CAG Otimizada para Sistemas com Vigas Frias, Resfriamento Dedicado de Ar Externo e Chillers em Série

Transcrição

1 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers CAG Otimizada para Sistemas com Vigas Frias, Resfriamento Dedicado de Ar Externo e Chillers em Série Eng. Francisco Dantas Interplan 27/04/2016 São Paulo Execução Implementação Realização

2 ABORDAGENS PARTE I CENÁRIO MUNDIAL ENERGIA X EMISSÕES PARTE II EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA ERV DOAS DCV - VAV PARTE III PREPARAÇÃO PSICROMÉTRICA DESACOPLAMENTO SENSÍVEL X LATENTE III. 1 III. 2 PARTE IV IV.1 IV.2 PARTE V THIC POR DESSECAGEM THIC POR RESFRIAMENTO PROFUNDO INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS RADIANTES VIGAS FRIAS PISO FRIO RADIANTE OTIMIZAÇÃO TERMODINÂMICA ESCALONAMENTO DA PRODUÇÃO FRIGORÍFICA

3 PARTE I CENÁRIO MUNDIAL ENERGIA X EMISSÕES

4 Fonte:

5

6 Fonte: Manual REHVA Nº 7 Adaptado da VDI 6022

7 Fonte: Manual REHVA Nº 7 Adaptado da VDI 6022

8 Fonte:

9 Fonte: REVHA Workshops Clima 2010

10 Fonte:

11 Fonte:

12

13

14 SISTEMAS TERMICAMENTE ATIVADOS:TRANSFORMANDO ENERGIA QUE SE DEGRADARIA, EM ENERGIA NOBRE CHAMINÉ PERDAS TOTAIS = 10% 50 C 120 C CHAMINÉ 500 C AR ÚMIDO PARA PROCESSO DESUMIDIFICADOR V3V 500 C ÁGUA GELADA (VEM DO PROCESSO) DESCARGA DOS GASES AR SECO PARA PROCESSO ÁGUA GELADA (VAI AO PROCESSO) ENTRADA GÁS NATURAL V3V ENERGIA ELÉTRICA EVITADA CHILLER ABSORÇÃO DUPLO EFEITO ENERGIA ELÉTRICA PARA UTILIDADES REDUÇÃO 37% + 11% = 48% MOTOR A GÁS GERADOR ÁGUA GELADA (VEM DO PROCESSO) ENERGIA ELÉTRICA EVITADA RECUPERADOS 100 % ÓLEO E TURBO RECUPERADOS 100 % ÁGUA GELADA (VAI AO PROCESSO) CHILLER ABSORÇÃO SIMPLES EFEITO BLOCO DESCARGA DE GASES PARA O EXTERIOR SEM CO-GERAÇÃO : C CO-GERAÇÃO COM CHILLER : C INTERFACE PARA ÁGUA QUENTE PREDIAL

15 PARTE II EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA ERV DOAS DCV - VAV

16

17 TECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃO Fonte:

18

19 DOAS with Parallel Cooling

20 Fonte:

21

22 SISTEMA DE RESFRIAMENTO EXEMPLO TÍPICO ATENUADOR DE RUIDO SAIDA DE ÁGUA 19,0 C ATENUADOR DE RUIDO CAIXA DE MISTURA DUTO DE RETORNO DUTO DE INSUFLAMENTO L/s 15,0 C / 12,7 C 8,2 g/kg 24,0 C 9,3 g/kg 14,6 C / FILTRO PLANO MÓDULO 13,6 C FILTRO BOLSA DISTANCIADOR 9,3 g/kg SERPENTINA VENTILADOR DE INSUFLAMENTO 9,0 C ENTRADA DE ÁGUA L/s 24,0 C 50%UR 9,3 g/kg RETORNO carga latente interna = W ( Kcal/h ) vazão de insuflamento = L/s ( m3/h ) Kcal/h = 1,1 g/kg x= 0,72 x m3/h L/s INSUFLADOR 24,0 C 50%UR 9,3 g/kg 1.80m DISTRICT COOLING VEMDA UNIDADE DE TRATAMENTO DE AR EXTERNO L/s 14,6 C 6,0 g/kg PISO

23 TECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃO Fonte:

24 BALANÇO DE VAZÕES DE AR

25 TRATAMENTO DO AR COMO MISTURA CARGAS ACOPLADAS

26

27

28 PARTE III PREPARAÇÃO PSICROMÉTRICA DESACOPLAMENTO SENSÍVEL X LATENTE (THIC)

29

30

31 RESFRIAMENTO COM MENOS AR

32 Fonte: ASHRAE Journal December/2009

33 Fonte: GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition

34 PARTE IV INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS RADIANTES

35 IV. 1 VIGAS FRIAS

37 Fonte: Manual REHVA Vigas Arrefecidas

38 Fonte: Manual REHVA Vigas Arrefecidas

39 IV. 2 PISO FRIO RADIANTE

40 Fonte: REHVA Guidebook nº 7

45 III.1 THIC POR DESSECAGEM

46

47 PSYCHROMETRIC CHART - NORMAL TEMPERATURES SI METRIC UNITS Barometric Pressure kpa SEA LEVEL % At Sa tur ati on kj/ 55 kg Dry 60 Air W 65 et Bu lb 70 or Sa tur ati on Te mp er atu re C TRECHO 4-5: RESFRIAMENTO NA C.A.G. Hu mi dit y Re lat ive (32 C/18,8g/kg) 18, % % 30 (26,4 C/13,2g/kg) 13,2 45 En tha lpy % % 4 (15,3 C/5,7g/kg) 7 3 5,7 (52,0 C/5,7g/kg) (33,0 C/5,7g/kg) ,3 20 Dry Bulb Temperature C 25 26, Moisture Content g/kg Dry Air TRECHO 3-4: RESFRIAMENTO NATURAL % TRECHO 2-3: DESSECAGEM 60 % 80 TRECHO 1-2: RECUPERAÇÃO DE ENERGIA 26 70% % 27 SISTEMA DE TRATAMENTO DO AR DE RENOVAÇÃO

48 40 45 CARTA PSICROMÉTRICA - TEMPERATURAS NORMAIS SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES Pressão Barométrica kpa Nível do Mar , , Temperatura de Bulbo Seco C TRECHO 5-6: REAQUECIMENTO NO VENTILADOR DA UTAE TRECHO 8-9: REAQUECIMENTO NO VENTILADOR DA UTAR PONTO 10: MISTURA AR RECIRCULADO / AR RENOVADO TRECHO 10-7: EVULUÇÃO NO AMBIENTE 26, Umidade Absoluta (g/kg ar seco) 12 5,7

49 III.2 THIC POR RESFRIAMENTO PROFUNDO

50 UREs (ERVs) DADOS DO RECIFE ESTAÇÃO + ÚMIDA Efh = 88,3 60,1 = 65% 88,3 45,1 TOTAL kwt (1.367 Ton)

51 UTAEs (DOAS) ERV (41%) DADOS DO RECIFE ESTAÇÃO + ÚMIDA TOTAL kwt (1.367 Ton) MT (34%) TOTAL kwt (1.134 Ton) Condensado Recolhido kg/h BT (25%) TOTAL kwt (828 Ton) Condensado Recolhido kg/h Reaq. DEVOLVIDO À CAG TOTAL kwt (468 Ton) CICLO RUN AROUND AR - ÁGUA RESFRIAMENTO + DESUMIDIFICAÇÃO kwt (334 Ton)

52 FLUXOGRAMA HIDRÁULICO E DE AR DO CONSUMO DUTO DE AR EXTERIOR SECO E FRIO

53 UTADs (HCUs) MT TOTAL 670 kwt (191 Ton) BT TOTAL kwt (346 Ton) Condensado Recolhido 907 kg/h Reaq. DEVOLVIDO À CAG 712 kwt (202 Ton) CICLO RUN AROUND AR - ÁGUA kwt (334 Ton)

54 SISTEMA PARA CENTROS DE COMPRAS

55 UTARs (AHUs) MALL MT TOTAL kwt (616 Ton)

56 UTARs (AHUs) LOJAS MT TOTAL kwt (1.808 Ton)

57 VGFs + PFR + FCTs ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1 NORMAL TEMPERATURE BAROMETRIC PRESSURE: 101,325 kpa R R 110 Copyright ,030 AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC.,029 SEA LEVEL , ,5 2,0 SENSIBLE HEAT TOTAL HEAT 10,0 0,5-5,0 4,0 Qs Qt -2,0 -, ,0-2, 0 5,0 0,4 0,0 30 4,0 0,1-0,2 0,2 WE T 1,0 5-0, 0,3-1, 0 0, ,6 0,9 0,8 0,7,025 BU LB 80 TE,024 MP ER AT UR E,023 - C 110 0,9 2,0 3,0, ,5,021 ENTHALPY HUMIDITY RATIO h W 70 25,020,019 C RE, PE 40 R IO AT N 20 S % 90 New 1 New 2 0,8 E UM OL 6V 15 % IC UB Y DR KG ER RP TE ME 40% 0, % 5 0,8 10 -C % % 0,015 90,014,013,012,011 80,010,009,008,007 70,006,005,004,003 60,002, HUMIDITY 20 0,7 5 AIR 0,8 20% E 10% RELATIV DRY BULB TEMPERATURE - C % U AT 40 -K M TE 50 R U AT - HUMIDITY RATIO - KILOGRAMS MOISTURE PER KILOGRAM DRY AIR 50 (314 Ton) 10, kwt TH R AI 8 EN RY 0,9 J PY AL LO AM D 0,8 TOTAL KI R G F O 100, AT (100%) R PE ENTHALPY - KJ PER KILOGRAM OF DRY AIR

58

59 FLUXOGRAMA HIDRÁULICO DO CONSUMO

60 FLUXOGRAMA DE AR AR EXTERIOR DESCARGA EXAUSTÃO +250/8 TUBO PITOT +500/4 TUBO PITOT DDC -500/8 ST ERV RV RV UTAE-L UNIDADE DE TRATAMENTO DE AR EXTERIOR DCV S CO2 RETORNO RV +500/4 RV VFD -250/8 RV ERV EX -250/8-500/8-250/8-250/8-500/8 (LOJAS) +500/4 RV ST INSUFLAÇÃO VAV ST SP ST RV VFD +250/4 UTAD +500/4 UNIDADE DE TRATAMENTO DO AR DE RECIRCULAÇÃO RETORNO REGULADORES DE VAZÃO RV UTAR VAV ST +500/4 UTAE-M +500/4 UNIDADE DE TRATAMENTO DE AR EXTERIOR UNIDADE DE TRATAMENTO DO AR DE DESUMIDIFICAÇÃO (MALL) REGULADORES DE VAZÃO +500/4 RV RV CASA DE MÁQUINAS -250/8 LOJA +500/4 LOJA LOJA +500/4 RV RV RV VF RV VF RV VF RV VF RV VF RV +500/4 RV RV RV VF VIGAS FRIAS REGULADORES DE VAZÃO MALL NÍVEL L2 LOJA LOJA LOJA +500/4 RV RV RV VF RV VF RV RV +500/4 RV RV VF VIGAS FRIAS REGULADOR DE VAZÃO VAZIO MALL MALL NÍVEL L1 FLUXOGRAMA DE AR TÍPICO - CASAS DE MÁQUINAS LOJA LOJA LOJA

61 QUADRO SINÓPTICO DE DEMANDAS E POTÊNCIAS SISTEMA PARA CENTRO DE COMPRAS RECUPERAÇÃO DE ENERGIA DE VENTILAÇÃO 1º EST. RESF. (AT/MT) (14ºC/10ºC) 2º EST. RESF. (BT) (4ºC) REAQ. EM CICLO FECHADO (RUN AROUND) AR - ÁGUA ÁGUA CONSUMO/COLETA kwt (1.367 Ton) UTAEs (DOAS) Mall + Lojas kwt (1.134 Ton) kwt (828 Ton) kwt (468 Ton) Condensado kg/h UTADs (HCUs) Mall kwt (191 Ton) kwt (346 Ton) 712 kwt (202 Ton) Condensado 907 kg/h UTARs (AHUs) Mall kwt (616 Ton) VGFs, PFR, FCTs Mall kwt (314 Ton) UTARs (AHUs) Lojas kwt (1.808 Ton) kwt (1.367 Ton) kwt (4.063 Ton) kwt (1.174 Ton) kwt (670 Ton) - Carga na CAG kwt (3.393 Ton) kwt (1.174 Ton) - - Pot. da CAG kwt (3.200 Ton) kwt (1.000 Ton) - Consumo kg/h 20,7% 51,4% COP (7,6 6,8) 17,8% COP (5,6) 10,1% 25% Condensado UCEs (ERVs) Mall + Lojas Totais Obtenção da Potência 6,8 (17,2%) P/ 5ºC (27,3%) 75% Reuso

62 PARTE V OTIMIZAÇÃO TERMODINÂMICA POR ESCALONAMENTO DA PRODUÇÃO FRIGORÍFICA

63 FLUXOGRAMA HIDRÁULICO DA PRODUÇÃO 19 C M M TANQUES PRESSURIZADOS ALTERNATIVA AO THIC POR DESSECAGEM TANQUE DE TERMOACUMULAÇÃO MÉDIA TEMPERATURA 10 C TANQUE DE TERMOACUMULAÇÃO BAIXA TEMPERATURA 4 C TANQUE DE EXPANSÃO FECHADO VB M M M M CHILLER - BT CHILLER - MT 14,5 C 10 C M M 4 C M M M M 14,5 C CHILLER - AT M RETORNO GERAL UTAs 19 C UTARs 10 C M VAI ÀS UTA s UTAEs 4 C

64 RESULTADOS

65 Consumo Real de Energia por TR de Rateio em Shoppings Centers

66 RESULTADOS DE MEDIÇÃO SISTEMA COM CARGAS 100% DESACOPLADAS (THIC) X SISTEMA COM CARGAS 63% ACOPLADAS E 37% DESACOPLADAS (VAV) (THIC) x 100 = 39,5% 153 X 0,63

67

69 TRADUÇÃO: Por outro lado, comparando ao sistema convencional básico à água, o sistema de vigas frias consome mais energia de bombeamento pois, o fluxo de água opera com um diferencial de temperatura de 2 a 3 C, quando 1 comparado ao diferencial convencional de 5 C. O sistema de vigas frias requer água resfriada de 14 C à 18 C, mas as unidades de tratamento de ar, com 2 propósito de desumidificação, requerem tipicamente, água em torno de 6 C. A planta de água gelada pode produzir água à 6 C e o requerimento da carga é entre 14 C e 18 C. A temperatura requerida é obtida através de uma mistura entre a água produzida e a água de retorno. Isso não é uma solução ideal do ponto de vista de Eficiência Energética, mas, a solução tem um importante efeito no consumo de energia quando comparado ao 3 sistema convencional com água à 6 C, devido à mais alta temperatura da água de retorno para a planta de resfriamento. O consumo de energia é minimizado se houver um sistema dedicado de produção para duas temperaturas da 4 água requeridas. Esta separação melhora e Eficiência Energética pelas seguintes razões: Os chillers dedicados às vigas podem trabalhar com 14 C de temperatura da água gelada, majorando altamente a sua relação de Eficiência Energética (EER). Resfriamento natural (free cooling) pode ser implementado com algumas das seguintes tecnologias: Torres de resfriamento para climas quentes / secos; Ciclos economizadores ; Energia Geotérmica (da água ou do solo). A análise energética deve considerar todos esses aspectos. Fonte Original em Inglês : GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition 5

70 Fonte: Ashrae Journal Jun/2006

71 Execução Implementação Realização