23/06/2010 ETIQUETAGEM DO PROCEL EDIFICA - ASPECTO DO CONDICIONAMENTO DE AR. Nathan Mendes - PUCPR Fernando Westphal ETIQUETAGEM PROCEL/INMETRO

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1 ETIQUETAGEM DO PROCEL EDIFICA - ASPECTO DO CONDICIONAMENTO DE AR Nathan Mendes - PUCPR Fernando Westphal ETIQUETAGEM PROCEL/INMETRO 1

2 ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia Etiqueta Edifício Completo Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia Etiqueta Envoltória Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema

3 ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia Etiqueta Envoltória + Iluminação Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia Etiqueta Envoltória + AC Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema 3

4 ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia Etiqueta Sistemas individuais Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema Peso de cada sistema na pontuação geral Pontos obtidos em função do nível de eficiência alcançado por um determinado sistema. Nível de classificação em função da pontuação geral Sistema Peso Envoltória 30% Iluminação 30% Cond. de ar 40% Nível Pontos A 5 B 4 C 3 D E 1 Nível Pont. total A 4,5 a 5 B 3,5 a <4,5 C,5 a <3,5 D 1,5 a <,5 E <1,5 4

5 Condicionamento de ar Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO Splits e aparelhos de janela somente com comprovação de consumo mais baixo Pré-requisito específico: Nível A: sombrear unidades condensadoras de splits e aparelhos de janela Condicionamento de ar Equipamentos não cobertos pelo PBE Pré-requisitos nível A: 1. Cálculo de carga térmica. Controle de temperatura por zona 3. Evitar aquecimento e resfriamento simultâneo 4. Sistema de automação 5. Isolamento de zonas 6. Limites de potência de ventilação 7. Ciclo economizador 8. Acionamento otimizado 9. Recuperação de calor 10. Isolamento de bombas Níveis de eficiência: tabelas de eficiência (Std 90.1) 6/05/010 - Seminário Sustentabilidade e Facilities, São Paulo, SP - Fernando Simon Westphal, Dr. Eng 5

6 Condicionamento de ar Cálculo de carga térmica com métodos aceitáveis Exemplo: o ASHRAE Handbook of Fundamentals o Trace o HAP (E0) o Programas de Simulação Energética de Edificações (EnergyPlus, ESP-r, TRNSYS, Domus etc) 0 m²/tr... Não atende! Controle de temperatura por zona Não atende T 6/05/010 - Seminário Sustentabilidade e Facilities, São Paulo, SP - Fernando Simon Westphal, Dr. Eng 6

7 VAV VAV 3/06/010 Controle de temperatura por zona T Atende T 6/05/010 - Seminário Sustentabilidade e Facilities, São Paulo, SP - Fernando Simon Westphal, Dr. Eng SIMULAÇÃO DE SISTEMAS 7

8 Configuração do Sistema Primário Parâmetros de Entrada (Sistema Primário) Modelo do Resfriador de Líquido Modelo empírico que fornece o consumo do chiller através das temperaturas de saída da água do evaporador (T se ) e de entrada da água do condensador (T ec ) e a taxa de calor retirada no evaporador do sistema secundário (Q e ). É baseado nas três curvas abaixo: - Curva da capacidade em função das temperaturas: T CAPFT a1 bt 1 eo c1t eo d1t ci e1t ci f1t eo - Curva da eficiência em função das temperaturas: T EIRFT a bteo cteo dtci etci f - Curva da eficiência em função da carga parcial: EIRFPLR a 3 b3plr c3plr ci eo T ci onde PLR Pot Cap. No min al* EIR *[ CAPFT ]*[ EIRT ]*[ EIRPLR ] Q Q e e, avaliado( T eo, Tci ) 8

9 Parâmetros de Entrada (Sistema Primário) Modelo do Resfriador de Líquido Dados de Entrada Capacidade (kw) Queda de temperatura no evaporador (ºC) Vazão de água (L/s) COP Temperatura de saída da água no evaporador (ºC) Temperatura de entrada da água ou do ar no condensador (ºC) Dados de desempenho para se obter os coeficientes das curvas. Parâmetros de Entrada (Sistema Primário) Modelo do Resfriador de Líquido Dados de Desempenho Necessários: Variação da capacidade em função das temperaturas de entrada do condensador e saída do evaporador. Variação da eficiência em função das temperaturas de entrada do condensador e saída do evaporador. Variação da eficiência em função das condições de carga parcial (5, 50, 75 e 100 %). 9

10 Parâmetros de Entrada (Sistema Primário) Modelo do Resfriador de Líquido Exemplos das Curvas Exemplo de uma curva de eficiência em função do PLR (carga parcial Exemplo de uma curva de capacidade (CAPFT) em função das temperaturas. Exemplo de uma curva de eficiência (EIRFT) em função das temperaturas. Exemplo do Ajuste da Curva CAPT: Coeficientes das Curvas Polinomiais do modelo matemático do Chiller CAPFT a1 b1t eo c1t eo d1tci e1t ci f1 T T eo ci Onde, Z- é a razão entre a capacidade atual pela capacidade nominal. X temperatura da água na saída do evaporador. Y temperatura do ar na entrada do condensador para o Chiller a Ar ou temperatura da água de condensação da entrada do condensador para Chiller a Água. Ajuste da Curva CAPFT 10

11 Coeficientes das Curvas Polinomiais do modelo matemático do Chiller Segue abaixo quadro resumo com coeficientes das curvas obtidos para alguns equipamentos de um determinado fabricante: Equipamento Capacidade (KW) COP CAPFT (Eq. 1) EIRFT (Eq. ) EIRPLR (Eq. 3) RTAA ,0,75 A=0, B=0, C=-0, D=0, E=-0, F=-0, A=, B=0, C=0, D=-0, E=0,00037 F=-0, A=, B=-1, C=0, RTAA00 668,6,64 A=0, B=0, C=0, D=0, E=-0, F=-0, A=, B=0,06165 C=-0, D=-0, E=0, F=-0, A=, B=-0, C=-0, RTAA40 87,9,75 A=0, B=0, C=-0, D=0,00693 E=-0, F=-0, A=, B=0, C=-0, D=-0, E=0,00070 F=-0, A=, B=-1, C=-0,18017 RTAA ,,70 A=0, B=0, C=0,00043 D=0,01307 E=-0, F=-0, A=, B=0, C=0, D=-0, E=0, F=-0, A=, B=-0, C=-0, Parâmetros de Entrada (Sistema Primário) Modelo da Torre de Resfriamento Dados de Entrada Potência nominal do motor do ventilador. Temperatura de bulbo úmido de projeto (ºC) Temperatura de entrada da água (ºC) Temperatura de saída da água (ºC) Vazão de ar e de água (m 3 /h) Vazão de ar (m 3 /h) Capacidade (kw). 11

12 Parâmetros de Entrada (Sistema Primário) Modelo da Bomba de Circulação Dados de Entrada Eficiência nominal do motor Potencia necessária nominal Altura manométrica nominal Vazão de água nominal Variação da potência em função da vazão para se obter a curva do fator de ajuste de potência em carga parcial P C 3 0 C1PLR CPLR C3PLR P = fator de ajuste de potência do ventilador em carga parcial. PLR = fator de carga parcial (igual a vazão de ar atual/vazão de ar de projeto). Configuração do Sistema Secundário 1

13 Parâmetros de Entrada (Fan-Coil) Modelo da Serpentina de Resfriamento Altura da serpentina (H) Comprimento da serpentina (C) Largura da serpentina (L) Distância entre tubos (b) Distância entre fileiras (a) Diâmetro do tubo externo (d t,ext ) Diâmetro do tubo interno (d t,int ) Espessurada aleta (e) Número de aletas por metro Número de fileiras Número de Tubos por fileira Número circuitos Condutividade térmica da aleta (k f ) Condutividade térmica do tubo (k t ) Vazão de água (l/s) Parâmetros Necessários b H C a d t,int d t,ext L Parâmetros de Entrada (Fan-Coil) Modelo do Motor Ventilador Parâmetros Necessários: Potência do motor (W) Eficiência (%) Vazão de ar (m3/h) Dados suficientes para obter a variação da potência em carga parcial Curva da Potência em Função da Carga Parcial: P C 3 0 C1PLR CPLR C3PLR P = fator de ajuste de potência do ventilador em carga parcial. PLR = fator de carga parcial (igual a vazão de ar atual/vazão de ar de projeto). 13

14 Eficiência (kw/tr) Eficiência (kw/tr) PLR = 100% PLR = 90% PLR = 80% PLR = 70% PLR = 60% PLR = 50% PLR = 40% PLR = 30% PLR = 0% PLR = 15% 3/06/010 Curvas de desempenho Tcond = 9.5 Tcond = 8.9 Tcond = 8.4 Tcond = 7.8 Tcond = 7.3 Tcond = 6.7 Tcond = 6. Tcond = 5.6 Tcond = 5.1 Tcond = 4.5 Tcond = 3.9 Tcond = Tcond =.8 Tcond =.3 Tcond = 1.7 Tcond = 1. Carga Parcial Tcond = 0.6 Eficiência em carga parcial e diferentes temperaturas de condensação a C a 3 C 3 a 4 C acima de 4 C Carga Parcial 14

15 Temperatura ( C) 0:00 6:00 1:00 18:00 0:00 6:00 1:00 18:00 0:00 6:00 1:00 18:00 0:00 6:00 1:00 18:00 0:00 6:00 1:00 18:00 0:00 6:00 1:00 18:00 0:00 6:00 1:00 18:00 0:00 Vazão de água 3/06/010 Chiller (Eficiência X PLR X T cond ) Vazão (m³/s) TBU ext T cond IN T cond OUT Hora ITINERÁRIO Sistemas de Expansão Direta Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO - Necessidades 15

16 ITINERÁRIO Sistemas de Expansão Direta Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO tc Pt hw 1 hw W r lp lr ITINERÁRIO Sistemas de Expansão Direta Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO # CT nom (Btu/h) EER nom (Btu/hW) Características dos condicionadores de ar CS nom (Btu/h) Tipo do Compressor Vazão de ar na condição normalizada (kg/s) Faixa ensaiada de Tbu int,e ( C) Faixa ensaiada de T ext,e ( C) , Alternativo 0, ,9-4,,4-40, , Rotativo 0,1346 1,4-3, 6,6-41, , Rotativo 0, ,5-3,9 6,1-4, , Rotativo 0, ,0-4,1 4,1-4, , Alternativo 0, ,8-3,1 16,8-44, , Rotativo 0, ,9-3, 16,6-45,3 Z CT,Z CS,Z EER a 0 a Tbu 1 int a Tbu int a Tbs 3 ext a 4 Tbs ext a Tbu 5 int Tbs ext 16

17 Consumo anual (kwh/m ) 3/06/010 ITINERÁRIO Sistemas de Expansão Direta Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO Resultados obtidos para o condicionador de ar tipo split Ensaio Tbs ext ( C) Tbu int ( C) Potência AC (kw) Capacidade Total (Btu/h) Capacidade Sensível (Btu/h) 0 (Norma) 34,95 18,93 1, ,84 17,04 0, ,63 3,17 0, ,71 8,38 1, ,89 0,9 1, ,11 16,99 1, ,34 3,18 1, ,5 8,4 1, ,88 0,90 1, ,34 16,93 1, ,09 3,16 1, ITINERÁRIO Simulação do Sistema DX Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO # 01 # 01N # 0 # 0N # 03 # 03N # 04 # 04N # 05 # 05N # 06 # 06N

18 IBPSA 18

19 Considerações finais Dados nominais não são suficientes para estimar o desempenho energético Nem sempre o condicionador de ar com maior eficiência energética nominal será o que proverá menor consumo de energia em condições reais de utilização Necessidade de melhorar catálogos, provendo informações para levantamento de curvas características tanto de sistemas de expansão tanto direta como indireta Necessidade de treinamento em sistemas de climatização, em projetos e em simulação 19

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