Msc. Eng. Fernando Pozza

Transcrição

1 Sistemas de Climatização por Condensação a Ar: Maximizando o Desempenho do Sistema em Cargas Parciais Através da Análise do Perfil de Temperaturas Externas Msc. Eng. Fernando Pozza

2 Situação da Energia Elétrica no Brasil

3 Situação da Energia Elétrica no Brasil Tendência de aumentos crescentes na tarifa de energia elétrica. - Projeção da matriz de geração elétrica mais suja; - Inserção de mais Termoelétricas;

4 Consumo de Energia Por Setores x E. Energética No setor comercial e de serviços a climatização representa um consumo de energia em média de: Climatização Climatização Climatização Climatização Climatização Fonte: ABESCO (08/2015)

5 Consumo de Energia Por Setores x E. Energética No setor industrial a climatização representa um consumo de energia de até 65% do consumo para algumas atividades industriais; Na parte de refrigeração industrial e comercial os gastos com energia pode chegar até 85% do total da fatura de energia: CONSUMO DE ENERGIA NAS INDÚSTRIAS Setor da Indústria Energia Elétrica Utilizada em Refrigeração Processamento de Leite 25% Cervejarias 35% Chocolate 40% Alimentos Congelados 60% Armazéns Frigorificados 85% Fonte: Revista ABRAVA climatização + refrigeração (n 08/2014)

6 Consumo de Energia Por Setores x E. Energética Desta forma, um incremento na eficiência dos sistemas de climatização e refrigeração irá contribuir sensivelmente para redução do consumo de energia e demanda, além das emissões de GEE; Em relação a equipamentos de condensação a AR: O que deve ser Observado e Especificado para obter um maior desempenho???

7 Importância da Operação em Cargas Parciais de Equipamentos de Ar Condicionado Kcal/h 1-2% das horas anual Eficiência em Cargas Parciais Na maior parte de tempo o Sistema de A/C (chiller, VRV, Split ) operam abaixo da capacidade nominal, variando conforme o perfil de carga térmica da construção. Quanto maior for a variação durante o ano, maior importância terá a operação deste equipamento em cargas parciais.

8 Importância da Operação em Cargas Parciais de Equipamentos de Ar Condicionado Fator de Carga Térmica Para Algumas Aplicações Perfil de Carga Térmica Típica de Edificações Quanto maior a variação de carga térmica e/ou da temperatura do ar externo, maior será a importância da utilização de sistemas com alta eficiência em Cargas Parciais e controle de capacidade por Inversor.

9 Principais Parâmetros que Influenciam no Desempenho em Cargas Parciais Temperatura de Condensação Temperatura de Evaporação

10 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais,,

11 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais,, PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA;

12 Importância da Válvula de Expansão Eletrônica Os sistemas de refrigeração podem trabalhar com superaquecimentos menores, em torno de 2 C sem risco de retorno de líquido para o compressor; São capazes de operar com menores pressões de condensação, o que é especialmente importante quando se tem baixa temperatura ambiente; A VEE permite um controle eficiente da capacidade e do superaquecimento, operam com baixos diferenciais de pressão e podem ser acopladas a outros sistemas de controle e monitoração; Podem resultar em economia de energia de 10% ou mais quando em comparação as VET para a mesma aplicação e uso;

13 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais,,,, PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO: Para uma dada condição externa, quanto maior for a área de condensação ou melhor for o U, menor precisa ser a temperatura de condensação,,,, (pressão de condensação equivalente) para que tenha troca térmica e portanto maior será o COP.

14 Importância do TC - Condensador Trocador de calor com 4 faces: Superfície de troca térmica 50% maior (Max. 235m²) Área de Superfície Maximizada Espaço entre as aletas 30% menor VRV Inova Alta Eficiência VRV Padrão 32 aletas

15 Importância do TC - Condensador Trocador de calor com 4 faces com 3 filas de tubos: Eficiência 30% melhor devido à serpentina de 3 filas com tubos de cobre de menor diâmetro 3 filas com tubo de Cobre de diâmetro menor (Φ7mm) Menor Perda de Carga! Menor Ruído

16 Importância do TC - Condensador A Daikin projeta os módulos com maior área de troca térmica e com vazão de ar externo através da serpentina igual ou maior que os módulos de mesma capacidade dos demais fabricantes do mercado; Com isso obtém U.E para o sistema VRV com maior desempenho e mesmo assim compactas e com menor nível de ruído em relação aos demais concorrentes; Menor nível de ruído pois trabalha forte nas questões aerodinâmicas do ventilador e serpentina, além de que com maior área de face das serpentinas reduz a velocidade do ar e com isso também reduz a perda de carga no lado do Ar;

17 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE:,,,, 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO; 3 ) INVERSOR: quando diminui a temperatura de condensação aumenta consequentemente o efeito de refrigeração do ciclo, portanto, para manter a mesma capacidade inicial deve ser reduzido a vazão de fluido refrigerante,, no evaporador através da redução,, da rotação do compressor, o que reduz a potência de eixo (consumo elétrico).

18 Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais,,,, PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO; 3 ) INVERSOR,,,, 4 ) PODEROSO SISTEMA DE GERENCIAMENTO DINÂNICO;

19 Consumo (kw) Importância do Gerenciamento Dinâmico Consumo total Consumo dos ventiladores Consumo dos compressores Melhor valor de pressão para alcançar o melhor COP da unidade o controlador deve estar habilitado para modular nas condições de trabalho para alcançar o ponto de maior eficiência. Pressão de Condensação

20 Importância da Tecnologia do Compressor Nova Tecnologia de Compressor para Chillers de: TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR) Para um melhor desempenho em qualquer condição de operação INVERTER SLIDING VALVE para VVR e Para modulação infinita de capacidade Para otimização da eficiência do Compressor

21 Importância da Tecnologia do Compressor Nova Tecnologia de Compressor para Chillers de: TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR) Razão de Volume Variável (VVR) A B Descarga Seção de Descarga Relação de Volume Variável (VVR) Uma válvula de deslizamento é posicionada pelo controlador em duas possíveis posições, alterando a razão do volume do compressão e a geometria no lado de descarga. Sucção O efeito desta operação é a otimização da eficiência do compressor, conforme a atual condição de operação. A B Posição A: Razão de Volume 2.0 Baixa razão de pressão Posição B: Razão de Volume 3.0 Alta razão de pressão Geometria de Descarga

22 Importância da Tecnologia do Compressor Razão de Volume Variável (VVR) Pressão de Condensação Baixa Razão de Pressão Pressão de Evaporação A B Alta Razão de Pressão A B Posição A: Razão de Volume 2.0 Baixa razão de pressão Posição B: Razão de Volume 3.0 Alta razão de pressão

23 Eficiência do Compressor Importância da Tecnologia do Compressor Nova Tecnologia de Compressor para Chillers de: TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR) Razão de Volume Variável (VVR) VR 2.0 VR 3.0 A eficiência do compressor é otimizada com Razão de Volume Variável em qualquer condição de trabalho, graças a: Sliding valve móvel Avançado software do controlador Razão de Pressão como se tivesse 2 compressores em 1

24 Perfil da Temperatura Externa de São Paulo Mais de h abaixo de 23 C - Carga Térmica de projeto de verão é calculada para atender a 99,6% do tempo, ou seja, não atende apenas 35 h das 8760 horas do ano. - Temperatura de projeto para São Paulo é de 32 C (NBR ).

25 TOTAL DE HORAS NO ANO (h) Perfil da Temperatura Externa de Curitiba/PR TEMPERATURA BIN - ANUAL PARA A CIDADE DE CURITIBA Mais de h abaixo de 23 C TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C) n de horas do ano - Carga Térmica de projeto de verão é calculada para atender a 99,6% do tempo, ou seja, não atende apenas 35 h das 8760 horas do ano. - Temperatura de projeto para Curitiba é de 30,9 C (NBR ).

26 Desempenho em Cargas Parciais Conforme Condições de Operação VRV INOVA 24 HP DAIKIN Capacidade: 67 KW Cond. Inter: 27 C e 19 C (TBU) CHILLER AWS DAIKIN Capacidade: 300 TR AAG: 6,67 C e RAG: 12,2 C Aplicação: comercial; parte administrativa; conforto. Aplicação: industrial; grandes cargas; processo.

27 TOTAL DE HORAS NO ANO (h) COP (kw/kw) Desempenho - VRV 24 HP 67 KW São Paulo 2500 DESEMPENHO EM CARGA PLENA DE UM VRV - 24 HP (100% SIMULTANEIDADE) 9, ,01 7,79 7,17 6,47 38% SUPERIOR 8,0 7, ,81 5,67 5,48 5,21 5,88 4,69 5,32 4,20 4,82 3,76 4,45 3,31 6,0 5,0 4,0 3, ,0 1,0 0 0,0 n de horas do ano Desempenho VRF Padrão (24 HP) Desempenho VRV Alto Desempenho (24 HP) TBS São Paulo - SP TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C)

28 TOTAL DE HORAS NO ANO (h) COP (kw/kw) Desempenho - Chiller de 300 TR AR - SP DESEMPENHO DE UM CHIILER CONDENSAÇÃO A AR PARA 300 TR ,47 4,96 6,1 4,53 5,67 4,17 5,26 3,87 4,87 3,6 4,49 3,35 36% SUPERIOR 4,14 3,12 3,8 2,89 3,48 2,67 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2, ,0 0 0,0 TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C) n de horas do ano Desempenho Chiller Inverter Desempenho Chiller Padrão TBS São Paulo - SP

29 PESO - % DE OPERAÇÃO Desempenho em Cargas Parciais ICOP AHRI 1230: A forma mais fácil de comparar o desempenho em Cargas Parciais entre dois sistemas VRV de mesma capacidade ICOP = A*COP 100% + B*COP 75% + C*COP 50% + D*COP 25% Pesos: A = 0.02 (2%) B = (61,7%) C = (23,8%) D = (12,5%) 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% 61,7% 23,8% 12,50% 2,0% A - 100% B - 75% C - 50% D - 25% PONTOS % CARGA PONTO CARGA (%) % OPERAÇÃO COND.EXTERNA COND.INTERNA A A - 100% 2,0% TBS TBS, TBU B B - 75% 61,7% TBS TBS, TBU C C - 50% 23,8% TBS TBS, TBU D D - 25% 12,50% TBS TBS, TBU

30 Desempenho em Cargas Parciais PESO - % DE OPERAÇÃO IPLV AHRI 550/590: A forma mais fácil de comparar o desempenho em Cargas Parciais entre dois Chiller de mesma capacidade IPLV = A*COP 100% + B*COP 75% + C*COP 50% + D*COP 25% Pesos: A = 0.01 (1%) B = 0.42 (42%) C = 0.45 (45%) D = 0.12 (12%) 50,0% 45,0% 40,0% 35,0% 30,0% 25,0% 20,0% 15,0% 10,0% 5,0% 0,0% 42,0% 45,0% 12,00% 1,0% A - 100% B - 75% C - 50% D - 25% PONTOS % CARGA PONTO CARGA % COND. ÁGUA (%) OPERAÇÃO EXTERNA GELADA A 100% 1,0% TBS 6,7 C B 75% 42% 26,7 - TBS 6,7 C C 50% 45% 18,3 - TBS 6,7 C D 25% 12% 12,8 - TBS 6,7 C

31 Desempenho em Cargas Parciais COP IEER - ICOP VRV INOVA Maior desempenho em cargas parciais do mercado - ICOP COP Relacionado a Demanda (kw) ICOP Dita o Consumo (kw.h) 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, VRV III VRV INOVA HP 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, VRV III VRV INOVA HP Ideal para quem Busca: - Diminuição dos Custos Operacionais - PEE Concessionárias - Certificação LEED: Silver, Gold, Platinum - Retrofit: equipamentos antigos Para Comparação: - Split Normal: ICOP 3,67 - Splitão: ICOP 3,5 - VRV INOVA: ICOP 7,19

32 Nível de Ruído x Desempenho x Estética Nível de Ruído e Eficiência Alguns métodos utilizados para reduzir o nível de ruído ou melhorar a estética (projeto) em sistemas de condensação a ar podem afetar o desempenho: Redução da Rotação dos Ventiladores Isolamento/Restrições Externas Redução da Vazão de Ar Através da Serpentina Aumento da Temperatura de Condensação Redução do COP Redução da Capacidade de Resfriamento e Aumento da Potência Elétrica

33 Nível de Ruído x Desempenho x Estética Nível de Ruído x Eficiência x Estética em Sistema VRV Para sistemas VRV outras tecnologias, além de maior área de troca térmica; maior vazão de ar; aerodinâmica, foram implantadas para operação silenciosa, manter o desempenho e possibilitar projetos mais sofisticados: Descarga Duto Janela Grelha Sucção Duto Possibilidade de ajuste da Pressão Estática Externa na U.E Observar as velocidades da tomada de Ar externo através das venezianas Operação Silenciosa Modo Noturno: Redução da Rotação dos Ventiladores: Redução de até 17 db(a) ex: 63 db(a) para 46 db(a)

34 Nível de Ruído x Desempenho x Estética Nível de Ruído x Eficiência x Estética em Sistemas de Água Gelada Ventiladores (ruído aerodinâmico) Compressores (ruído mecânico) Estrutura Rígida e Invólucro O que geralmente fazem para reduzir o ruído??? Aplicam medidas externas ao chiller: - Enclausuramento Acústico - Barreira Acústica

35 Nível de Ruído x Desempenho x Estética

36 Nível de Ruído x Desempenho x Estética

37 Todas estas tecnologias agregam desempenho, qualidade, flexibilidade e confiabilidade ao equipamento!!! Porém, com todas estas caraterísticas os equipamentos de alto desempenho são viáveis financeiramente?

38 Avaliação Energética - ROI PREMISSAS: Aplicação hotel RJ: Áreas Comuns, Lobby e Quartos; Operação 24 horas por dia 360 dias por ano; Fator de carga térmico fora de ponta: 60%; Fator de carga térmica na ponta: 50%; Carga térmica simultânea de 85% da capacidade instalada; Tarifa: subgrupo A4 verde Concessionária Light; Sobre a tarifa de energia foi aplicado ICMS de 25%; PIS/COFINS de 3,33 %; Custo anual estimado com manutenção no valor de R$ 92/TR/ano (TR instalado) para os equipamentos Daikin e de R$ 115/TR/ano para VRF Concorrente; Investimento em equipamentos do Concorrente: R$ ,00; Investimento em equipamentos Daikin: R$ ,00;

39 Avaliação Energética - ROI PREMISSAS: Capacidade Total Instalada em VRV: 192 HP Unidade Condensadora VRV Modelo Marca Potência Capacidade % % Quant. Tensão Elétrica COP ICOP (HP) Superior Superior (kw) 24 HP ,79 3,41 4,29 1 RHXYQ24AYL DAIKIN ,8 4,54 33,1% 7,82 82,3% 28 HP ,22 3,51 4,36 6 RHXYQ28AYL DAIKIN ,2 4,32 23,1% 7,63 75,0% Tarifa Sem Imposto Com Imposto Demanda (kw) R$ 9,13 12,738 Consumo Ponta (kw.h) R$ 0,91 1,269 Consumo F. Ponta (kw.h) R$ 0,23 0,326 TARIFAS BASE NA ÉPOCA DO ESTUDO : 12/2014

40 Avaliação Energética - ROI

41 Avaliação Energética - ROI CUSTO ACUMULADO x ROI R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ 0,00 R$ ,52 R$ ,17 VRV DAIKIN VRF ANOS

42 Avaliação Energética ROI: Chiller PREMISSAS: Aplicação Industria PR: Climatização Processo Fabril; Operação 24 horas por dia 6 dias por semana; Fator de carga térmica fora de ponta: 60%; Fator de carga térmica na ponta: 50%; Tarifa: subgrupo A4 azul Concessionária Copel; Sobre a tarifa de energia NÃO foi aplicado ICMS e PIS/COFINS; Custo anual estimado com manutenção no valor de R$ 115/TR/ano para os equipamentos Daikin e de R$ 161/TR/ano para o equipamento concorrente devido ao tipo do compressor; Investimento em equipamentos de alto desempenho: R$ ,00; Investimento em equipamentos de baixo desempenho: R$ ,00; Não foi considerado custo de instalação, pois, para ambos são iguais; Desempenho chiller Concorrente: COP de 2,88; IPLV de 3,46; Desempenho do chiller proposto: COP de 3,23; IPLV de 6,51;

43 Avaliação Energética ROI: Chiller PREMISSAS: Capacidade total Instalada em chiller: 200 TR Tarifas Horossazonal Azul Sem Impostos da Copel

44 Avaliação Energética ROI: Chiller

45 Avaliação Energética ROI: Chiller

46 CONCLUSÕES Equipamentos de climatização com alto desempenho, quando comparados com equipamentos novos mas de eficiência padrão (baixo custo), podem diminuir os custos operacionais com energia de 20% a 40 % para as condições de operação da região Sul e grande parte do Sudeste; Equipamentos de climatização com alto desempenho, quando comparados com equipamentos antigos, podem apresentar uma redução dos custos com energia na ordem de 30 a 50% ao longo de um ano; Faltará energia somente se os governantes, empresários e população em geral quiser, pois se utilizar equipamentos de alta eficiência e com inversor o consumo de energia no Brasil pode reduzir drasticamente; Atualmente tem uma série de tecnologias para sistemas de condensação a AR para conferir desempenho com baixo nível de ruído e ainda proporcionar flexibilidade para projetos arquitetônicos sofisticados; Equipamentos de condensação a AR de alta desempenho em cargas parciais são viáveis tecnicamente e financeiramente, além de uma maior qualidade e confiabilidade.

47 Gaste menos energia hoje e compartilhe mais no futuro!! Obrigado! Msc. Eng. Fernando Pozza