Author(s):
Cruz, Diogo Araújo
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/5699
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Arrefecimento adiabático; Arrefecedor evaporativo; Climatização; Modelação matemática; Transferência de calor e de massa; Refrigeração; Painel evaporativo; Eficiência energética; Zona climática; Adiabatic cooling; Evaporative cooler; Climate; Mathematical modeling; Heat and mass transfer; Cooling; Evaporative panel; Energy efficiency; Climate zone
Description
Em Portugal existem muitos espaços comerciais e industriais em que as necessidades térmicas de arrefecimento são muito superiores às necessidades de aquecimento devido aos ganhos internos que advêm da existência de equipamentos e da iluminação dos edifícios, assim como, da presença das pessoas. A instalação de sistemas convencionais de ar condicionado para espaços comerciais e industriais de grande dimensão está geralmente associada ao transporte de grandes caudais de ar, e consequentemente, a elevados consumos de energia primária, e também, elevados custos de investimento, de manutenção e de operação. O arrefecedor evaporativo é uma solução de climatização com elevada eficiência energética, cujo princípio de funcionamento promove a redução do consumo de energia primária nos edifícios. A metodologia utilizada baseou-se na criação de uma ferramenta informática de simulação do funcionamento de um protótipo de um arrefecedor evaporativo. Foi efetuada a modelação matemática das variáveis dinâmicas envolvidas, dos processos de transferência de calor e de massa, assim como dos balanços de energia que ocorrem no arrefecedor evaporativo. A ferramenta informática desenvolvida permite o dimensionamento do protótipo do arrefecedor evaporativo, sendo determinadas as caraterísticas técnicas (potência térmica, caudal, eficiência energética, consumo energético e consumo e água) de acordo com o tipo de edifício e com as condições climatéricas do ar exterior. Foram selecionados três dimensionamentos de arrefecedores evaporativos, representativos de condições reais de uma gama baixa, média e elevada de caudais de ar. Os resultados obtidos nas simulações mostram que a potência de arrefecimento (5,6 kW, 16,0 kW e 32,8 kW) e o consumo de água (8 l/h, 23,9 l/h e 48,96 l/h) aumentam com o caudal de ar do arrefecedor, 5.000 m3/h, 15.000 m3/h e 30.000 m3/h, respetivamente. A eficácia de permuta destes arrefecedores evaporativos, foi de 69%, 66% e 67%, respetivamente. Verificou-se que a alteração de zona climática de V1 para V2 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 20% no consumo de água, e que, a alteração de zona climática de V2 para V3 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 39% no consumo de água. O arrefecedor evaporativo apresenta valores de consumo de energia elétrica entre 40% a 80% inferiores aos dos sistemas de arrefecimento convencionais, sendo este efeito mais intenso quando a zona climática de verão se torna mais severa.
In Portugal there are many commercial and industrial spaces where thermal cooling requirements are much higher than the heating requirements due to internal gains arising from the existence of equipment and lighting of buildings, as well as, the presence of people. The installation of conventional air conditioning systems for commercial and industrial spaces of large dimension is generally associated with transporting large airflows, and consequently, the high consumption of primary energy, and also, high investment costs, maintenance and operation. The evaporative cooler is a climate solution with high energy efficiency, whose working principle promotes the reduction of primary energy consumption in buildings. The methodology used was based on the creation of a software tool for simulating operation of a prototype of an evaporative cooler. It was made a Mathematical modeling of dynamic variables involved, the processes of heat transfer and mass, as well as, the energy balance that occur in the evaporative cooler. The software tool developed allows the design of the prototype evaporative cooler, with certain technical characteristics (thermal capacity, flow rate, efficiency, and power consumption and water consumption) according to the type of building and the climatic conditions of the outside air. Three dimensions of evaporative coolers were selected, representing of real conditions of low, medium and high range of air flow rates. The results of the simulations show that the cooling power (5.6 kW, 16.0 kW, and 32.8 kW) and the consumption of water (8 l/h, 23.9 l/h, 48.96 l/h) increase with the air flow of the cooler, 5.000 m3/h, 15.000 m3/h, 30.000 m3/h, respectively. The effectiveness of exchange in these evaporative coolers was 69%, 66% and 67%, respectively. It was verified that the change in climate zone from V1 to V2 resulted in an increase of 39% in cooling capacity and 20% of water consumption, and that the change in climate zone from V2 to V3 resulted in an increase of 39% the cooling power and 39% in water consumption. The evaporative cooler presents values of electric energy consumption between 40% to 80% less than conventional cooling systems, this being more intense effect when the summer climate zone becomes more severe.
