Otimização de um sistema de "Free-Cooling" de uma instalação de climatização: incluindo a definição de um algoritmo de controlo de funcionamento

A utilização de equipamentos de climatização é cada vez mais frequente, e surgem novas tecnologias para aumentar a eficiência do processo, e neste caso, a opção da instalação de um sistema de Unidade de Tratamento de Ar com Economizador é a fundamental temática deste trabalho de dissertação. O “Free-Cooling” baseia-se na utilização total ou parcial do ar exterior para proceder à climatização de um espaço, quando se verificam as condições ótimas para o processo, e quando o sistema apresenta um controlador que permita gerir a abertura dos registos face à temperatura exterior e interior medida. A análise das condições exteriores e interiores é fundamental para dimensionar um Economizador. É necessário determinar o tipo de clima do local para fazer a seleção do tipo de controlo do processo, e recolher também, o perfil de temperaturas exterior para justificar a utilização de “Free-Cooling” no local. A determinação das condições interiores como a quantificação da utilização da iluminação, ocupação e equipamentos, é necessária para determinar a potência das baterias de arrefecimento ou aquecimento, e no caso de ser utilizado “Free-Cooling”, determinar o caudal de ar exterior a insuflar. O balanço térmico das instalações explicita todas as cargas influentes no edifício, e permite quantificar a potência necessária para climatização. Depois, adicionando o Economizador no sistema e comparando os dois sistemas, verifica-se a redução dos custos de utilização da bateria de arrefecimento. O desenvolvimento de um algoritmo de controlo é fundamental para garantir a eficiência do Economizador, onde o controlo dos registos de admissão e retorno de ar é obrigatoriamente relacionado com a leitura dos sensores de temperatura exterior e interior. A quantidade de ar novo insuflado no espaço depende, por fim, da relação entre a carga sensível do local e a diferença de temperatura lida entre os dois sensores.

Valutazione del risparmio energetico conseguibile negli impianti di condizionamento estivo con l'adozione del free-cooling

Per la valutazione dei consumi energetici attribuiti alla climatizzazione estiva di un sistema edificio-impianto, operante in condizioni di regime termico dinamico, è stato realizzato un modello di simulazione, sviluppato in Excel, che si avvale del metodo delle funzioni di trasferimento per la determinazione dei carichi termici. Nel modello sono state implementate numerose varianti all'impianto di condizionamento di base, permettendo rapidi confronti sui risparmi enegetici conseguibili, in funzione delle diverse caratteristiche del sistema.

Influência do caudal de ventilação no desempenho económico de um sistema AVAC de um edifício administrativo

Este estudo pretende analisar a influência do caudal de ar novo insuflado num edifício administrativo no desempenho energético do seu sistema AVAC. O RSECE determina os caudais mínimos de AN para renovação do ar interior e qualidade do ar aceitável em espaços em que não haja fontes atípicas de poluentes e sem fumadores. Existe uma tendência para se projectar sistemas AVAC insuflando o caudal mínimo de AN, para assim se poupar no consumo de energia. No entanto, em determinadas situações, com esse procedimento está-se a fazer precisamente o contrário. Nessas situações não se está a aproveitar a oportunidade de aumentar a QAI e, simultaneamente, reduzir o consumo de energia. Neste estudo calculou-se o consumo energético do sistema AVAC do edifício, inicialmente insuflando o caudal mínimo de AN, e depois repetiu-se o cálculo várias vezes aumentando esse mesmo caudal progressivamente. Este cálculo foi feito para dois tipos de sistemas de ar, CAV e VAV, e para três localizações diferentes do mesmo edifício. Foi também estudada a possibilidade do sistema funcionar em regime de “free cooling”, e também foram feitos cálculos para diferentes temperaturas de insuflação em situação de arrefecimento. Concluiu-se que, para as localizações do edifício em que este apresenta necessidades de arrefecimento anuais superiores às de aquecimento, o caudal de AN responsável pelo menor consumo energético do seu sistema AVAC é superior ao mínimo imposto pelo RSECE. Observou-se também que, quando se insufla no edifício o caudal mínimo de AN e o sistema está preparado para funcionar em regime de “free cooling”, conseguem-se poupanças no consumo energético anual do sistema bastante relevantes, independentemente do balanço entre as necessidades de aquecimento e arrefecimento anuais que o edifício apresenta. Em relação aos dois sistemas de ar estudados concluiu-se que, em qualquer das situações estudadas, o sistema VAV apresenta consumos energéticos inferiores.

Impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios

Este trabalho surgiu do âmbito da Tese de Dissertação do Mestrado em Energias Sustentáveis do Instituto Superior de Engenharia do Porto, tendo o acompanhamento dos orientadores da empresa Laboratório Ecotermolab do Instituto de Soldadura e Qualidade e do Instituto Superior de Engenharia do Porto, de forma a garantir a linha traçada indo de acordo aos objectivos propostos. A presente tese abordou o estudo do impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios, tendo como base de apoio à análise a simulação dinâmica do edifício em condições reais num programa adequado, acreditado pela norma ASHRAE 140-2004. Este trabalho pretendeu evidenciar qual o impacto da influência do ar novo na climatização de um edifício com a conjugação de vários factores, tais como, ocupação, actividades e padrões de utilização (horários), iluminação e equipamentos, estudando ainda a possibilidade do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. O princípio partiu fundamentalmente por determinar até que ponto se pode climatizar recorrendo único e exclusivamente à introdução de ar novo em regime de “Free-Cooling”, através de um sistema tudo-ar de Volume de Ar Variável - VAV, sem o apoio de qualquer outro sistema de climatização auxiliar localizado no espaço, respeitando os caudais mínimos impostos pelo RSECE (Decreto-Lei 79/2006). Numa primeira fase foram identificados todos os dados relativos à determinação das cargas térmicas do edifício, tendo em conta todos os factores e contributos alusivos ao valor da carga térmica, tais como a transmissão de calor e seus constituintes, a iluminação, a ventilação, o uso de equipamentos e os níveis de ocupação. Consequentemente foram elaboradas diversas simulações dinâmicas com o recurso ao programa EnergyPlus integrado no DesignBuilder, conjugando variáveis desde as envolventes à própria arquitectura, perfis de utilização ocupacional, equipamentos e taxas de renovação de ar nos diferentes espaços do edifício em estudo. Obtiveram-se vários modelos de forma a promover um estudo comparativo e aprofundado que permitisse determinar o impacto do ar novo na climatização do edifício, perspectivando a capacidade funcional do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. Deste modo, a análise e comparação dos dados obtidos permitiram chegar às seguintes conclusões: Tendo em consideração que para necessidades de arrefecimento bastante elevadas, o “Free-Cooling” diurno revelou-se pouco eficaz ou quase nulo, para o tipo de clima verificado em Portugal, pois o diferencial de temperatura existente entre o exterior e o interior não é suficiente de modo a tornar possível a remoção das cargas de forma a baixar a temperatura interior para o intervalo de conforto. Em relação ao “Free-Cooling” em horário nocturno ou pós-laboral, este revelou-se bem mais eficiente. Obtiveram-se prestações muito interessantes sobretudo durante as estações de aquecimento e meia-estação, tendo em consideração o facto de existir necessidades de arrefecimento mesmo durante a estação de aquecimento. Referente à ventilação nocturna, isto é, em períodos de madrugada e fecho do edifício, concluiu-se que tal contribui para um abaixamento do calor acumulado durante o dia nos materiais construtivos do edifício e que é libertado ou restituído posteriormente para os espaços em períodos mais tardios. De entre as seguintes variáveis, aumento de caudal de ar novo insuflado e o diferencial de temperatura existente entre o ar exterior e interior, ficou demonstrado que este último teria maior peso contributivo na remoção do calor. Por fim, é ponto assente que de um modo geral, um sistema de climatização será sempre indispensável devido a cargas internas elevadas, requisitos interiores de temperatura e humidade, sendo no entanto aconselhado o “Free- Cooling” como um opção viável a incorporar na solução de climatização, de forma a promover o arrefecimento natural, a redução do consumo energético e a introdução activa de ar novo.

Kaukojäähdytyksen potentiaali ja kannattavuus Oulun keskustan alueella

Diplomityö on tehty Oulun Energian kaukolämpöosastolle. Työn tavoitteena oli selvittää kaukojäähdytyksen asiakaspotentiaali Oulun keskustan alueella sekä tehdä esiselvitys kaukojäähdytysinvestoinnin kannattavuudesta. Potentiaalin kartoituksessa otettiin huomioon sekä nykyiset rakennukset että lähitulevaisuuden lisärakentaminen. Jäähdytyskuormaksi Oulun keskustassa saatiin 28 MW, josta suurin osa on liiketiloja, toimistorakennuksia sekä hotelleja. Investoinnin kannattavuutta tutkittiin perinteisillä investointilaskennan menetelmillä. Kustannusarvio perustuu vapaajäähdytykseen ja absorptiojäähdytykseen ja tuotantolaitoksen sijoittamiseen kalliotiloihin. Tuottojen arviointia varten määriteltiin alustava kaukojäähdytystariffi sekä kolme erilaista kasvumallia. Tulosten perusteella investointi vaikuttaisi kannattamattomalta. Pääsyynä kannattamattomuuteen on kallis alkuinvestointi, jossa etenkin louhinnan osuus on merkittävä. Toisena syynä kannattamattomuuteen voidaan pitää potentiaalisten kaukojäähdytykseen liitettävien rakennusten melko pientä kokoa Oulun keskustassa.

Progettazione dell'impianto di climatizzazione a servizio del Museo Nazionale della Resistenza di Milano per mezzo di simulazioni energetiche dinamiche

Il lavoro proposto si pone l’obiettivo di progettare l’impianto di climatizzazione del Museo Nazionale della Resistenza, sito in Milano, sulla base dei criteri di riduzione delle emissioni climalteranti e valorizzando l’utilizzo delle fonti energetiche rinnovabili presenti nel territorio, nella fattispecie attraverso lo sfruttamento dell’acqua di falda e dell’energia solare. Il primo capitolo è dedicato alla descrizione del processo di dimensionamento effettuato ed ai criteri di progettazione adottati. Lo sfruttamento diretto dell’energia solare avviene attraverso un impianto fotovoltaico integrato alla struttura museale; nel secondo capitolo viene stimata la sua capacità di produzione elettrica annuale. Vengono quindi messi a confronto i risultati ottenuti, calcolati sia su base mensile in relazione alla norma UNI 10349, sia attraverso una simulazione energetica di tipo dinamico condotta su base oraria mediante l’utilizzo del software IES VE. Viene inoltre valutata la capacità della cella fotovoltaica nel convertire la radiazione incidente in energia elettrica ed analizzato il suo comportamento al variare delle condizioni operative. Nel terzo capitolo vengono studiati gli effetti dell’irraggiamento estivo sulle pareti opache del museo, valutando la capacità delle murature di ritardare l’onda di flusso termico. È inoltre effettuata una trattazione analitica per il calcolo dei parametri necessari a determinare il comportamento dinamico dell’involucro. Attraverso la simulazione dinamica è stato possibile stimare le richieste energetiche ed elettriche, estive e invernali, della struttura museale. La soluzione impiantistica proposta per la generazione di acqua calda e refrigerata, fa uso di gruppi polivalenti acqua-acqua con possibilità di condensare o evaporare con acqua di falda. Tale soluzione viene poi analizzata e confrontata con una più versatile, ma meno efficiente, una pompa di calore aria-acqua.

Experimental investigation of the thermodynamical properties of steam : on the cooling of saturated steam by free expansion.

Mode of access: Internet.

Análise do investimento em climatização para bovinos de leite em sistema de alojamento free-stall

The difficulty in adapting European dairy cows breeds in Brazil affect considerably the milk production sector. Brazilian climatic conditions are not totally favorable and the development of new tecnologies is needed for the animals express their genetic potential, as well as their best feed conversion. An economical analysis of the applied investment in the free-stall climatization equipment in dairy housing, for estimating studies related to profit, possibility of return investment as well as time for this return is necessary. The objective of this research was to evaluate the influence of climatization investment in the milk production process and analyze the economical aspect of this investment. There were used 470 high productive dairy cows with genetic and morphologic homogeneous characteristics, and analyzed in two similar periods. Investment calculations were done using Excell®. The results were satisfactory and the invested capital was proved to return to the producer in a short term, 57 days.

Influence of storage temperature on cooling intensity of topical emulsions containing encapsulated menthol

The cooling intensity of topical emulsions added with encapsulated or free menthol was evaluated by a screened and trained panel recruited based on the American Society for Testing and Materials method. A sensory panel composed of 10 trained judges performed the evaluation of samples stored at 22 +/- 2C for 24 h and, after 28 days of storage, at 37.0 +/- 0.5C. The obtained data were analyzed by analysis of variance and Tukey`s test. The results showed an increase of cooling intensity as a function of encapsulated menthol concentration. The opposite was observed in samples added with free menthol, which may have caused sensory fatigue. Storage at 37 +/- 0.5C for 28 days had no impact on the cooling intensity of emulsions containing encapsulated menthol, demonstrating high stability and suggesting its application in cooling skin care products. In contrast, emulsions added with free menthol showed a drastic decrease of cooling intensity at 37 +/- 0.5C..

Frequency stabilised grating feedback laser diode for atom cooling applications

The free running linewidth of an external cavity grating feedback diode laser is on the order of a few megahertz and is limited by the mechanical and acoustic vibrations of the external cavity. Such frequency fluctuations can be removed by electronic feedback. We present a hybrid stabilisation technique that uses both a Fabry-Perot confocal cavity and an atomic resonance to achieve excellent short and long term frequency stability. The system has been shown to reduce the laser linewidth of an external cavity diode laser by an order of magnitude to 140 kHz, while limiting frequency excursions to 60 kHz relative to an absolute reference over periods of several hours. The scheme also presents a simple way to frequency offset two lasers many gigahertz apart which should find a use in atom cooling experiments, where hyperfine ground-state frequency separations are often required.

Dual mode cooling house in the warm humid tropics

Passive techniques as an alternative to artificial cooling can bring important energy, environmental, financial, operational and qualitative benefits. However, regions such as the wet tropics can reach high levels of thermal stress in which passive means alone are unable to provide appropriate thermal comfort standards for some parts of the year. Despite a great accumulation of empirical information on the passive performance of houses for either free-running or conditioned modes, very little work has been done on the thermal performance of buildings that can operate with a mixed-running strategy in warm-humid climates. Buildings with such design features are able to balance the needs for comfort, privacy, and energy efficiency during different periods of the year. As free-running and conditioned modes are believed by many to be 'opposite' approaches, and have been presented as separate strategies, this paper demonstrates that not all parameters are directly opposite and a possible dual-mode integrated operation can be used for warm-humid locations for maximum comfort and minimum energy requirements. For this purpose, simulation runs using ESP-R (University of Strathclyde, ESRU, UK) were based on the climate data of Darwin (Australia) and on the ventilation styles of the house: free running and conditioned. Design features applicable to both, i.e. for a dual mode operation could be identified and the differences between conditioned and free running were demonstrated and proved not to be totally conflicting and therefore suitable for a dual mode operation. Different daily usage profiles (five use patterns were defined), and zoning of sleeping and living areas are presented. The dual mode use patterns compared to the base case house, for all the user possibilities, had improved performances of 17-52%, when compared to the free-running mode and 66-98% when compared to the conditioned mode. Simulation runs using other warm-humid climates (Miami, USA; Sao Luis, Brazil; Kuala Lumpur, Malaysia) were also conducted and compared to the results found for Darwin. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Evaporation from porous building materials and its cooling potential

Evaporative cooling is a traditional strategy to improve summer comfort, which has gained renewed relevance in the context of the transition to a greener economy. Here, the potential for evaporative cooling of two common porous building materials, natural stone and ceramic brick, was evaluated. The work has relevance also to the protection of built heritage becauseevaporation underlies the problems of dampness and salt crystallization, which are so harmful and frequent in this heritage. It was observed that the drying rate of the materials is, in some cases, higher than the evaporation rate of a free water surface. Surface area measurements by a three-dimensional optical technique suggested, as probable cause of this behavior, that surface irregularity gives rise to a large effective surface of evaporation in the material. Surface temperature measurements by infrared were performed afterward during evaporation experiments outside during a hot summer day in Lisbon. Their results indicate that ordinary building materials can be very efficient evaporative media and, thus, may help in achieving higher energy efficiency while maintaining a simultaneous constructive or architectural function.

Experimental investigation of transient natural convection cooling of high prandtl number fluid with variable viscosity

Report for the scientific sojourn at the James Cook University, Australia, between June to December 2007. Free convection in enclosed spaces is found widely in natural and industrial systems. It is a topic of primary interest because in many systems it provides the largest resistance to the heat transfer in comparison with other heat transfer modes. In such systems the convection is driven by a density gradient within the fluid, which, usually, is produced by a temperature difference between the fluid and surrounding walls. In the oil industry, the oil, which has High Prandtl, usually is stored and transported in large tanks at temperatures high enough to keep its viscosity and, thus the pumping requirements, to a reasonable level. A temperature difference between the fluid and the walls of the container may give rise to the unsteady buoyancy force and hence the unsteady natural convection. In the initial period of cooling the natural convection regime dominates over the conduction contribution. As the oil cools down it typically becomes more viscous and this increase of viscosity inhibits the convection. At this point the oil viscosity becomes very large and unloading of the tank becomes very difficult. For this reason it is of primary interest to be able to predict the cooling rate of the oil. The general objective of this work is to develop and validate a simulation tool able to predict the cooling rates of high Prandtl fluid considering the variable viscosity effects.

The Gibbs free energy of formation of a glass alloy

A simple expression for the Gibbs free energy of formation of a pure component or a eutectic alloy glass, relative to the stable crystalline phase (or phases) at the same temperature is deduced by use of thermodynamic arguments. The expression obtained is supposed to apply to both monocomponent and multicomponent liquid alloys that might become glasses from the supercooled liquid state, irrespective of the critical cooling rate needed to avoid crystallization.

Semen characteristics and refrigeration in free-ranging giant anteaters (Myrmecophaga tridactyla)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)