.0
2.1
1.1
1.2
4.1
-2.5
3.9
-8.2
0.6
19
5.7
1.8
5.8
1.0
1.6
1.1
0.7
4.1
-3.0
3.9
-8.6
0.5
20
4.7
1.8
4.9
1.0
1.0
1.1
0.1
4.1
-3.6
3.9
-9.1
0.5
21
3.6
1.8
3.8
1.0
0.2
1.1
-0.6
4.1
-4.3
3.9
-9.7
0.4
22
2.4
1.8
2.7
1.0
-0.6
1.1
-1.3
4.1
-5.0
3.9
-10.3
0.4
23
1.2
1.8
1.5
1.0
-1.4
1.1
-2.1
4.1
-5.8
3.8
-11.0
0.3
24
0.0
1.8
0.4
1.0
-2.3
1.1
-2.9
4.1
-6.5
3.8
-11.7
0.3
Tabela 5- Valores de potência térmicas associadas aos processos de aquecimento, arrefecimento (Qsen),
humidificação e desumidificação (Qlat) do ar novo na UTAN
Hora
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Jan
Qsen
Qlat
-14.4
0.0
-15.0
0.0
-15.6
0.0
-16.2
0.0
-16.6
0.0
-16.9
0.0
-17.2
0.0
-17.2
0.0
-17.0
0.0
-16.0
0.0
-14.5
0.0
-12.7
0.0
-11.1
0.0
-10.0
0.0
-9.6
0.0
-9.6
0.0
-9.8
0.0
-10.1
0.0
-10.6
0.0
-11.1
0.0
-11.7
0.0
-12.3
0.0
-13.0
0.0
-13.7
0.0
Fev
Qsen Qlat
-13.7
0.0
-14.3
0.0
-14.9
0.0
-15.4
0.0
-15.8
0.0
-16.1
0.0
-16.3
0.0
-16.2
0.0
-15.7
0.0
-14.5
0.0
-13.0
0.0
-11.4
0.0
-9.9
0.0
-9.0
0.0
-8.6
0.0
-8.7
0.0
-8.9
0.0
-9.2
0.0
-9.7
0.0
-10.2
0.0
-10.8
0.0
-11.5
0.0
-12.2
0.0
-12.9
0.0
Mar
Qsen Qlat
-13.0
0.0
-13.6
0.0
-14.2
0.0
-14.7
0.0
-15.0
0.0
-15.3
0.0
-15.3
0.0
-15.1
0.0
-14.2
0.0
-13.0
0.0
-11.5
0.0
-10.0
0.0
-8.8
0.0
-8.0
0.0
-7.7
0.0
-7.7
0.0
-8.0
0.0
-8.3
0.0
-8.8
0.0
-9.4
0.0
-10.0
0.0
-10.7
0.0
-11.5
0.0
-12.2
0.0
Abril
Qsen Qlat
-9.4
0.0
-10.1
0.0
-10.6
0.0
-11.1
0.0
-11.4
0.0
-11.5
0.0
-11.4
0.0
-10.8
0.0
-9.9
0.0
-8.6
0.0
-7.2
0.0
-5.9
0.0
-4.8
0.0
-4.1
0.0
-3.8
0.0
-3.9
0.0
-4.2
0.0
-4.5
0.0
-5.0
0.0
-5.7
0.0
-6.4
0.0
-7.1
0.0
-7.9
0.0
-8.7
0.0
Mai
Qsen Qlat
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.7
0.0
1.0
0.0
0.9
0.0
0.6
0.0
0.1
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Qsen
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.9
2.0
2.6
2.9
2.8
2.5
2.0
1.4
0.6
0.0
0.0
0.0
0.0
Jun
Qlat
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Ago
Qsen Qlat
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.6
0.0
2.6
0.0
4.6
0.0
6.2
0.0
7.3
0.0
7.7
0.0
7.5
0.0
7.2
0.0
6.6
0.0
5.8
0.0
4.9
0.0
3.8
0.0
2.7
0.0
1.5
0.0
0.4
0.0
Set
Qsen Qlat
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.2
0.0
1.6
0.0
2.5
0.0
2.9
0.0
2.8
0.0
2.5
0.0
2.1
0.0
1.6
0.0
1.0
0.0
0.2
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Out
Qsen Qlat
-3.7
0.0
-4.5
0.0
-5.1
0.0
-5.7
0.0
-6.2
0.0
-6.5
0.0
-6.7
0.0
-6.7
0.0
-6.0
0.0
-4.7
0.0
-3.0
0.0
-1.2
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
-0.6
0.0
-1.3
0.0
-2.1
0.0
-2.9
0.0
Nov
Qsen Qlat
-7.3
0.0
-8.1
0.0
-8.7
0.0
-9.3
0.0
-9.8
0.0
-10.2
0.0
-10.4
0.0
-10.5
0.0
-10.3
0.0
-9.1
0.0
-7.4
0.0
-5.4
0.0
-3.6
0.0
-2.4
0.0
-1.9
0.0
-2.0
0.0
-2.2
0.0
-2.5
0.0
-3.0
0.0
-3.6
0.0
-4.3
0.0
-5.0
0.0
-5.8
0.0
-6.5
0.0
Dez
Qsen
Qlat
-12.4
0.0
-13.0
0.0
-13.6
0.0
-14.2
0.0
-14.6
0.0
-15.0
0.0
-15.2
0.0
-15.3
0.0
-15.2
0.0
-14.3
0.0
-12.8
0.0
-11.0
0.0
-9.3
0.0
-8.1
0.0
-7.7
0.0
-7.7
0.0
-7.9
0.0
-8.2
0.0
-8.6
0.0
-9.1
0.0
-9.7
0.0
-10.3
0.0
-11.0
0.0
-11.7
0.0
Tabela 5 (cont.)
Jul
Hora
Qsen Qlat
1
0.0
0.0
2
0.0
0.0
3
0.0
0.0
4
0.0
0.0
5
0.0
0.0
6
0.0
0.0
7
0.0
0.0
8
0.0
0.0
9
0.0
0.0
10
1.2
0.0
11
3.1
0.0
12
4.9
0.0
13
6.4
0.0
14
7.3
0.0
15
7.7
0.0
16
7.5
0.0
17
7.2
0.0
18
6.5
0.0
19
5.7
0.0
20
4.7
0.0
21
3.6
0.0
22
2.4
0.0
23
1.2
0.0
24
0.0
0.0
CONCLUSÕES
No âmbito deste trabalho foi desenvolvida uma folha de cálculo em Excel com base na formulação exposta com
o objectivo de avaliar, ainda que de forma simplificada, as necessidades energéticas associadas aos processos de
aquecimento e de humidificação, nos meses mais frios e mais secos, e aos processos de arrefecimento e de
desumidificação, nos meses mais quentes e mais húmidos. Tendo em conta os dados de partida do caso estudado
conclui-se que não há necessidade de proceder a qualquer processo de humidificação ou de desumidificação do
ar novo, é necessário em todas as horas dos meses mais frios proceder ao aquecimento do ar novo e em algumas
horas dos meses mais quentes não é necessário arrefecer o ar novo quanto este já se encontra com uma
temperatura inferior à temperatura interior dos espaços, promovendo assim nestas horas arrefecimento gratuito
dos espaços. Não foi feito qualquer estudo relativamente à viabilidade técnica do recurso a sistemas de
recuperação de calor, mas face aos resultados obtidos facilmente se conclui que para o presente caso não se
justifica utilizar sistemas de recuperação de calor latente.
REFERÊNCIAS
[1] ASHRAE Handbook, Fundamentals Volume, American Society of Heating, Refrigerating and AirConditioning Engineers, Inc. Atlanta, GA,1989