PT1604116E

PT1604116E - Conjunto ventilador com uma rede de ventiladores para sistemas de tratamento do ar

Info

Publication number: PT1604116E
Application number: PT04757940T
Authority: PT
Inventors: Lawrence G Hopkins
Original assignee: Huntair Inc
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2011-02-25
Also published as: CN1795334B; CN102200137A; IL207092A; WO2004085928A2; CA2666332C; CN1795334A; JP4008007B2; WO2004085928A3; EP1604116A2; ES2357516T3; DK1604116T3; EP2014923A3; EP1604116A4; HK1083119A1; ES2325300T1; CN102200137B; CA2666332A1; EP1604116B1; JP2006519972A; MXPA05009943A

Description

DESCRIÇÃO "CONJUNTO VENTILADOR COM UMA REDE DE VENTILADORES PARA SISTEMAS DE TRATAMENTO DO AR"

Descrição

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Esta invenção diz respeito a um conjunto de ventilador com uma rede de ventiladores utilizados num sistema de tratamento do ar.

Os sistemas de tratamento do ar (também referidos como tratador do ar) têm sido habitualmente utilizados para condicionamento de edifícios ou gabinetes (a seguir referidas como "estruturas"). Um sistema de tratamento do ar é definido como uma estrutura que inclui componentes concebidos para funcionar juntos de modo a condicionar o ar fazendo parte do sistema principal para ventilação de estruturas. 0 sistema de tratamento do ar pode conter componentes tais como serpentinas de arrefecimento, serpentinas de aquecimento, filtros, humidificadores, ventiladores, atenuadores de som, comandos, e outros dispositivos que funcionam para satisfazer as necessidades das estruturas. 0 sistema de tratamento do ar pode ser fabricado numa fábrica e trazido para a estrutura para ser instalado ou pode ser construído no local utilizando os dispositivos necessários para cumprir com as necessidades de funcionamento da estrutura. 0 compartimento de tratamento do ar (102) do sistema de tratamento do ar -2- inclui o dueto de admissão (112) anteriormente ao cone de entrada do ventilador (104) e do dueto de escoamento (110) . No interior do compartimento de tratamento do ar (102) encontra-se uma unidade de ventilador (100) (ilustrada como um cone de entrada (104), um ventilador (106) e um motor (108)), uma armação do ventilador e qualquer equipamento associado à função do ventilador (por ex., reqistos, comandos, meios de fixação e respectivacuba). No interior do ventilador (106) está uma roda do ventilador (não ilustrada) com pelo menos uma pá. A roda do ventilador possui um diâmetro da roda do ventilador, medido a partir de um lado da periferia exterior da roda do ventilador até ao lado oposto do compartimento de tratamento (102) de tal modo que a altura, largura e comprimento da passagem do ar são determinados através da consulta dos dados dos fabricantes de ventiladores para o tipo de ventilador seleccionado. A FIG.1 ilustra um exemplo do sistema de tratamento do ar da técnica anterior dotado de uma única unidade de ventilador (100) alojada num compartimento de tratamento do ar (102) . Para fins exemplificativos, a unidade de ventilador (100) é ilustrada dotada de um cone de entrada (104), um ventilador (106) e um motor (108). Estruturas maiores, estruturas que necessitam de maior volume de ar, ou estruturas que precisam de temperaturas maiores ou menores são dotadas, regra geral, de uma unidade de ventilador (100) maior e, regra geral, de um compartimento de tratamento (102) correspondentemente maior.

Tal como ilustrado na FIG.l, um compartimento de tratamento (102) é significativamente dividido num dueto de escoamento (110) e num dueto de admissão (112) . O dueto de -3- escoamento (110) e o dueto de admissão (112) juntos podem ser mencionados como a passagem do ar (120) . A unidade de ventilador (100) pode estar situada no dueto de escoamento (110) (tal como ilustrado), no dueto de admissão (112), ou parcialmente no interior do dueto de escoamento (110) . A parte da passagem do ar (120) na qual a unidade de ventilador (100) está colocada pode ser geralmente referida como a "rede de ventiladores" (indicada pelo número de referência (114)). As dimensões do cone de entrada (104), as dimensões do ventilador (106), as dimensões do motor (108) e as dimensões da armação do ventilador (não ilustrada) determinam, pelo menos parcialmente, o comprimento da passagem do ar (120) . Bancos de filtros (122) e/ou serpentinas de arrefecimento (não ilustrados) podem ser adicionados ao sistema a montante ou a jusante das unidades de ventiladores (100).

Por exemplo, uma primeira estrutura exemplo que necessite de 23,6 m3/seg (50,000 pés cúbicos por minuto) de débito de ar em 152 mm (seis (6) polegadas) de pressão relativa à água iria necessitar de um compartimento de tratamento do ar (102) da técnica anterior suficientemente grande para alojar um impulsor de 1397 mm (55 polegadas), um motor com 74,5 kw (100 de potência), e uma caixa de suporte. Por outro lado, o compartimento de tratamento do ar (102) da técnica anterior teria aproximadamente 2337 mm (92 polegadas) de altura por 2896 a 3734 mm (114 a 147 polegadas) de largura e 2692 a 2845 mm (106 a 112 polegadas) de comprimento. O comprimento minimo do compartimento de tratamento do ar (102) e/ou da passagem do ar (120) seria prescrito por dados publicados dos fabricantes para um dado tipo de ventilador, dimensão de -4- motor e aplicação. Os guias de dimensionamento da cuba da técnica anterior ilustram regras exemplo para a configuração de um compartimento de tratamento do ar (102). Estas regras têm como base a optimização, regulamentos e experimentação.

Por exemplo, uma segunda estrutura exemplo inclui um tratador do ar de recirculação utilizado em espaços de salas de jantar semicondutores e farmacêuticos que precisem de 2,3 m3/seg (26, 000 pés cúbicos por minuto) em 51 mm (duas (2) polegadas) de pressão relativa à água. Esta estrutura iria necessitar de um sistema de tratamento do ar da técnica anterior com um compartimento de tratamento do ar (102) suficientemente grande para alojar um impulsor de 1118 mm (44 polegadas), um motor de 18,6 kW (25 de potência), e uma caixa de suporte. Por outro lado, o compartimento de tratamento do ar (102) da técnica anterior teria aproximadamente 1981 mm (78 polegadas) de altura por 2515 mm (99 polegadas) de largura e 2388 a 2540 mm (94 a 100 polegadas) de comprimento. O comprimento mínimo do compartimento de tratamento do ar (102) e/ou da passagem do ar (120) seria prescrito por dados publicados dos fabricantes para um dado tipo de ventilador, dimensão de motor e aplicação. Os guias de dimensionamento da cuba da técnica anterior ilustram regras exemplo para a configuração de um compartimento de tratamento do ar (102). Estas regras têm como base a optimização, regulamentos e experimentação.

Estes sistemas de tratamento do ar têm muitos problemas, incluindo os seguintes problemas exemplo:

Porque os bens imobiliários (por ex., espaço da estrutura) são muito dispendiosos, as grandes dimensões do -5- compartimento de tratamento do ar (102) é muito indesejável.

As unidades de um só ventilador (100) têm uma produção dispendiosa e são regra geral produzidas por encomenda para cada trabalho. O funcionamento das unidades de um só ventilador (100) é dispendioso.

As unidades de um só ventilador (100) são ineficazes na medida em que apenas possuem um rendimento óptimo ou máximo numa pequena parte do seu alcance operacional.

Se uma unidade de um só ventilador (100) avariar, não há ar condicionado de todo. O ruido de baixa frequência da grande unidade de ventilador (100) é difícil de atenuar. O grande volume e a turbulência da grande unidade de ventilador (100) podem provocar vibração indesejada.

As restrições de altura precisam do uso de sistemas para o tratamento do ar construídos com duas unidades de ventiladores (100) dispostas horizontalmente adjacentes uma à outra. Deverá ter-se cm consideração, contudo, que uma boa prática de engenharia é conceber caixas tratadoras do ar e duetos de escoamento (110) simétricos para facilitar um débito de ar mais uniforme pela largura e altura da caixa. As unidades de ventiladores duplos (100) têm sido utilizadas onde existe uma restrição na altura e a unidade é concebida com uma elevada taxa de aspecto para alojar o débito desejado. Tal como ilustrado no "Manual de Funcionamento e Manutenção da Instalação" de Greenheck, se for contemplada uma instalação paralela, existem instruções específicas para colocar os ventiladores tal como existiu -6- pelo menos um diâmetro da roda do ventilador espaçado entre as rodas do ventilador e pelo menos uma metade de um diâmetro da roda do ventilador entre o ventilador e as paredes ou tectos. A referência a Greenheck estabelece mesmo especif icamente que as disposições "com menos espaçamento irão ter perdas de rendimento". Habitualmente, o sistema de tratamento do ar e o compartimento de tratamento do ar (102) são concebidos para uma velocidade de gradiente de velocidade uniforme de 2,5 m/seg (500 pés por minuto) na direcção do débito de ar. Os sistemas de tratamento do ar de unidade de ventilador duplo (100), contudo, sofreram ainda significativamente de problemas dos modelos de uma só unidade. Não houve reconhecimento de vantagens através do aumento do número de unidades de ventiladores (100) de um para dois. Ainda, o conjunto da unidade de ventilador duplo (100) exibe um gradiente de velocidade não uniforme na região a seguir à unidade de ventilador (100) que cria débito de ar irregular pelos filtros, serpentinas e atenuadores de ruído.

Deverá ser observado que os dispositivos eléctricos aproveitaram a oportunidade dos sistemas de arrefecimento de vários ventiladores. Por exemplo, a Patente US N° 6,414,845 de Bonet utiliza um componente de arrefecimento modular de ventiladores múltiplos para a instalação nos dispositivos electrónicos de ventiladores múltiplos. Apesar de algumas das vantagens verificadas no sistema de Bonet poderem ser efectuadas neste sistema, existem diferenças significativas. Por exemplo, o sistema Bonet é concebido para facilitar o arrefecimento de componentes electrónicos através de orientar a saída de cada ventilador para um dispositivo ou área específica. O sistema de Bonet não iria -7- funcionar para dirigir o débito de ar para todos os dispositivos na direcção do débito de ar geral. Outras patentes tais como a Patente US N° 4,767,262 de Simon e a Patente US N° 6,388,880 de El-Ghobashy et al., mostram conjuntos ventiladores para utilizar com electrónica.

Mesmo nas indústrias de computadores e de máquinas, contudo, operar ventiladores em paralelo é esclarecido como o que não se deve fazer pois não fornece os resultados desejados, excepto em situações de sistema de baixa resistência em que os ventiladores funcionam numa insuflação quase directa. A patente DE-A-197 19 507 revela uma caixa para engenharia de telecomunicações com uma armação de suporte com pelo menos um transportador de módulos concebidos para receber unidades de activar à tomada, e uma instalação de ventilação para arrefecer as unidades de ligar à tomada. A instalação de ventilação compreende pelo menos uma inserção do ventilador, com vários ventilados axiais de projecção vertical, que pode ser ligado e incluido no transportador de módulos. A inserção do ventilador está localizada debaixo de suportes transversais do transportador de módulos e possui pelo menos um conector livre na parte detrás, fazendo com tacto com um conector livre secundário existente no quadro de ligações da parte traseira. A Patente EP-A-0004448 revela um método e um aparelho para controlar um sistema de arrefecimento com ventilador fixo tal como um grande motor diesel dotado de um permutador de calor através do qual o débito de ar atravessa por ventiladores accionados por motores. Para evitar o desperdício de energia pelos motores, e para prolongar a sua vida, todo o fluido a arrefecer circula -8- continuamente através do permutador de calor e uma quantidade de ventiladores é accionada por um sistema de controlo de sequência para dar inicio ao funcionamento aquando do aumento da temperatura do fluido detectada por um sensor, e um para parar aquando da diminuição da temperatura. 0 sistema de controlo selecciona sempre o ventilador de acordo com um critério relacionado com o tempo de funcionamento. 0 sistema de controlo pode iniciar um ventilador após um curto atraso no aumento da temperatura, e pará-lo após um atraso significativo da diminuição da temperatura. A Patente WO 96/19701, que representa o mais próximo da técnica anterior, revela um tratador do ar dotado de duas unidades de ventiladores que funcionam à mesma velocidade para proporcionarem um débito de entrada equilibrado aos dois ventiladores a partir de um dueto de admissão comum. A velocidade do ventilador pode ser controlada por um controlador para variar o ar exterior. Existem várias unidades múltiplas para satisfazerem o ar teórico total do edifício.

BREVE RESUMO DA INVENÇÃO

Esta invenção diz respeito a um sistema de tratamento de ar de acordo com a reivindicação 1.

Modelos preferidos incluem as características das reivindicações dependentes. O anteriormente mencionado e outros objectivos, características e vantagens da invenção serão mais facilmente entendidos após ter-se em devida consideração a -9- seguinte descrição detalhada da invenção, tomada juntamente com os desenhos que a acompanham:

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS A Fig.l é uma vista lateral de um sistema de tratamento do ar da técnica anterior exemplo dotado de um só ventilador grande no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.2 é uma vista lateral de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo num sistema de tratamento do ar desta invenção, dotado de uma rede de pequenas unidades de ventiladores no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.3 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo de 4x6 num sistema de tratamento do ar desta invenção, dotado de uma rede de pequenas unidades de ventiladores no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.4 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo de 5x5 num sistema de tratamento do ar desta invenção, dotado de uma rede de pequenas unidades de ventiladores no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.5 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo de 3x4 num sistema de tratamento do ar desta invenção, dotado de uma rede de pequenas unidades de ventiladores no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.6 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo de 3x3 num -10- sistema de tratamento do ar desta invenção, dotado de uma rede de pequenas unidades de ventiladores no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.7 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo de 3x1 num sistema de tratamento do ar desta invenção, dotado de uma rede de pequenas unidades de ventiladores no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.8 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo alternativo num sistema de tratamento do ar desta invenção no qual uma rede de unidades de ventiladores está colocada numa configuração de rede de estrutura espaçada no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.9 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo alternativo num sistema de tratamento do ar desta invenção no qual uma rede de unidades de ventiladores está colocada numa configuração de rede em xadrez no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.10 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo alternativo num sistema de tratamento do ar desta invenção no qual uma rede de unidades de ventiladores está colocada numa configuração de rede em filas ligeiramente deslocadas no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.ll é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo alternativo num sistema de tratamento do ar desta invenção no qual uma rede de unidades de ventiladores está colocada numa -11 - configuração de rede em colunas ligeiramente deslocadas no interior de um compartimento de tratamento do ar. A Fig.12 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo de 5x5 num sistema de tratamento do ar desta invenção numa capacidade de funcionamento de 52% ligando uma parte dos ventiladores e desligando uma parte dos ventiladores. A Fig.13 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo num sistema de tratamento do ar desta invenção numa capacidade de funcionamento de 32% ligando uma parte dos ventiladores e desligando uma parte dos ventiladores. A Fig.14 é uma planta ou alçado de um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores exemplo alternativo num sistema de tratamento do ar desta invenção dotado de uma rede de pequenas unidades de ventiladores em ziguezague no interior de um compartimento de tratamento do ar.

Esta invenção diz respeito a um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores num sistema de tratamento do ar. Tal como ilustrado nas FIGS.2-11, o conjunto ventilador com uma rede de ventiladores num sistema de tratamento do ar utiliza uma rede de unidades individuais de um só ventilador (200). Num modelo preferido, as unidades de ventiladores (200) estão colocadas numa configuração real (FIGS.3-7), mas modelos alternativos podem incluir, por exemplo, disposições alternativas tais como numa estrutura espaçada (FIG.8), numa estrutura em xadrez (FIG.9), em filas ligeiramente deslocadas (FIG.10), ou em colunas ligeiramente espaçadas (FIG.ll). Como esta invenção pode ser implementada com configurações reais e/ou configurações -12- alternativas, o termo "configuração" tem como objectivo ser exaustivo.

As unidades de ventiladores (200) no conjunto de ventilador desta invenção podem ser espaçadas tão pouco quanto 20% de um diâmetro da roda do ventilador. As condições de funcionamento óptimo para uma configuração com uma disposição próxima podem ser encontradas em distâncias tão curtas quanto 30% a 60% de um diâmetro da roda do ventilador. Espaçando muito próximo as unidades de ventiladores (200), mais ar pode circular num espaço mais pequeno. Por exemplo, se as rodas do ventilador das unidades de ventiladores (200) possuírem um diâmetro da roda do ventilador de 51 mm (20 polegadas), é preciso apenas um espaço de 102 mm (4 polegadas) (20%) entre a periferia exterior de uma roda do ventilador e a periferia interior da roda do ventilador adjacente (ou um espaço de 2 polegadas entre a periferia exterior de uma roda do ventilador e uma parede ou tecto adjacentes). Com a utilização de pequenas unidades de ventiladores (200) é possível apoiar as unidades de ventiladores (200) com menos estrutura incómoda (armação do ventilador). Isto pode ser comparado com a grande armação do ventilador que suporta as unidades de ventiladores (100) da técnica anterior e funciona como uma base. Esta grande armação do ventilador deverá ser suficientemente grande e robusta para suportar todo o peso das unidades de ventiladores (100) da técnica anterior. Devido às suas dimensões e posição, as armações do ventilador conhecidas provocam interferência com o débito de ar. Por isso, no modelo preferido as unidades de ventiladores (200) do conjunto ventilador podem ser suportadas por uma armação -13- que suporte os motores (108) com um mínimo de restrição para o débito de ar.

Tal como mencionado nos Antecedentes, outros tentaram utilizar a instalação paralela das duas unidades de ventiladores (100) dispostas horizontalmente adjacentes uma à outra no interior de um sistema de tratamento do ar. Como também mencionado nos Antecedentes, os conjuntos ventiladores têm sido utilizados em montagens electrónicas e de computadores. Contudo, na indústria do sistema de tratamento do ar foi já considerado que tem de existir um espaçamento significativo entre as rodas do ventilador dispostas na horizontal e que as disposições com menos espaçamento irão sentir perdas de rendimento. Um só grande ventilador desloca todo o ar numa caixa. Utilizando dois dos mesmos ventiladores ou ligeiramente mais pequenos faz com que o ar produzido por um ventilador interfira no ar produzido pelo outro ventilador. Para aliviar o problema da interferência, os ventiladores tiveram de ser espaçados de acordo com algumas linhas de orientação, geralmente um espaço nítido entre os ventiladores de uma distância de pelo menos um diâmetro da roda (e metade de um diâmetro da roda para uma parede adjacente). Aplicando esta lógica, não faria sentido adicionar mais ventiladores. E mesmo se fossem adicionados ventiladores, o espaçamento teria continuado a ser pelo menos um diâmetro da roda entre ventiladores. Além disso, na indústria do sistema de tratamento do ar, unidades de ventiladores empilhados na vertical teria sido impensável pois os meios de fixação das unidades de ventiladores não teriam sido propícios a tal empilhamento (elas são concebidas para serem colocadas apenas no chão). -14-

Deverá ser verificado que o ventilador dueto é a unidade de ventilador (200) preferida desta invenção. Em especial, os ventiladores duetos APF-121, APF-141, APF-161 e APF-181 (em especial a roda do ventilador e o cone do ventilador) produzidos pela Twin City Fan Companies, Ltd de Minneapolis, Minnesota, US, funcionam bem. O motivo pelo qual os ventiladores duetos funcionam melhor é o de que não produzem pontos de velocidade elevada tal como os produzidos por ventiladores axiais e ventiladores centrífugos alojados e grandes ventiladores duetos. Modelos alternativos utilizam unidades de ventiladores conhecidas ou unidades de ventiladores ainda a serem desenvolvidas que não irão produzir gradientes de velocidade elevada na direcção do débito de ar. Ainda outros modelos, apesar de menos eficientes, utilizam unidades de ventiladores tal como ventiladores axiais e/ou ventiladores centrífugos alojados dotados de pontos de velocidade elevada na direcção do débito de ar.

No modelo preferido, cada uma das unidades de ventiladores (200) no conjunto ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar é controlada por um controlador de rede (300) (FIGS.12 e 13). Num modelo preferido, o controlador de rede (300) pode ser programado para operar as unidades de ventiladores (200) no rendimento máximo. Neste modelo de rendimento máximo, em vez de funcionarem todas as unidades de ventiladores (200) a um rendimento eficiente, o controlador de rede (300) desliga certas unidades de ventiladores (200) e põe a funcionar as restantes unidades de ventiladores (200) no rendimento máximo. Num modelo alternativo, as unidades de ventiladores -15- (200) podem funcionar todas ao mesmo nível de potência (por ex., taxa de eficiência ou débito) de funcionamento.

Outra vantagem desta invenção é a de que 0 controlador de rede (300) (que pode ser um comando de frequência variável (VFD)) utilizado para controlar a velocidade do ventilador e logo o débito e pressão, pode ser de dimensões tais para a potência ao freio real do conjunto de ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar. Visto que a eficiência do conjunto ventilador de parede pode ser optimizada numa grande variedade de débitos e pressões, a potência de funcionamento real consumida pelo conjunto ventilador é significativamente inferior à potência de funcionamento real consumida pelos sistemas de tratamento do ar da técnica anterior comparável e a potência do controlador de rede pode ser consequentemente reduzida. O controlador de rede (300) poderia ter as dimensões de acordo com o consumo de potência real do conjunto ventilador em que o controlador (que pode ter sido um comando de frequência variável) numa concepção tradicional poderia ter dimensões de acordo com a máxima especificação anunciada do motor por requisitos do Código Eléctrico. Um exemplo da concepção do ventilador da técnica anterior com um fornecimento de 23,6 m3/seg (50, 000 pés cúbicos por minuto) de ar a 64mm (2,5 polegadas) de pressão, iria precisar de um motor de 37,3 kW (50 de potência) e um controlador de 37,3 kW (50 de potência). A nova invenção irá de preferência utilizar um conjunto de catorze motores de 1,5 kW (2 de potência) e um controlador de rede de 22,4 kW (30 de potência).

Esta invenção soluciona muitos dos problemas dos sistemas de tratamento do ar da técnica anterior incluindo, -16- mas não limitado aos bens imobiliários, os custos reduzidos de produção, as despesas reduzidas de funcionamento, aumento da eficiência, melhoria na uniformidade do débito de ar, redundância, vantagens na atenuação do ruido e vibração reduzida.

Controlabilidade

Tal como mencionado, de preferência, cada uma das unidades de ventiladores (200) no conjunto ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar é controlada por um controlador de rede (300) (FIGS.12 e 13) que pode ser programado para fazer funcionar as unidades de ventiladores (200) no rendimento máximo. Neste modelo de rendimento máximo, em vez de funcionarem todas as unidades de ventiladores (200) a um rendimento eficiente, o controlador de rede (300) desliga certas unidades de ventiladores (200) e põe a funcionar as restantes unidades de ventiladores (200) no rendimento máximo. De preferência, o controlador de rede (300) é capaz de controlar as unidades de ventiladores (200) individualmente, em grupos previamente determinados, e/ou como um grupo num todo.

Por exemplo, na rede de ventiladores de 5x5 tais como as ilustradas nas FIGS.4,12 e 13, alguém que pretenda controlar o conjunto pode seleccionar o volume de ar desejado, um nivel de débito de ar, um modelo de débito de ar, e/ou o modo como muitas unidades de ventiladores (200) colocar a funcionar. Transformando isto em volume de ar, cada unidade de ventilador (200) numa configuração de 5x5 contribui cerca de 4% do ar total. Em sistemas de volume de ar variável, existente na maioria das estruturas, apenas um -17- número de unidades de ventiladores (200) obrigados a cumprir com a procura irá operar. Um sistema de controlo (que pode incluir o controlador de rede (300)) seria utilizado para colocar as unidades de ventiladores (200) "on-line" (uma unidade de ventilador (200) "ON") e "off-line" (uma unidade de ventilador (200) "OFF") individualmente. Esta capacidade em colocar as unidades de ventiladores (200) "on" e "off" poderia efectivamente eliminar a necessidade para um comando de frequência variável. Do mesmo modo, cada unidade de ventilador (200) numa configuração de 5x5 utiliza 4% da potência total e produz 4% do nivel de débito de ar. Utilizando um sistema de controlo para colocar as unidades de ventiladores (200) "on-line" e "off-line" permite que um utilizador controle o uso de energia e/ou do débito de ar. O modelo de débito de ar pode também ser controlado caso tal seja desejado. Por exemplo, dependendo do sistema, é possível criar um modelo de débito de ar em redor das arestas de uma caixa de ar apenas na parte superior. Finalmente, unidades de ventiladores (200) individuais podem ser colocadas "on-line" e "off-line". Esta controlabilidade pode ser vantajosa se uma ou mais unidades de ventiladores (200) não estiverem a funcionar de modo adequado, precisam ser sujeitas a manutenção (por ex., precisam de manutenção geral), e/ou precisam ser substituídas. As unidades de ventiladores (200) individuais problemáticas podem ser colocadas "off-line" enquanto o restante sistema mantém-se totalmente operacional. Logo que as unidades de ventiladores (200) individuais estão prontas a serem utilizadas, elas podem ser colocadas "on-line". -18-

Uma vantagem adicional para colocar as unidades de ventiladores (200) "on-line" e "off-line" ocorre quando os sistemas de controlo do edifício ou da estrutura precisam de baixos volumes de ar a pressões relativamente elevadas. Neste caso, as unidades de ventiladores (200) poderiam ser moduladas para produzirem um ponto de funcionamento estável e eliminar os efeitos de pulsação que por vezes afligem os proprietários de estruturas e o pessoal de manutenção. O efeito de pico encontra-se onde a pressão do sistema é muito elevada para a velocidade do ventilador a um dado volume e onde a unidade de ventilador (200) tem uma tendência para ir abaixo.

Exemplos de controlabilidade encontram-se ilustrados nas FIGS. 12 e 13. No conjunto ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar ilustrado na FIG.12, o controlador de rede (300) alterna unidades de ventiladores (200) "ON" e unidades de ventiladores (200) "OFF" num primeiro modelo exemplo, tal como ilustrado, de modo que todo o sistema está regulado para funcionar a 52% do débito de ar máximo atribuído mas consome apenas 32% de toda a potência atribuída. Estes números têm como base funcionamentos de ventilador habituais exemplo numa estrutura. A FIG.3 ilustra o conjunto de ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar regulado para funcionar a 32% do débito de ar máximo atribuído mas consome apenas 17% de toda a potência atribuída. Estes números têm como base funcionamentos de ventilador habituais exemplo numa estrutura. Neste modelo, o controlador de rede (300) cria um segundo modelo exemplo de unidades de ventiladores (200) -19- "OFF" e unidades de ventiladores (200) "ON" tal como ilustrado.

Bens imobiliários O conjunto de ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar (220) desta invenção utiliza, de preferência, (60% a 80%) menos volume dos bens imobiliários do que os duetos de escoamento (120) da técnica anterior (sendo o número de rede de uma centena é da técnica anterior tal como ilustrado na FIG.l, e o número de série das duas centenas é desta invenção tal como ilustrado na FIG.2) nos sistemas de tratamento do ar. Comprando a técnica anterior (FIG.l), esta invenção (FIG.2) ilustra uma representação gráfica deste encurtamento da passagem do ar (120,220). Existem muitos motivos pelos quais utilizando várias unidades de ventiladores (200) mais pequenas pode reduzir o comprimento da passagem do ar (120,220). Por exemplo, reduzindo as dimensões da unidade de ventilador (100,200) e do motor (108,208) reduz o comprimento do dueto de escoamento (110,210). Do mesmo modo, reduzindo as dimensões do cone de entrada (104,204) reduz o comprimento do dueto de admissão (112,212). O comprimento do dueto de escoamento (110,210) pode ser também reduzido pois o ar proveniente do conjunto de ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar desta invenção é significativamente uniforme, enquanto o sistema de tratamento do ar da técnica anterior tem pontos de velocidade do ar mais elevada e precisa de tempo e de espaço para misturar para que o débito seja uniforme quando sair do compartimento de -20- tratamento do ar (102,202). (Isto pode também ser descrito como o rendimento estático mais elevado à medida que esta invenção elimina a necessidade de meios de fixação a jusante do escoamento de um sistema ventilador da técnica anterior porque não há quase ou nenhuma necessidade de mudar de alta velocidade para baixa velocidade.) O conjunto de ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar recebe ar do dueto de admissão (212) com mais regularidade e eficiência do que o sistema de tratamento do ar da técnica anterior de modo que o comprimento do dueto de admissão (112,212) pode ser reduzido.

Para fins de comparação, será utilizada a primeira estrutura exemplo estabelecida em Antecedentes da invenção (uma estrutura que precisa de 23,6 m3/seg (50,000 pés cúbicos por minuto) de débito de ar a uma pressão de 152 mm (seis (6) polegadas) de coluna de água). Utilizando a primeira estrutura exemplo, um modelo exemplo desta invenção poderia ser servido por um dueto de escoamento nominal (210) com 2261 mm (89 polegadas) de altura por 4064 mm (160 polegadas) de largura e 762 a 914 mm (30 a 36 polegadas) de comprimento (quando comparado a 2692 a 2845 mm (106 a 112 polegadas) de comprimento nos modelos da técnica anterior). O dueto de escoamento (210) iria incluir um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar de 3x4 tal como aquele ilustrado na FIG.5) com 12 unidades de ventiladores (200). O espaço necessário para cada unidade de ventilador (200) exemplo seria um cubo rectangular com aproximadamente 610 a 762 mm (24 a 30 polegadas) num lado dependendo na configuração de rede. A passagem do ar (220) é de 1067 a -21 - 1219 mm (42 a 48 polegadas) (quando comparado com 2235 a 3531 mm (88 a 139 polegadas) nos modelos da técnica anterior).

Para fins de comparação, será utilizada a segunda estrutura exemplo estabelecida em Antecedentes da invenção (uma estrutura que precisa de 12,3 m3/seg (26,000 pés cúbicos por minuto) de débito de ar a uma pressão de 51 mm (duas (2) polegadas) de coluna de água). Utilizando a segunda estrutura exemplo, um modelo exemplo desta invenção poderia ser servido por um dueto de escoamento nominal (210) com 2134 mm (84 polegadas) de altura por 2134 mm (84 polegadas) de largura e 762 a 914 mm (30 a 36 polegadas) de comprimento (quando comparado a 2388 a 2540 mm (94 a 100 polegadas) de comprimento nos modelos da técnica anterior). O dueto de escoamento (210) iria incluir um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar de 3x3 tal como aquele ilustrado na FIG.6) com 9 unidades de ventiladores (200). O espaço necessário para cada unidade de ventilador (200) exemplo seria um cubo rectangular com aproximadamente 610 a 762 mm (24 a 30 polegadas) num lado dependendo na configuração de rede. A passagem do ar (220) é de 1067 a 1219 mm (42 a 48 polegadas) (quando comparado com 1803 a 2913 mm (71 a 95 polegadas) nos modelos da técnica anterior).

Custos de Produção Reduzidos É regra geral mais rentável construir o conjunto ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar desta invenção, comparado com a unidade de um só ventilador (100) utilizada nos sistemas de tratamento -22- do ar da técnica anterior. Parte desta poupança pode ser devida ao facto de que unidades de ventiladores individuais (200) do conjunto ventilador podem ser produzidas em grandes quantidades. Parte desta poupança pode ser devido ao facto de que é menos dispendioso fabricar unidades de ventiladores mais pequenas (200) . Enquanto as unidades de um só ventilador (100) eram regra geral feitas por medida para uma finalidade especifica, esta invenção poderia ser implementada num único tipo de unidade de ventilador (200). Em modelo alternativos, poderão existir várias unidades de ventiladores (200) com diferentes dimensões e/ou potências (tanto de entrada como de saida). As diferentes unidades de ventiladores (200) poderiam ser utilizadas num único sistema de tratamento do ar ou cada sistema de tratamento do ar poderia ter apenas um tipo de unidade de ventilador (200) . Mesmo quando as unidades de ventiladores (200) mais pequenas são feitas por medida, o custo da produção de unidades de múltiplos ventiladores (200) para um projecto especifico é quase sempre menos do que o custo da produção de uma única grande unidade de ventilador (100) da técnica anterior para o mesmo projecto. Tal pode ser possível devido às dificuldades de produção de grandes componentes e/ou o custo da obtenção de grandes componentes necessários para a única grande unidade de ventilador (100) da técnica anterior. Esta poupança estende-se também ao custo de produção de um compartimento de tratamento do ar (202) mais pequeno.

Num modelo preferido da invenção, as unidades de ventiladores (200) são modulares de tal modo que o sistema é "plug and play". Tais unidades modulares podem ser implementadas incluindo estrutura para interligar no -23- exterior das próprias unidades de ventiladores (200) . Em alternativa, tais unidades modulares podem ser implementadas utilizando estrutura separada para interligar as unidades de ventiladores (200) . Ainda noutro modelo alternativo, tais unidades modulares podem ser implementadas utilizando um sistema em grelha no qual as unidades de ventiladores (200) podem ser colocadas.

Custos Operacionais Reduzidos O conjunto ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar desta invenção tem, de preferência, um funcionamento menos dispendioso do que os sistemas de tratamento do ar da técnica anterior devido à grande flexibilidade de controlo e optimização de ajustamento para os requisitos operacionais da estrutura. Também, utilizando unidades de ventiladores mais pequenas de velocidade elevada (200) que necessitam menos controlo do ruído de baixa frequência e menos resistência estática para fluir.

Aumento do Rendimento O conjunto ventilador com uma rede de ventiladores no sistema de tratamento do ar desta invenção é, de preferência, mais eficaz do que os sistemas de tratamento do ar da técnica anterior porque cada pequena unidade de ventilador (200) pode funcionar no rendimento máximo. O sistema poderia activar e desactivar individualmente as unidades de ventiladores (200) para evitar o uso ineficaz de unidades de ventiladores (200) especificas. Deverá -24- verificar-se que um controlador de rede (300) poderia ser utilizado para controlar as unidades de ventiladores (200) . Tal como estabelecido em cima, o controlador de rede (300) desliga certas unidades de ventiladores (200) e coloca a funcionar as restantes unidades de ventiladores (200) no máximo rendimento.

Redundância

As unidades de múltiplos ventiladores (200) são adicionadas à redundância do sistema. Se uma unidade de um só ventilador (200) se avariar, haverá ainda arrefecimento. O controlador de rede (300) pode ter em consideração as unidades de ventiladores (200) desactivadas de modo que não haja depreciação visível no arrefecimento ou na velocidade do débito de ar. Esta característica pode também ser útil durante a manutenção à medida que o controlador de rede (300) pode desactivar unidades de ventiladores (200) que têm como objectivo serem mantidas "off-line" sem depreciação visível no arrefecimento ou na velocidade do débito de ar.

Vantagens da Atenuação do Ruído O ruído de alta frequência da pequenas unidades de ventiladores (200) é mais fácil de atenuar do que o ruído de baixa frequência da grande unidade de ventilador. Devido a que a parede do ventilador possui menos energia de ruído de baixa frequência, são necessárias armadilhas sonoras mais curtas menos dispendiosas para atenuar o ruído de alta frequência produzido pela rede de pequenas unidades de -25- ventiladores (200) do que o ruído de baixa frequência produzido pela grande unidade de um só ventilador (100). A rede de unidades de ventiladores (200) irá, cada uma, funcionar de tal modo que as ondas acústicas de cada unidade irão interagir para cancelar o ruído de certas frequências originando, deste modo, uma unidade de funcionamento mais silencioso do que os sistemas da técnica anterior.

Vibração Reduzida

As unidades de múltiplos ventiladores (200) desta invenção são dotadas de rodas mais pequenas com menos volume e criam menos força devido ao desequilíbrio residual causando, assim, menos vibração do que a unidade de ventilador grande. A vibração total das unidades de múltiplos ventiladores (200) irá transmitir menos energia a uma estrutura visto que cada ventilador terá tendência a cancelar-se uns aos outros devido a ligeiras diferenças em fase. Cada unidade de ventilador (200) das unidades de ventiladores múltiplos (200) gere uma pequena percentagem de todo o requisito de tratamento do ar e, desse modo, produz menos turbulência na corrente de ar e significativamente menos vibração.

Deverá verificar-se que a FIG.3 ilustra um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores de 4x6 no sistema de tratamento do ar com vinte e quatro unidades de ventiladores (200), a FIG.4 ilustra um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores de 5x5 no sistema de tratamento do ar com vinte e cinco unidades de ventiladores (200), a FIG.5 ilustra um conjunto ventilador com uma rede -26- de ventiladores de 3x4 no sistema de tratamento do ar com doze unidades de ventiladores (200), a FIG.6 ilustra um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores de 3x3 no sistema de tratamento do ar com vinte e nove unidades de ventiladores (200), e a FIG.7 ilustra um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores de 3x1 no sistema de tratamento do ar com três unidades de ventiladores (200). Deverá verificar-se que o conjunto pode ter qualquer tamanho ou dimensão de mais de unidades de dois ventiladores (200). Deverá verificar-se que apesar de as unidades de ventiladores (200) poderem estar dispostas num único plano (tal como ilustrado na FIG.2), uma confiquração de rede alternativa pode conter uma rede de unidades de ventiladores (200) que se encontram dispostas numa configuração em ziguezague (tal como ilustrado na fig.14) em planos múltiplos. Deverá verificar-se que as serpentinas de arrefecimento (não ilustradas) podem ser adicionadas ao sistema tanto a montante ou a jusante das unidades de ventiladores (200) Deverá verificar-se que, apesar de ilustradas a montante das unidades de ventiladores (200), o banco de filtros (122,222) pode estar a jusante.

Deverá verificar-se que um modelo alternativo iria utilizar um conjunto ventilador horizontal. Por outras palavras, os modelos ilustrados nas FIGS.2-14 podem ser utilizados na horizontal ou na vertical ou em qualquer direcção perpendicular à direcção do débito de ar. Por exemplo, se uma parte vertical da conduta de ar funciona como o compartimento de tratamento do ar (202), o conjunto ventilador pode estar colocado na horizontal. Este modelo -27- seria especialmente prático num compartimento de tratamento do ar para um veio de ar reciclado.

Deverá verificar-se que a rede de ventiladores (214) pode ser qualquer parte da passagem do ar (220) na qual as unidades de ventiladores (200) estão colocadas. Por exemplo, as unidades de ventiladores (200) podem estar situadas no dueto de escoamento (210) (tal como ilustrado), no dueto de admissão (212), ou parcialmente no interior do dueto de admissão (212) e parcialmente no interior do dueto de escoamento (210). Deverá verificar-se também que o compartimento de tratamento do ar (202) pode ser uma secção de conduta de ar.

Os termos e expressões empregues na especificação anterior são utilizados como termos de descrição e não são limitativos, nem pretendem excluir equivalentes das caracteristicas ilustradas e descritas ou das suas partes. O âmbito da invenção é definido e limitado apenas pelas reivindicações seguintes. -28-

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para a conveniência do leitor. A mesma não faz parte do documento de Patente Europeia. Embora muito cuidado tenha sido tomado na compilação das referências, erros e omissões não podem ser excluídos e o EPO nega qualquer responsabilidade neste sentido.

Documentos de Patente citados na descrição • US 6414645 B, Bonet [0009] • US 4767262 A, Simon [0009] • US 6388880 B, El-Ghobashy [0009] • DE 19719507 A [0011] • EP 0004448 A [0012] • WO 9619701 A [0013]

Claims

-1 - REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de tratamento do ar, compreendendo: um conjunto ventilador com uma rede de ventiladores (114) : um compartimento de tratamento do ar (202); uma série de unidades de ventiladores (200) dispostas numa rede de ventiladores (214) na dita rede de ventiladores do conjunto (114), caracterizada por (i) a dita rede de ventiladores (214) ser dotada de pelo menos uma unidade de ventilador (200) disposta na vertical sobre pelo menos uma outra unidade de ventilador (200); (ii) a dita rede de ventiladores (214) estar posicionada no interior do dito compartimento de tratamento do ar (202); e (iii) o compartimento de tratamento do ar (202) possuir um dueto de escoamento (210) para receber ar da série de unidades de ventiladores e para distribuir o ar para um sistema de ventilação do edifício; -2- (iv) o dito sistema de tratamento do ar compreende ainda um controlador de rede (300) para controlar a velocidade das unidades de ventiladores na dita rede e, desse modo, o débito e a pressão do ar, e no qual a dita série de unidades de ventiladores (200) é redundante no sistema de tratamento do ar de tal modo que se uma unidade de ventilador (200) estiver desactivada, o controlador da rede (300) tem a unidade de ventilador (200) desactivada em consideração de modo que não exista depreciação visível no arrefecimento ou no débito de ar.
2. Sistema de tratamento do ar de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um controlador de rede (300) programado para operar a dita série de unidades de ventiladores (200) no rendimento máximo.
3. Sistema de tratamento do ar de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o dito compartimento de tratamento do ar (202) possuir uma passagem de ar (220), sendo que a dita passagem de ar é inferior a 1829 mm (72 polegadas).
4. Sistema de tratamento do ar de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a dita série de unidades de ventiladores (200) estar disposta numa -3- configuração de rede de ventiladores seleccionada de um grupo composto por: (a) uma configuração de rede real; (b) uma configuração de rede de estrutura espaçada; (c) uma configuração de rede em xadrez; (d) uma configuração de rede em filas ligeiramente deslocadas; (e) uma configuração de rede em colunas ligeiramente deslocadas; e (f) uma configuração de rede em ziguezague.
5. Sistema de tratamento do ar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de controlo poder ainda funcionar a um nível de selecção para um ou mais dos seguintes índices: i) volume de ar, ii) nível de fluxo de ar, iii) modelo do fluxo de ar, ou iv) o número de unidades de ventiladores a operar.
6. Sistema de tratamento do ar de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado por as ditas unidades de ventiladores (200) serem ventiladores em dueto (tipo plenum fan).
7. Sistema de tratamento do ar de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado por cada uma das ditas unidades de ventiladores (200) ser de natureza modular e por o sistema de tratamento do ar compreender ainda um sistema em grelha no qual as unidades de ventiladores podem ser colocadas de modo que o sistema em grelha separe as unidades de ventiladores adjacentes. -4-
8. Sistema de tratamento do ar de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado por as ditas unidades de ventiladores serem unidades modulares separadas, sendo que as ditas unidades modulares adjacentes são unidas uma à outra por estruturas interligadas para formar a dita rede de ventiladores.
9. Sistema de tratamento do ar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o espaço entre as periferias exteriores das rodas de ventilador dos ventiladores adjacentes ser na ordem dos 20% a 60% do diâmetro da roda de ventilador.
10. Sistema de tratamento do ar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por cada unidade de ventilador da rede de ventiladores ocupar um cubo rectangular dotado de uma largura e altura na ordem dos 609 mm a 762 mm (24 a 30 polegadas).
11. Sistema de tratamento do ar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de controlo poder ainda ser operado de modo a desactivar certas unidades de ventiladores (200) e activar as ditas unidades de ventiladores restantes (200) . -1/11 - 112 110

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