O elevado consumo energético de edificações para o seu condicionamento térmico já é um dos maiores impactos ambientais da construção civil nos países desenvolvidos e, progressivamente, vem se tornando uma preocupação também nos países em desenvolvimento. Uma alternativa renovável relativamente recente, tanto para aquecimento como para resfriamento, são as bombas de calor geotérmicas (ground source heat pumps, GSHPs), que se valem da inércia térmica do solo para reduzir significativamente a demanda energética em relação ao ar. Apesar do seu grande potencial em reduzir o consumo de energia e as emissões de carbono, esta tecnologia ainda é quase inexistente na América Latina, não somente devido à falta de conhecimento ao seu respeito, mas também pela incerteza quanto à sua viabilidade frente a um custo inicial mais elevado. Embora existam muitas pesquisas sobre o funcionamento de GSHPs, grande parte do conhecimento prático quanto ao projeto, desempenho e viabilidade é baseada na experiência dos primeiros países onde a tecnologia começou a se tornar popular, e não pode ser assumida automaticamente como válida em outras situações sem uma avaliação prévia Estudos anteriores apontaram que o retorno econômico de GSHPs tende a ser maior em climas mais frios, enquanto a eficiência tende a ser maior em climas mais amenos, mas com sazonalidade. Por apresentar um bom balanço destas características, o Estado do Rio Grande do Sul apresenta potencial para um desempenho elevado de GSHPs. O objetivo deste trabalho é estimar os níveis de eficiência que esta tecnologia pode atingir em uma cidade de referência no Estado, assim como seu retorno econômico frente a ASHPs (air source heat pumps, ou seja, aparelhos de ar condicionado, ou A/C), seus limitantes e as dificuldades de projeto. Uma edificação unifamiliar residencial em Porto Alegre, projetada especialmente para estudos de sustentabilidade, foi utilizada como caso de estudo para o projeto conceitual completo de um GSHP vertical, um GSHP horizontal e um ASHP. Foram estimadas a demanda de energia e os custos de operação e de implantação para determinadas condições, que foram comparadas em um estudo de viabilidade econômica. Após, os resultados foram extrapolados por uma análise de sensitividade para condições mais genéricas de consumo. Através dos cálculos, observou-se que a tecnologia de GSHPs atingiu o dobro da eficiência dos A/C mais eficientes disponíveis para o caso de estudo. Economicamente, a tecnologia também se mostrou viável, e foram estimados limitantes econômicos a esta viabilidade. Por fim, o processo de projeto desenvolvido pode servir de auxílio a novos projetistas na área. / The high energy consumption in buildings for their thermal conditioning is already one of the greatest environmental impacts of civil construction in developed countries and, progressively, is also becoming a concern in the developing countries. A relatively recent renewable alternative, as much for heating as for cooling, are the ground source heat pumps, GSHPs, which take advantage of the thermal inertia of the ground to significantly decrease the energy demand comparing to air as a source. In spite of their huge potential for decreasing energy comsumption and carbon emissions, this technology is still almost inexistent in Latin America, due not only to lack of awareness, but mainly to uncertainties about their feasibility because of their higher investment cost. Although there are many researches about the characteristics and operation of GSHPs, great part of the practical knowledge as to the design, performance and feasibility is based in the experience from the first countries where the technology spreaded, and cannot be automatically assumed as valid without a previous evaluation. Former studies indicated that the economic profit of GSHPs tends to be higher in colder climates, while the efficiency tends to be higher in milder, but still seasonal climates. For presenting a good balance among these factors, the Rio Grande do Sul State shows potential for a high performance of GSHPs The objective of this work is to estimate the efficiency levels that can be reached by this technology in a reference city in the State, as its financial feedback compared to ASHPs (air source heat pumps, the traditional air conditioners, or A/C), its limitations and the design difficulties. A residential single-family building in Porto Alegre, specifically designed for sustainability studies, was used as case study for the complete conceptual design of a vertical GSHP, a horizontal GSHP and an ASHP. The energy demand and operation and installation costs for specific conditions were estimated and compared in a economic feasibility study. After, the results were extrapolated through a sensitivity analysis for more generic situations of consumption. Through the calculations, it was observed that the technology achieved twice the efficiency of the most efficient A/C available for the case study. Economically, the technology showed itself viable, and economic limitations were also estimated. At last, the developed design process can also serve as aid to new designers in the field.

A aplicação de sistemas de climatização com distribuição de ar pelo piso tem aumentado em países desenvolvidos, o que também tem ocorrido no Brasil. Em paralelo, tem crescido o interesse pela qualidade do ar interior e os seus efeitos no bem estar, saúde e produtividade dos ocupantes de uma edificação. Diversos estudos têm apontado para as vantagens deste sistema em relação à remoção de contaminantes do ambiente interior. Este sistema tem figurado nos programas de certificação ambiental de edificações como uma alternativa vantajosa para a melhoria da qualidade do ar interior e o conforto térmico com preservação da eficiência energética, recebendo pontuação adicional. Com o crescente interesse por este tipo de sistema, estudos que aprimorem o seu projeto visando à melhor eficiência global mostram-se essenciais. Este estudo tem como principal objetivo verificar experimentalmente a contribuição de um sistema de climatização com distribuição de ar pelo piso para a qualidade do ar interior de um ambiente, sendo este uma sala de aula para 48 alunos situada no Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, em condições reais de uso. Para isso, foram medidas as concentrações de partículas em suspensão na zona de respiração para pessoas sentadas (a 1,10 m do piso), e no retorno do ar (a 2,60 m do piso) simultaneamente, sob seis diferentes valores de temperatura do ar na zona ocupada (a 0,60 m do piso), previamente escolhidos. Estas concentrações permitiram o cálculo e a análise do índice de efetividade na remoção de contaminantes IERC no ambiente, para partículas e CO2 (segunda etapa das medições). Simultaneamente, foram realizadas medições de variáveis de conforto térmico no ambiente, temperatura do ar e velocidade do ar, em seis diferentes alturas e quatorze pontos do ambiente. As baixas concentrações de partículas em suspensão (inferiores a 0,035 mg/m³) mostraram que este sistema não dispersa contaminantes no ar interior. Os IERC próximos ou superiores à unidade em todas as condições de operação do sistema, tanto para partículas em suspensão como para CO2, comprovaram a sua eficiência na remoção de contaminantes do ambiente interior. / The use of underfloor air distribution (UFAD) systems is growing in developed countries, and this is also observed in Brazil. Besides, the interest in indoor air quality and its effects on the well being, health and productivity of the occupants in a building is an important issue nowadays. Many studies have related the advantages of UFAD systems in removing indoor air contaminants from the ambient as compared to overhead systems. In the building certification systems, they figure as good alternatives to promote better indoor air quality and thermal comfort, preserving energy efficiency, which corresponds to additional points. With the expanding interest in this technology, studies that enhance its project, keeping as a goal its global efficiency, are very welcome. The aim is to experimentally verify the contribution of an UFAD system to the indoor air quality of a classroom used by 48 students at the Civil Construction Department of the Engineering School of the University of São Paulo Brazil. The study has been conducted in a non-steady state condition. In order to perform this evaluation, the levels of indoor air-borne particles were measured at the breathing zone for seated people (1.10m from the ground), and at the exhaust (2.60m from the ground) simultaneously, under six different pre-defined values of air temperature at the occupied zone (0.60m from the ground). These concentration levels have allowed calculating the contaminant removal effectiveness index, CRE, in many points of the ambient. A similar analysis was developed for the concentrations of CO2 in the second part of the experiment. At the same time, the air temperature and air velocity were measured in six different levels and at fourteen points of the ambient. The low concentration levels of total suspension particle (under 0.035 mg/m³) have shown that this system doesn\'t disperse air contaminants indoors. The CRE indexes near or above 1.0, for both total suspension particle and CO2, have confirmed the ventilation effectiveness of this underfloor air distribution system under all the operational conditions.

O impacto do Homem sobre a Terra, desde a extração intensiva dos recursos da natureza, extinção das espécies, emissões para o ar e água, consumo de energia e água até as mudanças climáticas do planeta, exigem medidas de contenção e preservação do meio ambiente. O futuro da humanidade é questionado e algo deve ser feito. Nesse contexto surge o conceito de desenvolvimento sustentável. Responsável pelo consumo de 40 a 50% da matéria-prima mundial, 12% da água e 40% das emissões de gases de efeito estufa, a indústria da construção possui importante papel na mitigação dos efeitos nocivos para o meio ambiente e capacidade de atingir altos índices de sustentabilidade. Dentro do ciclo de vida de uma edificação, a fase de Operação/Uso provoca grandes consequências ao meio ambiente e oferece grandes oportunidades de redução dos efeitos adversos. Nessa fase as atividades de manutenção predial acabam por ter seu valor reconhecido. As diversas estratégias de manutenção, em especial a manutenção preventiva baseada em condição, colaboram efetivamente para a durabilidade, desempenho e função da edificação e seus sistemas prediais. Procedimentos de manutenção estão associados à baixa qualidade do ar. A manutenção de sistemas de ar condicionado tem especial destaque devido às consequências para a saúde, bem-estar e produtividade dos ocupantes do edifício. / Due to extensive extraction of natures resources, extinction of species, emission of gases into the atmosphere, water and power consumption, to climatic changes of the planet, mankinds impact on earth requires containment and preservation of the environment. The future of humanity is being questioned and something must be done. Responsible for the consumption of 40 to 50% of raw materials worldwide, 12% of water and 40% of emissions of gases into the atmosphere causing the greenhouse effect, the construction industry has an important role in alleviating the adverse impacts on the environment and the ability to achieve high sustainable levels. Within the lifecycle of a building, the phase of operation/use causes significant environmental consequences but also offers opportunities to alleviate adverse effects. In this phase, the value of building maintenance activities has been recognized. The various strategies for maintenance, principally preventive condition- based maintenance should collaborate effectively towards the durability, performance, function and systems of a building. Air-conditioning maintenance procedures are associated with poor air quality. The maintenance of air-conditioning systems has a special significance due to the effects on health, well-being and productivity of the occupants of the building.

Atualmente, o processamento de dados é uma operação vital para os negócios de qualquer companhia, indústria ou prestador de serviços. Entretanto, os servidores em operação, dissipam energia térmica, aquecendo o ambiente, podendo ocasionar problemas operacionais, como funcionamento inadequado, paradas operacionais e até incêndios. Por isso, é necessário um sistema de condicionamento de ar para controlar de temperatura e umidade ambiental, entretanto o consumo de energia elétrica deste sistema aumenta o custo operacional da instalação, sendo necessário minimizá-lo. Baseado neste fato, esta tese avalia a aplicação de 2 tipos de sistemas de resfriamento solar, absorção térmica solar e fotovoltaico, para reduzir o consumo do tradicional sistema elétrico com unidades de resfriamento elétricas operadas por compressão de vapor, apresentando economias, disponibilidade diária e vantagens em uma sala de missão crítica localiza genericamente, em São Paulo, Abu Dhabi, Los Angeles e Nova York. Além disto, analisa a contribuição de sistemas de resfriamento natural e seus efeitos sobre carga e consumo. As densidades de carga propostas foram de 0,5 kW?m-², 1,0 kW?m-², 2,0 kW?m-², 4,0 kW?m-² e 8,0 kW/m. Os índices locais de irradiação e temperaturas anuais baseiam-se nos dados apresentados no banco de dados da ASHRAE para as localidades. Os resultados, válidos para um ano típico e são comparados com (1) Sala de missão crítica acionada por um sistema convencional, (2) combinação de métodos de resfriamento solar, (3) combinação de técnicas solares e resfriamento natural. Por meio de estimativas anuais, calculando as contribuições dos métodos de resfriamento solar e natural, concluiu- maioria dos casos o método de absorção solar apresenta maiores vantagens de economia de energia e retorno de investimento que o método fotovoltaico, especialmente quando associado ao resfriamento natural indireto. Ao final, conclui-se que a utilização de resfriamento solar, pode atingir a 50% de economia na conta de energia e um TIR de 25%. Quando associado a sistemas de resfriamento natural, a economia pode atingir valores de 68% de economia e um TIR de 134%. Para tal deverá ser observado a carga aplicada, o valor de investimento e a curva característica da unidade de resfriamento que irá complementar a carga. / Nowadays, data processing is a fundamental operation for modern business such as banks, technology companies, and factories, among others. However, computers dissipate non-negligible amounts of heat and as the operating temperature increases, these machines cannot operate properly or, under extreme conditions, can come to a stop by overheating. Consequently, it is necessary air conditioning systems to keep the proper operating temperature as well as the room temperature itself. On the other hand, a data center air conditioning system drains a large amount of electrical energy in the installation. Based on this, this thesis evaluates two types of solar cooling system, an absorption thermal system, and a photovoltaic system, to support the traditional electric chiller system showing the energy saving, advantage over conventional cooling and day availability for this system. In addition, it analyzed free cooling system contribution and his effects on consumption. A case study is analyzed in a generic data center located in the city of São Paulo, Abu Dhabi, Los Angeles, and New York. At first, the electrical power density simulated by the computers is 0.5 kW/m², 1.0 kW/m² 2.0 kW/m², 4.0 kW/m² and 8 kW/m², that would occur in half loads or in high loads computer installations. Local solar irradiation and temperature indexes are based on the ASHRAE database. The results are valid for a typical year and are compared to (1) a conventional data center; (2) the event combination of solar cooling; (3) the event combination of solar cooling and free cooling. In conclusion, the energy savings, payback and internal rate of return for 10 years are presented. In the main cases, the solar absorption takes advantage than photovoltaic cooling, However, It must be observed the load replicated and the influence on the work curve of the chiller and the beginning investment. In conclusion, the solar cooling, especially solar absorption can achieve great advantage to installation, resulting in 50% on savings in the electric bill a return internal rate for 10 years of 25%. When it is associated with free cooling this savings can achieve 68% and return rate of 134%.

Desde a introdução do conceito de escritório aberto, o tipo de ocupação e a distribuição das cargas internas têm sofrido grandes mudanças, requerendo maior flexibilidade nos edifícios. Além disto, avaliações de desempenho de edifícios de escritórios da atualidade têm apresentado resultados que são fortes indicadores da necessidade de mudanças de conceitos de projeto, operação e uso de sistemas de condicionamento de ar, devido ao elevado nível de insatisfação dos usuários quanto ao conforto e à qualidade do ar. Para tentar solucionar estes problemas, outro conceito em distribuição de ar, já em uso nos países desenvolvidos, está começando a ser adotado também no Brasil; trata-se de insuflamento pelo piso, com difusores instalados em placas de piso elevado e nas estações de trabalho, que permitem flexibilidade e controle individual de vazão de ar. Neste trabalho foi feita a avaliação de sistema de condicionamento de ar com insuflamento pelo piso em um laboratório com condições controladas. O laboratório em que foram realizados os ensaios foi projetado e instalado com características similares àquelas de ambientes reais de edifícios de escritórios. Este fato, aliado à participação de usuários no processo de avaliação das condições de conforto térmico, tornaram possível a definição de parâmetros para a elaboração de projetos bem como para o estabelecimento de um modo eficaz de operação do sistema. O processo de avaliação das condições de conforto térmico no ambiente envolveu três etapas. Inicialmente, foram feitas medições das variáveis de conforto térmico no ambiente e de variáveis do sistema utilizando simuladores. Posteriormente, foi realizada a avaliação subjetiva do conforto térmico, com a substituição dos simuladores por pessoas no ambiente (usuários), nas mesmas condições da etapa anterior. Finalmente, foram feitas as medições das variáveis de conforto nas zonas de ocupação – micro climas – na condição de condicionamento individualizado, promovido por ajustes de vazão de ar e direcionamento do fluxo pelos usuários. Os resultados da avaliação permitem concluir que o sistema de condicionamento de ar com insuflamento pelo piso atende às expectativas para promover conforto térmico aos usuários de edifícios de escritórios com potencial de conservação de energia. / Since the introduction of the landscape office concept, the layout type and the internal loads distribution have changed significantly, requesting larger flexibility in the buildings. Besides, building performance evaluation applied to contemporary office buildings has shown that for most such buildings thermal comfort and air quality users level satisfaction is low. These facts are indicating that project concepts, operation and use of air conditioning systems need to be changed. In order to solve these problems, underfloor air supply is becoming a common practice also in Brazil. This system with floor and workstation diffusers allows flexibility and an individualized airflow control. In this work the evaluation of the underfloor air conditioning system was carried out in a laboratory facility with controlled conditions. The laboratory was designed and built up with similar characteristics to those of actual office buildings environments. This fact and the participation of users in the process of thermal comfort evaluation, made possible the definition of design parameters as well as the establishment of the system operation conditions in an effective way. The evaluation of the environment thermal comfort conditions was accomplished in three stages. Initially, measurements of thermal comfort and system variables were made using simulators. Later, in the same conditions of the previous stage, users (a sample of people) have evaluated, in a subjective way, the environment thermal comfort. Finally, measurements of the comfort variables were accomplished in the occupation areas - microclimates - in the condition of individualized conditioning, promoted by air flow adjustments and flow direction by the users. The results of the evaluation allow to conclude that the underfloor air conditioning system satisfies to the expectations to promote thermal comfort to the office building users with potential of energy conservation.

Este trabalho tem por finalidade avaliar o desempenho energético do sistema de condicionamento de ar com distribuição pelo piso (Underfloor Air Distribution System UFAD) em ambientes de escritório, considerando diferentes possibilidades de arquitetura do sistema e seus modos de operação com ciclos economizadores. Por meio de simulação computacional, as avaliações foram realizadas para o clima da cidade de São Paulo ao longo de um ano metereológico típico, mantendo as condições de conforto térmico no ambiente. O programa de simulação selecionado como ferramenta foi o EnergyPlus 2.1.0.023, visto que modelos numéricos nele implementados representam adequadamente o sistema UFAD e os ciclos economizadores. Como referência para o desenvolvimento dos modelos de simulação foi utilizada uma câmara de testes representativa de um ambiente de escritórios. Esta câmara foi desenvolvida por Leite (2003) para avaliação do conforto térmico propiciado pelo sistema UFAD. As curvas de distribuição de temperatura resultantes das simulações foram similares às curvas resultantes das medições executadas por esta autora. As simulações foram realizadas para duas arquiteturas diferentes do circuito de ar (com e sem desvio do ar de retorno) combinados com três diferentes modos de operação relacionados à vazão do ar exterior. A análise dos dados climáticos da cidade de São Paulo demonstra que a tomada de ar exterior pode ser majorada com a utilização de ciclos economizadores, reduzindo o consumo de energia do sistema. Os resultados desta pesquisa indicam uma estreita relação entre arquitetura do sistema, controle dos ciclos economizadores, e dados climáticos, revelando que a combinação entre esses parâmetros pode reduzir em 34,5% o consumo de energia elétrica do sistema UFAD na cidade de São Paulo. / The purpose of this research is to evaluate the energy performance of the Underfloor Air Distribution (UFAD) system at office buildings, considering different air loops design and economizer cycles while keeping thermal comfort for the weather data of São Paulo city, Brazil. Simulations were held using the EnergyPlus software version 2.1.0.023, since its numerical models can well represent UFAD systems and economizer cycles. One chamber representing an office room was used as reference for the simulation models. This chamber was developed by Leite (2003) to evaluate the thermal comfort conditions provided by the UFAD system. The curves of temperature distribution obtained from simulation were similar to those experimentally obtained by Leite (2003). Simulations were performed for two different air loops (with and without return air bypass) combined with three different outside air controls. The São Paulo weather data analysis demonstrates that the outside air flow can be increased with the use of economizer cycles, reducing electric energy consumption of the UFAD system. The results of this research indicate that there is a tight relationship between the system air loop design, economizer cycle control and weather data, which reveals that the combination between these parameters can reduce about 34,5% the electric energy consumption of UFAD system at São Paulo city.

Atualmente, o processamento de dados é uma operação vital para os negócios de qualquer companhia, indústria ou prestador de serviços. Entretanto, os servidores em operação, dissipam energia térmica, aquecendo o ambiente, podendo ocasionar problemas operacionais, como funcionamento inadequado, paradas operacionais e até incêndios. Por isso, é necessário um sistema de condicionamento de ar para controlar de temperatura e umidade ambiental, entretanto o consumo de energia elétrica deste sistema aumenta o custo operacional da instalação, sendo necessário minimizá-lo. Baseado neste fato, esta tese avalia a aplicação de 2 tipos de sistemas de resfriamento solar, absorção térmica solar e fotovoltaico, para reduzir o consumo do tradicional sistema elétrico com unidades de resfriamento elétricas operadas por compressão de vapor, apresentando economias, disponibilidade diária e vantagens em uma sala de missão crítica localiza genericamente, em São Paulo, Abu Dhabi, Los Angeles e Nova York. Além disto, analisa a contribuição de sistemas de resfriamento natural e seus efeitos sobre carga e consumo. As densidades de carga propostas foram de 0,5 kW?m-², 1,0 kW?m-², 2,0 kW?m-², 4,0 kW?m-² e 8,0 kW/m. Os índices locais de irradiação e temperaturas anuais baseiam-se nos dados apresentados no banco de dados da ASHRAE para as localidades. Os resultados, válidos para um ano típico e são comparados com (1) Sala de missão crítica acionada por um sistema convencional, (2) combinação de métodos de resfriamento solar, (3) combinação de técnicas solares e resfriamento natural. Por meio de estimativas anuais, calculando as contribuições dos métodos de resfriamento solar e natural, concluiu- maioria dos casos o método de absorção solar apresenta maiores vantagens de economia de energia e retorno de investimento que o método fotovoltaico, especialmente quando associado ao resfriamento natural indireto. Ao final, conclui-se que a utilização de resfriamento solar, pode atingir a 50% de economia na conta de energia e um TIR de 25%. Quando associado a sistemas de resfriamento natural, a economia pode atingir valores de 68% de economia e um TIR de 134%. Para tal deverá ser observado a carga aplicada, o valor de investimento e a curva característica da unidade de resfriamento que irá complementar a carga. / Nowadays, data processing is a fundamental operation for modern business such as banks, technology companies, and factories, among others. However, computers dissipate non-negligible amounts of heat and as the operating temperature increases, these machines cannot operate properly or, under extreme conditions, can come to a stop by overheating. Consequently, it is necessary air conditioning systems to keep the proper operating temperature as well as the room temperature itself. On the other hand, a data center air conditioning system drains a large amount of electrical energy in the installation. Based on this, this thesis evaluates two types of solar cooling system, an absorption thermal system, and a photovoltaic system, to support the traditional electric chiller system showing the energy saving, advantage over conventional cooling and day availability for this system. In addition, it analyzed free cooling system contribution and his effects on consumption. A case study is analyzed in a generic data center located in the city of São Paulo, Abu Dhabi, Los Angeles, and New York. At first, the electrical power density simulated by the computers is 0.5 kW/m², 1.0 kW/m² 2.0 kW/m², 4.0 kW/m² and 8 kW/m², that would occur in half loads or in high loads computer installations. Local solar irradiation and temperature indexes are based on the ASHRAE database. The results are valid for a typical year and are compared to (1) a conventional data center; (2) the event combination of solar cooling; (3) the event combination of solar cooling and free cooling. In conclusion, the energy savings, payback and internal rate of return for 10 years are presented. In the main cases, the solar absorption takes advantage than photovoltaic cooling, However, It must be observed the load replicated and the influence on the work curve of the chiller and the beginning investment. In conclusion, the solar cooling, especially solar absorption can achieve great advantage to installation, resulting in 50% on savings in the electric bill a return internal rate for 10 years of 25%. When it is associated with free cooling this savings can achieve 68% and return rate of 134%.

Submitted by William Justo Figueiro (williamjf) on 2015-06-26T22:57:56Z No. of bitstreams: 1 43.pdf: 3316113 bytes, checksum: 59a696189af2b9803f0adedd6828d93e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-26T22:57:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 43.pdf: 3316113 bytes, checksum: 59a696189af2b9803f0adedd6828d93e (MD5) Previous issue date: 2012 / Banco Santander / Banespa / O trabalho apresenta um estudo do sistema de climatização do aeroporto da cidade de Porto Alegre, visando determinar e mensurar as oportunidades de redução dos seus custos operacionais utilizando o tanque de termoacumulação já existente, recurso que por razões diversas encontra-se atualmente inoperante. Para possibilitar uma avaliação global do comportamento do sistema em estudo, tanto a edificação do terminal de passageiros quanto os equipamentos integrantes da sua planta de climatização foram modelados e simulados através do programa EnergyPlus, com uso de arquivo climático específico para a cidade de Porto Alegre. As simulações ratificaram as previsões de que o sistema de climatização do aeroporto de Porto Alegre trabalha atualmente com custos de operação superiores àqueles que poderiam ser obtidos caso o sistema de termoacumulação estivesse em operação. A economia integrada ao longo de um ano pela redução de custos com as faturas de energia do aeroporto atingiu R$ 312.206,00. Ficou evidente que a redução da demanda e consumo de energia em horário de ponta são as parcelas com maior representatividade na diminuição dos custos operacionais do sistema de climatização do aeroporto, respondendo, respectivamente, por 77% e 18% sobre todas as economias obtidas nas faturas de energia após o uso da termoacumulação. Constatouse que além da redução nos valores pagos pela utilização de energia elétrica em horário de ponta, a participação da termoacumulação possibilita também redução no consumo energético dos equipamentos da planta de climatização, motivada por estratégias de operação mais eficientes. Desta forma, considerando apenas os meses de verão, as simulações apontaram uma redução média de 11% no consumo referente aos equipamentos da planta de climatização. Se para o mesmo período forem também contabilizadas as economias devido redução de demanda e consumo em horário de ponta dos equipamentos de climatização, a redução total sobre a fatura de energia do aeroporto a partir do uso da termoacumulação situase em 30%. Outra importante questão relacionada ao uso da termoacumulação diz respeito à ampliação da capacidade frigorífica que a mesma proporciona ao sistema de climatização, efeito de elevada relevância para fazer frente ao aumento na movimentação de passageiros da aviação civil dos últimos anos. Nesse sentido, as simulações apontaram um incremento de cerca de 25% na capacidade de refrigeração da planta atual, após participação do tanque de termoacumulação. Tal efeito representa notória contribuição ao aumento da longevidade das instalações existentes, limitando ou eliminando a necessidade de maiores intervenções para aumento de capacidade de refrigeração da planta até o momento em que o terminal de passageiros venha a sofrer ampliações mais significativas. / The study presents the heating, ventilation and air conditioning system (HVAC) used in Porto Alegre city airport, aiming cost reductions opportunities due to its cool storage tank operation, a feature that for various reasons is currently out use. To enable a comprehensive assessment of the system’s behavior, both the passenger terminal building and HVAC equipment were modeled and simulated using the EnergyPlus software, along with the weather file that contains Porto Alegre’s meteorological data. The simulations have reaffirmed the predictions that Porto Alegre’s airport HVAC system is currently working with operating costs above those that could be obtained if the cool storage system were in operation. The integrated economy over a year by reducing costs to the electricity bills from the airport reached R$ 312.206,00. It became notorious that the reduction of demand and energy consumption during the peak hours are the most representative from all economies, accounting respectively for 77% and 18% of the total energy bills savings after cool storage tank operation. It was found that, besides the reduction in the amounts paid for electricity at peak hours, the participation of cool storage also enables reduction in energy consumption for HVAC plant equipments, driven by more efficient operating strategies. Thus, considering only the summer months, the simulations showed an average reduction of 11% in HVAC plant equipment consumption. As for the same period, if it is also accounted for the savings due to electric demand and consumption reduction during peak hours, the total energy bill reduction for the airport after applying the cool storage tank stands at 30%. Another important issue related to the use of cool storage is the HVAC cooling capacity increase, very relevant if considering the terminal passenger handling increase along last years. In that sense, the simulations showed a 25% increase in cooling capacity for the current system after the cool storage has joined the HVAC plant. This effect is a noticeable contribution to the existing installations longevity, as it limits or eliminates the need for further increase in the airport cooling capacity, not until the time when the passenger terminal may suffer significant enlargements.

Submitted by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2012-05-29T12:40:21Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ZigmantasSimulacaoSistemasSimples.pdf: 2976848 bytes, checksum: c79813a200468f113de57854cc48e701 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho(irvana@ufpa.br) on 2012-05-29T12:52:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ZigmantasSimulacaoSistemasSimples.pdf: 2976848 bytes, checksum: c79813a200468f113de57854cc48e701 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-05-29T12:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ZigmantasSimulacaoSistemasSimples.pdf: 2976848 bytes, checksum: c79813a200468f113de57854cc48e701 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Na atualidade, o estudo do desempenho térmico de um sistema de refrigeração por compressão de vapor representa uma ferramenta importante no auxílio do desenvolvimento de novos produtos ou melhoria dos já existentes. Um modelo de simulação em regime permanente foi elaborado para avaliar o desempenho do sistema frigorífico. O sistema estudado inclui uma Central de Ar Condicionado, modelo PA HILTON, constituída de um compressor alternativo do tipo semi-hermético, evaporador e condensador compacto de tubos e aletas e uma válvula de expansão termostática. O modelo do condensador considera três regiões distintas de troca de calor as quais são respectivamente a região de dessuperaquecimento, condensação e subresfriamento. Para a modelagem do evaporador, foram consideradas as regiões de evaporação e superaquecimento. No modelo de simulação foram utilizadas correlações adequadas para a estimativa dos coeficientes de transferência de calor e perda de pressão para cada região do evaporador e condensador. Não foram consideradas a transferência de calor e queda de pressão nas linhas de conexão entre os componentes. A solução do sistema de equações não lineares resultantes da modelagem matemática dos componentes do sistema simulado foi obtida utilizando-se o método das substituições sucessivas com o emprego do software Engineenng Equation Solver . Os resultados obtidos pelo modelo de simulação apresentaram erros inferiores a 9% em relação aos valores experimentais. / Nowadays, the thermal performance of refrigeration systems of vapor compression is a very important toll to aid on the development of News Products or Upgrading them. A steady state simulation model is presented to estimate the refrigeration systems performance.The studied system considers a air conditioning equipment Model PA HILTON, that includes a semi-hermetic alternative compressor, a compact tube and fins evaporator and condenser and finally a thermostatic expansion valve. The condenser mathematical model takes account of three different regions of heat transfer : cooling, condensing and sub-cooling.The evaporator mathematical modeling considers the evaporating and superheated regions. Depending of the region studied, in the model simulated includes appropriate correlations of heat transfer and pressure droops. The heat transfer and pressure drop inside the lines between the components are not considered. The solution of non linear equation systems is obtained trough a interactive method using the Engineering Equation Solver Software. The comparations between experimental and simulated values shows a very good agreement.

Desde a introdução do conceito de escritório aberto, o tipo de ocupação e a distribuição das cargas internas têm sofrido grandes mudanças, requerendo maior flexibilidade nos edifícios. Além disto, avaliações de desempenho de edifícios de escritórios da atualidade têm apresentado resultados que são fortes indicadores da necessidade de mudanças de conceitos de projeto, operação e uso de sistemas de condicionamento de ar, devido ao elevado nível de insatisfação dos usuários quanto ao conforto e à qualidade do ar. Para tentar solucionar estes problemas, outro conceito em distribuição de ar, já em uso nos países desenvolvidos, está começando a ser adotado também no Brasil; trata-se de insuflamento pelo piso, com difusores instalados em placas de piso elevado e nas estações de trabalho, que permitem flexibilidade e controle individual de vazão de ar. Neste trabalho foi feita a avaliação de sistema de condicionamento de ar com insuflamento pelo piso em um laboratório com condições controladas. O laboratório em que foram realizados os ensaios foi projetado e instalado com características similares àquelas de ambientes reais de edifícios de escritórios. Este fato, aliado à participação de usuários no processo de avaliação das condições de conforto térmico, tornaram possível a definição de parâmetros para a elaboração de projetos bem como para o estabelecimento de um modo eficaz de operação do sistema. O processo de avaliação das condições de conforto térmico no ambiente envolveu três etapas. Inicialmente, foram feitas medições das variáveis de conforto térmico no ambiente e de variáveis do sistema utilizando simuladores. Posteriormente, foi realizada a avaliação subjetiva do conforto térmico, com a substituição dos simuladores por pessoas no ambiente (usuários), nas mesmas condições da etapa anterior. Finalmente, foram feitas as medições das variáveis de conforto nas zonas de ocupação – micro climas – na condição de condicionamento individualizado, promovido por ajustes de vazão de ar e direcionamento do fluxo pelos usuários. Os resultados da avaliação permitem concluir que o sistema de condicionamento de ar com insuflamento pelo piso atende às expectativas para promover conforto térmico aos usuários de edifícios de escritórios com potencial de conservação de energia. / Since the introduction of the landscape office concept, the layout type and the internal loads distribution have changed significantly, requesting larger flexibility in the buildings. Besides, building performance evaluation applied to contemporary office buildings has shown that for most such buildings thermal comfort and air quality users level satisfaction is low. These facts are indicating that project concepts, operation and use of air conditioning systems need to be changed. In order to solve these problems, underfloor air supply is becoming a common practice also in Brazil. This system with floor and workstation diffusers allows flexibility and an individualized airflow control. In this work the evaluation of the underfloor air conditioning system was carried out in a laboratory facility with controlled conditions. The laboratory was designed and built up with similar characteristics to those of actual office buildings environments. This fact and the participation of users in the process of thermal comfort evaluation, made possible the definition of design parameters as well as the establishment of the system operation conditions in an effective way. The evaluation of the environment thermal comfort conditions was accomplished in three stages. Initially, measurements of thermal comfort and system variables were made using simulators. Later, in the same conditions of the previous stage, users (a sample of people) have evaluated, in a subjective way, the environment thermal comfort. Finally, measurements of the comfort variables were accomplished in the occupation areas - microclimates - in the condition of individualized conditioning, promoted by air flow adjustments and flow direction by the users. The results of the evaluation allow to conclude that the underfloor air conditioning system satisfies to the expectations to promote thermal comfort to the office building users with potential of energy conservation.