Os sistemas com tectos arrefecidos empregam uma UTAN para insuflar o ar novo necessário a cada espaço. Utilizam painéis, normalmente metálicos, justapostos a uma rede de água fria. O ambiente interior troca calor com os painéis por radiação e por convecção. Um esquema simplificado da instalação é apresentado na Figura 4.10, onde se mostram os painéis arrefecidos em cada sala e a UTAN. Esta terá possibilidade de operar em modo de aquecimento e de arrefecimento. Outras tipologias de ar novo dedicado são ainda possíveis. A desumidificação efectuada na UTAN é obtida por arrefecimento do ar ou por adsorção ou absorção numa roda excicadora. A roda excicadora promove uma desumidificação adiabática, obrigando a um arrefecimento sensível suplementar, normalmente operado numa bateria de água fria.
Figura 4.10. Sistema com TA
De modo análogo aos sistemas com VC, o registo R é calibrado para garantir o caudal de ar necessário a cada espaço. Tal como anteriormente descrito, este registo pode adaptar-se às condições de ocupação. A carga térmica sensível é retirada nos painéis dos
tectos arrefecidos (TA), removida em função do caudal de água que passe em TA, por sua vez dependente da medição indicada no controlador Te.
Dado que não poderá haver condensação nos tectos, a temperatura dos painéis deverá ser superior à temperatura de orvalho do ambiente interior, normalmente em cerca de 2 ºC. Em condições típicas de conforto de Verão, a temperatura de orvalho é próxima de 14 ºC, pelo que é comum utilizar-se uma temperatura mínima da água à entrada de cada painel de 16 ºC. A diferença de temperatura entre a entrada e a saída é normalmente de apenas 2 ºC [4.18], obtendo-se uma temperatura radiante nos painéis próxima de 17 ºC.
Com este regime de temperaturas (16 ºC-18 ºC), os painéis removem apenas calor sensível. Como a humidade produzida na sala tem de ser removida, a UTAN tem de realizar uma desumidificação suplementar do ar novo. Deste modo, a humidade relativa resultante em cada espaço depende do ar novo insuflado. Esta situação não acarreta problemas para o projecto de edifícios de serviços, uma vez que a humidade relativa não é geralmente um parâmetro a controlar.
Para obviar a eventuais diferenças de humidade relativa entre as salas, a variações no controlo da UTAN, ou a variações internas na carga latente de cada sala, deve definir-se uma humidade relativa interior um pouco mais baixa do que nos sistemas com VC. Pode, por exemplo, ser utilizada 40% de humidade relativa. O sistema não pode, portanto, ser sujeito a grandes variações de carga latente, o que implica, nomeadamente, a adopção de fachadas estanques e, consequentemente, sem janelas que abram. Trata-se, portanto, de um sistema incompatível com a adopção do conforto adaptativo, referido no capítulo anterior.
Finalmente, há que considerar que os painéis ocupam os espaços disponibilizados nos tectos, após a definição das posições de luminárias, sensores de segurança, acessos aos tectos, a condutas, às válvulas de regulação e a todo o conjunto de instalações especiais normalmente colocadas no interior dos tectos falsos. Há ainda razões geométricas que determinam o facto de não ser possível ocupar todo o espaço disponível do tecto com painéis de dimensão padrão. A ocupação de painéis no espaço total do tecto é normalmente inferior a 70%.
A potência removida pelos painéis depende das trocas de calor por radiação com as superfícies envolventes e, por convecção, com o ar ambiente. Muito embora existam trocas por radiação entre os painéis e as restantes superfícies, para efeitos de conforto térmico, estas permanecem à temperatura do ar na sala [4.18].
De acordo com o capítulo anterior, as condições de conforto térmico que garantem ao mesmo tempo condições de elevada produtividade prefiguravam um valor para PMV de -0,5. Este valor pode ser associado à temperatura seca do ar de 24 ºC, para a actividade típica de
o efeito dos tectos origina uma temperatura radiante média, trm, menor, que pode ser
determinada pela equação 3.6. Fixando PMV, pode então determinar-se a temperatura seca. O efeito de uma menor trm permite, para valores de humidade relativa entre 40 e 50%,
o incremento na temperatura seca do ar em cerca de 0,5 ºC. Alguns autores indicam a possibilidade deste incremento ser de 1 a 2 ºC [4.19].
Assuma-se a temperatura seca interior, ta, de 24,5 ºC, e a temperatura média dos
painéis, tpn, de 17 ºC. A potência que absorvem por convecção, Qc, expressa em W/(m2·C),
é dada por:Qc h (t= c⋅ a −t ) . O coeficiente de convecção, h, pode ser obtido pelo número pn de Nusselt, = c⋅
ar h L Nu
k , sendo L a dimensão tipo do painel e kar a condutividade do ar. Em condições comuns, os painéis funcionam com convecção natural, podendo ser utilizada a expressão empírica para o cálculo de Nu médio, às condições, f, intermédias entre a sala e o painel [4.20].
= ⋅ ⋅ 1/3
f f
Nu 0,15 (Gr Pr) (4.3)
Sendo Gr o número de Grashof e Pr o número de Prandtl. A expressão é válida para o produto Gr.Pr no intervalo 8x106 a 1011. Em alternativa, podem ser utilizadas expressões
simplificadas [4.18], nomeadamente = ⋅ − 1,31 a pn 0,08 e (t t ) Qc 2,42 D , onde De expresso em m é a relação do quádruplo da área pelo perímetro, ou ainda:
= ⋅ a − pn 1,31
Qc 2,13 (t t ) (4.4)
Para painéis planos de 2x2, obtém-se com as expressões apresentadas valores de potência removida por convecção natural entre 27 e 32 W/m2.
Há ainda a considerar o fluxo de calor emitido por radiação. Para uma emissividade típica de 0,9, a radiação trocada será de 39 W/m2, pelo que as trocas de calor de um painel
plano, Qp, situam-se entre 65-70 W/m2. Este valor é próximo do estimado por um coeficiente
conjunto de convecção e de radiação de 8,29 W/(m2·ºC) [4.18], mas ligeiramente inferior ao
que resultaria da aplicação da expressão utilizada para determinar a carga removida por painéis arrefecidos: Qp=8,92 t – t⋅
(
a pn)
1,1 [4.21]. Esta expressão considera ainda o efeito do fluxo de ar novo insuflado junto ao tecto.Caso este fluxo de ar seja elevado, os painéis ficam sujeitos a convecção forçada. O coeficiente de convecção em convecção forçada pode ser calculado conhecendo-se o número de Nusselt médio para uma dimensão L, característica do painel [4.20]:
=
⋅
1/2⋅
1/3L L
Nu
0,664 Re
Pr
(4.5)Sendo ReL o número de Reynolds calculado no extremo L da placa.
Para uma velocidade típica de descarga de cerca de 3 m/s, a potência dos painéis será de cerca de 75 W/m2. No caso de ser utilizada difusão do ar pelo tecto com velocidade de 3
a 5 m/s, os painéis poderão retirar cerca de 95 W/m2 [4.19].
Usando o outro extremo da zona de conforto, PMV=+0,5, a temperatura seca será de 27,8 ºC, obtendo-se então uma potência de cerca de 110-120 W/m2 em convecção forçada.
Face à ocupação real dos painéis, em que menos de 70% do tecto é ocupado com painéis, estes valores de potência sensível são apenas compatíveis com espaços com baixas densidades de ocupação e baixas cargas externas. Na generalidade dos espaços de escritórios no clima de Portugal estas cargas são insuficientes.
Algumas soluções de projecto utilizam, para além dos efeitos considerados, a redução da temperatura do ar novo, a seguir designada impropriamente por ar novo sobre-arrefecido.
Os sistemas de tectos arrefecidos são geralmente utilizados em sistemas a dois tubos, funcionando exclusivamente em modo de arrefecimento. No entanto, podem ser utilizados em sistemas a dois ou quatro tubos. Nestas condições, existem válvulas de derivação junto aos painéis que permitem utilizar a única serpentina do painel com água fria ou quente.
Note-se que, para além de eventuais dificuldades associadas à estanquidade das válvulas, o desconforto causado por tectos aquecidos é muito maior do que o de tectos arrefecidos. Tectos a uma temperatura média de 30 ºC, com o ambiente a 20 ºC, causarão 19,5% de insatisfeitos com a assimetria radiante, valor que não permite associar esta condição à de qualquer das classes de conforto da ISO 7730. Já em modo de arrefecimento, o ambiente seria associado à classe A, a classe de maior conforto da ISO 7730.