BRPI0619109A2 - controle da comparação de densidades do ar - Google Patents

Abstract

CONTROLE DA COMPARAçãO DE DENSIDADES DO AR. A presente invenção refere-se a um método e a um aparelho para o controle de um sistema de ventilação ou um sistema de ar condicionado em prédios. Este controle é usado predominantemente em bens imóveis industriais e serve para o estabelecimento e manutenção de condições ambientais desejadas. O método para o controle de um sistema de ventilação ou um sistema de ar condicionado de acordo com a presente invenção usa a densidade do ar como um parâmetro essencial para o controle. A densidade do ar depende da temperatura, da umidade do ar e da pressão do ar. A diferença das densidades de ar entre o ar introduzido e o ar ambiente se mantém em um valor pequeno.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONTROLE DA COMPARAÇÃO DE DENSIDADES DO AR".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um método e a um aparelho para o controle de um sistema de ventilação ou um sistema de ar condicio- nado em prédios. Tais sistemas de controle são predominantemente usados para bens imóveis industriais e servem para o estabelecimento e manuten- ção de condições ambientais desejadas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Nos sistemas de ventilação convencionais conhecidos do estado da técnica, um volume constante de ar é continuamente soprado para dentro dos ambientes a serem ventilados. No máximo, dois estágios para a entrada de ar são seletivamente providos. Este sistema convencional de ventilação encontra-se esquematicamente ilustrado na Figura 1.

O ar aspirado é, de acordo com a necessidade ou demanda, respectivamente, processado, filtrado, aquecido, resfriado ou umidificado ou desumidificado e, em seguida, soprado para dentro do ambiente. As medi- ções de temperatura ou predefinições de temperatura servem como parâme- tros essenciais para o controle do sistema de ventilação. O ar de saída é descarregado através de um segundo compressor. Para a umidificação ou desumidificação convencionais de ambientes, tipicamente uma maior parte do ar preparado desaparece da saída do ar de entrada diretamente na aspi- ração do ar de saída, este efeito é chamado resvalamento e fica geralmente em uma faixa de 20 % a 30 %. Sendo assim, uma parte da energia gasta na preparação não é utilizada para o condicionamento do ar, e, consequente- mente, a porção do ar circulante aumenta. A energia gasta na preparação do ar não é otimamente aplicada.

Além disso, surgem problemas de corrente de ar, que ocorrem quando o ar se movimenta com uma velocidade mais rápida no ambiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É, portanto, um objeto da presente invenção prover um controle para os sistemas de ventilação que solucione ou pelo menos reduza visivel- mente os problemas acima mencionados.

Este objeto é solucionado por meio do método de acordo com a reivindicação 1 e o aparelho, de acordo com a reivindicação 12. As modali- dades vantajosas são descritas nas reivindicações independentes.

O método de acordo com a presente invenção para o controle de um sistema de ventilação ou um sistema de ar condicionado utiliza a densi- dade do ar como um parâmetro essencial para o controle. A densidade do ar depende da temperatura, da umidade do ar e da pressão do ar. Quando es- tas três magnitudes são conhecidas, a densidade do ar poderá, então, ser calculada a partir de fórmulas normalmente conhecidas.

Com o conhecimento da densidade do ar com relação ao ar a ser introduzido e da densidade do ar nos ambientes a serem condicionados a ar, um controle da diferença das densidades de ar poderá ser realizado. Esta diferença é mantida tão pequena quanto possível. Com uma densidade de ar uniforme, problemas térmicos e/ou correntes de ar são evitados, se um ar isotérmico não for soprado em um ambiente.

O ar introduzido serve como um carregador de energia para o condicionamento do ar do ambiente. Com o controle da diferença das densi- dades de ar, o ar introduzido se dispersa eficientemente no ambiente, e, deste modo, a sua energia é utilizada de uma maneira mais eficaz em com- paração aos sistemas de ventilação convencionais. Por conseguinte, a pre- sente invenção é adequada para a redução da necessidade de energia. E além disso, apenas um menor volume de ar a ser introduzido se faz neces- sário para o condicionamento do ar.

Com vantagem, a densidade do ar, isto é, a temperatura, a umi- dade do ar, e a pressão do ar, é medida não apenas na área do ar de entra- da, mas também no ambiente a ser condicionado. Ademais, a densidade do ar pode também ser medida na área externa de modo a obter valores de referência. Desta maneira, o ar de entrada pode ser pré-condicionado de uma maneira apropriada, dependendo dos valores desejados para a tempe- ratura do ambiente e umidade do ar. O ar pode ser, por exemplo, aquecido ou resfriado ou umidificado ou desumidificado. Os valores externos medidos são de preferência usados como valores de referência a fim de controlar o processo de condicionamento de ar, dependendo destes valores, de modo que o mesmo não chegue a uma instabilidade. O perigo de instabilidades do controle existe, antes de mais nada, se o mesmo for operado sem referência e apenas com as medições do ambiente e atrás das unidades de ar condi- cionado. O número da diferença das pressões de ar entre o ambiente e a área externa não deve exceder predeterminados valores.

Como garantia de uma boa qualidade do ar ambiente, o mesmo poderá ser medido no ambiente a ser ventilado. Para a avaliação, o teor de dióxido de carbono poderá ser medido ou, de maneira alternativa, uma ava- liação com a ajuda de um sensor de gás misturado poderá ser feita. O con- trole do volume de ar de saída depende essencialmente do resultado do vo- lume de ar medido. Quanto pior for a qualidade do ar, mais ar será descar- regado do ambiente em questão, e mais ar fresco será introduzido. Uma o- peração de ar de circulação poderá ser abandonada, uma vez que, essenci- almente apenas devido à má qualidade do ar, o ar é descarregado. Este ar, de antemão, completa a sua tarefa de condicionamento do ar através do controle da diferença das densidades. O efeito do resvalamento dos siste- mas convencionais de ventilação é evitado.

Para um condicionamento ótimo do ar ambiente, o volume de ar de entrada e o volume de ar de saída podem ser controlados de forma variá- vel, um independentemente do outro. Desta maneira, se chega a uma me- lhor adaptação às normas correntes.

De acordo com a presente invenção, o ar pode ser introduzido no ambiente com uma pressão, esta pressão sendo maior que a pressão no ambiente, de modo que o ar introduzido se disperse no ambiente através de movimentos essencialmente não direcionais, por meio do que se evitam as correntes de ar. Isto ocorre através dé uma adaptação prévia das densida- des de ar.

A fim de garantir a estabilidade do controle, uma diferença das pressões de ar entre o ambiente e a área externa pode ser detectada. Esta diferença não deve exceder um determinado número, ou seja, a mesma não deve ser maior que 10 Pascal e, de preferência, não deve exceder 6 Pascal. Através do controle da diferença das pressões de ar, na maioria das vezes, surgirá uma diferença das pressões entre o ambiente e a área externa. Isto vem a ser o resultado da minimização da diferença das densidades de ar.

O método de acordo com a presente invenção pode também ser, vantajosamente, aplicado à ventilação de piscinas. Para esta aplicação, um pequeno volume de troca de ar tem outras vantagens, por exemplo, a redu- ção da evaporação da água e da formação de água de condensação.

A presente invenção provê um aparelho para a realização do controle. Com vantagem, palhetas controláveis, especialmente palhetas con- troláveis automatizadas são providas na entrada da área de ar de entrada e/ou na saída da área de ar de saída. Com a ajuda destas palhetas, por e- xemplo, com o sistema de ventilação desligado, uma intrusão indesejada ou vazamento de ar poderá ser evitada.

O aparelho, de acordo com a presente invenção, pode também ser provido com um meio de comunicação. Através destes meios de comu- nicação, o aparelho pode ser conectado, por exemplo, a uma rede ou dire- tamente a um computador. Desta maneira, os dados que são coletados e salvos pelo aparelho poderão ser recuperados, mesmo a partir de uma dis- tância maior. Desta maneira, uma operação apropriada poderá ser monito- rada. Além disso, esta instalação é muito útil para o trabalho de manutenção ou para um controle remoto.

De acordo com uma outra modalidade vantajosa da presente invenção, o aparelho é concebido como um módulo adicional, que pode ser adicionado a um sistema de ventilação convencional. Isto torna possível o retro-ajuste dos sistemas já existentes. De acordo com a respectiva situa- ção, sensores ou outros elementos devem ser retro-ajustados nas constru- ções.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será apresentada em mais detalhes a se- guir com a ajuda dos desenhos, a partir dos quais outras vantagens poderão se tornar visivelmente claras. A Figura 1 é uma ilustração esquemática que mostra um sistema de acordo com a técnica anterior.

A Figura 2 é uma ilustração esquemática que mostra um sistema de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de ventila- ção convencional. Neste caso, uma temperatura alvo desejada para o ambiente 1 é selecionada. O sensor de temperatura 2 mede a temperatura em diferentes locais. Dependendo da temperatura do ar descarregado, o ar de entrada é a- quecido ou resfriado em um ar condicionado 9. O ar condicionado 9 serve tam- bém para a umidificação ou desumidificação do ar. O ar de entrada é aspirado a partir de fora e passa por uma palheta controlável 6 e um filtro 7 em sua trajetó- ria para o compressor de ar de entrada. O ar é descarregado do ambiente 1 com a ajuda de um segundo compressor 8. Ambos os compressores 8 têm uma ca- pacidade de ar fixada de, por exemplo, 4000 m3/h.

Para a obtenção das condições ambientais desejadas, opera-se com altas taxas de troca de ar, e isto resulta em altas velocidades de fluxo do ar. Tendo em vista que, devido à alta velocidade de fluxo de ar, uma par- te substancial do ar introduzido é mais uma vez imediatamente descarrega- do, é provido um circuito de circulação de ar a fim de aumentar a eficiência da energia. O ar descarregado pode ser produzido para o lado externo atra- vés de uma outra palheta 6.

A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema com um controle da comparação das densidades de ar. Os objetos comparáveis são providos com os mesmos sinais de referência, os quais já se encontram in- dicados na Figura 1. Os sensores de umidade 3 e os sensores de pressão 4 são aqui providos além dos sensores de temperatura 2. Respectivamente, um destes sensores é provido na área externa, na área interna e no ambien- te 1. Além disso, é ainda provido um sensor de qualidade de ar 10 no ambi- ente 1. Da mesma forma, os compressores 8 se encontram em operação, os quais são ajustados sem estágio, diferentemente da técnica anterior. De maneira alternativa à capacidade de ajuste sem estágios, pode ser usada uma capacidade de ajuste com estágios precisos.

A densidade de ar pode ser detectada em diferentes locais a partir das medições dos sensores 2, 3, 4. A diferença das densidades de ar entre o ar a ser introduzido e o ar ambiente é minimizada. Isto ocorre com a ajuda do ar condicionado 9 e do compressor de ar de entrada 8, que é regu- lável sem estágios, começando em um volume de ar de entrada de, por e- xemplo, 0 m3/h ou 400 m3/h. Desta maneira, uma absorção térmica e uma absorção de energia muito ótima da energia de aquecimento e de refrigera- ção introduzida podem ser obtidas. Consequentemente, são necessários menores volumes de troca de ar para o condicionamento. O ar condicionado 9 é aplicado para a refrigeração do ambiente 1 apenas quando uma refrige- ração adiabática não mais se faz suficiente.

A pressão externa do ar detectada serve como um valor de refe- rência. A diferença com relação à pressão ambiente não deve exceder um determinado número.

O ar de exaustão é essencialmente determinado em função da qualidade do ar, a qual é medida pelo sensor de qualidade do ar 10. Quanto pior for a qualidade do ar, mais ar será descarregado do ambiente em ques- tão.

De maneira exemplar, o método de acordo com a presente in- venção no aquecimento ou refrigeração é executado com as seguintes eta- pas. Primeiramente é feita uma comparação da temperatura entre a tempe- ratura ambiente desejada e a temperatura ambiente presente, e esta compa- ração ocorre, de preferência, com a formação da diferença. Quando a com- paração das temperaturas resulta em uma diferença entre a temperatura ambiente desejada e a temperatura ambiente presente, que se encontra a- cima de um valor limite predeterminado, a temperatura do ar de entrada é regulada para uma temperatura alta ou baixa, dependendo se a temperatura ambiente desejada excede ou se encontra abaixo deste limite, respectiva- mente. De preferência, uma temperatura máxima de aquecimento ou de re- frigeração é ajustada. O controle da diferença das densidades de ar torna possível, em comparação aos sistemas de ventilação convencionais, operar com maiores diferenças de temperatura entre o ar a ser introduzido e o ar ambiente, uma vez que as correntes de ar são evitadas em função da adap- tação da densidade do ar ou do ar a ser introduzido. Consequentemente, o volume de ar necessário para a obtenção de um determinado efeito de a- quecimento ou refrigeração pode ser reduzido.

Dependendo do resultado da comparação das temperaturas, o volume de ar de entrada através do compressor 8 é maior de uma maneira predeterminada. Para isto, pode ser usada, por exemplo, uma rampa, que é selecionada dependendo do resultado da comparação das temperaturas, a fim de aumentar o volume do ar de entrada de maneira contínua ou gradual.

Durante todo o controle, a densidade do ar de entrada é reajus- tada dependendo das densidades de ar detectadas por meio da detecção repetida, especialmente contínua da densidade do ar ambiente e da densi- dade do ar de entrada. A densidade do ar de entrada é adaptada sempre à densidade do ar ambiente.

Se a temperatura ambiente muda na direção desejada, o volume de ar de entrada é reduzido. Esta redução depende da diferença da tempe- ratura final e/ou da velocidade da mudança de temperatura no ambiente. O volume de ar de entrada é reduzido continuamente no curso da adaptação da temperatura, até que se chegue a uma velocidade rotacional mínima no compressor de ar de entrada 8. A velocidade rotacional mínima varia natu- ralmente segundo diferentes tipos de compressor de ar de entrada.

De preferência, só é feita agora uma mudança na temperatura do ar de entrada. A temperatura do ar de entrada é regulada a partir de uma temperatura alta ou baixa, que, neste caso, é ainda, de modo geral, uma temperatura máxima de aquecimento ou refrigeração, para uma temperatura mais próxima da temperatura ambiente desejada. Isto acontece especial- mente quando a diferença com relação à temperatura ambiente desejada cai abaixo de um valor limite predeterminado.

Por meio do longo uso da temperatura muito alta ou muito baixa do ar de entrada, o volume de ar de entrada pode ser visivelmente reduzido, o que proporcionará as vantagens já descritas no presente documento.

Claims (16)

1. Método para controlar um sistema de ventilação, em particular um sistema de ar condicionado, no qual: - são detectadas a densidade do ar em uma área de ar de entra- da e a densidade do ar em um ambiente a ser ventilado, - é detectada a diferença das densidades de ar entre o ambiente a ser ventilado e a área de ar de entrada, - a diferença das densidades de ar é usada como um parâmetro essencial para o controle, de modo que a diferença das densidades de ar não exceda um valor predeterminado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a densida- de do ar é detectada a partir das medições de temperatura, umidade do ar e pressão do ar.

3. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual a densidade do ar é detectada ainda em uma área externa.

4. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual o ar na área de ar de entrada é aquecido ou resfriado e/ou umidifi- cado ou desumidificado.

5. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual: - a qualidade do ar no ambiente a ser ventilado é medida, espe- cialmente com relação ao seu teor de dióxido de carbono, por meio de um sensor de gás misturado, e - o controle do volume de ar de saída depende essencialmente do resultado da qualidade do ar medida.

6. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual o volume de ar de entrada e/ou o volume de ar de saída podem ser controlados de maneira variável.

7. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual o ar é introduzido no ambiente com uma pressão, que é maior que a pressão do ar ambiente, de modo que o ar introduzido se disperse no ambi- ente com movimentos essencialmente não direcionais, por meio do que são evitadas as correntes de ar.

8. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual a diferença das densidades de ar é minimizada através do controle.

9. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual o método é usado para a ventilação de uma piscina.

10. Método, de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, no qual o método é executado pelas seguintes etapas: a) a comparação das temperaturas entre a temperatura ambien- te desejada e a temperatura ambiente presente, b) se a comparação das temperaturas resulta em uma diferença entre a temperatura ambiente desejada e a temperatura ambiente presente, que se encontra acima de um valor limite predeterminado, a temperatura do ar de entrada é regulada para uma temperatura maior ou menor, especial- mente para uma temperatura máxima de aquecimento ou refrigeração, e c) o aumento do volume de ar de entrada por meio de um com- pressor de ar de entrada (8) dependendo do resultado da comparação das temperaturas.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, compreendendo ainda as seguintes etapas: d) a detecção repetida, especialmente contínua da densidade do ar ambiente e da densidade do ar de entrada, e reajuste da densidade do ar de entrada dependendo das densidades de ar detectadas, e e) a redução do volume de ar de entrada tão logo a temperatura ambiente mude na direção desejada.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, compreen- dendo ainda a seguinte etapa: f) a mudança da temperatura do ar de entrada, sendo a tempera- tura do ar de entrada regulada a partir de uma temperatura maior ou menor para uma temperatura mais próxima de uma temperatura de ar ambiente desejada, especialmente quando uma diferença entre a temperatura ambien- te desejada e a temperatura ambiente presente cai abaixo de um valor limite predeterminado.

13. Aparelho para controlar um sistema de ventilação, especial- mente um sistema de ar condicionado, compreendendo, além de sensores de temperatura (2), sensores de umidade do ar (3) e sensores de pressão do ar (4) para a detecção da densidade do ar, em que o aparelho realiza o mé- todo como definido em uma das reivindicações 1 a 9.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, no qual, em uma entrada da área de ar de entrada e/ou em uma saída da área de ar de saída, são providas palhetas controláveis (6), especialmente palhetas con- troláveis automatizadas (6).

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, no qual o aparelho compreende um meio de comunicação, especialmente para a transmissão de dados operacionais para um computador e/ou para o rece- bimento de instruções a partir do mesmo.

16. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações 13 a 15, em que o aparelho pode ser adicionado a um sistema de ventilação como um módulo adicional.